超压对油气成藏的影响

超压对油气成藏的影响1、超压地层体系识别特征以及形成机理超压地层的压力梯度会明显增高,一般超压地层的压力梯度会超过9.80KPa/m(王连进2001),王兆云等分析全球150多个地理区域中确认存在异常地层压力的180个盆地,总结异常高压的特征如下(王兆云2002):异常高压可以存在任何深度，但多深于3050m；可以出现在任何时代的岩石中，但在白恶纪和第三纪的地层更普遍；许多许多超压区沉积物为欠压实、高孔隙度、低密度；正常压力区至异常压力区的过渡带内压力梯度最大；超压区地热梯度通常较高；超压区的形成通常与烃气有关。超压的形成机理主要包括三类（Osborne1997）：与应力有关的生压过程；空隙流体体积增大引起的生压过程；流体流动和浮力的增压过程。2超压对油气成藏的影响超压可以促使烃类运移,超压使孔隙度变高成为有效的储层,超压也可以使盖层破裂形成优势运移通道,使油气幕式运移成藏。超压对油气成藏的影响如图1所示。超压可产生烃类运移的动力。当超压达到一定程度便会产生裂缝,为烃类运移提供优势运移通道,烃类进入超压改造的良性储集层,在合适的地质条件下就会聚集成藏。图1超压对油气成藏影响示意图（胡海燕2004）2.1超压对烃源岩生烃的影响压力对有机质的热演化作用长期以来一直是大家争论的焦点，然而随着研究的深人，很多专家认为超压会延缓油气的生烃过程，例如郝芳院士在2001年对莺歌海盆地LD3011井与邻近的YA1911井研究时发现，如图2所示，LD3011井与邻近的YA1911井的地温梯度变化曲线相互平行，表明这两口井的地温梯度相近，在两口井的井水压力相近时，这两口井的镜质体反射率是相近的，也就是说他们的有机质成熟度相近，然而当随着地温的升高，LD3011井出现了异常超压，在异常超压处，LD3011井镜质体反射率的模拟计算数值和预测值曲线都出现了明显的波折，表明了此时LD3011的镜质体反射率随着深度的变大，镜质体的增大速率在相对的减小，并且明显低于同深度YA1911井的镜质体反射率，这充分的说明了超压在烃源岩生烃过程中存在抑制作用，超压对生烃过程的抑制作用使得源岩生烃不同于传统的生烃模。深部源岩可因超压的存在晚进入生烃门限和生烃高峰,能够保持一定的生油能力,并且由于超压的保持使得源岩生烃可以较为缓慢。因此当压力得以释放时,可以造成源岩生烃突然增快,生烃量加大等现象（刘晓峰2001）。式图2莺歌海盆地LD3011井不同压力系统有机质成熟度及其与地温梯度相近的YA1911井的比较（郝芳2001）2.2超压对油气运移的影响超压对油气运移的影响主要表现在油气的次运移阶段，主要表现：改善运移通道和成为油气运移的动力因素促使油气运移油气自烃源岩向储储集层的运移成为油气初次运移（柳广弟2009）。油气在烃源岩里主要是以游离相态的形式赋存在烃源岩里，由于烃源岩主要是泥岩和页岩，而众所周知，泥岩空隙的直径很小（一般都是纳米级），因此当烃类想从烃源岩中运移出来时，就必须克服泥岩细小空隙的毛细管阻力，也就是说只有当泥岩与邻近储集层和输导层孔隙流体间的压差超过了油气运移的阻力时,油气才能从母岩中排出。因此要想油气从泥岩中运移出来，这时就需要一个外力来作用游离态的烃源岩，使它冲破毛细管力进入到储集层。而异常高压可以为烃类的初次运移提供动力，使油气从烃源岩运移到储集层。超压压裂促使裂隙形成。超压平衡被突破之后,超压释放破坏了地下岩层的力学平衡,造成岩石破裂,产生微裂隙或微裂缝,这些微裂隙可以成为油气初次运移的通道,超压带的烃源岩内滞留在孔隙间的烃类可以依此微裂隙进行运移（达江2006）。2.3超压对烃源岩产物的影响姜峰老师（1998）的高温超压模拟实验研究中，发现在相同模拟温度条件下升高压力，不同产物变化各异。态烃产物的轻碳组分含量增加，气体干燥系数增加；非烃产物中氢气含量降低，二氧化碳含量增加；液态烃组分中高碳数烷烃含量相对增加，低碳数烷烃含量相对下降，具有从前峰型向后峰型变化的趋势。