圈闭形成期与生烃量匹配关系的确定方法及其应用与流程

1.本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种圈闭形成期与生烃量匹配关系的确定方法及其应用。


背景技术：

2.圈闭是油气运聚成藏的最终场所。烃源岩生成、排出的油气只有经过运移进入圈闭中保存下来，才能成为油气的聚集量，否则油气只能以分散状态分布于地层中。圈闭要捕获到油气，除了应位于油气运移的路径之上外，还要求其形成时期必须与源岩的大量生、排烃期之间合理匹配，才能捕获到大量油气。含油气盆地中圈闭形成期与烃源岩生烃期匹配关系对于油气藏的形成是至关重要的，在具有有效输导体系的前提下，圈闭形成时期早于或与源岩的大量生排烃期同期，方可捕获到源岩排出的大量油气，圈闭内油气聚集量大；相反，当圈闭形成时期晚于源岩的大量生、排烃期时，圈闭可能捕获受破坏早期油气藏中的油气而形成次生油气藏，或者因错过了生烃高峰期而未捕获油气，成为无效圈闭。圈闭所能捕获到的油气量的大小取决于二者时间差的大小，二者时间差越小，圈闭捕获到的油气相对越大，油气聚集量也相对越大；反之，圈闭所捕获到的油气量相对越小，油气聚集量也相对越小。所以分析圈闭形成期与烃源岩生烃期的匹配关系对于盆地的勘探前景预测是至关重要的。
3.岩性圈闭形成于具有封闭条件的时期，当埋藏到一定深度，储层与围岩产生排替压力差的时刻即是该类型圈闭的形成时间。烃源岩只有埋藏到一定深度，达到一定成熟度才能生成油气，盆地的沉降作用与抬升作用会导致油气生成或者逸散。在盆地沉降期间，烃源岩一般会因埋藏发生热演化作用而形成油气；在盆地抬升过程中，一方面会使烃源岩冷却，热演化和生烃作用停止，另一方面，与抬升作用伴随的构造运动会使早期形成的油气发生大规模运移，如果遇到合适的圈闭就会聚集成藏。但是盆地强烈抬升造成的剥蚀作用却会使油气藏逸散。盆地多次构造沉降与抬升运动会造成烃源岩多次生烃作用、多次成藏。前人主要是根据干酪根热降(裂)解生油气理论，模拟单井的烃源岩的成熟度演化史，根据镜质体反射率(ro)的演化阶段与油气生成之间的关系，从而间接的定性的推测油气的形成历史，无法获取烃源岩在整个地质历史时期生烃量的演化过程。而且多是一维的单井模拟，无法再现盆地尺度上三维空间内烃源岩的生烃演化过程。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种确定圈闭形成期与生烃量匹配关系的方法及其应用。该方法能够确定圈闭形成期与生烃期匹配关系，为选区、选带和确定有利目标提供技术支撑，实用性强。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种圈闭形成期与生烃量匹配关系的确定方法，该方法包括：
6.获取目标区域的烃源岩的地质参数，确定边界条件，建立三维地质模型；
7.用实测资料校正所述三维地质模型，计算烃源岩各地质时期的生烃量，确定生烃高峰期；
8.恢复构造演化史剖面，确定圈闭形成期；
9.确定圈闭形成期与生烃高峰期之间的匹配关系；
10.其中，所述圈闭形成期包括构造圈闭形成的地质时间或地层圈闭的形成时间。
11.根据本发明的具体实施方案，所述地质参数一般包括：地层与地质时代的对应关系、烃源岩厚度的分布情况、烃源岩的有机碳含量分布情况、干酪根分布情况、地层厚度分布情况、地层的剥蚀量和剥蚀时期、地层沉积相分布情况、镜质体反射率(ro)和烃源岩的生烃动力学参数。
12.根据本发明的具体实施方案，获取所述烃源岩的厚度分布情况的方法可以包括：根据目标区域的钻井资料和地震资料，绘制目标区域存在的各套烃源岩的平面等厚图。
13.根据本发明的具体实施方案，获取所述烃源岩的有机碳分布情况的方法可以包括：根据目标区域的钻井取心资料测定的总有机碳数据，绘制目标区域存在的各套烃源岩的总有机碳平面分布图。
