劉 華，景 琛，劉雅利，袁飛飛，盧 浩

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2. 中國(guó)石化 華北油氣分公司 采氣一廠，鄭州 450006；3. 中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257001)

勘探實(shí)踐表明，運(yùn)移動(dòng)力能否克服運(yùn)移阻力是油氣發(fā)生運(yùn)移、聚集的關(guān)鍵[1-4]。近20年來(lái)，超壓作為油氣運(yùn)移的動(dòng)力受到了學(xué)者們的密切關(guān)注[5-11]，提出了在構(gòu)造活動(dòng)較弱的超壓盆地中，超壓作用下的幕式運(yùn)移和浮力作用下的漸進(jìn)式運(yùn)移是油氣運(yùn)移的2種重要方式[12-16]，并從流體沸騰包裹體、溫度異常、流體性質(zhì)異常以及超壓裂縫開(kāi)啟等方面不同程度地證實(shí)了超壓是油氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿l件[17-23]。但是，哪些油氣是在超壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的運(yùn)移還未提出相關(guān)的區(qū)分證據(jù)，如何定量判別尚未明確，而這些恰是油氣運(yùn)聚系數(shù)確定與資源量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。因此，本文以晚期構(gòu)造活動(dòng)較弱、超壓普遍發(fā)育、異常壓力和浮力為主要油氣運(yùn)移動(dòng)力的沾化凹陷渤南洼陷[24-28]為例，以沙三段主力烴源巖層系為研究對(duì)象，針對(duì)幕式運(yùn)移和浮力作用的機(jī)理特點(diǎn)，建立了油氣運(yùn)移動(dòng)力和運(yùn)移方式判識(shí)的量化指標(biāo)，并探討了其有效性和適用條件，以期為油氣運(yùn)移的機(jī)理解釋提供理論依據(jù)。

1 原理及思路

在富油氣盆地中，超壓作用下的幕式運(yùn)移和浮力作用下的漸進(jìn)式運(yùn)移是油氣運(yùn)移的2種主要方式[13,16]。其中，幕式運(yùn)移過(guò)程中異常壓力或構(gòu)造活動(dòng)占據(jù)主導(dǎo)地位，油氣發(fā)生快速、高效的運(yùn)聚，運(yùn)移相同距離所需時(shí)間短，地質(zhì)色層效應(yīng)較弱，油氣的殘留組分變化相對(duì)較小，并存在混態(tài)運(yùn)移；漸進(jìn)式運(yùn)移過(guò)程中，運(yùn)移動(dòng)力以浮力為主，油氣易發(fā)生緩慢運(yùn)移，經(jīng)過(guò)某地質(zhì)單元的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，地質(zhì)色層效應(yīng)明顯，油氣的殘留組分變化相對(duì)較大。因此，能夠反映油氣運(yùn)移過(guò)程中流體性質(zhì)變化的物性參數(shù)和地化參數(shù)，如原油黏度、密度、輕/重正烷烴、含氮化合物、生物標(biāo)志化合物等[29-33]會(huì)受運(yùn)移方式的不同產(chǎn)生不同的變化幅度，這種變化幅度的差異性可以用來(lái)指示油氣的運(yùn)移方式和動(dòng)力。

基于上述思想和原則，筆者提出了“運(yùn)移參數(shù)變化率(R)”的概念，即某套烴源巖所生成的油氣，其運(yùn)移指標(biāo)在單位距離內(nèi)的變化量。以圖1為例，在一條油氣運(yùn)移的路徑上，A、B2點(diǎn)各自的某運(yùn)移參數(shù)數(shù)值分別為A運(yùn)移參數(shù)和B運(yùn)移參數(shù)，而該范圍內(nèi)的油氣運(yùn)移參數(shù)變化率(RAB)等于A運(yùn)移參數(shù)和B運(yùn)移參數(shù)的差值除以AB之間的距離LAB(圖1，公式1)。同樣的方法，沿著油氣運(yùn)移路徑的不斷變遠(yuǎn)，可以依次求出任意2點(diǎn)之間的運(yùn)移參數(shù)變化率，例如，RBC、RCD和RDE等。

(1)

圖1 油氣運(yùn)移參數(shù)變化率示意Fig.1 Diagram showing the change ratio of geochemical parameters

