刘 华，景 琛，刘雅利，袁飞飞，卢 浩

(1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2. 中国石化 华北油气分公司 采气一厂，郑州 450006；3. 中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257001)

勘探实践表明，运移动力能否克服运移阻力是油气发生运移、聚集的关键[1-4]。近20年来，超压作为油气运移的动力受到了学者们的密切关注[5-11]，提出了在构造活动较弱的超压盆地中，超压作用下的幕式运移和浮力作用下的渐进式运移是油气运移的2种重要方式[12-16]，并从流体沸腾包裹体、温度异常、流体性质异常以及超压裂缝开启等方面不同程度地证实了超压是油气运移的重要动力条件[17-23]。但是，哪些油气是在超压驱动下发生的运移还未提出相关的区分证据，如何定量判别尚未明确，而这些恰是油气运聚系数确定与资源量评价的关键因素。因此，本文以晚期构造活动较弱、超压普遍发育、异常压力和浮力为主要油气运移动力的沾化凹陷渤南洼陷[24-28]为例，以沙三段主力烃源岩层系为研究对象，针对幕式运移和浮力作用的机理特点，建立了油气运移动力和运移方式判识的量化指标，并探讨了其有效性和适用条件，以期为油气运移的机理解释提供理论依据。

1 原理及思路

在富油气盆地中，超压作用下的幕式运移和浮力作用下的渐进式运移是油气运移的2种主要方式[13,16]。其中，幕式运移过程中异常压力或构造活动占据主导地位，油气发生快速、高效的运聚，运移相同距离所需时间短，地质色层效应较弱，油气的残留组分变化相对较小，并存在混态运移；渐进式运移过程中，运移动力以浮力为主，油气易发生缓慢运移，经过某地质单元的时间相对较长，地质色层效应明显，油气的残留组分变化相对较大。因此，能够反映油气运移过程中流体性质变化的物性参数和地化参数，如原油黏度、密度、轻/重正烷烃、含氮化合物、生物标志化合物等[29-33]会受运移方式的不同产生不同的变化幅度，这种变化幅度的差异性可以用来指示油气的运移方式和动力。

基于上述思想和原则，笔者提出了“运移参数变化率(R)”的概念，即某套烃源岩所生成的油气，其运移指标在单位距离内的变化量。以图1为例，在一条油气运移的路径上，A、B2点各自的某运移参数数值分别为A运移参数和B运移参数，而该范围内的油气运移参数变化率(RAB)等于A运移参数和B运移参数的差值除以AB之间的距离LAB(图1，公式1)。同样的方法，沿着油气运移路径的不断变远，可以依次求出任意2点之间的运移参数变化率，例如，RBC、RCD和RDE等。

(1)

图1 油气运移参数变化率示意Fig.1 Diagram showing the change ratio of geochemical parameters

式中：RAB为油气运移参数变化率；B运移参数为B点所测运移参数数值；A运移参数为A点所测运移参数数值；LAB为A、B两点距离，m。

运移参数变化率能够有效地反映油气运移的动力和方式。以发育超压的地区为例，油气在剩余压力作用下可以发生幕式运移，表现为油气运移速度快，各类油气运移参数变化相对缓慢，因此，变化率R值较小；随着作为动力的剩余压力不断递减，油气运移速度逐渐降低，运移参数的变化幅度逐渐增大；在以浮力为主的地区，油气的运移方式转变为渐进式，运移参数变化幅度大，变化率指标R值较大。

2 油源对比及运移路径判识

油源对比是排除油气来源差异造成判识误差的重要前提，尤其是在多套烃源岩、多个生烃中心的复杂叠合盆地中更为关键。根据渤南洼陷沙三段和沙四段2套烃源岩的地化特征差异[34]，选取类异戊二烯烷烃、正构烷烃和生物标志物参数等指标进行油源对比，可将渤南洼陷的原油分为沙三型、沙四型和混源型3种类型[24]。

沙三型原油的地化特征与沙三段烃源岩相似，高姥植比和低伽马蜡烷/C30藿烷值(图2)，该类原油主要分布于洼陷中心及洼陷附近沙三中下亚段储层中。沙四型原油主要分布在洼陷中心的沙四段地层中，零星分布在缓坡带的沙一段与沙二段地层中。与沙三型原油相比，其平均伽马蜡烷/C30藿烷值和成熟度参数明显偏高，而Pr/Ph值、4-甲基甾烷和三环萜烷含量都偏低(图2)。混源型原油是沙三和沙四型原油的混源，主要分布于沙二、沙三中上及沙四段地层中，与以上2种类型原油相比，该类原油各项参数指标介于前2种类型之间。

油源对比表明，渤南洼陷单一来源的油气藏较多，混源型原油比例较低，且3种成因类型的原油在空间分布上规律性强(图3)。其中，沙三烃源岩提供的油气多储集在沙三段地层中，侧向运移趋势明显，而且钻井资料和原油样品丰富，是本次研究的主要对象。