14.根据本发明的具体实施方案，获取所述地层厚度分布情况的方法可以包括：根据钻井资料和地震资料，绘制烃源岩中各套地层的厚度等值线图。
15.根据本发明的具体实施方案，获取所述地层的剥蚀量的方法可以包括：恢复烃源岩中各套地层剥蚀量，绘制各套地层的剥蚀量平面分布图。其中，所述烃源岩中各套地层剥蚀量的恢复方法可以包括构造横剖面法、声波时差法、镜质体反射率法中的一种或两种以上的组合。
16.在本发明的具体实施方案中，在恢复地层剥蚀量的过程中，构造横剖面法作为一种普适的半定量法可以对地层剥蚀量进行粗略估算，该方法一般是按照未剥蚀地层的厚度，根据在平面的展布特征粗略估算地层剥蚀量、然后根据多个二维剖面的估算结果得到剥蚀量的平面分布情况。声波时差法和镜质体反射率法相较于构造横剖面法可以更精确地计算典型井的剥蚀量，但在应用中对目标区域可能没有获取实测资料和实测数据纵向分布形态有一定要求。在具体实施方案中，可以根据目标区域的具体地质情况和钻井情况，选择以上三种方法中的一种或者两种以上的组合进行地层剥蚀量的恢复。
17.根据本发明的具体实施方案，获取所述地层沉积相分布情况的方法包括：根据目标区域的钻井资料、地震资料、沉积相标志资料，绘制各套地层的沉积相图。
18.根据本发明的具体实施方案，获取所述烃源岩的干酪根分布情况的方法包括：根据目标区域的钻井取心资料实测的干酪根类型参数，绘制各套烃源岩的干酪根平面分布图。
19.根据本发明的具体实施方案，所述地层与地质时代的对应关系可以根据国际年代地层表确定。
20.根据本发明的具体实施方案，所述烃源岩的生烃动力学参数一般包括油气生成的活化能分布和频率因子。获取所述油气生成的活化能分布和频率因子的方法可以包括：通过干酪根热降解生成油气的模拟实验获得原油，将原油应用于黄金管生烃模拟实验，获得干酪根降解生成油气在不同温度速率条件下的生成速率曲线、并获得原油二次裂解生气在不同升温速率条件下的生成速率曲线，然后利用上述速率曲线计算油气生成的活化能分布
和频率因子。所述活化能的分布与干酪根的类型有关，在对生烃模拟计算之前，可以向通过各套烃源岩的干酪根平面分布图确定干酪根的类型、进而确定所要计算的活化能的参数。油气生成的活化能分布和频率因子可以通过美国lawrence livermore国家实验室开发的专用于生烃动力学数据处理软件(版本：kinetics05)计算生成。
21.根据本发明的具体实施方案，所述边界条件可以包括古地表温度、古水深(例如古水深的展布情况)和古热流。其中，所述古水深一般根据岩性古地理图确定；所述古地表温度可以根据目标区域的地质历史时期所处的古纬度确定(如图8所示)；所述古热流可以利用地球热力学法与地球化学相结合、根据目标区域的现今低温、通过盆地模拟软件反推确定。
22.在本发明的具体实施方案中，以一口钻井为例，所述古热流的恢复方法可以包括：恢复井柱中某点的埋藏史，根据以下公式(1-1)确定埋藏点的今热流：
[0023][0024]
其中，q0为该点今热流值，mw/m2；为该点现今平均地温梯度，℃/km；为该点以上所有地层热导率的平均值，w/(m
·
℃)。
[0025]
沉积盆地在一定的构造背景下，具有相对稳定的热流值，有时地温梯度亦是稳定的，因此可根据盆地基底(或模拟的最底层)以上所有地层来求取平均热导率及平均地温梯度，单井地层柱中自上而下具有恒定的热流值(q0)，这时只需将积分路劲取为最下部地层的底界即可。
[0026]
对不同的地区诸多井的ro拟合计算后确定出古热流变化的最佳形式为：
[0027]
q(t)＝q0(1 θt)
ꢀꢀꢀ
(1-2)
[0028]