式中：RAB為油氣運(yùn)移參數(shù)變化率；B運(yùn)移參數(shù)為B點(diǎn)所測(cè)運(yùn)移參數(shù)數(shù)值；A運(yùn)移參數(shù)為A點(diǎn)所測(cè)運(yùn)移參數(shù)數(shù)值；LAB為A、B兩點(diǎn)距離，m。

運(yùn)移參數(shù)變化率能夠有效地反映油氣運(yùn)移的動(dòng)力和方式。以發(fā)育超壓的地區(qū)為例，油氣在剩余壓力作用下可以發(fā)生幕式運(yùn)移，表現(xiàn)為油氣運(yùn)移速度快，各類(lèi)油氣運(yùn)移參數(shù)變化相對(duì)緩慢，因此，變化率R值較?。浑S著作為動(dòng)力的剩余壓力不斷遞減，油氣運(yùn)移速度逐漸降低，運(yùn)移參數(shù)的變化幅度逐漸增大；在以浮力為主的地區(qū)，油氣的運(yùn)移方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進(jìn)式，運(yùn)移參數(shù)變化幅度大，變化率指標(biāo)R值較大。

2 油源對(duì)比及運(yùn)移路徑判識(shí)

油源對(duì)比是排除油氣來(lái)源差異造成判識(shí)誤差的重要前提，尤其是在多套烴源巖、多個(gè)生烴中心的復(fù)雜疊合盆地中更為關(guān)鍵。根據(jù)渤南洼陷沙三段和沙四段2套烴源巖的地化特征差異[34]，選取類(lèi)異戊二烯烷烴、正構(gòu)烷烴和生物標(biāo)志物參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行油源對(duì)比，可將渤南洼陷的原油分為沙三型、沙四型和混源型3種類(lèi)型[24]。

沙三型原油的地化特征與沙三段烴源巖相似，高姥植比和低伽馬蠟烷/C30藿烷值(圖2)，該類(lèi)原油主要分布于洼陷中心及洼陷附近沙三中下亞段儲(chǔ)層中。沙四型原油主要分布在洼陷中心的沙四段地層中，零星分布在緩坡帶的沙一段與沙二段地層中。與沙三型原油相比，其平均伽馬蠟烷/C30藿烷值和成熟度參數(shù)明顯偏高，而Pr/Ph值、4-甲基甾烷和三環(huán)萜烷含量都偏低(圖2)?；煸葱驮褪巧橙蜕乘男驮偷幕煸?，主要分布于沙二、沙三中上及沙四段地層中，與以上2種類(lèi)型原油相比，該類(lèi)原油各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)介于前2種類(lèi)型之間。

油源對(duì)比表明，渤南洼陷單一來(lái)源的油氣藏較多，混源型原油比例較低，且3種成因類(lèi)型的原油在空間分布上規(guī)律性強(qiáng)(圖3)。其中，沙三烴源巖提供的油氣多儲(chǔ)集在沙三段地層中，側(cè)向運(yùn)移趨勢(shì)明顯，而且鉆井資料和原油樣品豐富，是本次研究的主要對(duì)象。

渤南洼陷沙三段油藏油源單一，油氣運(yùn)移路徑較為簡(jiǎn)單，可以利用原油物性菱形圖與沙三段地層流體性質(zhì)分析油氣的運(yùn)移方向。原油在地下運(yùn)移的過(guò)程中隨油氣運(yùn)移距離的增加，地層原油物性會(huì)發(fā)生變化：原油的黏度和密度隨之增加；飽和壓力及氣油比則隨之降低。以飽和壓力與氣油比為橫軸的兩端、黏度與密度作為縱軸的兩端，繪制原油物性菱形圖(圖4)?？傮w上自洼陷中心至洼陷南部緩坡帶，原油物性菱形圖由扁菱形向方菱形和長(zhǎng)菱形轉(zhuǎn)化，表明油氣自洼陷中心向洼陷南部運(yùn)移。

圖2 渤海灣盆地渤南洼陷渤深5井烴源巖及油氣地化特征對(duì)比Fig.2 Geochemical characteristics of source rocks and crude oil and gas from well Bs 5, Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

圖3 渤海灣盆地渤南洼陷各套烴源巖生成油氣的分布Fig.3 Distribution of petroleum sourced from various source rocks in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

