超压区油气运移的动力和机制
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发布时间：2023-07-28 10:40
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时间：2024-11-08 17:37
超压时常在3000m以下发育，在油气二次运移以及更为常见的流体动态运移方面起着关键的作用。这样的动态过程可能与常规侧向达西流有关。压力梯度在烃柱顶部、在构造圈闭最高处达到最大，并随深度增加而向下倾方向降低。在同一压力单元内，超压趋向于均一化。陶古特（Traugott，1994）强调了这种与“侧向运移”有关的超压作用。
图5-28 超压条件下有机质演化模式图
传统的经典油气运移观点是苟宵（Gussow）的“充填和溢出”模式，即较早生成的油充满最深的圈闭，然后从溢出点向上渗漏进入相邻的圈闭（图5-29），该过程持续进行，而当烃源岩生气时，从最下部的圈闭开始，天然气选择性地驱油。
图5-29 Gussow的运移和圈闭充填模式图
在动态超压系统内，通过顶部封闭间歇性的破裂，也会发生渗漏。当超压接近破裂梯度时，顶部封闭的微裂缝间歇性地开启，释放出气体。流体溢出造成孔隙压力的减小。当孔隙压力小于破裂梯度时，微裂缝闭合。这一过程是循环性的，当孔隙压力再增大时，微裂缝又重新开启。与“充填和溢出”模式相比，除了产生独立的运移通道外，也存在天然气从构造顶部优先渗漏的趋势，如图5-30所示，所以这一过程非常重要，顶部封闭就像压力锅上的安全阀，气体优先通过封闭层溢出。
动态运移可能还与垂向液压流有关。水力压裂断层带和开启断层带是烃类运移最为常见的通道（Grauls和 Cassignol，1993）。这种机制只能说明大量的烃类在非常短的地质时期内从深部向浅部运移。异常流体压力被局限于扩容断层和裂缝网中，而不是岩石基质自生。一般可以达到两倍于正常静水压力的流体压力值。下面的两个实例为这种情况提供了良好的例证。
图5-30 超压条件下的运移通道模式图
1.中国南海-文莱沿岸
该近海沉积盆地以非常高的沉积速率（500～1000m/Ma）为特征。图5-31中的横剖面展示出3个主要组构域，从顶到底依次为：①向下至1600m，为砂岩为主的更新统组构域，静水条件与较高的砂泥比率和良好的排水效率有关；②向下至2400m，为页岩为主的渐新统组构域，除在与裂缝网连接的尖灭砂岩内部之外，异常压力演化方向与垂直应力剖面平行；③深部上中新统以页岩为主的雁列褶皱构造，以非常高的压力（压力梯度超过21.2kPa/m，即0.92psi/ft）和2600～3300m层段的水力压裂作用为特征（Grauls和Cassignol，1992）。构造侧翼发育逆牵引型的断裂系统。
由于压实不平衡的结果，传统研究方法适用于穿越欠压实页岩段的2400m以上深度。但是，它们不能解释其他成因。走滑断层构造和不排水剪切条件对2600m以下的高压作出了贡献，那种超压机制超过我们在这样的深度以垂直应力为主要背景的合理预测值的25%，2600～3000m层段的压力为50～60Mpa，压裂条件保持系统在地质时间规模的瞬时开启，并且对微弱的侧向应力变化十分敏感。该特殊层段以非常高的声波传播时间（超过170μs/ft）即低于1750m/s的层速度为特征。因而，用地震层速度易于发现这样的水力压裂异常（Grauls和Cassignol，1992），如果知道与现今构造*有关的S3 分布图，就可以正确地预测压力大小。水力压裂过程与走滑挤压构造存在着系统联系，似乎在构造松弛时期有利于水力压裂发生。这样“近于零”的最小有效应力还有利于流体从已有断层或从剩余流体压力条件下产生的开启裂缝进行垂向幕式运移。这样，上更新统于3200m以下生成的烃类就可能向上运移到2000m处第一个有利储层。如图5-31所示，在井位处，大量的烃类在有限范围（不排水条件）的储层和在短时期内的运移使流体压力增加到接近 S3 的临界值。这证明现今压力剖面是压实不平衡、侧向应变、水力压裂作用、与断层有关的垂向运移和孤立储层单元中的过充注多种成因机制综合作用的结果。因此，利用与良好的地质研究相结合的S3 方法能够对压力剖面和含油气系统作出更好的评价。
图5-31 中国南海的实例：与走滑断层背景有关，深部水力压裂域和到不排水储层之上的充注在深部受地层最小应力的控制。接近于零的最小有效应力（S3-P=0）条件允许与断层和裂缝相关的短暂的垂向运移和向储层充注
2.北海中部
在北海中部地区典型的横剖面上可识别出3个主要层段（图5-32），从顶到底依次为：①第三系以页岩为主的层段，最大厚度达到3000m，压实不平衡发挥作用；在深度2000～2500m遇到的最大压力梯度接近16.7kPa/m（0.71psi/ft）；古新统砂岩起着区域排水层的作用，它使压力突然降到静水压力；②白垩系正常压实层段，向下至4500～5000m，由页岩和白云岩组成，此处的压力通常为静水压力；③前白垩系层段，由侏罗系和三叠系超压储层组成，其上为上侏罗统和下白垩统泥质盖层。
由于晚第三纪断裂作用和快速埋藏的影响，侏罗系现今压力基本上是储层高度封隔的结果。在这样一个封闭系统中，压力在构造最高点增加到最大值，该值与渗漏压力相同。用传统方法不能解释这样一个接近地层最小应力的压力值。封隔体构造的几何形态决定着渗漏类型。掀斜断块的几何形态有利于流体优先沿断层渗漏。在这样的情况下，剩余流体压力可以对水力破裂条件下的断裂生长作出贡献。这种开启或扩容断层成为向古新统砂岩幕式运移烃类的优选通道。此外，如图 5-32 所强调的，当这条开启断层带与探井相交时，在数米的非常短的范围内，能使压力突然增加到接近 S3 值。这将导致出现意想不到的问题，如未知的泥浆损失、中间额外的套管下降、浪费时间和附加成本。相反，背斜构造有利于通过盖层渗漏。“外褶皱面”破裂复活并生长，在构造脊线形成压力过渡带。如果地层厚度超过双程旅时100～150ms，可以根据地震速度发现压力过渡带。
图5-32 北海的实例：通过第三系欠压实层段的异常压力，开启断层带和在储层封隔体的顶部受最小应力的控制。渗漏（LP）和断层瞬时行为与地层最小有效应力（S3-P）有关，并较好地解释了烃类从构造高部位向古新统砂岩的垂向运移
