應用石油包裹體和瀝青判識油層並進行運移追蹤的方法

2023-11-30 00:52:51 1

專利名稱：應用石油包裹體和瀝青判識油層並進行運移追蹤的方法
技術領域：
本發明涉及油氣勘探技術領域，特別是涉及一種應用石油包裹體和瀝青判識油層並進行運移追蹤的方法。本發明應用石油包裹體和瀝青統計數據，可在鑽井(包括探井和開發井)過程中或者之後，識別油層；並可對石油運移的方向進行判識，對其路徑進行追蹤，搜索優勢運移通道等。在多期次運移和聚集的情況下，通過對石油包裹體進行分期次、分成因統計，對不同地質時期的油氣運移進行追蹤，判別不同時期油氣運移的方向和優勢通道，以及運移過程中物理化學條件的變化，從而恢復油氣運聚歷史，為把握油氣分布規律和發現油氣運聚有利地區提供重要依據。
背景技術：
石油的勘探與開發均需要鑽井，其費用很高。鑽井過程中，油層的識別是十分重要的環節。目前採用的方法有巖屑分析(例如罐頂氣)、泥漿中的烴類或泥漿螢光測試和油汙、氣味和油侵(加溶劑)等測試。這些技術大多是定性的，有時因為汙染而造成錯誤的解釋。比重較大的泥漿也含有烴類物質，這些物質可以循環到地面，給解釋工作造成較大的困難。因此，可以排除這種影響的定量測試技術會有效地指示某些井段是否含油。
從烴源巖中排出的石油，向何處運移、聚集和成藏？是石油勘探部署工作最為關注的問題。目前，主要對原油各種化學組分進行測試並根據其空間變化特徵，來判斷油氣的運移方向和通道。含氮化合物就是這些化學組分中的突出代表，已得到廣泛的應用。但是，由於其主要的分析對象是原油，樣品主要採自生產井，因而受到較大的限制。在多源、多期運聚成藏的情況下，這些原油樣品是多期石油的混合物，採用其中的化學組分將很難對油氣運移進行追蹤。另一方面，原油在成藏後由於受生物降解、熱降解以及水洗等次生作用的影響，其化學組分的含量也會發生變化，從而影響石油運移追蹤的效果，含氮化合物也不例外。
石油包裹體一旦形成，就會記錄油氣運移的歷史信息，而且不受這些次生變化的影響。因此，對石油包裹體進行定量測試，可有效地實現多源、多期石油運移的追蹤。而且測試對象是巖心和巖屑樣品，受到的局限性較小，而且廉價快速，適於大規模廣泛應用。
上個世紀九十年代以來，澳大利亞聯邦科學和工業研究機構(CommonwealthScientific and Industrial Research Organisation)的Eadington等研究人員在這一領域進行了探索，並在美國申請了兩項專利技術。這兩項專利已得到廣泛應用。第一項專利稱為油井位置的判識(Identifying oil well sites)，專利號為5,543,616。該技術通過碎屑巖顆粒中的石油包裹體來確定井中最大含油飽和帶和可能的油帶。首先統計碎屑巖薄片樣品中的顆粒總數，和含有石油包裹體的顆粒的數目，通過下式計算出GOI值(Grains containing Oil Inclusions)GOI(%)=NGOTGN100(%)---(1)]]>式中，GOI是樣品中含有石油包裹體的顆粒百分數；NGO等於含有石油的顆粒數目，TGN為樣品的總顆粒數目。本文中，稱該技術為GOI技術。Eadington等對NGO和TGN的統計測試方法進行了較為詳細的描述。
將該樣品的GOI值與標準巖石樣品進行對比，確定其最大含油飽和度。在應用方面，是確定地質構造上有油和/或沒油的地帶(地層或區帶)(a)在能夠形成石油包裹體的地質位置上採集樣品，並測試該次(第一次)採集的樣品的GOI值；(b)在距離第一次採樣的地質位置較遠的，可形成石油包裹體的地質位置上採集多個樣品，並測試GOI值；(c)通過GOI值的對比分析，來確定第二次採集樣品的位置是否與第一次採樣的位置具有相同的屬性，如含油層或無油層。