超压会影响烃源岩产物中主峰碳数的变化，由表1可以看出，原样及200℃时样品烷烃产物的主峰碳数无变化,为nC29。温度为400℃时,烷烃产物的主峰碳数前移,也就是温度升高、主峰碳数前移。400℃的温度条件下,主峰碳数随压力的变化而变化,0.1GPa时为nC23,0.5、1、1.5GPa时为nC19,2GPa时又后移至nC25,也就是说,随压力的增大,主峰碳数先前移,再后移。压力增大主峰碳数前移,可能与此温压条件下水的状态有关,压力最大时(2GPa)主峰碳数后移说明高压能够抑制重烃的裂解（这也从侧面应征了超压会抑制烃源岩的生烃过程。表1烷烃参数随温度条件的变化（姜峰1998）2.4超压对油气藏聚集保存的影响异常高压对油气聚集保存既有有利的作用,又有不利的影响。异常高压对油气具有封堵作用,形成异常压力流体封存箱(图3),并且改善储层性能,提高储层储集油气的能力。在许多异常高压系统的顶部,都存在一种被称为封隔层的致密岩性带,来自封隔层之下和侧面的烃类可通过孔隙、断层和微裂缝等通道,向封隔层底部运移和聚集。随着烃类聚集量的增加,特别是气态烃量的增加,压力不断上升,当压力超过封隔层的破裂压力时,可产生大量微裂缝,使已聚集的高压流体再次运移至封隔层之上或周围地层中,或者逸散,或者形成新的聚集。一旦系统压力降到低于封隔层的破裂压力时,微裂缝即闭合,封隔层再次形成遮挡条件。准噶尔盆地南缘安集海河组的高压泥岩不仅是一种性能优越的天然气盖层,而且还对贯穿顶部盖层的逆冲断裂系统起着重要的封堵作用。深部侏罗系的气源通过下部张性断裂系统向上部地层运移,受到安集海河组高压泥岩的封堵和遮蔽作用,在逆断层下盘的紫泥泉子组砂岩中聚集成藏,呼图壁气田便是以此种方式聚集成藏。从储层角度来看,异常高压对储层储集性能具有明显的促进作用,主要表现在:异常高压的形成,阻滞了高压系统内流体的运动和能量交换,减缓或抑制了成岩作用,结果是使储层保留了较高的孔隙空间;异常高压支撑了部分上覆岩体的荷重,减小了地层的有效应力,从而也减缓了对超压层系的压实作用,储集空间因此得以保存;异常高压作用下形成的微裂缝不仅增加了储集空间,更重要的是改善了高压系统内储层的连通性,大大增强了储层的渗透性能。值得注意的是异常压力对油气聚集保存的作用是两方面的,过高的异常压力对油气的成藏和保存也是不利的。过高的压力阻止油气进入储层并聚集成藏。对国内外油气藏压力的统计结果表明,压力系数大于1.9～1.94左右的地层条件下,基本不具备成藏条件图3异常高压流体封存箱模式图（达江2006）2.5超压可改善储集层的性能由于孔隙流体超压系统的形成和发育,大大削弱了正常压实作用对深部地层的影响,使得深部地层中一部分原生孔隙得以保存下来。同时由于有机质热演化过程中有机酸和CO2的释放,降低了孔隙水的pH值,这些酸性孔隙水在高温高压作用下,对易溶矿物的溶解作用进一步加强,可以形成较好的次生孔隙。例如,美国东Delaware盆地War-Wink油田中,深部地层的异常压力带出现在地下3500～5000m深度段（游俊1997）按理论计算,这个深度段的孔隙度应为2%～6%,但实际孔隙度为10%～35%,相同深度段的渗透率也异常高。这充分的说明了异常高压能够改善储层的性能，提高储层的空隙度和渗透率。强超压储集层和常压储集层岩心实测物性差别大（王清斌2012）。强超压油层段以中孔低渗和中-低孔特低渗为主，正常压力油层段以中孔中渗和中孔低渗为主，中渗储集层比例超过10%（图4所示）2套储集层渗透率差异大。.图4A2-1-1井正常压力和强超压油层岩心渗透率统计（王清斌2012）超压对泥岩中蒙脱石向伊利石的转化起抑制作用。A2-1构造东营组埋藏较浅的常压储集层段伊蒙混层中的蒙脱石含量为10%~20%，平均15.6%，埋深较大的强超压储集层段伊蒙混层中的蒙脱石含量均为20%，2套储集层埋深相差超过300m，但埋深大的超压储集层黏土矿物演化阶段反而处于早期，这反映了超压对砂岩黏土矿物演化的抑制作用。