其中，q(t)为t时刻的古热流值，mw/m2；q0为今热流值，mw/m2；t为该点埋藏过程中某时刻的地质年代，ma；θ为古今热流关系因子，ma-1
。
[0029]
式(1-2)中规定了整个地史过程中的古热流是线性变化的，这在一定程度上掩盖了盆地演化的旋回性和复杂性。事实上，沉积盆地中的古热流变化，既有线性的，也有呈指数变化的，还有波动不定的。实践证明，分段恢复的指数模型或线性模型是比较理想的方法。
[0030]
在一些具体实施方案中，用于恢复古热流的方法指数模型可以是：
[0031]
q(t)＝q
0i
exp〔θi(t-ti)〕 (i＝1,
…
,m)
ꢀꢀꢀ
(1-3)
[0032]
其中，q(t)为t时刻的热流值，mw/m2；q
0i
为第i个构造沉积期结束时的热流值，mw/m2；θi为第i个构造沉积期的热流关系因子，ma-1
；ti为第i个构造运动期结束时的地质年代，ma。
[0033]
在一些具体实施方案中，用于恢复古热流的线性模型可以是：
[0034]
q(t)＝q
0i
〔1 θi(t-ti)〕 (i＝1，
…
，m)
ꢀꢀ
(1-4)
[0035]
其中，q(t)为t时刻的热流值，mw/m2；q
0i
为第i个构造沉积期结束时的热流值，mw/m2；θi为第i个构造沉积期的热流关系因子，ma-1
；ti为第i个构造运动期结束时的地质年代，ma。
[0036]
在本发明的具体实施方案中，一般用反演地史方法确定各段古热流变化关系。假设根据地层埋藏史确定了m个构造运动期，距现代最近的为第m期；这时，q
0m
＝q(0)，tm＝0，q
(0)为现今地表热值(mw/m2)；然后根据式(1-3)或(1-4)求出q(t
m-1
)；第m-1时期，q0(m-1)＝q(t
m-1
)，依次类推，求出各时期的热流关系曲线。
[0037]
根据本发明的具体实施方案，所述三维地质模型的建立过程一般包括：建立地层格架、设置地层岩性、输入各套烃源岩的地质参数、设置边界条件，建立三维地质模型。
[0038]
根据本发明的具体实施方案，在上述三维地质模型的建立过程中，所述建立地层格架的方法可以包括：根据地面地形图生成模型顶面，利用地层平面等厚图由上至下建立地层格架。
[0039]
根据本发明的具体实施方案，在上述三维地质模型的建立过程中，所述设置地层岩性的方法可以包括：依据目标区域钻井的综合录井资料，对纯岩性进行统计，将生成的混合岩性作为所要设置的地层岩性。所述纯岩性统计的目标岩相可以包括井砂岩、粉砂岩、泥岩和碳酸盐岩中的一种或两种以上的组合。
[0040]
根据本发明的具体实施方案，在上述三维地质模型的建立过程中，输入的各套烃源岩的地质参数包括烃源岩的厚度，烃源岩的有机碳含量、地层沉积相分布情况、地层剥蚀量和剥蚀时期、镜质体反射率和生烃动力学参数。
[0041]
根据本发明的具体实施方案，用于校正所述三维地质模型的实测资料可以包括目标区域的镜质体反射率实测值。所述镜质体反射率的实测值可以作为地层最大埋深和模拟成熟度的校正参数。在校正模拟成熟度的过程中可以确定剥蚀量、再结合现今的残余地层厚度确定最大埋深。
[0042]
根据本发明的具体实施方案，校正所述三维地质模型的方法可以包括：模拟烃源岩成熟度，以典型井作为校正对象，模拟烃源岩成熟度、得到镜质体反射率模拟值(一般在petromod 1d模块中进行)，比较典型井中镜质体反射率的实测值与模拟值，通过调整剥蚀量和古热流值使镜质体反射率的实测值与模拟值趋于吻合，将镜质体反射率的实测值和模拟值吻合程度最大时对应的剥蚀量和古热流值作为计算生烃量的最终值。上述校正过程利用镜质体反射率的实测值和模拟值对剥蚀量和古热流值进行联合调整，在镜质体反射率的实测值和模拟值吻合程度最大时的剥蚀量和古热流量最符合目标区域的实际地质演化情况。