Eadington等研究人員的第二項發明的名稱是油層判識(Identifying oilcolumns)，專利號為6,097,027。該專利在第一項專利的基礎上，又提出了新的石油包裹體定量估計方法，它不僅可應用於碎屑巖，更重要的是可對非碎屑巖(如碳酸鹽巖)中石油包裹體進行定量估計。其測試結果的解釋方法與第一項基本專利相同。該技術定量估計樣品中石油包裹體出現的頻率，稱作「FOI」(Frequency of OilInclusions)。首先把巖石薄片放在螢光顯微鏡下，該顯微鏡目鏡中的網格可以把樣品分成已知數目的小區域(其大小為0.0625mm×0.0625mm)，移動樣品，在已知小區域數目的或給定小區域數目的區域內統計發螢光的(即，含有石油包裹體的)小區域數目。然後，計算含有石油包裹體的小區域數與已知小區域數目或給定小區域數目的比值，用百分數表示，這就是FOI值(本文稱該技術為FOI技術)。為方便計算，已知小區域的數目或給定小區域的數目一般定為100。按該專利說明書，對給定樣品測試FOI值，並與標準巖石樣品(已知最大含油飽和度的巖石)對比，可以獲取該給定巖石是否以前或現今含油，或從來就不含油，或附近是否存在石油等信息。FOI技術可以用於任何可以捕獲石油的巖石，包括砂巖和碳酸鹽巖等。
這兩項專利在石油包裹體的定量估計方面取得了突破，但也存在較多的問題。在第一項專利的說明書中沒有對巖石薄片的製作厚度進行明確的規定，只是在括號中指出「通常為0.08mm」。我們發現，隨著薄片厚度的增加，對同一樣品測試的GOI值也會增加。因此，如果巖石薄片的厚度不統一，其GOI值將失去可比性，也就無法確定有油的或沒油的地帶。此外，0.08mm厚度並不是最佳的厚度值，而是太薄了。製作如此薄的薄片，會破壞大量的包裹體。由薄片製作引起的厚度微小變化會引起較大的GOI測試誤差。在第二項專利也存在類似的問題，其巖石薄片的厚度小於0.08mm。
第一項專利將GOI值5％作為油層和殘餘油層(以前是油層，後來油氣又運移到其它的地方)的下限值，那些從來就不含石油或沒有石油聚集的地帶的GOI值小於1％。但是我們發現在GOI值小於5％的地帶竟然還存在工業油氣藏！進一步研究發現，這裡存在兩個方面的原因。第一，判斷是否存在具有經濟價值的工業油氣藏，除了應用那些能夠反映油氣資源的地質指標外，還必須要考慮技術的發展是否大幅度降低了開採成本，也需考慮原油價格的變化情況。因此，以5％作為閥值會漏掉相當的油層或油藏。同樣地，第二項專利將10％的FOI值作為油層和殘餘油層(以前含油)的下限，也是有問題的。
在石油運移方面，這兩項技術均是通過識別殘餘油層(石油曾經在此處聚集，但是後來又運移到其他的地方)，來判斷石油發生了再次運移。但是沒有提出根據GOI和/或FOI值判斷運移方向的方法，只是參考地質構造，簡單地指出石油運移到更高的部位。沒有充分挖掘石油包裹體攜帶的有關石油運移的地質信息。
上述分析表明，油層判識和石油運移追蹤在石油勘探工作中佔有十分重要的地位，GOI和FOI技術對於推動這一領域的發展起到了重要的推動作用。但是，其薄片製作方法和數據的使用方法卻存在著較大的問題。

發明內容
本發明的目的是，通過對GOI和FOI技術進行改造，獲取更加有效的數據，在油層識別和石油運移追蹤方面提出更加有效的方法，從而提高油氣勘探的預測成功率，加快找油步伐，降低勘探成本石油包裹體承載著大量的有關石油運移的歷史信息，在恢復歷史方面擁有較大的優勢。但是，在識別現今油層方面卻具有一定的多解性。單純應用GOI和/或FOI技術只能獲得石油過去或現在運移聚集過，而不能確定現今是否含油。為此，本專利增加了能夠指示現今是否含油的指標(定量統計瀝青的含量)。通過瀝青的結構、螢光顏色和螢光光譜來區分巖石中儲存的石油和鑽井汙染油。在識別油層的過程中，注重GOI和/或FOI值與各種瀝青含量的配合使用，相互驗證補充，即能排除鑽井汙染油的幹擾，又能解決現今是否含油的問題。
在石油運移追蹤方面，本專利強調GOI和/或FOI以及各種瀝青含量的空間分布特徵，而非單井分析。其中的重要發現之一是，石油包裹體的數目以及GOI和/或FOI值隨運移距離的增加而減少。兩者的相關性十分明顯。石油包裹體的形成條件是石油和地層水交替活動。因此，石油運移的強度、期次、幕次較強或較多的地帶均可形成大量的石油包裹體。石油運移強度、期次、幕次隨著運移距離的增加而衰減，使得GOI和/或FOI值在指示石油運移方面，具有類似含氮化合物等的地質層析作用的分布特徵。由此，應用GOI和/或FOI可有效地追蹤石油運移的方向、路徑或優勢運移通道。
