圈闭和油气藏

Chapter6TrapsandOil&GasPools地上油气装到储油罐内，地下油气装在什么地方呢？如果我们把地下的储油气的容器看作一个盒子，专业上称其为圈闭。圈闭中储存了足量的油气，就叫油气藏！那么，能够找到圈闭，就有希望找到油气藏。圈闭的基本特征是什么？它由哪些基本要素所构成？石油勘探学家是怎样对其分类的？圈闭怎样捕集油气，其中的流体是如何分布的？人们早就重视圈闭的储盖条件和遮挡条件，近来特别强调遮挡条件。本章将详细介绍这些内容。Section1圈闭和油气藏概述(summaryofTrapsandPools)Section2构造圈闭和构造油气藏(StructureTrapsandStructurePools)Section3地层圈闭和地层油气藏(StratumTrapsandStratumPools)Section4水动力圈闭及油气藏(HydrodynamicTrapsandPools)Section5复合油气藏(CompoundPools)Section1Summary一、Conceptionoftrapsandpools石油和天然气都是活动的流体，它们在自然环境中能够从一个地方运移到另一个地方。运移着的石油和天然气，如果遇到阻止其继续运移的遮挡物，则停止继续运移，并在遮挡物附近聚集，形成油气藏。所以从油气运移的角度来看，圈闭是储集层中可以阻止油气向前继续运移，并在那里储存起来成为油气聚集的一种场所也可以说圈闭是储集层中能聚集和保存油气的场所。或者更形象地说，圈闭是储集层能作为盛装油气的容器部分.从上述圈闭的概念可知，任一圈闭都具有下列三个基本要素：（1）储集层(reservoir)（2）盖层(roofrock)；（3）一定的遮挡条件(certainbarriercondition)。遮挡条件可以是盖层本身的弯曲变形，如背斜圈闭；也可以是其它因素造成的，如断层、岩性变化、不整合覆盖等。圈闭的概念只强调了它具备油气聚集的条件，但圈闭中不一定都有油气，一旦有足够数量的油气进入圈闭，充满圈闭，或占据圈闭的一部分，便可形成油气藏。油气藏是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水（或气水）界面的油气聚集.是地壳中最基本的油气聚集单元。若圈闭中只聚集了石油，则称油藏；只聚集了天然气，则称气藏；二者同时聚集，则称为油气藏。油气藏的重要特点是在“单一的圈闭内”。这里“单一”的含意主要是指受单一的要素所控制，在单一的储集层中，在同一面积内，具有统一的压力系统和统一的油、气、水边界。如果不具备这些条件，即使是位于同一面积上的油气聚集，也不能认为是同一个油气藏。Fourisolatedeachotherpools由上述可见，圈闭是油气聚集的场所，是油气藏形成的基础。圈闭的形成条件决定着油气藏的基本特征，圈闭的类型决定着油气藏的类型及其勘探方法。因此，正确识别和评选有利于油气聚集的圈闭，对油气勘探具有十分重要的意义，是打开地下油气藏宝库，发现油气藏的关键所在。对圈闭概念和分类的认识是在油气勘探实践中不断发展和深化的。在油气勘探初期，人们主要在地表有油气苗的地点钻探，没有对地下产油的地质条件作分析研究，也未进行较为系统的地质工作，勘探效益较低。通过实践，总结正反两方面的经验，认识到油气聚集常与背斜有关，这就产生了“背斜学说”(anticlinaltheory)（I.C.White，1885）。在“背斜学说指导下，逐步开展以地质测量为基本手段的找油工作，大大加快了新油气田的发现。但随着油气勘探实践的深入，油气田数目日益增多，非背斜油气藏不断被发现，于是人们逐步认识到油气聚集还可以存在于非背斜(non-anticline)的多种地质体中。1928年，利莱（E.R.Lilley）在《石油地质学》一书中总结了美国油气勘探成果，得出存在多种油贮类型：褶皱(folding)、断层(fault)、盐丘(saltdomes)、孔隙性变化(porosityvariations)、岩浆岩(magmaticrock)以及多种因素控制的油气聚集，但以背斜最为重要。