圖4 渤海灣盆地渤南洼陷沙三段原油物性菱形圖的剖面變化趨勢(shì)Fig.4 Vertical variation trend of diamond graph for Es3 crude oil in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

3 運(yùn)移表征參數(shù)優(yōu)選及變化率計(jì)算

通過(guò)油源對(duì)比、運(yùn)移路徑判識(shí)，優(yōu)選出同一油源、同一運(yùn)移路徑上的油氣藏，進(jìn)而進(jìn)行運(yùn)移表征參數(shù)優(yōu)選和變化率計(jì)算。選擇油氣運(yùn)移表征參數(shù)時(shí)，優(yōu)選能夠反映油氣運(yùn)移過(guò)程中流體性質(zhì)變化的物性參數(shù)和地化參數(shù)，同時(shí)，所選的參數(shù)盡可能受油氣運(yùn)移距離的影響明顯，受其他因素的影響相對(duì)較小。

3.1 原油物性參數(shù)的選取

根據(jù)運(yùn)移效應(yīng)明顯、其他因素影響小的原則，對(duì)研究區(qū)的流體性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選。根據(jù)研究區(qū)的原油物性資料，沿著油氣運(yùn)移路徑，原油密度和黏度變化程度逐漸增大，洼陷中心義123井的原油密度介于0.845～0.855 g/cm3，黏度介于7.17～10.3 mPa·s；而洼陷邊緣羅35井的原油密度介于0.921～1.013 g/cm3，黏度介于20～194 mPa·s(圖5)。因此，原油密度和黏度能夠較好地指示油氣運(yùn)移，可以作為渤南洼陷有效的運(yùn)移參數(shù)，用于計(jì)算運(yùn)移參數(shù)變化率。

圖5 渤海灣盆地渤南洼陷原油密度和黏度關(guān)系Fig.5 Relationship between density and viscosity of crude oil in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

3.2 地化參數(shù)的選取

原油在地下運(yùn)移過(guò)程中，含氮化合物會(huì)發(fā)生分餾效應(yīng)，因此，含氮化物可以作為油氣運(yùn)移量化判識(shí)的指標(biāo)。在渤南洼陷沙三段油氣含氮化合物分析的基礎(chǔ)上，以義78—義61井—義75井—義63井構(gòu)造剖面為例，沿著油氣運(yùn)移方向，1,8/2,7-二甲基咔唑逐漸增大，1,8/2,4-二甲基咔唑和苯并[a]咔唑/([a]+[c])逐漸增大(圖6)，反映出這些指標(biāo)在揭示油氣運(yùn)移方向和路徑的研究中具有較為明顯的識(shí)別意義。

3.3 運(yùn)移參數(shù)變化率的計(jì)算

綜合分析，選取原油密度和黏度、生物標(biāo)志化合物指標(biāo)C29甾烷20S/(20S+20R)和含氮化合物指標(biāo)1,8/2,7二甲基咔唑作為有效運(yùn)移參數(shù)進(jìn)行變化率分析。首先根據(jù)油源對(duì)應(yīng)結(jié)果，以沙三段烴源巖生成的油氣為分析對(duì)象，以圖7所示剖面為例，計(jì)算了各井點(diǎn)沙三段儲(chǔ)層內(nèi)油氣的各項(xiàng)運(yùn)移參數(shù)的變化率(表1)。結(jié)果表明，沿運(yùn)移方向原油密度、黏度、C29甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑的變化率均呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)(表1)。

分析表明，位于渤南洼陷沙三段生烴中心的原油運(yùn)移參數(shù)變化率最低，原油密度變化率為0.01，原油黏度變化率為0.32，C29甾烷20S/(20S+20R)變化率為0.26，1,8/2,7二甲基咔唑變化率為0.27。進(jìn)入義78-義61井區(qū)，原油密度變化率增加到0.05，原油黏度變化率變?yōu)?.1，C29甾烷20S/(20S+20R)變化率增加到0.4，而1,8/2,7二甲基咔唑變化率達(dá)到0.89。洼陷邊緣羅35—義75井區(qū)附近，運(yùn)移參數(shù)變化率持續(xù)增高，原油密度變化率為0.69，原油黏度變化率為22，C29甾烷20S/(20S+20R)變化率為0.46，1,8/2,7二甲基咔唑變化率為1.08。沿運(yùn)移方向原油密度、黏度、C29甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑的變化率均呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)(圖7)。