本發明實現的技術方案為(1)根據工區的具體地質特點和勘探進程，針對儲集層、不整合面和斷裂帶等可能的輸導體和儲層，採集巖心、巖屑或露頭巖石樣品；巖心和巖屑樣品的採集可以隨鑽進行，也在可鑽後實施；採樣位置包括已知含油井段和未知井段，已知含油區和未知含油區；(2)切割樣品，磨薄並拋光，製成薄片。在此過程中，用環氧樹脂將樣品粘在標準玻璃載片上，且不加蓋片。對於包裹體薄片，選擇透光性較差的樣品，能用透射光和螢光觀察包裹體的最大厚度，作為一給定工區的統一製片厚度值，一般情況下在0.08mm到0.8mm之間。用於瀝青螢光觀察的薄片厚度為0.04～0.05mm；(3)在螢光顯微鏡下，對碎屑巖儲層測試GOI和/或FOI值；對碳酸鹽巖、火成巖和變質巖等非碎屑儲集巖測試FOI值；在此過程中，即統計巖石的總體GOI和/或FOI(以GOIt和/或FOIt表示，相當於Eadington等人的專利中的GOI和/FOI)，又根據包裹體的顯微產狀、螢光顏色、顯微螢光光譜、均一溫度、捕獲溫度和壓力(通過PVT模擬獲得)、化學成分(拉曼光譜、二次離子質譜或雷射離子質譜等測試)等劃分期次，分別統計各期次的GOI和/或FOI值(以GOIn和/或FOIn表示，n為期次)；在包裹體期次研究的基礎上，進一步按顯微產狀(膠結物同生包裹體、微裂縫中的包裹體)分類統計石油包裹體的GOI和/或FOI值(以GOIm和/或FOIm表示，m為產狀數)；為確保分期次、分產狀進行統計的可靠性，GOI統計中的總顆粒數和FOI統計中總的小區域數增加到100×期次數×產狀數；(4)在螢光顯微鏡下，注重觀察螢光薄片中發螢光的和不發螢光的瀝青結構，劃分期次並統計各期次瀝青的面積含量和面孔率(採用計算機處理數字圖像，或直接應用圖像分析儀，甚至目估法等)；計算各期次瀝青的飽和度；(5)按運移距離、儲層性質、儲層厚度、儲層個數、埋藏深度等地質條件，劃分出不同的油層評價區；在每個評價區內，通過工業產層、低產層巖石的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm，以及不同期次瀝青的面積含量和面孔率，建立各區的評價標準；應用此標準對未知井段，特別是正在鑽井的井段，和未知區域，進行含油性評價，提出試井建議；如果在一個完整的生-運-儲單元內，建立了良好的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm與運移距離的統計關係，那麼在分區時可以不考慮運移距離，但應用時需進行距離校正；(6)對於石油運移追蹤，樣品的採集應充分考慮烴源巖、可能的運移通道和圈閉的空間配置關係，並以解剖生-運-儲單元為目的；石油運移追蹤可以在剖面上進行，也可以分輸導體系在二維空間中進行，還可以在三維空間中對多個輸導體系同時進行追蹤，甚至可以在四維空時中進行；在一維空間中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的下降方向是運移方向；在二維和三維空間中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的極小下降途徑是石油運移的優勢通道，極小下降方向是主要運移方向；根據GOIm和/或FOIm的特徵，剖析石油運移過程中發生的物理化學變化；結合不同期次運移的時間和相應的古構造和輸導體系，對給定工區進行石油運聚評價；在此基礎上，進一步結合運聚目標的地質資料，圈定石油運聚的有利地區；由於勘探進程或其他方面的原因，使得第一次採集的樣品可能十分有限。如果此後的工作發現根據首次採集的樣品獲得的薄片厚度確定值不具代表性時(如太厚)，可以按照步驟(2)重新確定薄片厚度；對於首次採集的樣品，製作GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值與薄片厚度的關係曲線，將GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值校正到與重新確定的厚度相對映的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm值。


圖1為西41井TGOI及油質瀝青綜合剖面2為裡38井TGOI及瀝青綜合剖面3為侏羅紀末隴東地區長81頂面古構造與主要砂體疊合4為西峰油田莊20-西41-西56井TGOI對比剖面圖5為西峰油田長81儲層TGOI與運移距離的關係具體實施方式
