CN104389590A - 一种应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的方法，该方法包括以下步骤：(1)输导层的地质学研究，确定输导层与烃源岩的配置关系；(2)输导层的地球物理表征，确定输导层的空间分布和物性分布，预测出油气运移路径；(3)地球化学方法示踪检验步骤(2)预测出的油气运移路径。本发明综合应用地质、地球物理和地球化学方法来进行油气运移路径的研究，旨在有效地确定油源关系、建立输导格架以及示踪油气运移路径，为油气勘探服务。
Description
技术领域
本发明属于油气二次运移领域，特别是油气在砂岩输导层中的侧向运移，尤其涉及一种综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的方法。
背景技术
“油气运移是当今石油地质学中最难研究、油气勘探中最难预测的一个问题”(邓运华，2004)。静态的生油层、储层、盖层、圈闭和保存条件可以用高质量的地震、钻井资料进行直接分析和较准确的预测。然而，油气运移是发生在地质历史时期的动态过程(陈荷立，1995；李明诚，1995；邓运华，2004)，在地质条件下难以识别。
目前，油气二次运移存在两种不同的观点(Hao et al.，2007)，形成了截然不同的油气二次运移模型：PATHWAYSTM模型(Hindle，1997；1999)和OILTRACK模型(Bekele et al.，1999；Bekele et al.，2002)。PATHWAYSTM模型比较简单，其基本原理是：油气从烃源岩排出之后首先在浮力作用下沿垂向运移，然后受控于区域盖层的构造形态往构造高部位运移(Hindle，1997；1999)。换句话说，该模型中的油气运移路径主要受控于区域盖层的构造形态，不考虑输导层孔隙度和渗透率的变化(Hindle，1997；1999)。PATHWAYSTM模型输入的数据主要包括烃源岩的位置和区域盖层的顶面构造形态(Hindle，1997)。OILTRACK模型考虑的因素比较多，包括输导层的孔渗性、流体的密度和粘度等(Bekele et al.，1999；2002)。从理论上来说，非均质性输导层中各方向的浮力和毛细管力不同，油气运移路径主要受控于渗透率的相对大小(Rhea et al.，1994；Bekele et al.，1999；Bekele et al.，2002)。
PATHWAYSTM和OILTRACK模型代表了油气二次运移研究中两种不同的思维方式，尽管它们都是基于最基本的浮力、毛细管力和水动力理论。前者虽然将现今发现的油气藏与油气优势运移路径耦合起来，但模型过于简单化，有些问题有待进一步改进。如：按照PATHWAYSTM模型，油气趋于沿构造脊运移，然而构造脊通常不是砂体发育的有利部位。后者虽然充分考虑了输导层的非均质性对油气运移路径的影响，但其考虑的因素难以实现。如：盆地尺度渗透率的定量计算难度较大，特别是在油气勘探早期或凹陷地区钻井资料较少的情况下。此外，在沉积微相、断层和裂缝、区域水动力条件尚不清楚的情况下，确定渗透率的空间变化实属不易。
油气运移路径是连接烃源岩和油气圈闭的隐形桥梁，油气运移路径示踪在寻找大中型油气田和减小勘探风险过程中起着关键性的作用。与海相环境不同，我国的油气资源主要富集在陆相湖盆中。一方面这些盆地具有基准面升降频繁、相变快的特点，使油气运移路径变得更加错综复杂；另一方面，国内的陆相盆地几乎都进入成熟勘探阶段，寻找新增储量需要立足于精细的油气运移路径研究。因此，对油气运移路径进行更为精细、准确的研究是学科发展的必然结果。
发明内容
针对上述PATHWAYSTM模型过于简化，OILTRACK模型考虑的因素难以实现以及在我国的油气资源勘探中，油气运移路径错综复杂，需要更精细的油气运移路径研究等问题，本发明综合应用地质、地球物理和地球化学方法来进行油气运移路径的研究，旨在有效地确定油源关系、建立输导格架以及示踪油气运移路径，为油气勘探服务。