渤南洼陷沙三段油藏油源单一，油气运移路径较为简单，可以利用原油物性菱形图与沙三段地层流体性质分析油气的运移方向。原油在地下运移的过程中随油气运移距离的增加，地层原油物性会发生变化：原油的黏度和密度随之增加；饱和压力及气油比则随之降低。以饱和压力与气油比为横轴的两端、黏度与密度作为纵轴的两端，绘制原油物性菱形图(图4)。总体上自洼陷中心至洼陷南部缓坡带，原油物性菱形图由扁菱形向方菱形和长菱形转化，表明油气自洼陷中心向洼陷南部运移。

图2 渤海湾盆地渤南洼陷渤深5井烃源岩及油气地化特征对比Fig.2 Geochemical characteristics of source rocks and crude oil and gas from well Bs 5, Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

图3 渤海湾盆地渤南洼陷各套烃源岩生成油气的分布Fig.3 Distribution of petroleum sourced from various source rocks in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

图4 渤海湾盆地渤南洼陷沙三段原油物性菱形图的剖面变化趋势Fig.4 Vertical variation trend of diamond graph for Es3 crude oil in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

3 运移表征参数优选及变化率计算

通过油源对比、运移路径判识，优选出同一油源、同一运移路径上的油气藏，进而进行运移表征参数优选和变化率计算。选择油气运移表征参数时，优选能够反映油气运移过程中流体性质变化的物性参数和地化参数，同时，所选的参数尽可能受油气运移距离的影响明显，受其他因素的影响相对较小。

3.1 原油物性参数的选取

根据运移效应明显、其他因素影响小的原则，对研究区的流体性质参数进行了优选。根据研究区的原油物性资料，沿着油气运移路径，原油密度和黏度变化程度逐渐增大，洼陷中心义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；而洼陷边缘罗35井的原油密度介于0.921～1.013 g/cm3，黏度介于20～194 mPa·s(图5)。因此，原油密度和黏度能够较好地指示油气运移，可以作为渤南洼陷有效的运移参数，用于计算运移参数变化率。

图5 渤海湾盆地渤南洼陷原油密度和黏度关系Fig.5 Relationship between density and viscosity of crude oil in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

3.2 地化参数的选取

原油在地下运移过程中，含氮化合物会发生分馏效应，因此，含氮化物可以作为油气运移量化判识的指标。在渤南洼陷沙三段油气含氮化合物分析的基础上，以义78—义61井—义75井—义63井构造剖面为例，沿着油气运移方向，1,8/2,7-二甲基咔唑逐渐增大，1,8/2,4-二甲基咔唑和苯并[a]咔唑/([a]+[c])逐渐增大(图6)，反映出这些指标在揭示油气运移方向和路径的研究中具有较为明显的识别意义。

3.3 运移参数变化率的计算

综合分析，选取原油密度和黏度、生物标志化合物指标C29甾烷20S/(20S+20R)和含氮化合物指标1,8/2,7二甲基咔唑作为有效运移参数进行变化率分析。首先根据油源对应结果，以沙三段烃源岩生成的油气为分析对象，以图7所示剖面为例，计算了各井点沙三段储层内油气的各项运移参数的变化率(表1)。结果表明，沿运移方向原油密度、黏度、C29甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑的变化率均呈现明显增加的趋势(表1)。

分析表明，位于渤南洼陷沙三段生烃中心的原油运移参数变化率最低，原油密度变化率为0.01，原油黏度变化率为0.32，C29甾烷20S/(20S+20R)变化率为0.26，1,8/2,7二甲基咔唑变化率为0.27。进入义78-义61井区，原油密度变化率增加到0.05，原油黏度变化率变为9.1，C29甾烷20S/(20S+20R)变化率增加到0.4，而1,8/2,7二甲基咔唑变化率达到0.89。洼陷边缘罗35—义75井区附近，运移参数变化率持续增高，原油密度变化率为0.69，原油黏度变化率为22，C29甾烷20S/(20S+20R)变化率为0.46，1,8/2,7二甲基咔唑变化率为1.08。沿运移方向原油密度、黏度、C29甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑的变化率均呈现明显增加的趋势(图7)。

图6 渤海湾盆地渤南洼陷罗35-义117剖面含氮化合物指示油气运移Fig.6 Migration indicated by nitrogen-containing compounds along L35-Y117 profile in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

图7 渤海湾盆地渤南洼陷沙三段油气运移与超压对应关系Fig.7 Relationship between petroleum distribution and overpressure in Es3 along migration pathway in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

运移参数义80-义123义80-义37义37-义78义78-义61义61-义75义75-罗35原油密度变化率0.010.010.030.050.310.69原油黏度变化率0.320.304.109.1013.6022.00C29甾烷20S/(20S+20R)变化率0.260.400.461,8/2,7二甲基咔唑变化率0.270.891.08

