CN101038342A - 应用石油包裹体和沥青判识油层并进行运移追踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气勘探技术领域，特别是涉及一种应用石油包裹体和沥青判识油层并进行运移追踪的方法。本发明应用石油包裹体和沥青统计数据，可在钻井(包括探井和开发井)过程中或者之后，识别油层；并可对石油运移的方向进行判识，对其路径进行追踪，搜索优势运移通道等。在多期次运移和聚集的情况下，通过对石油包裹体进行分期次、分成因统计，对不同地质时期的油气运移进行追踪，判别不同时期油气运移的方向和优势通道，以及运移过程中物理化学条件的变化，从而恢复油气运聚历史，为把握油气分布规律和发现油气运聚有利地区提供重要依据。

Description

应用石油包裹体和沥青判识油层并进行运移追踪的方法

所属技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，特别是涉及一种应用石油包裹体和沥青判识油层并进行运移追踪的方法。本发明应用石油包裹体和沥青统计数据，可在钻井(包括探井和开发井)过程中或者之后，识别油层；并可对石油运移的方向进行判识，对其路径进行追踪，搜索优势运移通道等。在多期次运移和聚集的情况下，通过对石油包裹体进行分期次、分成因统计，对不同地质时期的油气运移进行追踪，判别不同时期油气运移的方向和优势通道，以及运移过程中物理化学条件的变化，从而恢复油气运聚历史，为把握油气分布规律和发现油气运聚有利地区提供重要依据。

背景技术

石油的勘探与开发均需要钻井，其费用很高。钻井过程中，油层的识别是十分重要的环节。目前采用的方法有岩屑分析(例如罐顶气)、泥浆中的烃类或泥浆荧光测试和油污、气味和油侵(加溶剂)等测试。这些技术大多是定性的，有时因为污染而造成错误的解释。比重较大的泥浆也含有烃类物质，这些物质可以循环到地面，给解释工作造成较大的困难。因此，可以排除这种影响的定量测试技术会有效地指示某些井段是否含油。

从烃源岩中排出的石油，向何处运移、聚集和成藏？是石油勘探部署工作最为关注的问题。目前，主要对原油各种化学组分进行测试并根据其空间变化特征，来判断油气的运移方向和通道。含氮化合物就是这些化学组分中的突出代表，已得到广泛的应用。但是，由于其主要的分析对象是原油，样品主要采自生产井，因而受到较大的限制。在多源、多期运聚成藏的情况下，这些原油样品是多期石油的混合物，采用其中的化学组分将很难对油气运移进行追踪。另一方面，原油在成藏后由于受生物降解、热降解以及水洗等次生作用的影响，其化学组分的含量也会发生变化，从而影响石油运移追踪的效果，含氮化合物也不例外。

石油包裹体一旦形成，就会记录油气运移的历史信息，而且不受这些次生变化的影响。因此，对石油包裹体进行定量测试，可有效地实现多源、多期石油运移的追踪。而且测试对象是岩心和岩屑样品，受到的局限性较小，而且廉价快速，适于大规模广泛应用。

上个世纪九十年代以来，澳大利亚联邦科学和工业研究机构(CommonwealthScientific and Industrial Research Organisation)的Eadington等研究人员在这一领域进行了探索，并在美国申请了两项专利技术。这两项专利已得到广泛应用。第一项专利称为油井位置的判识(Identifying oil well sites)，专利号为5,543,616。该技术通过碎屑岩颗粒中的石油包裹体来确定井中最大含油饱和带和可能的油带。首先统计碎屑岩薄片样品中的颗粒总数，和含有石油包裹体的颗粒的数目，通过下式计算出GOI值(Grains containing Oil Inclusions)：

$\mathrm{GOI}(\%)=\frac{\mathrm{NGO}}{\mathrm{TGN}}\×100(\%)---\left(1\right)$

式中，GOI是样品中含有石油包裹体的颗粒百分数；NGO等于含有石油的颗粒数目，TGN为样品的总颗粒数目。本文中，称该技术为GOI技术。Eadington等对NGO和TGN的统计测试方法进行了较为详细的描述。