与相近深度的泥岩相比，常压储集层段与同深度的泥岩黏土矿物演化阶段相当，部分储集层段黏土矿物演化阶段要比同深度泥岩演化阶段快，可能与油气侵位带来的热波动有关。超压储集层段黏土伊蒙混层的演化明显比同深度泥岩黏土演化阶段早，同深度泥岩的伊蒙混层中蒙脱石含量已达到15%，处在有序混层带和超点阵有序混层带的分界线上，但强超压储集层中的黏土矿物还稳定地处在有序混层带，这充分显示了强超压对黏土矿物演化的抑制作用。而大量研究表明，自生高岭石的大量出现往往代表着长石大量溶蚀（徐同台2003），因此，高岭石含量与储集层孔、渗往往呈正相关性，伊利石含量往往与孔、渗呈负相关（赵杏媛2009）。A2-1构造强超压储集层段高岭石的高含量带与储集层的相对高渗段有着较好的对应关系，据王清斌研究的高岭石与长石的相关关系分析，高岭石高含量应与长石的溶蚀较强有关，高岭石含量与渗透率有着较强的正相关性（图5），反映了超压层内部长石溶蚀作用对渗透率的影响。强超压储集层内伊利石的高含量带与低渗段有着较好的对应关系，伊利石含量与渗透率为负相关关系，反映了伊利石的生长对渗透率的破坏作用。强超压封闭体系溶出物的富集促进了伊利石的发育，对储集层渗透率影响较大。图5A2-2井超强压储层中粘土矿物与渗透率相关性(王清斌2012)在强超压储集层内粒度相对较粗的夹层高岭石发育，说明溶出物可以在超压层内再分配，高岭石高含量带渗透率也较高，因此，强超压储集层内厚度大、粒度粗的夹层可以有较好的产能。同样，粒度较粗的厚层强超压砂体也可以实现溶出物在砂体内的再分配，形成高产优质储集层。强超压（压力系数1.5）与中等强度的超压形成的成岩体系有较大区别，同一构造带内，强超压多为封闭的成岩系统，中等强度的超压系统往往与超压多次释放有关。超压释放溶出物带出体系，有利于体系内溶蚀作用的进行，中等强度的超压油气层物性应较好。2.5超压层可成为良好的盖层超压层往往具有物性封闭和超压封闭的作用,压力封闭与物性封闭在超压带往往是一对孪生兄弟,但压力封闭明显优于物性封闭。压力系数为1.3的欠压实泥岩,依靠异常孔隙流体压力封闭的气柱高度比依靠毛细管阻力封闭的气柱高度大11倍（刘方槐1991）。压力封闭的实质是一种动态封闭。在超压层内的润湿性超压流体存在着克服毛细管力向低势方向流动的趋势(包括向气层方向),而在储层中非润湿性的气体,在运移散失的过程中,不仅要克服储、盖层间的毛细管压差,还要克服在盖层中由于超压润湿性流体形成的巨大势差。由此可知,压力封闭的实质就是储层与盖层间由于压力差异形成的不同润湿性流体的势差与毛细管力的综合体现,只不过其中流体势差起主导作用而已（马启富2000）。超压体内储层孔隙流体压力的大小与盖层破裂压力的关系是影响超压体油气富集的重要条件。储层内流体压力不能过高,太高时容易影响盖层的有效性和气体从水溶液出溶聚集成藏。2.6超压可以引起超压可引起幕式排烃成藏在高温高压地层中,随着埋深的加大,成熟的烃类由源岩向储层运移,烃类以溶解状态存在孔隙水中。当储层孔隙流体压力大于盖层破裂压力时,即超压体系中的孔隙压力大约达到上覆地层静压力的70%～80%(此压力大致等于上覆地层的平均压力梯度0.23kgf/cm2×地层深度),超压体系开始产生裂缝,且裂缝带可达数千英尺形成优势运移通道。随着裂缝的产生,烃类和其他孔隙流体沿优势运移通道排出地层,压力逐渐降低。当孔隙流体压力下降到上覆地层的大约60%时,裂缝合拢而形成新的封闭系统。然后,再开启裂缝——释放压力和排出烃类——再闭合裂缝。周而复始,循环往复,排出烃类,在合适的地质条件中聚集成藏。在得克萨斯湾页岩和中国的莺歌海盆地中就存在幕式排烃的现象。超压流体的幕式集中排放意味着对上覆地层的幕式充注,在存在圈闭的情况下导致幕式成藏。从运动学的角度,幕式流体流动与稳态流体流动的最重要区别在于流体流动的不连续性、流体流动过程中温度和压力条件的快速变化及流体流动的多幕性和周期性（HaoFang2000）。因此,成藏流体的层间多重非均质性