济阳坳陷深层沙四上亚段烃源岩热成熟度早期预测方法

济阳助田姗居协四上亚段经盆召热 成姗度早期预洲方法 常迈 刘震 赵阳 李运振 汲生珍 戴立昌 周瑞松 中国石油大学 北京 石 油天然气成藏机理教育部重点实验室 摘要 深层烃源岩热成熟度早期预测是烃源岩研究的相对薄弱环节。 本文在深人讨论泥岩 孔隙度与其热成熟度关系的基础上 , 提出了应用泥岩镜质体反射率与泥岩孔隙度的幕函数关系 模型预测深层烃源岩热成熟度的思路 。 泥岩镜质体反射率与泥岩孔隙度的幕函数模型将声波测 井与烃源岩镜质体反射率直接联系起来 , 将声波测井资料成功引人到深层烃源岩热成熟度 预测中。 这一思路在一定程度上克服了深层采样点少给烃源岩热成熟度早期预测带来的困难 。 济阳坳陷东营凹陷和惠民凹陷的实际应用结果表明该方法可以在深层烃源岩热成熟度早期预测 中发挥作用 。 关扭词 济阳坳陷 深层 烃源岩 热成熟度预测 随着全球油气勘探的不断深人 , 深部油气勘探越来越受到世界的普遍关注 。 我国东部勘 探成熟区渤海湾盆地深部层系油和气探明储量 和 的远远低于中浅层 和 , 勘探潜力巨大 ’〕。 与中浅层相比 , 深层油气勘探具有高风险的特点川 , 其中的一个 重要原因在于深层烃源岩可靠性较低 。 这主要基于如下两方面的原因 其一 , 目前烃源 岩评价主要以有机地球化学方法分析烃源岩的类型 、 丰度和成熟度 。 由于深层钻井少 , 取样 分析资料缺乏 , 单纯依靠有机地球化学方法进行深层烃源岩总体评价难度较大 。 其二 , 现今 流行的盆地模拟方法是通过 月了 时间温度指数 正演模拟来预测烃源岩热成熟度 。 然而 , 对于资料相对缺乏的深层烃源岩评价而言 , 盆地模拟时遇到剥蚀厚度恢复和古地温计算两大 难题 , 很难获得可靠的 ’值 。 对于深层烃源岩成熟度预测来说 , 钻井和采样点少 , 实测 。 资料缺乏是一个突出问题 。 以济阳坳陷惠民凹陷为例 , 由于过去不是主要勘探 目的层 , 在全区的 余 口井中 , 钻到深 层沙四上段的不足 乃 , 实测 。 资料更是少之又少 , 不足以全面反映整个凹陷烃源岩的发 育和展布特征 。 在这种情况下 , 如果单纯依靠实测 。 资料对深层烃源岩进行整体评价 , 所 得结果未免有失偏颇 。 针对这种情况 , 有益的探索和尝试在 世纪 年代已经开始〔‘ 一 刘震等 , , 赵阳 、 刘展等 , 。 本文在深人分析孔隙度与有机质成熟度内 在联系的基础上 , 针对深层烃源岩热成熟度研究的资料条件 , 提出了应用泥岩镜质体反射率 与泥岩孔隙度的幂函数关系模型预测深层烃源岩热成熟度的思路 。 以该思路为指导用声波测 井资料对济阳坳陷深层沙四上段烃源岩进行热成熟度预测 。 径源岩热成熟度预测模型 在进行碳酸盐岩孔隙度区域预测研究时提出碳酸盐岩孔隙度与镜质体 反射率之间为乘方关系 ’〕, 此后陆续发表的一些文献也认为岩石孔隙度与有机质成熟度有 关 。 又指出 , 砂岩孔隙度与相邻泥岩有机质的成熟度也有一定的关系〔‘ 】。 研究了砂岩成岩作用各演化阶段与镜质体反射率的关系后指出 , 由镜质体反 射率可以预测砂岩的孔隙演化阶段〔’〕。 由此可见 , 孔隙度与有机质成熟度之间有必然的内 在联系 。 助 首次用时间一温度指数 口 表示有机质热成熟度 几 曰盆 二 艺 △ 。 式中 气 —地质年代间隔 —温度系数 。 该式表明 , 干酪根的热演化程度受时间和温度的双重作用 , 与反应时间呈线性关系 , 与 温度呈指数关系 。 前人对 。 与埋深的关系进行过深人研究〔’”一 ” 〕, 试验和实践均证明 , 镜质体反射率 。的 对数与埋深之间存在着线性关系 。 