[0043]
根据本发明的具体实施方案，所述生烃量的计算方法可以包括：应用petromod 3d软件中(例如schlumberger公司开发，版本为petromod 2012的软件)的“petroreport”模块(石油模块)，以目标区域中的一套烃源岩为计算对象，选取最初的地质时间，统计模式为“事件”(event)，换算为地面条件，计算该时间内油气的生成量；然后选取下移地质时间，按照相同方法计算油气生成量，直至计算到现今时刻的油气生成量，完成一套烃源岩的生烃量计算。按照上述方法，可以依次完成多套烃源岩的生烃量计算。
[0044]
根据本发明的具体实施方案，所述恢复构造演化史剖面的方法包括：选取过构造的地震剖面，进行构造解释后转换成深度域剖面，基于平衡剖面原理，绘制构造演化史剖面。根据本发明的具体实施方案，所述地层圈闭形成时间根据所述构造演化史剖面的不整合面的形成时间确定，所述构造圈闭形成的地质时间根据所述构造演化史剖面确定。例如，根据构造演化史剖面可以获取地质形态(如背斜形态、断层)形成的时间进而确定构造圈闭形成时间。所述恢复构造演化史剖面可以利用midliand公司开发的2dmove 4.0软件实现。
[0045]
根据本发明的具体实施方案，圈闭形成期与生烃高峰期之间的匹配关系包括：圈
闭形成期早于生烃高峰期、圈闭形成期与生烃高峰期同步、圈闭形成期晚于生烃高峰期中的一种。当圈闭形成期早于生烃高峰期时，可以捕获到烃源岩排出的大量油气，圈闭内油气聚集量大；当圈闭形成期晚于生烃高峰期时，圈闭可能捕获受破坏早期油气藏中的油气而形成次生油气藏，或因错过了生烃高峰期而未捕获油气，成为无效圈闭。圈闭形成期与生烃高峰期的时间差决定了圈闭所能捕获到的油气量大小，圈闭形成期与生烃高峰期的时间差越小，圈闭捕获到的油气相对越大，油气聚集量也相对较大，反之，时间差越大，圈闭捕获到的油气相对越小，油气聚集量也相对较小。
[0046]
本发明还提供了上述确定圈闭形成期与生烃量匹配关系的方法在盆地的勘探前景预测中的应用。在盆地的勘探前景预测过程中采用该方法，能够确定圈闭形成期与生烃期匹配关系，为选区、选带和确定有利目标提供技术支撑，实用性强。
[0047]
本发明的有益效果在于：
[0048]
1、本发明提供的方法基于钻井、地震和地化资料并利用盆地模拟技术，能够定量计算盆地内烃源岩生烃演化历史和确定生烃高峰期，实现了盆地尺度上三维空间烃源岩生烃演化的过程，相比于应用烃源岩成熟度演化史推测生烃史的方法，本发明提供的方法计算结果可靠性和准确性高。
[0049]
2、本发明提供的方法通过确定圈闭形成期与生烃高峰期匹配关系、为选区、选带和确定有利目标提供技术支撑，为开展油气勘探提供有力参考，具有结构简单、设计合理、实用性强、制作成本低等特点。
附图说明
[0050]
图1为实施例1中的圈闭形成期与生烃量匹配关系的确定方法的流程图。
[0051]
图2为实施例1中的一套烃源岩的平面等厚图。
[0052]
图3为实施例1中一套烃源岩的总有机碳平面分布图。
[0053]
图4为实施例1中一套地层的厚度等值线图。
[0054]
图5为实施例1中一套地层与地质时代的对应关系图。
[0055]
图6为实施例1中一套地层的剥蚀量平面分布图。
[0056]
图7为实施例1中目标区域的两种类型干酪根生油气活化能分布和频率因子分布图。
[0057]
图8为全球不同地质时期的平均地表温度图。
[0058]
图9为实施例1建立的三维地质模型。
[0059]
图10为实施例1中典型井的镜质体反射率的实测值与模拟值的对比情况。
[0060]
图11为实施例1中所有烃源岩的总生烃量在不同地质时期的直方图。
[0061]
图12为实施例1中构造演化史剖面图。
具体实施方式