本发明将生、储、盖、圈、运等要素在时间和空间上有机的结合起来。地震地层学、层序地层学和沉积学研究可以明确烃源岩与输导层的配置关系(Xuet al.，2014)；地球物理手段(包括三维可视化技术)可以有效的刻画输导体的形态及其控制作用下的油气优势运移路径(Corradi et al.，2009；Xu et al.，2014)；地球化学方法通过样品点之间参数的对比不仅可以有效的确定油源关系，还可以指示油气的充注方向(Hao et al.，2007；Hao et al.，2009)。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)输导层的地质学研究：确定输导层与烃源岩的配置关系；
(2)输导层的地球物理表征：对输导层顶面反射的地震波进行地震资料精细解释、标定地震属性并提取出最佳地震属性，确定输导层的空间分布和物性分布，预测出油气运移路径；
(3)地球化学方法示踪检验步骤(2)预测出的油气运移路径：采用地球化学参数进行示踪，当各圈闭具有相同的油气来源或地球化学参数成规律性变化时，预测的油气运移路径成立；否则，返回输导层的地球物理表征阶段重新提取地震属性，确定输导层的空间分布和物性分布，直到预测出的油气运移路径与地球化学示踪的结果达到匹配。
所述步骤(1)中利用地质学综合研究确定输导层与烃源岩的配置关系，包括以下步骤：
(1)通过地震地层学和层序地层学建立区域等时地城格架；
(2)古地貌恢复；
(3)分析古物源和沉积体系的展布；
(4)利用高分辨率三维地震、钻井和岩心资料确定研究区的沉积相；
(5)确定主要输导层的发育层位和输导层与烃源岩的配置关系。
步骤(2)中用合成地震记录和/或VSP测井对地震资料精细解释出的地震属性进行标定。
步骤(2)中采用将输导层的顶面构造形态与地震属性相叠合的方法，对输导层的空间形态和物性进行表征。
步骤(3)中采用的地球化学参数是生物标志化合物。
所述步骤(3)中的生物标志化合物为C19/C23三环萜烷(C19/C23TT)，C20/C23三环萜烷(C20/C23TT)，C24四环萜烷/C26三环萜烷(C24Tet/C26TT)，藿烷/甾烷，C27/C29甾烷，C28/C29甾烷，4-甲基甾烷指数(4-甲基甾烷/∑C29甾烷)，Pr/Ph，C35/C3422S藿烷，C23TT/C30藿烷，伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/αβC30藿烷)，C27Dia/C27ST或ETR＝(C28+C29)/(C28+C29+Ts)中任意一种或至少两种的组合物，所述组合典型但非限制性的实例有：C19/C23三环萜烷(C19/C23TT)和C20/C23三环萜烷(C20/C23TT)的组合，C24四环萜烷/C26三环萜烷(C24Tet/C26TT)和藿烷/甾烷的组合，C27/C29甾烷和C28/C29甾烷的组合，4-甲基甾烷指数(4-甲基甾烷/∑C29甾烷)和Pr/Ph的组合，C35/C3422S藿烷和C23TT/C30藿烷的组合，伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/αβC30藿烷)和C27Dia/C27ST的组合，C27Dia/C27ST和ETR＝(C28+C29)/(C28+C29+Ts)的组合，C19/C23三环萜烷(C19/C23TT)、C20/C23三环萜烷(C20/C23TT)和C24四环萜烷/C26三环萜烷(C24Tet/C26TT)的组合，C28/C29甾烷、4-甲基甾烷指数(4-甲基甾烷/∑C29甾烷)、Pr/Ph、C35/C3422S藿烷和C23TT/C30藿烷的组合等，为达到更好的结果可采用多个参数同时检验。
步骤(3)中生物标志化合物的含量成规律性变化，与预测出的油气运移路径相匹配。
利用地质学综合研究确定输导层与烃源岩的配置关系是本技术的基础。三级层序是层序地层学的基本研究单元。三级层序内部的低位和高位体系域是砂岩输导体发育的有利部位，而海侵(或湖扩)体系域有利于烃源岩的形成。低位体系域以斜坡扇、盆底扇等砂体类型为主；海侵(或湖扩)体系域以退积的滨岸砂体为主；而高位体系域则发育大型的三角洲沉积体。在同一体系域内部，输导层与烃源岩呈指状接触；在不同的体系域(或层序)之间，输导层与烃源岩垂向叠置。
