从油气赋存状态分析油气充注能力——以东海西湖凹陷平湖油气田为例<br/>

从油气赋存状态分析油气充注能力——以东海西湖凹陷平湖油气田为例

2011-01-23仝志刚赵志刚杨树春郝建荣

中国海上油气 2011年3期

仝志刚贺清赵志刚杨树春郝建荣

(1.中海油研究总院; 2.中海油新能源研究院)

圈闭油气充注研究是勘探目标评价中的必要内容,油气充注量大小是圈闭能否形成油气藏的重要因素,也是勘探成败的主要因素之一[1-2]。但是,长期以来由于受地质模型和研究方法的制约,油气充注定量研究的难度非常大,通常是以烃源条件、油气运移条件和成藏匹配条件的结合对油气充注能力进行定性评价。近年来,通过寻找圈闭的油气汇聚单元,在汇聚单元内综合考虑烃源条件、油气运移条件和成藏匹配条件来定量评价圈闭的油气充注风险[3],为钻前目标评价提供了一种实用的油气充注量分析的方法和手段。通过已钻井资料能够分析油气藏的成藏历史,但多数研究主要集中在油气成藏期次方面[4-9],几乎没有涉及油气充注能力。本文综合已钻井资料,以平湖油气田为例,通过分析现今油气赋存状态来分析油气充注能力。研究结果有助于重新认识平湖构造区的烃源条件、油气运移条件和成藏条件,以使对该区及其相邻区域的钻前圈闭评价更为客观;同时,这种从钻井资料出发的“反演”方法,对研究油气成藏历史,进而指导勘探亦不无裨益。

1 油气充注量与油气赋存状态

油气运移进入圈闭的过程称作油气充注,油气向圈闭运移的量称为油气充注量。在一定的储盖条件下,油气充注量与圈闭体积及温压条件决定了圈闭中油气的赋存状态。

如图1所示,从烃源岩排出具有一定气油比的油气,在烃源岩附近的圈闭中可能形成液相油气藏A;随着油气逐渐由深部向浅部运移,温度和压力降低,先前液相油气中的气体从油中析出,进入圈闭B中,形成了气液两相的油气藏,此时的油藏为饱和油藏。如果充注量比较大,圈闭B的体积又比较小,液相油气溢出,在附近的圈闭中形成了液相油气藏C,此时的油藏C可能为饱和油藏;如果在后期的埋藏过程中没有更多的油气充注,油藏C最后将成为不饱和油藏。如果后期还有更多的油气进入,且从油藏C溢出的流体继续往浅部运移,压力、温度继续降低,液相油气中的溶解气继续析出,在体积比较大的圈闭D中聚集,形成带气顶的油气藏。如果油气藏D顶部封盖不良,那么气顶气向上泄漏,在其上部体积较小的圈闭中则形成气藏 E。另外,从烃源岩排出的油气直接运移到浅部体积比较小的圈闭(相对于油气充注量来说)中,析出的气体可以完全充满圈闭,液相油气溢出,圈闭中留下的全部是气体,形成气藏 F。

图1 油气分布状态变化示意图1)

圈闭的油气相态及气油比不仅受圈闭的温压条件、体积和盖层质量的影响,而且还与油气充注量密切相关。温度和压力决定油气的溶解和析出,而在一定的温压条件和盖层条件下,油气充注量和圈闭体积最终决定了圈闭中油气的赋存状态。

2 平湖油气田油气赋存状态及油气充注能力分析

2.1 油气赋存状态

平湖油气田位于东海浙东坳陷西湖凹陷西侧的平湖构造带,油气主要分布在花港组和平湖组(图2)。花港组储层以中砂岩为主,其次为细砂岩,孔隙度一般为20%左右,渗透率一般为100 mD,最高可达1000 mD;平湖组储层以细砂岩为主,其次为中砂岩和粗粉砂岩,其中、上段孔隙度为14%～19%、渗透率为35～240 mD,下段孔隙度为10%～13%、渗透率为1～10 mD。花港组主要含轻质油,平湖组主要含凝析气,总体上为“上油下气”的分布状态[10]。

图2 平湖油气田油气藏剖面示意图1)

花港组油藏充满度不高,主油区放鹤亭构造内油柱高度仅占储层厚度的1/3或1/5,为底水油藏;原油饱和压力低,为2.43～13.24 MPa[10],地饱压差约为20 MPa[11];溶解气油比为12～217 m3/m3[10-11],平均为55 m3/m3,且随着深度的增加而逐渐增大[12]。

平湖组凝析气藏充满度相对较高,形成层状气藏,水体位于储层边部,为边水凝析气藏[11];凝析油含量为106.68～190.29 g/m3,为中低凝析油含量凝析气藏[13];原始气油比为4100～5500 m3/m3,且随着深度的增加而逐渐增大。