将该样品的GOI值与标准岩石样品进行对比，确定其最大含油饱和度。在应用方面，是确定地质构造上有油和/或没油的地带(地层或区带)：(a)在能够形成石油包裹体的地质位置上采集样品，并测试该次(第一次)采集的样品的GOI值；(b)在距离第一次采样的地质位置较远的，可形成石油包裹体的地质位置上采集多个样品，并测试GOI值；(c)通过GOI值的对比分析，来确定第二次采集样品的位置是否与第一次采样的位置具有相同的属性，如含油层或无油层。

Eadington等研究人员的第二项发明的名称是油层判识(Identifying oilcolumns)，专利号为6,097,027。该专利在第一项专利的基础上，又提出了新的石油包裹体定量估计方法，它不仅可应用于碎屑岩，更重要的是可对非碎屑岩(如碳酸盐岩)中石油包裹体进行定量估计。其测试结果的解释方法与第一项基本专利相同。该技术定量估计样品中石油包裹体出现的频率，称作“FOI”(Frequency of OilInclusions)。首先把岩石薄片放在荧光显微镜下，该显微镜目镜中的网格可以把样品分成已知数目的小区域(其大小为0.0625mm×0.0625mm)，移动样品，在已知小区域数目的或给定小区域数目的区域内统计发荧光的(即，含有石油包裹体的)小区域数目。然后，计算含有石油包裹体的小区域数与已知小区域数目或给定小区域数目的比值，用百分数表示，这就是FOI值(本文称该技术为FOI技术)。为方便计算，已知小区域的数目或给定小区域的数目一般定为100。按该专利说明书，对给定样品测试FOI值，并与标准岩石样品(已知最大含油饱和度的岩石)对比，可以获取该给定岩石是否以前或现今含油，或从来就不含油，或附近是否存在石油等信息。FOI技术可以用于任何可以捕获石油的岩石，包括砂岩和碳酸盐岩等。

这两项专利在石油包裹体的定量估计方面取得了突破，但也存在较多的问题。在第一项专利的说明书中没有对岩石薄片的制作厚度进行明确的规定，只是在括号中指出“通常为0.08mm”。我们发现，随着薄片厚度的增加，对同一样品测试的GOI值也会增加。因此，如果岩石薄片的厚度不统一，其GOI值将失去可比性，也就无法确定有油的或没油的地带。此外，0.08mm厚度并不是最佳的厚度值，而是太薄了。制作如此薄的薄片，会破坏大量的包裹体。由薄片制作引起的厚度微小变化会引起较大的GOI测试误差。在第二项专利也存在类似的问题，其岩石薄片的厚度小于0.08mm。

第一项专利将GOI值5％作为油层和残余油层(以前是油层，后来油气又运移到其它的地方)的下限值，那些从来就不含石油或没有石油聚集的地带的GOI值小于1％。但是我们发现在GOI值小于5％的地带竟然还存在工业油气藏！进一步研究发现，这里存在两个方面的原因。第一，判断是否存在具有经济价值的工业油气藏，除了应用那些能够反映油气资源的地质指标外，还必须要考虑技术的发展是否大幅度降低了开采成本，也需考虑原油价格的变化情况。因此，以5％作为阀值会漏掉相当的油层或油藏。同样地，第二项专利将10％的FOI值作为油层和残余油层(以前含油)的下限，也是有问题的。

在石油运移方面，这两项技术均是通过识别残余油层(石油曾经在此处聚集，但是后来又运移到其他的地方)，来判断石油发生了再次运移。但是没有提出根据GOI和/或FOI值判断运移方向的方法，只是参考地质构造，简单地指出石油运移到更高的部位。没有充分挖掘石油包裹体携带的有关石油运移的地质信息。

上述分析表明，油层判识和石油运移追踪在石油勘探工作中占有十分重要的地位，GOI和FOI技术对于推动这一领域的发展起到了重要的推动作用。但是，其薄片制作方法和数据的使用方法却存在着较大的问题。

发明内容

本发明的目的是，通过对GOI和FOI技术进行改造，获取更加有效的数据，在油层识别和石油运移追踪方面提出更加有效的方法，从而提高油气勘探的预测成功率，加快找油步伐，降低勘探成本石油包裹体承载着大量的有关石油运移的历史信息，在恢复历史方面拥有较大的优势。但是，在识别现今油层方面却具有一定的多解性。单纯应用GOI和/或FOI技术只能获得石油过去或现在运移聚集过，而不能确定现今是否含油。为此，本专利增加了能够指示现今是否含油的指标(定量统计沥青的含量)。通过沥青的结构、荧光颜色和荧光光谱来区分岩石中储存的石油和钻井污染油。在识别油层的过程中，注重GOI和/或FOI值与各种沥青含量的配合使用，相互验证补充，即能排除钻井污染油的干扰，又能解决现今是否含油的问题。