输导层的地球物理表征是本技术的核心。输导层是具有高孔隙度、高渗透率的砂岩或碳酸盐岩等，这些岩石类型与泥岩或蒸发岩盖层具有明显的波阻抗差异(碳酸盐岩输导层和蒸发岩盖层组合类型除外)。当地震波从上覆盖层传播到输导层的时候，在岩性界面上会形成强烈的地震反射，岩性差异越大，反射波的强度也就越大。
在识别出输导层顶面反射的基础之上，对其进行精细的地震资料解释。利用合成地震记录和/或VSP测井对地震属性进行标定，优选出最佳的地震属性来表征输导层的空间形态和物性变化。如图3所示，强振幅表示砂岩输导层发育的有利部位，A中输导层成扇形，B中输导层呈条带状，其中振幅强度越高表示输导层的物性越好。
如上文所述，PATHWAYSTM模型认为油气运移路径主要受控于输导层的构造形态，而OILTRACK模型认为油气运移路径主要受控于输导层的孔隙度和渗透率。前者过于简洁，后者在盆地范围内难以实现。本技术通过构造与属性相叠合将二者结合起来，一方面输导层的顶面构造形态可以通过精细的地震资料解释来实现，另一方面地震属性能够将输导层的物性表征出来。二者在空间上的叠合不仅考虑了PATHWAYSTM模型的最大动力原则，还融合了OILTRACK模型的最小阻力原则。本技术预测油气将会沿着地震属性表征出来的高孔渗带、通过构造脊向构造高部位运移。
油气运移路径的地球化学示踪是本技术的关键环节。同一凹陷、同一烃源岩层系生成的油气具有相似性。尽管在油气二次运移过程中原油的物性和某些地球化学成分会发生改变，但仍然有一些地球化学参数，例如生物标志化合物，可以用来示踪油气运移路径。首先，同一运移路径上的油气具有相同的来源；在混源的情况下，同一运移路径上的油气也要体现出油气混合的特点。其次，在同一运移路径上，油气的生物标志化合物含量应该呈现出有序的变化。
利用生物标志化合物对油气运移路径进行检验，在预测的油气运移路径上，如果各圈闭具有相同的油气来源或生物标志化合物含量呈规律性的变化，则认为该油气运移路径成立；否则，重新优选地球物理属性、重新刻画输导体的空间形态，直到新产生的油气运移路径与地球化学示踪的结果达到最佳匹配(如图1)。
有益效果：
本发明继承了PATHWAYSTM模型的优点，又克服了OILTRACK模型的技术难点，应用先进的地球物理手段将输导层的构造形态和非均质性结合起来，共同决定油气的优势运移路径。同时还应用地球化学方法对油气运移路径进行示踪和检验，通过判别和循环校正使得本发明方法具有自检验性。
附图说明
图1是本发明综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的流程图；
图2是利用地质和地球物理方法确定输导层与源岩的配置关系图，其中A为输导层的地震相分析图，B为输导层与烃源层的配置关系图；
图3是利用地球物理属性表征输导层的空间形态和物性图；
图4是输导层的构造形态与物性的叠合图，其中箭头指示方向为二者联合控制作用下的油气优势运移路径；
图5-7是利用地球化学方法对油气运移路径进行示踪和检验图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的流程图。
实施例1：
本发明在渤海湾盆地JX1-1油田获得了成功的应用。
JX1-1油田的油气来源于沙三段和沙一段烃源岩，其中沙三段烃源岩与同期的扇三角洲呈指状接触，沙一段烃源岩与上覆东三段的辫状河三角洲垂向叠置。
根据本发明所述的方法，先进行输导层的地质学研究(1)通过地震地层学和层序地层学建立区域等时地层格架；(2)古地貌恢复；(3)分析古物源和沉积体系的展布；(4)利用高分辨率三维地震、钻井和岩心资料明确研究区的沉积相；(5)确定主要输导层的发育层位以及输导层与烃源岩的配置关系。
再根据不同岩石类型与泥岩或蒸发岩盖层具有明显的波阻抗差异，在识别出输导层顶面反射的基础之上，对其进行精细的地震资料解释(12.5m×12.5m)。利用合成地震记录或VSP测井对地震属性进行标定，优选出最佳的地震属性来表征输导层的空间形态。