圖6 渤海灣盆地渤南洼陷羅35-義117剖面含氮化合物指示油氣運(yùn)移Fig.6 Migration indicated by nitrogen-containing compounds along L35-Y117 profile in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

圖7 渤海灣盆地渤南洼陷沙三段油氣運(yùn)移與超壓對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.7 Relationship between petroleum distribution and overpressure in Es3 along migration pathway in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

運(yùn)移參數(shù)義80-義123義80-義37義37-義78義78-義61義61-義75義75-羅35原油密度變化率0.010.010.030.050.310.69原油黏度變化率0.320.304.109.1013.6022.00C29甾烷20S/(20S+20R)變化率0.260.400.461,8/2,7二甲基咔唑變化率0.270.891.08

4 油氣運(yùn)移方式的定量判識(shí)

根據(jù)同一油源、同一運(yùn)移路徑上油氣藏運(yùn)移參數(shù)的變化率計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著油氣運(yùn)移距離的增加，各項(xiàng)運(yùn)移參數(shù)變化率的數(shù)值逐漸變大，與生烴中心為超壓、邊部為常壓的壓力分布特征相一致。但是如何確定超壓作用的量化邊界需要結(jié)合壓力特征進(jìn)行分析。

4.1 油氣運(yùn)移動(dòng)力構(gòu)成的判別

根據(jù)渤南洼陷沙三段地層的壓力分布特征及其油氣藏分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，義123井分布于超壓發(fā)育區(qū)，3 369.57 m儲(chǔ)層所對(duì)應(yīng)的物性恢復(fù)的毛細(xì)管阻力為25.54 MPa左右，但該區(qū)砂體厚度和連續(xù)性較低，即使油氣連片程度很高的情況下，產(chǎn)生的浮力最高僅為4.62 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運(yùn)移阻力；而該區(qū)的壓力系數(shù)高達(dá)1.6，異常壓力可以為油氣運(yùn)移產(chǎn)生強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。此外，巖心觀察和薄片分析表明，渤南洼陷義78—義117井區(qū)大量發(fā)育超壓裂縫(圖7)，驗(yàn)證了洼陷中心超壓作用下幕式運(yùn)移的存在。綜合分析表明，義123井區(qū)的油氣運(yùn)移是以異常壓力為主導(dǎo)聚集成藏的，浮力作用在運(yùn)移動(dòng)力中所占的比例較低。而位于邊部的羅35井，壓實(shí)作用較低，巖石孔隙度較大，2 545.5 m處的毛細(xì)管阻力僅為2.97 MPa，而該處砂體連片程度高，厚度相對(duì)較大，最大油柱高度產(chǎn)生的浮力可達(dá)3.49 MPa，完全可以單獨(dú)克服阻力發(fā)生運(yùn)移。此外，由于該區(qū)為常壓環(huán)境，超壓不作為油氣運(yùn)移的動(dòng)力構(gòu)成，因此，油氣是以浮力為主進(jìn)行的運(yùn)移成藏。

4.2 油氣運(yùn)移動(dòng)力界限的量化判識(shí)

在對(duì)同一油源、同一運(yùn)移路徑上油氣運(yùn)移動(dòng)力判識(shí)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)超壓驅(qū)動(dòng)區(qū)、浮力驅(qū)動(dòng)區(qū)以及混合驅(qū)動(dòng)區(qū)各類(lèi)油氣運(yùn)移參數(shù)變化率的特征進(jìn)行分析，確定了渤南洼陷沙三段原油的運(yùn)移參數(shù)變化率對(duì)不同運(yùn)移動(dòng)力構(gòu)成的界限數(shù)值(表2)。當(dāng)研究區(qū)的原油密度變化率大于0.31、黏度變化率大于13.6、C29甾烷20S/(20S+20R)運(yùn)移參數(shù)變化率大于0.42以及1,8/2,7二甲基咔唑變化率大于0.95時(shí)，油氣為浮力作用下的運(yùn)移結(jié)果，運(yùn)移方式為漸進(jìn)式的緩慢運(yùn)移；而當(dāng)研究區(qū)原油密度變化率小于0.03、黏度變化率小于4.1、C29甾烷20S/(20S+20R)運(yùn)移參數(shù)變化率小于0.35以及1,8/2,7二甲基咔唑變化率小于0.6對(duì)應(yīng)的區(qū)域，油氣為超壓驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)移結(jié)果，幕式快速運(yùn)移是其主要的運(yùn)移方式。此外，運(yùn)移參數(shù)變化率介于上述兩者之間時(shí)，油氣為浮力和超壓共同作用的結(jié)果，為混合動(dòng)力機(jī)制下的運(yùn)移產(chǎn)物。