在石油运移追踪方面，本专利强调GOI和/或FOI以及各种沥青含量的空间分布特征，而非单井分析。其中的重要发现之一是，石油包裹体的数目以及GOI和/或FOI值随运移距离的增加而减少。两者的相关性十分明显。石油包裹体的形成条件是石油和地层水交替活动。因此，石油运移的强度、期次、幕次较强或较多的地带均可形成大量的石油包裹体。石油运移强度、期次、幕次随着运移距离的增加而衰减，使得GOI和/或FOI值在指示石油运移方面，具有类似含氮化合物等的地质层析作用的分布特征。由此，应用GOI和/或FOI可有效地追踪石油运移的方向、路径或优势运移通道。

本发明实现的技术方案为：

(1)根据工区的具体地质特点和勘探进程，针对储集层、不整合面和断裂带等可能的输导体和储层，采集岩心、岩屑或露头岩石样品；岩心和岩屑样品的采集可以随钻进行，也在可钻后实施；采样位置包括已知含油井段和未知井段，已知含油区和未知含油区；

(2)切割样品，磨薄并抛光，制成薄片。在此过程中，用环氧树脂将样品粘在标准玻璃载片上，且不加盖片。对于包裹体薄片，选择透光性较差的样品，能用透射光和荧光观察包裹体的最大厚度，作为一给定工区的统一制片厚度值，一般情况下在0.08mm到0.8mm之间。用于沥青荧光观察的薄片厚度为0.04～0.05mm；

(3)在荧光显微镜下，对碎屑岩储层测试GOI和/或FOI值；对碳酸盐岩、火成岩和变质岩等非碎屑储集岩测试FOI值；在此过程中，即统计岩石的总体GOI和/或FOI(以GOIt和/或FOIt表示，相当于Eadington等人的专利中的GOI和/FOI)，又根据包裹体的显微产状、荧光颜色、显微荧光光谱、均一温度、捕获温度和压力(通过PVT模拟获得)、化学成分(拉曼光谱、二次离子质谱或激光离子质谱等测试)等划分期次，分别统计各期次的GOI和/或FOI值(以GOIn和/或FOIn表示，n为期次)；在包裹体期次研究的基础上，进一步按显微产状(胶结物同生包裹体、微裂缝中的包裹体)分类统计石油包裹体的GOI和/或FOI值(以GOIm和/或FOIm表示，m为产状数)；为确保分期次、分产状进行统计的可靠性，GOI统计中的总颗粒数和FOI统计中总的小区域数增加到100×期次数×产状数；

(4)在荧光显微镜下，注重观察荧光薄片中发荧光的和不发荧光的沥青结构，划分期次并统计各期次沥青的面积含量和面孔率(采用计算机处理数字图像，或直接应用图像分析仪，甚至目估法等)；计算各期次沥青的饱和度；

(5)按运移距离、储层性质、储层厚度、储层个数、埋藏深度等地质条件，划分出不同的油层评价区；在每个评价区内，通过工业产层、低产层岩石的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm，以及不同期次沥青的面积含量和面孔率，建立各区的评价标准；应用此标准对未知井段，特别是正在钻井的井段，和未知区域，进行含油性评价，提出试井建议；如果在一个完整的生-运-储单元内，建立了良好的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm与运移距离的统计关系，那么在分区时可以不考虑运移距离，但应用时需进行距离校正；

(6)对于石油运移追踪，样品的采集应充分考虑烃源岩、可能的运移通道和圈闭的空间配置关系，并以解剖生-运-储单元为目的；石油运移追踪可以在剖面上进行，也可以分输导体系在二维空间中进行，还可以在三维空间中对多个输导体系同时进行追踪，甚至可以在四维空时中进行；在一维空间中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的下降方向是运移方向；在二维和三维空间中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的极小下降途径是石油运移的优势通道，极小下降方向是主要运移方向；根据GOIm和/或FOIm的特征，剖析石油运移过程中发生的物理化学变化；结合不同期次运移的时间和相应的古构造和输导体系，对给定工区进行石油运聚评价；在此基础上，进一步结合运聚目标的地质资料，圈定石油运聚的有利地区；