利用生物标志化合物对油气运移路径进行检验。在预测的油气运移路径上，如果各圈闭具有相同的油气来源或生物标志化合物含量呈规律性的变化，则认为该油气运移路径成立；否则，重新优选地球物理属性、重新刻画输导体的空间形态，直到新产生的油气运移路径与地球化学示踪的结果达到最佳匹配。
应用地质和地球物理方法识别出两个输导体系：沙三段烃源岩生成的原油先沿扇三角洲侧向运移，然后在浮力作用下垂向运移(输导体系1)；沙一段烃源岩生成的原油先排到上覆辫状河三角洲砂岩中，然后受控于该砂岩的顶面形态向构造高部位运移(输导体系2)。在三维空间上，输导体系1与输导体系2汇合，最终沿着输导体系2在JX1-1油田聚集成藏。该油气运移路径也得到了地球化学方法的验证。JX1-1油田的原油不仅被证实是沙三段和沙一段的混合来源，而且沿油气运移方向，早期生成的沙三段原油运移距离较远，晚期生成的沙一段原油运移距离较近。
本发明综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径，将生、储、盖、圈、运等要素在时间和空间上有机的结合起来。地震地层学、层序地层学和沉积学研究明确烃源岩与输导层的配置关系，地球物理手段刻画输导体的形态及其控制作用下的油气优势运移路径，地球化学方法通过样品点之间参数的对比有效的确定油源关系，指示油气的充注方向，对油气运移路径进行示踪和检验，通过判别和循环校正使得本发明方法具有自检验性。
申请人声明，本发明通过上述实例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (6)
1.一种综合应用地质、地球物理和地球化学方法示踪油气运移路径的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)输导层的地质学研究：确定输导层与烃源岩的配置关系；
(2)输导层的地球物理表征：对输导层顶面反射的地震波进行地震资料解释、标定地震属性并提取出最佳地震属性，确定输导层的空间分布和物性分布，预测出油气运移路径；
(3)地球化学方法示踪检验步骤(2)预测出的油气运移路径：采用地球化学参数进行示踪，当各圈闭具有相同的油气来源或地球化学参数成规律性变化时，预测的油气运移路径成立；否则，返回输导层的地球物理表征阶段重新提取地震属性，确定输导层的空间分布和物性分布，直到预测出的油气运移路径与地球化学示踪的结果达到匹配。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中利用地质学综合研究确定输导层与烃源岩的配置关系，包括以下步骤：
(1)通过地震地层学和层序地层学建立区域等时地城格架；
(2)古地貌恢复；
(3)分析古物源和沉积体系的展布；
(4)利用高分辨率三维地震、钻井和岩心资料确定研究区的沉积相；
(5)确定主要输导层的发育层位和输导层与烃源岩的配置关系。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中用合成地震记录和/或VSP测井对地震资料精细解释出的地震属性进行标定。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中采用将输导层的顶面构造形态与地震属性相叠合的方法，对输导层的空间形态和物性进行表征。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用的地球化学参数是生物标志化合物，包括C19/C23三环萜烷、C20/C23三环萜烷、C24四环萜烷/C26三环萜烷、藿烷/甾烷、C27/C29甾烷、C28/C29甾烷、4-甲基甾烷指数、Pr/Ph、C35/C3422S藿烷、C23TT/C30藿烷、伽马蜡烷指数、C27Dia/C27ST或ETR＝(C28+C29)/(C28+C29+Ts)中任意一种或至少两种的组合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中生物标志化合物的含量成规律性变化，与预测出的油气运移路径相匹配。
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