1934年，麦考洛（E.H.McCollough）首先提出“圈闭”(trap)这一名词，用来表示不同性质的油贮。“圈闭学说”(traptheory)就逐渐取代了背斜学说。凡是能聚集并保存油气的地质体，都称作圈闭，并把圈闭分为构造圈闭和非构造圈闭。圈闭学说的诞生极大地扩展了油气勘探的视野和领域。“地层圈闭”(stratigraphictraps)这一术语是由莱复生（A.I.Levsen，1936）首先提出来的。他在研究美国大量非构造油气藏的基础上，提出了“地层圈闭”的概念，并在一系列的论文和著作中加以系统论述。他指出：“地层圈闭是这样一种圈闭，即地层变化是储集层形成圈闭的主要因素。”地层变化包括“砂或多孔储集层的楔入或尖灭，砂层侧向变为渗透性差或非渗透性的岩层，地层被削蚀与超覆，或地层层序类似的变化等”。并进一步将地层圈闭划分为原生地层圈闭（即岩性圈闭）和次生地层圈闭（即不整合圈闭）两类。地层圈闭概念的提出和该类油气藏的系统研究，促进了油气勘探，特别是老油气区的二次勘探。在四、五十年代，赫伯特（M.K.Hubbert，1940，1953）对流体势和水动力在形成油气圈闭过程中的作用，作了精深的研究。他指出：油气圈闭位置总是在油气势最小的地方。有些油气藏中油水界面的倾斜，甚至油气存在于“圈闭”以外，是水动力作用的结果。他不仅提出了水动力圈闭这一新的圈闭类型，为勘探新的油气藏类型指明了方向，而且为圈闭形成机理的研究奠定了理论基础。目前对圈闭的研究，更多地涉及到油气运移的动力、势能与各种遮挡条件的新认识。至于是否存在背斜构造也不占主导地位，这样圈闭的概念就被极大地拓宽了。圈闭的现代概念是指储集层中被油气高势区(oilandgasareaofhighpotentialenergy)或非渗透性遮挡(imperviousbarrier)联合封闭的油气低势区(oilandgasareaoflowpotentialenergy)。随着油气勘探的深入，勘探难度不断增加。除上述3类基本油气圈闭外，莱复生认为复合圈闭的勘探对未来的油气资源供给有着重大意义。他在总结已有勘探成果的基础上指出（1966）：构造圈闭……的成效已减少，意味着勘探方向开始转变。事实证明，地壳中存在着大量有别于构造圈闭的其它圈闭，在某些情况下与地层圈闭和流体圈闭相比，构造圈闭已失去光彩，而构造、地层、流体三要素复合形成的复合圈闭实际上还是油气勘探领域中的“处女地”。他预言：“我们已进入了复合圈闭(combinationtraps)的时代。其后，哈尔鲍蒂（M.T.Halbouty，1972，1980）对subtletrap（隐蔽圈闭）进行了系统的讨论，并赋予隐蔽圈闭以新的含义。目前较流行的隐蔽圈闭实际上相当于英文中的obscureandsubtletraps，它是指那些隐伏的、难以捉摸的以及用常规勘探方法难以发现的各种圈闭，其主体是地层圈闭。隐蔽圈闭这个概念不是指特定的圈闭类型，不适用于分类范畴。综上所述，可以看出：圈闭概念和分类的进展是油气勘探和地质研究的结晶，而新的、能反映客观实际的、更科学的圈闭概念和分类将极大地促进油气勘探的发展。二、Classificationoftrapsandpools对油气藏进行科学地分类，寻找它们的共性，总结各类油气藏形成的基本条件及分布规律，更好地指导下一步的油气勘探，是石油地质学研究中一项十分重要的任务。为此，多年来，各国石油地质学家在油气藏分类方面作了大量的研究工作，提出了很多关于油气藏分类的方案。其中比较著名的有前苏联石油地质学家И.O.布罗德以油气藏形态为依据的分类和美国石油地质学家A.I.莱复生根据圈闭成因提出的分类方案。圈闭是油气聚集的场所，也是形成油气藏的基本条件之一。一旦圈闭内聚集并保存具有工业价值的烃类流体后，就成为油气藏。因此，油气藏类型与圈闭类型之间有着密切关系。从油气勘探的实际需要出发，我们主张以圈闭分类为基础的油气藏分类。