由于勘探进程或其他方面的原因，使得第一次采集的样品可能十分有限。如果此后的工作发现根据首次采集的样品获得的薄片厚度确定值不具代表性时(如太厚)，可以按照步骤(2)重新确定薄片厚度；对于首次采集的样品，制作GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值与薄片厚度的关系曲线，将GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值校正到与重新确定的厚度相对映的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值。

附图说明

图1为西41井TGOI及油质沥青综合剖面图

图2为里38井TGOI及沥青综合剖面图

图3为侏罗纪末陇东地区长81顶面古构造与主要砂体叠合图

图4为西峰油田庄20-西41-西56井TGOI对比剖面

图5为西峰油田长81储层TGOI与运移距离的关系

具体实施方式

石油包裹体的期次划分是一个十分复杂的技术处理过程，还涉及到众多的其它的技术。为了突出本专利的应用效果，这里主要介绍未进行期次划分的实例。

实施例一：油层识别

晚三叠世延长期早期，由于盆地周缘相对抬升，形成面积大、水域广的大型鄂尔多斯湖盆。鄂尔多斯盆地上三叠统-白垩系地层为多旋回河流一湖泊相碎屑岩沉积，累计厚度可达3000-4000m，在盆地东南部保存的地层厚度最大。延长组和延安组是两套主要的含油气层系。其中，延长组是主要的勘探目的层。长8段储集砂体发育、分布范围广泛、成岩程度高、储层物性属于低孔低渗-特低渗型，总体上物性差、非均匀性明显，常规的测井和录井解释的难度较大。

图1示出，该区西41井长81段的TGOI(前文中的GOIt)及油质沥青含量与工业油层的空间对应关系是十分显著的。图2中，里38井在2200米(长63段)附近拥有很高的TGOI值，但是油质沥青的含量很低，为水层。该井段相当于Eadington等提出的残余油层。说明石油曾经运移到该处，后来又运移到了其它的地方，而变为水层。在识别油层方面，似乎沥青含量比GOIt值更重要。但是应当看到，沥青含量的统计结果没有GOI值精确，而且容易受污染的干扰。因此，综合应用石油包裹体和油质沥青的统计数据，相互验证补充，可有效地识别油层和水层，从而提高油层识别的可靠性。

实施例二：石油运移追踪

通过石油运移追踪，可以揭示石油从生烃灶运移到何处，在何处聚集等石油探看工作中的关键问题，因此是一个十分重要的环节。但是，到目前为止，仍然十分薄弱。鄂尔多斯盆地构造平缓，砂体广布，对于把握石油分布规律有较大的困难。西峰油田的发现，为石油运移的追踪提供了良好的条件(图3)。该油田所在长81砂体，惯穿南北，但现今产状平缓。已有的认识是，上覆长73下烃源岩直接向下充注原油而成藏。由于西峰油田的上覆烃源岩很薄，如果该油田的成藏机理真是这样，哪就要以烃源岩的分布为主线进行勘探部署。因此，该油田的成藏机理是涉及到下一步如何进行勘探的重大课题。

为了查明该油田的成藏机理，我们对西峰油田主要探井的岩心进行了GOIt统计。图4中的庄20、西41和西56井从北到南依次排列。图中，不存在GOIt值上高下低的分布特征，表明西峰油田上覆长73下烃源岩直接向下充注原油的可能性较小。相反地，从北到南，GOIt值具有明显的递减趋势。因此，西峰油田主要是石油横向运移、聚集的结果。为进一步证实这一结论，我们增加了测试井，并绘制了西峰油田长81储层GOIt均值与运移距离的关系图(图5)。图中，GOIt值随运移距离的增加而呈指数降低。相关系数高达0.97(r2＝0.941)，相关性及其显著。该油田沉积相剖面显示出(图略)，该油层所在砂体在南北方向上相连。GOIt值与运移距离的显著相关，味着该砂体是南北相通的，油气沿着砂体由北向南运移的。这一点已得到含氮化合物分布特征的验证，也说明西峰油田是横向运移的产物。

西峰油田所在砂体呈长条状(图4)，油气运移只能沿着砂带进行，砂带的中轴线是运移通道的中轴线。各采样井在该中轴线上的投影，到砂带的北端边界的中轴线曲线长度被确定为运移距离。砂带最北端边界是用12m等厚线确定的。该砂带的北端与当时(早白垩末期)进入生烃门限的大套烃源岩的50m等厚线相接。因此，西峰油田中原油是来自工区北部的大套烃源岩。那里应该是该盆地的主力生烃灶。石油勘探工作应该围绕生烃灶进行，并在更加全面的石油运移追踪的基础上进行部署。