2.2 油气充注能力

平湖油气田放鹤亭构造油藏面积充满度为8%～33%,气藏面积充满度为52%～69%;八角亭构造区油藏面积充满度14%～56%,气藏面积充满度22%～81%。分析认为,造成这种“大构造、小油气藏”现象的原因可能有2个:一个是油气充注量不足,另一个是盖层质量差造成圈闭范围小2)。前人研究也认为,西湖凹陷平湖组烃源岩厚度大、分布广、成熟度高、生烃量大,因此造成这种“大构造、小油气藏”现象的原因主要是盖层质量在横向上的变化引起的[14]。但是,如果是因为盖层质量在横向上变差才使得局部构造内圈闭范围缩小,那么在含油气范围内盖层的条件仍然是好的,圈闭应该是存在的。从这个角度看,平湖油气田油气藏的油气充满度应该比较高。因此,不妨先假定平湖油气田的油源条件是好的,油气充注量是充足的,但这一假定与现今平湖油气田的油气赋存状态却是矛盾的。

从平湖油气田供烃区平湖组煤系烃源岩的排油气历史(图3)来看,排烃气油比由低到高变化,大约在19 Ma时排烃气油比就达到1000 m3/m3,到龙井组沉积末期(16.2 M a)排烃气油比可达到3500 m3/m3;之后迅速增大,最大超过10000 m3/m3;然后又略有减小,但都大于6500 m3/m3。这说明,平湖油气田供烃区平湖组煤系烃源岩在晚期是以排气为主。

如果圈闭的油气充注量充足,那么平湖油气田花港组储层中就不会形成油藏,而是形成气藏或带气顶的油气藏(即使是油藏,也应该是饱和油藏);但是从现今油藏特征来看,其溶解气油比从上到下为12～217 m3/m3,平均约为55 m3/m3。如果以花港组顶界为油藏的深度参照面,那么花港组上部油藏现今的饱和溶解度应该是138 m3/m3,远大于12 m3/m3,这说明现今花港组油藏在整体上未达到饱和状态。

图3 平湖油气田供烃区烃源岩排烃史图

闪蒸模拟分析结果表明,平均溶解气油比约为55 m3/m3的花港组油藏于16.2 M a(龙井组沉积末期)时为饱和油藏(温度为 64℃,压力为 10.5 M Pa)1)。由此可以推测,大概自16.2 Ma以来花港组油藏一直没有发生油气充注。否则,花港组应该形成气藏或带气顶的油气藏,至少现今的油藏应该处于饱和状态。

另外,平湖油气田平湖组凝析气藏现今为中低饱和凝析气藏,原始气油比为4100～5500 m3/m3,而15 Ma以后平湖油气田供烃区平湖组煤系烃源岩排烃气油比最大超过10000 m3/m3,后来略有减小,但都大于6500 m3/m3,这说明平湖油气田形成后期天然气充注量很少。

因此,从油气赋存状态分析结果来看,平湖油气田在龙井组沉积末期以来油气充注量就很小。笔者不否认西湖凹陷平湖组煤系烃源岩排烃量大,但是圈闭的烃源条件不等同于凹陷的烃源条件,凹陷的烃源条件好并不能说明圈闭的烃源条件就没有问题,在油气成藏过程中很可能因为构造运动或成岩作用等因素的影响造成油气运移通道的改变或阻塞,导致油气充注能力不足,从而影响到油气藏的储量规模。

2.3 成藏过程

通过上述油气充注能力分析,平湖油气田的成藏过程可以总结为:

(1)大约在20 M a(中新世早期)之前,平湖组烃源岩排烃气油比较低,以油为主。油气自下而上运移进入平湖组和花港组,形成油藏。

(2)其后,由于平湖组烃源岩的排气量越来越大,排油量相对减小,排烃气油比迅速增大。到19 Ma时,排烃气油比已经超过1000 m3/m3,以气为主的烃类进入先前形成的油藏中,致使油藏中的溶解气达到饱和,甚至过饱和,出现气顶。此后,由于成岩作用的加强,盖层的封盖能力变好,特别是平湖组盖层的封盖能力变得更好,以气为主的烃类运移进入花港组的量减小,大部分充注到平湖组,形成了花港组油藏与平湖组气藏。这种先油后气、垂向运移的成藏过程也得到了地球化学研究结果的证实[15]。包裹体的研究结果也表明,花港组油藏以1期成藏作用为主,为液态烃充注;而平湖组气藏具有2期成藏作用,第1期主要充注液态烃,第2期主要充注气态烃[16]。

(3)大概到龙井组沉积末期(16 M a左右),花港组盖层埋深已达1000 m以上,具备了比较好的封盖条件[17],其下伏的平湖组盖层封盖能力则更好。此时的花港组油藏为饱和油藏,之后由于天然气的注入量很小,现今为未饱和油藏;而平湖组凝析气藏约在16 M a之后(中中新世之后)则很少有油气充注,气油比没有明显的变化。