一、油气聚集方式

一、油气聚集方式

油气聚集是指油气在圈闭中的聚集并形成油气藏的过程。油气聚集包括单一圈闭和系列圈闭的油气聚集。

图7-1 单一圈闭中的油气聚集和油气藏(据Gussow,1951)

(一)单一圈闭的油气聚集

单一圈闭中最简单、最常见的是背斜圈闭。其基本特点是:储集层顶面呈拱形,由顶向四周下倾;其上方为非渗透性岩层所封闭,下方高势区被水体所封闭;闭合区由通过溢出点的构造等高线所圈定。

在静水条件下,储集层中运移的油气遇到背斜圈闭时,先在最高部位聚集起来,油气水按重力分异;后来依次由较高部位向较低部位聚集,直到充满整个圈闭为止(图7-1Ⅰ)。这时,该圈闭的聚集作用即完成,若再有油经过时,无法继续在其中聚集,只能通过溢出点溢向上倾方向,但天然气则不同。由于天然气比油轻,它可以继续进入圈闭,而将其中的石油排出。这一过程一直进行到将原先被石油占据的圈闭容积完全被天然气占据为止(图7-1Ⅱ、Ⅲ)。至此,单一背斜圈闭的油气聚集已最后完成。在条件不发生变化时,油气在圈闭中建立起相对稳定的平衡状态。值得注意的是,圈闭一旦被天然气充满,石油不可能再进入圈闭,而是沿溢出点向上倾方向溢出。

同样,非背斜圈闭除储集层的顶、底板为非渗透性岩层封闭外,在储集层上倾方向还存在不同类型的非渗透性遮挡。其闭合区是由储集层上倾方向的非渗透性遮挡线和储集层顶面的构造等高线联合构成的。除透镜型岩性圈闭外,其他各类圈闭同样都存在溢出点。因此,油气在其中的聚集顺序与背斜圈闭一样。

(二)系列圈闭的差异聚集

差异聚集的发生受制于水力连通的系列圈闭、二次运移动力和圈闭的封盖强度。

在实际地质条件中,圈闭常成带、成群、呈系列分布。不同系列,甚至同一系列的不同圈闭,由于与生烃区的相对位置、圈闭形成条件和历史存在差异,使各个圈闭聚集油气的机会是不相同的。对于发育于区域倾斜背景上(即与烃源区垂直或斜交)的系列圈闭油气聚集的基本原理,最早由加拿大石油地质学家格索(W.C.Gussow,1951~1954)所阐明,并被称为油气差异聚集原理。

格索首先分析了静水压力条件下单一圈闭中的油气聚集,并将前述原理应用于系列圈闭(图7-2)。在图7-2A中,当圈闭Ⅰ被油气充满时,继续进入的天然气可以通过排油在圈闭中聚集直到整个圈闭被气充满为止,而排出的油则通过溢出点,向上倾方向的圈闭Ⅱ中聚集。从A→B→C随着烃源增加,上述过程相继在圈闭Ⅲ和Ⅳ中发生(图7-2B、C);如果烃源不足时,上倾方向(即距烃源区较远)的圈闭只产水,称为空圈闭。在系列背斜圈闭中自上倾方向的空圈闭,向下倾方向变为纯油藏→油气藏→纯气藏的油气分布特征,是由油气差异聚集造成的。油气差异聚集得以发生,必须具备的基本条件是:①在区域倾斜的下倾方向存在丰富的油源区;②具有良好的油气通道,使油气在较大的范围内作区域性运移;③在区域倾斜背景上存在相互连通的系列圈闭,而且溢出点向上倾方向递升;④储集层中充满地下水,而且处于相对静止状态。

图7-2 系列圈闭中油气聚集概念图

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表系列圈闭

Sales(1997)较全面地论述了差异聚集的实质,他认为控制油气地下分布和差异聚集的根本因素是圈闭的封盖强度和闭合度之间的组合关系,并在此基础上把圈闭划分为3种类型:Ⅰ类圈闭,其封盖强度大于闭合度,由于具有剩余封盖强度,结果油和气都只能从圈闭底部溢出,不会从顶部盖层漏失,而且优先聚集天然气;Ⅱ类圈闭,其具有相对于闭合度的中等封盖强度,它们的封盖强度足以支撑全油柱,因此气-油界面的位置大体上位于圈闭的中部,结果在动平衡过程中气和油可以分别从顶部漏失和底部溢出;Ⅲ类圈闭,其封盖强度小于闭合高度,具有剩余的闭合空间,结果气和油都只能从顶部盖层漏失(图7-3)。可见,仅仅Ⅰ类圈闭是格索(1954)所阐述的油气差异聚集原理。

图7-3 各类圈闭油气的溢出和漏失特征(据Sales,1997修改)

由于各类圈闭油气在侧向溢出和垂向漏失上的不同,从而造成了油气在地下有不同的分布和差异聚集规律(图7-4)。

图7-4 各类圈闭的油气在侧向和垂向上的差异聚集(据Sales,1997修改)

总之,含油气盆地中圈闭的封盖强度、闭合高度与浮力之间的相互作用是决定地下油气聚集的主控因素。在烃源充足供给的情况下:Ⅰ类圈闭会溢出油和气,但无泄漏,最终将含气;Ⅱ类圈闭会溢出油并泄漏气,最终将含油和气;Ⅲ类圈闭会泄漏气和油,但不溢出,最终将以含油为主。另外,对于Ⅱ类、Ⅲ类圈闭来说,气的泄漏不是负面影响,它将提高圈闭的含油性。

加拿大阿尔伯塔盆地彩虹-圣阿尔伯达(Rainbow-San Alberta)线状礁块中的差异聚集是最早发现的典型例子。近年来也发现了不少这样的实例,如美国密歇根(Michigan)盆地志留系礁带中的差异聚集(图7-5),澳大利亚埃罗曼加盆地中的差异聚集,我国渤海湾盆地冀中坳陷潜山带中也存在有差异聚集现象(图7-6)。

图7-5 美国密歇根盆地志留系礁带中的差异聚集(据Sales,1997修改)

图7-6 我国渤海湾盆地冀中坳陷潜山带中差异聚集现象