石油包裹體的期次劃分是一個十分複雜的技術處理過程，還涉及到眾多的其它的技術。為了突出本專利的應用效果，這裡主要介紹未進行期次劃分的實例。
實施例一油層識別晚三疊世延長期早期，由於盆地周緣相對抬升，形成面積大、水域廣的大型鄂爾多斯湖盆。鄂爾多斯盆地上三疊統-白堊系地層為多旋迴河流一湖泊相碎屑巖沉積，累計厚度可達3000-4000m，在盆地東南部保存的地層厚度最大。延長組和延安組是兩套主要的含油氣層系。其中，延長組是主要的勘探目的層。長8段儲集砂體發育、分布範圍廣泛、成巖程度高、儲層物性屬於低孔低滲-特低滲型，總體上物性差、非均勻性明顯，常規的測井和錄井解釋的難度較大。
圖1示出，該區西41井長81段的TGOI(前文中的GOIt)及油質瀝青含量與工業油層的空間對應關係是十分顯著的。圖2中，裡38井在2200米(長63段)附近擁有很高的TGOI值，但是油質瀝青的含量很低，為水層。該井段相當於Eadington等提出的殘餘油層。說明石油曾經運移到該處，後來又運移到了其它的地方，而變為水層。在識別油層方面，似乎瀝青含量比GOIt值更重要。但是應當看到，瀝青含量的統計結果沒有GOI值精確，而且容易受汙染的幹擾。因此，綜合應用石油包裹體和油質瀝青的統計數據，相互驗證補充，可有效地識別油層和水層，從而提高油層識別的可靠性。
實施例二石油運移追蹤通過石油運移追蹤，可以揭示石油從生烴灶運移到何處，在何處聚集等石油探看工作中的關鍵問題，因此是一個十分重要的環節。但是，到目前為止，仍然十分薄弱。鄂爾多斯盆地構造平緩，砂體廣布，對於把握石油分布規律有較大的困難。西峰油田的發現，為石油運移的追蹤提供了良好的條件(圖3)。該油田所在長81砂體，慣穿南北，但現今產狀平緩。已有的認識是，上覆長73下烴源巖直接向下充注原油而成藏。由於西峰油田的上覆烴源巖很薄，如果該油田的成藏機理真是這樣，哪就要以烴源巖的分布為主線進行勘探部署。因此，該油田的成藏機理是涉及到下一步如何進行勘探的重大課題。
為了查明該油田的成藏機理，我們對西峰油田主要探井的巖心進行了GOIt統計。圖4中的莊20、西41和西56井從北到南依次排列。圖中，不存在GOIt值上高下低的分布特徵，表明西峰油田上覆長73下烴源巖直接向下充注原油的可能性較小。相反地，從北到南，GOIt值具有明顯的遞減趨勢。因此，西峰油田主要是石油橫向運移、聚集的結果。為進一步證實這一結論，我們增加了測試井，並繪製了西峰油田長81儲層GOIt均值與運移距離的關係圖(圖5)。圖中，GOIt值隨運移距離的增加而呈指數降低。相關係數高達0.97(r2＝0.941)，相關性及其顯著。該油田沉積相剖面顯示出(圖略)，該油層所在砂體在南北方向上相連。GOIt值與運移距離的顯著相關，味著該砂體是南北相通的，油氣沿著砂體由北向南運移的。這一點已得到含氮化合物分布特徵的驗證，也說明西峰油田是橫向運移的產物。
西峰油田所在砂體呈長條狀(圖4)，油氣運移只能沿著砂帶進行，砂帶的中軸線是運移通道的中軸線。各採樣井在該中軸線上的投影，到砂帶的北端邊界的中軸線曲線長度被確定為運移距離。砂帶最北端邊界是用12m等厚線確定的。該砂帶的北端與當時(早白堊末期)進入生烴門限的大套烴源巖的50m等厚線相接。因此，西峰油田中原油是來自工區北部的大套烴源巖。那裡應該是該盆地的主力生烴灶。石油勘探工作應該圍繞生烴灶進行，並在更加全面的石油運移追蹤的基礎上進行部署。
該實例充分表明，石油包裹體的統計數據，能夠有效地應用於石油的運移追蹤，與含氮化合物相比能夠提供更加詳細的信息。這是Eadington等人申請的專利中所沒有發現的。在已有的各種文獻中，也未見報導。由於GOIt值隨著運移距離的增加而衰減，不能將某個GOIt和/或FOIt值作為整個盆地油層識別的標準。Eadington等人將GOIt大於5％、FOIt大於10％，作為識別油層的標準是不合適的。圖4中，西56井的GOIt值就小於5％，但是該井段卻是工業產層。
權利要求