该实例充分表明，石油包裹体的统计数据，能够有效地应用于石油的运移追踪，与含氮化合物相比能够提供更加详细的信息。这是Eadington等人申请的专利中所没有发现的。在已有的各种文献中，也未见报道。由于GOIt值随着运移距离的增加而衰减，不能将某个GOIt和/或FOIt值作为整个盆地油层识别的标准。Eadington等人将GOIt大于5％、FOIt大于10％，作为识别油层的标准是不合适的。图4中，西56井的GOIt值就小于5％，但是该井段却是工业产层。

Claims (1)

1、一种应用石油包裹体和沥青判识油层并进行运移追踪的方法，其步骤如下：

(1)根据工区的具体地质特点和勘探进程，针对储集层、不整合面和断裂带等可能的输导体和储层，采集岩心、岩屑或露头岩石样品；岩心和岩屑样品的采集可以随钻进行，也在可钻后实施；采样位置包括已知含油井段和未知井段，已知含油区和未知含油区；

(2)切割样品，磨薄并抛光，制成薄片。在此过程中，用环氧树脂将样品粘在标准玻璃载片上，且不加盖片。对于包裹体薄片，选择透光性较差的样品，能用透射光和荧光观察包裹体的最大厚度，作为一给定工区的统一制片厚度值，一般情况下在0.08mm到0.8mm之间。用于沥青荧光观察的薄片厚度为0.04～0.05mm；

(3)在荧光显微镜下，对碎屑岩储层测试GOI和/或FOI值；对碳酸盐岩、火成岩和变质岩等非碎屑储集岩测试FOI值；在此过程中，即统计岩石的总体GOI和/或FOI(以GOIt和/或FOIt表示，相当于Eadington等人的专利中的GOI和/FOI)，又根据包裹体的显微产状、荧光颜色、显微荧光光谱、均一温度、捕获温度和压力(通过PVT模拟获得)、化学成分(拉曼光谱、二次离子质谱或激光离子质谱等测试)等划分期次，分别统计各期次的GOI和/或FOI值(以GOIn和/或FOIn表示，n为期次)；在包裹体期次研究的基础上，进一步按显微产状(胶结物同生包裹体、微裂缝中的包裹体)分类统计石油包裹体的GOI和/或FOI值(以GOIm和/或FOIm表示，m为产状数)；为确保分期次、分产状进行统计的可靠性，GOI统计中的总颗粒数和FOI统计中总的小区域数增加到100×期次数×产状数；

(4)在荧光显微镜下，注重观察荧光薄片中发荧光的和不发荧光的沥青结构，划分期次并统计各期次沥青的面积含量和面孔率(采用计算机处理数字图像，或直接应用图像分析仪，甚至目估法等)；计算各期次沥青的饱和度；

(5)按运移距离、储层性质、储层厚度、储层个数、埋藏深度等地质条件，划分出不同的油层评价区；在每个评价区内，通过工业产层、低产层岩石的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm，以及不同期次沥青的面积含量和面孔率，建立各区的评价标准；应用此标准对未知井段，特别是正在钻井的井段，和未知区域，进行含油性评价，提出试井建议；如果在一个完整的生-运-储单元内，建立了良好的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm与运移距离的统计关系，那么在分区时可以不考虑运移距离，但应用时需进行距离校正；

(6)对于石油运移追踪，样品的采集应充分考虑烃源岩、可能的运移通道和圈闭的空间配置关系，并以解剖生-运-储单元为目的；石油运移追踪可以在剖面上进行，也可以分输导体系在二维空间中进行，还可以在三维空间中对多个输导体系同时进行追踪，甚至可以在四维空时中进行；在一维空间中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的下降方向是运移方向；在二维和三维空间中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的极小下降途径是石油运移的优势通道，极小下降方向是主要运移方向；根据GOIm和/或FOIm的特征，剖析石油运移过程中发生的物理化学变化；结合不同期次运移的时间和相应的古构造和输导体系，对给定工区进行石油运聚评价；在此基础上，进一步结合运聚目标的地质资料，圈定石油运聚的有利地区；

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