4 油气运移方式的定量判识

根据同一油源、同一运移路径上油气藏运移参数的变化率计算结果可以看出，随着油气运移距离的增加，各项运移参数变化率的数值逐渐变大，与生烃中心为超压、边部为常压的压力分布特征相一致。但是如何确定超压作用的量化边界需要结合压力特征进行分析。

4.1 油气运移动力构成的判别

根据渤南洼陷沙三段地层的压力分布特征及其油气藏分布的对应关系，义123井分布于超压发育区，3 369.57 m储层所对应的物性恢复的毛细管阻力为25.54 MPa左右，但该区砂体厚度和连续性较低，即使油气连片程度很高的情况下，产生的浮力最高仅为4.62 MPa，远远小于运移阻力；而该区的压力系数高达1.6，异常压力可以为油气运移产生强大的驱动力。此外，岩心观察和薄片分析表明，渤南洼陷义78—义117井区大量发育超压裂缝(图7)，验证了洼陷中心超压作用下幕式运移的存在。综合分析表明，义123井区的油气运移是以异常压力为主导聚集成藏的，浮力作用在运移动力中所占的比例较低。而位于边部的罗35井，压实作用较低，岩石孔隙度较大，2 545.5 m处的毛细管阻力仅为2.97 MPa，而该处砂体连片程度高，厚度相对较大，最大油柱高度产生的浮力可达3.49 MPa，完全可以单独克服阻力发生运移。此外，由于该区为常压环境，超压不作为油气运移的动力构成，因此，油气是以浮力为主进行的运移成藏。

4.2 油气运移动力界限的量化判识

在对同一油源、同一运移路径上油气运移动力判识的基础上，分别对超压驱动区、浮力驱动区以及混合驱动区各类油气运移参数变化率的特征进行分析，确定了渤南洼陷沙三段原油的运移参数变化率对不同运移动力构成的界限数值(表2)。当研究区的原油密度变化率大于0.31、黏度变化率大于13.6、C29甾烷20S/(20S+20R)运移参数变化率大于0.42以及1,8/2,7二甲基咔唑变化率大于0.95时，油气为浮力作用下的运移结果，运移方式为渐进式的缓慢运移；而当研究区原油密度变化率小于0.03、黏度变化率小于4.1、C29甾烷20S/(20S+20R)运移参数变化率小于0.35以及1,8/2,7二甲基咔唑变化率小于0.6对应的区域，油气为超压驱动下的运移结果，幕式快速运移是其主要的运移方式。此外，运移参数变化率介于上述两者之间时，油气为浮力和超压共同作用的结果，为混合动力机制下的运移产物。

表2 渤海湾盆地渤南洼陷不同运移动力和运移方式所对应的运移参数变化率范围Table 2 Change ratios of migration parameters for different migration dynamics and patterns in Bonan Subsag, Bohai Bay Basin

5 应注意的几个问题

本文提出的“油气运移参数变化率”主要基于超压作用下油气的运移速率快、油气性质变化小这一原理，可用来定量判识油气运移的动力和运移方式。通过优选单一或系列运移参数，计算同一来源油气的运移参数变化率，建立剩余压力与浮力作用边界所对应的运移参数变化率界定标准，判识不同地区油气运移的动力组成和方式。在应用该方法时，应注意以下几个问题：

(1)油气运移过程复杂，运移通道、油气来源等差异都会对运移参数的变化速率产生影响，导致判识的错误。因此，为了尽可能消除外界影响，应用该方法需要以油源对比和运移路径分析为基础，排除油气来源和路径差异的影响，并结合研究区特点，选取同期次的油气进行分析，确定动力边界的标准。

(2)优选油气运移表征参数时，遵循“运移效应明显、其他因素影响小”的原则，针对不同来源油气，尽可能选择适合研究区的典型指标，多选择表征参数进行综合分析。由于油气运移地化参数存在地区差异，因此，在选择可用参数时，需要对参数进行筛查，切不可完全照搬其他地区的指标来用。

(3)由于地区差异、油气来源不同以及运移路径间的差异影响，判识的量化标准需根据研究对象具体分析而定，各运移参数的动力边界划分标准不宜统一，标准存在地区和参数类型的差异。

6 结论

(1)运移参数变化率即某套烃源岩所生成的油气，其运移指标在单位距离内的变化量。运移参数变化率能够有效地反映油气运移的动力和方式。

(2)以油源对比、运移路径判识以及压力分布特征分析为基础，通过优选各类运移表征参数，计算“运移参数变化率”，可以有效地判识油气过程中所具有的运移动力构成、运移方式及其作用边界。

(3)运移参数变化率仅适用于同源、同路径、同期次油气运移方式的定量判识。受构造背景、油气性质和运移路径差异的影响，在实际应用的过程中，运移参数变化率的判定界限存在差异，量化标准具有地区特定性。

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