1.一種應用石油包裹體和瀝青判識油層並進行運移追蹤的方法，其步驟如下(1)根據工區的具體地質特點和勘探進程，針對儲集層、不整合面和斷裂帶等可能的輸導體和儲層，採集巖心、巖屑或露頭巖石樣品；巖心和巖屑樣品的採集可以隨鑽進行，也在可鑽後實施；採樣位置包括已知含油井段和未知井段，已知含油區和未知含油區；(2)切割樣品，磨薄並拋光，製成薄片。在此過程中，用環氧樹脂將樣品粘在標準玻璃載片上，且不加蓋片。對於包裹體薄片，選擇透光性較差的樣品，能用透射光和螢光觀察包裹體的最大厚度，作為一給定工區的統一製片厚度值，一般情況下在0.08mm到0.8mm之間。用於瀝青螢光觀察的薄片厚度為0.04～0.05mm；(3)在螢光顯微鏡下，對碎屑巖儲層測試GOI和/或FOI值；對碳酸鹽巖、火成巖和變質巖等非碎屑儲集巖測試FOI值；在此過程中，即統計巖石的總體GOI和/或FOI(以GOIt和/或FOIt表示，相當於Eadington等人的專利中的GOI和/FOI)，又根據包裹體的顯微產狀、螢光顏色、顯微螢光光譜、均一溫度、捕獲溫度和壓力(通過PVT模擬獲得)、化學成分(拉曼光譜、二次離子質譜或雷射離子質譜等測試)等劃分期次，分別統計各期次的GOI和/或FOI值(以GOIn和/或FOIn表示，n為期次)；在包裹體期次研究的基礎上，進一步按顯微產狀(膠結物同生包裹體、微裂縫中的包裹體)分類統計石油包裹體的GOI和/或FOI值(以GOIm和/或FOIm表示，m為產狀數)；為確保分期次、分產狀進行統計的可靠性，GOI統計中的總顆粒數和FOI統計中總的小區域數增加到100×期次數×產狀數；(4)在螢光顯微鏡下，注重觀察螢光薄片中發螢光的和不發螢光的瀝青結構，劃分期次並統計各期次瀝青的面積含量和面孔率(採用計算機處理數字圖像，或直接應用圖像分析儀，甚至目估法等)；計算各期次瀝青的飽和度；(5)按運移距離、儲層性質、儲層厚度、儲層個數、埋藏深度等地質條件，劃分出不同的油層評價區；在每個評價區內，通過工業產層、低產層巖石的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm，以及不同期次瀝青的面積含量和面孔率，建立各區的評價標準；應用此標準對未知井段，特別是正在鑽井的井段，和未知區域，進行含油性評價，提出試井建議；如果在一個完整的生-運-儲單元內，建立了良好的GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm與運移距離的統計關係，那麼在分區時可以不考慮運移距離，但應用時需進行距離校正；(6)對於石油運移追蹤，樣品的採集應充分考慮烴源巖、可能的運移通道和圈閉的空間配置關係，並以解剖生-運-儲單元為目的；石油運移追蹤可以在剖面上進行，也可以分輸導體系在二維空間中進行，還可以在三維空間中對多個輸導體系同時進行追蹤，甚至可以在四維空時中進行；在一維空間中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的下降方向是運移方向；在二維和三維空間中，GOIt和/或FOIt、GOIn和/或FOIn、GOIm和/或FOIm、或其它形式的GOI和/或FOI的極小下降途徑是石油運移的優勢通道，極小下降方向是主要運移方向；根據GOIm和/或FOIm的特徵，剖析石油運移過程中發生的物理化學變化；結合不同期次運移的時間和相應的古構造和輸導體系，對給定工區進行石油運聚評價；在此基礎上，進一步結合運聚目標的地質資料，圈定石油運聚的有利地區；
全文摘要
本發明涉及油氣勘探技術領域，特別是涉及一種應用石油包裹體和瀝青判識油層並進行運移追蹤的方法。本發明應用石油包裹體和瀝青統計數據，可在鑽井(包括探井和開發井)過程中或者之後，識別油層；並可對石油運移的方向進行判識，對其路徑進行追蹤，搜索優勢運移通道等。在多期次運移和聚集的情況下，通過對石油包裹體進行分期次、分成因統計，對不同地質時期的油氣運移進行追蹤，判別不同時期油氣運移的方向和優勢通道，以及運移過程中物理化學條件的變化，從而恢復油氣運聚歷史，為把握油氣分布規律和發現油氣運聚有利地區提供重要依據。
文檔編號G01N21/17GK101038342SQ20061005751
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月13日 優先權日2006年3月13日
發明者張劉平 申請人:張劉平