表2 渤海灣盆地渤南洼陷不同運(yùn)移動(dòng)力和運(yùn)移方式所對(duì)應(yīng)的運(yùn)移參數(shù)變化率范圍Table 2 Change ratios of migration parameters for different migration dynamics and patterns in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

5 應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

本文提出的“油氣運(yùn)移參數(shù)變化率”主要基于超壓作用下油氣的運(yùn)移速率快、油氣性質(zhì)變化小這一原理，可用來(lái)定量判識(shí)油氣運(yùn)移的動(dòng)力和運(yùn)移方式。通過(guò)優(yōu)選單一或系列運(yùn)移參數(shù)，計(jì)算同一來(lái)源油氣的運(yùn)移參數(shù)變化率，建立剩余壓力與浮力作用邊界所對(duì)應(yīng)的運(yùn)移參數(shù)變化率界定標(biāo)準(zhǔn)，判識(shí)不同地區(qū)油氣運(yùn)移的動(dòng)力組成和方式。在應(yīng)用該方法時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)油氣運(yùn)移過(guò)程復(fù)雜，運(yùn)移通道、油氣來(lái)源等差異都會(huì)對(duì)運(yùn)移參數(shù)的變化速率產(chǎn)生影響，導(dǎo)致判識(shí)的錯(cuò)誤。因此，為了盡可能消除外界影響，應(yīng)用該方法需要以油源對(duì)比和運(yùn)移路徑分析為基礎(chǔ)，排除油氣來(lái)源和路徑差異的影響，并結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，選取同期次的油氣進(jìn)行分析，確定動(dòng)力邊界的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)優(yōu)選油氣運(yùn)移表征參數(shù)時(shí)，遵循“運(yùn)移效應(yīng)明顯、其他因素影響小”的原則，針對(duì)不同來(lái)源油氣，盡可能選擇適合研究區(qū)的典型指標(biāo)，多選擇表征參數(shù)進(jìn)行綜合分析。由于油氣運(yùn)移地化參數(shù)存在地區(qū)差異，因此，在選擇可用參數(shù)時(shí)，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行篩查，切不可完全照搬其他地區(qū)的指標(biāo)來(lái)用。

(3)由于地區(qū)差異、油氣來(lái)源不同以及運(yùn)移路徑間的差異影響，判識(shí)的量化標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)研究對(duì)象具體分析而定，各運(yùn)移參數(shù)的動(dòng)力邊界劃分標(biāo)準(zhǔn)不宜統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)存在地區(qū)和參數(shù)類(lèi)型的差異。

6 結(jié)論

(1)運(yùn)移參數(shù)變化率即某套烴源巖所生成的油氣，其運(yùn)移指標(biāo)在單位距離內(nèi)的變化量。運(yùn)移參數(shù)變化率能夠有效地反映油氣運(yùn)移的動(dòng)力和方式。

(2)以油源對(duì)比、運(yùn)移路徑判識(shí)以及壓力分布特征分析為基礎(chǔ)，通過(guò)優(yōu)選各類(lèi)運(yùn)移表征參數(shù)，計(jì)算“運(yùn)移參數(shù)變化率”，可以有效地判識(shí)油氣過(guò)程中所具有的運(yùn)移動(dòng)力構(gòu)成、運(yùn)移方式及其作用邊界。

(3)運(yùn)移參數(shù)變化率僅適用于同源、同路徑、同期次油氣運(yùn)移方式的定量判識(shí)。受構(gòu)造背景、油氣性質(zhì)和運(yùn)移路徑差異的影響，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，運(yùn)移參數(shù)變化率的判定界限存在差異，量化標(biāo)準(zhǔn)具有地區(qū)特定性。

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