即 , 随着埋深增加 , 镜质体反射率 。 增大 。 由于盆地中具体某一区块的地温梯度变化不大 , 一般可将地温与埋深大致视为直线关 系 二 式中 —地表温度 —埋深‘ —地温梯度 。 从 式和 式可以得出 , 热成熟度实际上是埋藏历史对时间的积分 。 另一方面 , 上彼负荷一般与埋深成正比 , 即 口 二 平 式中 。 —上覆负荷平 —上覆岩层平均密度 —埋深 。 从 式中可以简化出以下结果 , 即泥岩孔隙度实际上是与埋藏历史对时间的积分有 关的一个函数 。 因此 , 时间一温度指数 厂口 和镜质体反射率 。 从本质上讲都与埋藏 史对时间的积分结果有关 , 故二者实质上是有联系的〔’」。 基于这一事实 , 刘展 提出了由孔隙度计算有机质热成熟度的公式 。 帅‘ 其中 , 均为常数 。 并根据上述关系通过孔隙度预测有机质热成熟度 。 这样 , 就可以建立起一个通过孔隙度来预测烃源层有机质成熟度的预测模型 。 当已知某 一点任意深度的孔隙度时 , 即可获得该深度附近的泥岩的有机质热成熟度 。 从而对该区的烃 源层的热演化程度进行预测 。 预测方法 针对济阳坳陷深层沙四上段实侧镜质体反射率数据少的实际情况 , 本文以测井声波时差 为基础资料计算泥岩速度 , 进而求出泥岩孔隙度 。 然后 , 以泥岩镜质体反射率与对应泥岩孔 隙度的幂函数经验模型为依据 , 将沙三段烃源岩和少量沙四上亚段泥岩实测镜质体反射率与 对应的泥岩孔隙度进行交会 , 拟合出济阳坳陷烃源岩镜质体反射率与泥岩孔隙度之间具体的 幂函数关系式 。 用各自的关系式分别对东营凹陷和惠民凹陷深层沙四上亚段烃源岩热成熟度 进行预测 , 预测流程图如图 所示 。 沙沙四上亚段段段 沙四上亚段有 。 实侧致据据据据据据据据极极少 烃烃烃 泥岩段 △ 读取取取 沙四上上 铆铆岩实侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧侧 亚段泥岩岩 。。。 △ 读读读读取取 沙沙沙沙沙沙沙沙三段有 。 实侧数据据据据据据据据 沙沙三段烃烃烃 泥岩段 八 读取取取 沙四上上 源源岩实洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲 亚段泥岩岩 尸尸 巾值计计 有有有有有有有有 盆。实侧数据泥岩岩岩 算及校正正 段段 巾值计算及校正正正正正正正正 。与 巾巾 交交会圈圈 图 深层烃源岩热成熟度预测流程图 建立烃派岩热成熟度预侧数学模型 首先 , 读取有实测镜质体反射率数据的烃源岩层段的泥岩声波时差值 , 在读取声波时差 过程中 , 厚层泥岩读取高值平台 , 薄层泥岩应避免读取高值尖峰 , 以取中值为宜 。 同时 , 要 注愈消除特殊岩性夹层对泥岩声波时差值的影响 。 泥岩速度与其对应的测井声波时差成倒数 关系 , 而孔隙度与泥岩速度之间遵循时间平均方程 , 即 式中 凡 —泥岩速度巾—孔隙度 —流体速度几 —泥岩骨架颗粒速度 。 一般情况下 矶和 几的变化远远小于 凡 的变化 , 故可将它们视为常数 。 因此 , 知道烃 源岩声波时差值即可求出泥岩孔隙度 。 利用沙三段和沙四上亚段极少量镜质体反射率 。 实测值与对应的泥岩孔隙度值交 会 , 按公式 进行拟合 , 即可得出镜质体反射率 。 与孔隙度 中 的具体关系 。 由 图 可以看出 , 惠民凹陷和东营凹陷镜质体反射率预测模型拟合公式相关系数均较高 , 相关 系数的平方分别达到了 和 以巧 。 这就决定了该模型在沙四上亚段烃源岩热成熟度 预测的可靠性 。 尹 、了八二尹, ﹄ 。 尹 二 ,﹄弓二匕匕﹃了 姜。 · ‘ 沪 承、 创 曳 东营凹陷 惠民凹陷 图 实测泥岩镜质体反射率 。 与泥岩孔隙度 币 关系图 深层沙四上亚段烃源岩热成熟度预测 在预测数学模型建立之后 , 深层烃源岩热成熟度预测的另一关键步骤是深层烃源岩有利 发育层段的确定 。 只有综合考虑层序地层学和沉积体系等各方面的相关成果才能确保烃源岩 有利发育层段预测的可靠性 。 然后按照中浅层声波时差的读值方法读取深层泥岩声波时差 值 , 利用测井的声波时差值计算该层段泥岩的孔隙度 。 根据镜质体反射率 。 和孔隙度 币 的关系公式求出相应点的镜质体反射率 。 值 , 即可得出镜质体反射率 。 平面 预测图 。 济阳坳陷沙四上亚段烃源岩热成熟度早期预测结果分析 东营凹陷 由图 可以看出 , 凹陷南部介于樊 井和柳参 井之间的部位 。 值大于 的范围 大致同洼陷的中心部位重叠 , 并且从洼陷中心向周围扩展 , 范围也较大 。 镜质体反射率最大 值在 以上 , 已经进人生烃期 。 而北部的牛 井附近和靠近东北边界断层的位置 值大于 的范围却并不和洼陷的深洼区相重合 , 均偏离洼陷的最深部位 , 牛 井附近 的有效烃源岩范围偏离于洼陷西侧 , 近东北边界断层有效烃源岩范围明显 比洼陷中心偏北 。 总体上讲 , 东营凹陷各主要洼陷沙四上段烃源岩都已达到成熟 , 可以为有效圈闭供烃 。 但成 熟度不高 , 还未达到生烃高峰 。 惠民凹陷 惠民凹陷各个洼陷沙四上亚段的烃源岩的热成熟度 镜质体反射率 分布特征不同 图 。 凹陷西部的临南洼陷 。 值大于 的范围主要分布在两个区域 一部分分布在商 井至商 井及其东南区域 , 商 井附近 。 值在 以上 表明烃源岩已经进人生 烃期 , 但并为达到生烃高峰 。 另一部分主要分布在临南洼陷西侧临 井一肖 井 以西地 区 , 范围稍大 。 而东北部的阳信洼陷 。 值大于 的范围却并不和洼陷的中心部位相重 井位 断层 , 。 匀值线 图 东营凹陷沙四上亚段泥岩镜质体反射率 预测平面图 合 , 有效烃源岩主要位于洼陷中部偏北一侧 , 阳 井附近 。 值可达 以上 , 为洼陷内 成熟度最高的烃源岩 。 图 惠民凹陷沙四上亚段泥岩镜质体反射率 。 预测平面图 结 论 济阳坳陷深层沙四上亚段镜质体反射率 。 与泥岩孔隙度 币 之间可能的经验 关系为幂函数关系 。 在实测镜质体反射率资料缺乏的济阳坳陷深层 , 可以利用深井声波时差资料根据镜 质体反射率 。 与泥岩孔隙度 币 经验关系直接预测烃源岩热成熟度 。 济阳坳陷惠民凹陷和东营凹陷的烃源岩热成熟度预测结果表明 , 本方法在一定程度 上克服了实际采样点少给烃源岩热成熟度预测带来的困难 , 成为烃源岩热成熟度早期预测的 一种新方法 , 可以为油气资源评价提供一个新的方法 。 参 考 文 献 【 牛嘉玉等 中国东部老油区深层油气勘探潜力分析 中国石油勘探 以” , 一 【 〕李美俊等 深层烃源岩成烃理论研究进展 特种油气藏 , , 一 【 〕刘震 , 孙强等 洪浩尔舒特凹陷下白噩统烃源岩热成熟度预测 石油实验地质 , , 【 〕刘震 , 吴因业 层序地层框架与油气勘探 北京 石油工业出版社 , , 【 〕刘震 , 吴粗辉 泥岩压实程度与热成熟度关系分析 地质论评 , 一 〔 」赵阳 , 刘展等 镜质体反射率与砂岩孔隙度关系的研究与应用 中国海上油气 地质 , 伪 【 柳益群 , 周立发 , 冯乔 用镜质体反射率法确定吐鲁番一哈密盆地的古地温梯度和估算地层剥蚀厚度 西北大学学报 自然科学版 , , 一 〕 卜胃 面 阶 , , , 一 〔 以 , , 一 【 」 伽 电 七 而 铆 , , 一 川 , , 罗 仆 , , , 一 」 哈 呷 而 , 一