即圈闭和油气藏用同一分类系统，同一个术语同时用于圈闭和油气藏。下面着重介绍圈闭的分类。对圈闭的分类，我们主张以圈闭的成因为主，以圈闭形态和遮挡条件为辅的划分原则，前者作为划分大类的基础，后者作为划分亚类的依据。根据控制圈闭形成的地质因素，可将圈闭分为四大类:即构造圈闭、地层圈闭、水动力（流体）圈闭和复合圈闭(structuraltraps、stratigraphictraps、hydrodynamic(liquid)trapsandcombinationtraps)，各大类圈闭又可根据其圈闭形态和遮挡条件，进一步划分为若干亚类。本教材采用的圈闭分类系统如表所示。Theclassificationtableoftraps大类构造圈闭地层圈闭水动力圈闭复合圈闭亚类1.背斜圈闭1.岩性圈闭1.构造鼻和阶地型水动力圈闭1.构造-地层复合圈闭2.断层圈闭2.不整合圈闭2.单斜型水动力圈闭2.水动力-构造复合圈闭3.裂缝性背斜圈闭3.礁型圈闭3.纯水动力圈闭3.地层-水动力复合圈闭4.刺穿圈闭4.沥青封闭圈闭4.构造-地层-水动力复合圈闭5.多因素构造圈闭5.多因素地层圈闭三、Measurementsoftrapsandpools（一）Measurementsoftraps在评价一个圈闭时，圈闭的大小是一个很重要的因素。圈闭的大小主要由圈闭的有效容积确定，它表示圈闭能容纳油气的最大体积。一个圈闭的有效容积，取决于闭合面积、闭合高、储集层的有效厚度和有效孔隙度等参数。1.Confirmationofcloseheightandarea闭合高（度）是指圈闭的最高点到溢出点（或称闭合点）之间的垂直距离(Theamountofclosureistheverticaldistancefromthehighestpointdowntooverflowpoint(thelowestclosedpoint)。它是圈闭可能容纳油气的最大高度。溢出点是指圈闭容纳油气最大限度的位置。若低于该点高度，油气就要向储集层上倾方向溢出。该点是圈闭内油气溢出的起始点，又叫最高溢出点。而闭合点则是从另一角度来描述该点特征，意即闭合的最低点。若低于该点高度，圈闭就不存在了（不闭合）。闭合面积是指通过溢出点的构造等高线所圈闭的封闭区的面积，或者更确切地说，就是通过溢出点的水平面与储集层顶面及其它封闭面（如断层面、不整合面、尖灭带等）所交切构成的闭合区的面积。它是圈闭可能含油气的最大面积。背斜圈闭的闭合度和闭合面积、断层圈闭和岩性圈闭的闭合面积，如图所示。Thesketchmapofoverflowpoint、closeheightandcloseareaThecloseareaoffaulttrapsThecloseareaoflithologytrapsforthewedgetype1-渗透性砂岩上倾方向尖灭线;2-构造等高线;3-背斜圈闭闭合区;4-尖灭型岩性圈闭闭合区必须注意，构造闭合度与构造起伏幅度是两个完全不同的概念。闭合度的测量是以海平面（或与之平行的水平面）为基准。而构造幅度的测量，则是以区域倾斜面为基准。同样大小构造起伏幅度的背斜，当区域倾斜面不同时，可以具有完全不同的闭合度。Diagrammaticprofilesshowinghowthesameamountofstructuralreliefwillhavedifferingamountsofstructuralclosureaccordingtotherateoftheregionaldip以上我们讨论的闭合度和闭合面积的确定是在静水条件下（油气等势面呈水平面）的情况。而在动水条件下，油气等势面要发生倾斜或弯曲，在不同条件下的圈闭顶点的位置将会相应地改变，因而闭合度亦将有所不同；此时圈闭的闭合面积，亦应是通过溢出点的油气等势面与储集层顶面非渗透性盖层联合封闭的闭合油气低势区的面积。Thecontrastmapofclosurechangesinhyd