[0062]
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0063]
实施例1
[0064]
本实施例提供了一种确定圈闭形成期与生烃量匹配关系的方法，图1为该方法的
流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0065]
1、获取目标区域的烃源岩的地质参数，具体包括以下操作：
[0066]
(1)绘制烃源岩平面等厚图：
[0067]
以柴达木盆地北缘为研究对象，根据钻井和地震资料以及前人的研究成果，绘制该盆地存在的各套烃源岩的平面等厚图。图2为其中一套烃源岩的平面等厚图。
[0068]
(2)绘制烃源岩有机碳平面分布图及干酪根类型分布图：
[0069]
根据钻井取心资料实测的总有机碳(toc)的数据和干酪根类型参数，绘制toc平面分布图、以及干酪根类型平面分布图。图3为其中一套烃源岩的toc平面分布图。
[0070]
(3)获取各套地层的厚度等值线图、沉积相图及地层对应的地质时代：
[0071]
根据钻井资料、地震资料、沉积相标志资料，结合前人研究成果，绘制各套地层平面等厚图和沉积相图，图4为其中一个地层的平面等厚图。根据图5的国际年代地层表，确定各套地层所对应的地质时代。
[0072]
(4)获取各套地层的剥蚀量及剥蚀时期：
[0073]
应用构造横剖面法，首先利用地震、钻井等资料建立区域地质剖面，由邻近地区未发生剥蚀处的地层厚度，用曲线拟合的方法得到地层厚度变化的趋势，然后外推来预测剥蚀地区的剥蚀量，进而完成各套地层剥蚀量的恢复，编制如图6所示的剥蚀量平面分布图，根据构造演化史剖面确定剥蚀时期。
[0074]
(5)确定生烃动力学参数：
[0075]
采用开放系统和封闭系统进行实验、确定生烃动力学参数。首先采用开放系统模拟干酪根热降解生成油气的过程，然后利用在开放系统实验中获得的原油，应用封闭系统的黄金管生烃模拟实验模拟原油的热裂解生成天然气的过程。基于以上两组实验的结果，分别建立干酪根降解生油气在不同升温速率条件下的生成速率曲线、以及原油二次裂解生气在不同升温速率条件下的生成速率曲线。然后，利用美国lawrence livermore国家实验室开发的专用于生烃动力学数据处理软件(版本：kinetics05)计算油气生成的活化能分布和频率因子，图7为活化能分布和频率因子分布图，其中，a图为早侏罗纪烃源岩干酪根生气活化能分布，b图为早侏罗纪烃源岩原油二次裂解生气活化能分布，c图为中侏罗纪烃源岩干酪根生气活化能分布，d图为中侏罗纪烃源岩原油二次裂解生气活化能分布。
[0076]
2、确定边界条件
[0077]
根据岩相古地理图，确定古水深，一般来说是根据将今论古的原则进行估算，例如陆相的古水深可以认为是0m、浅海的古水深可以认为小于500m、深海的古水深可以认为是大于500m；根据图8所示的全球不同地质时期的地表温度图(基于wygrala,b.p.,1989—integrated study of an oil field in the southern po basin,northern italy.phd thesis.cologne:university of cologne.)以及本实施例目标区域地质历史时期所处的古纬度确定古地表温度，地质历史时期所处的古纬度是根据图5所示的地层与地质时代的对应关系确定；应用地球热力学法与地球化学相结合的方法，根据盆地的现今地温，利用petrosys盆地模拟软件反推出该盆地的古热流史和古地温史。
[0078]
3、利用petromod 3d软件建立三维地质模型
[0079]
根据地面地形图生成模型顶面，由上至下、利用地层平面等厚图(如图4)建立地层格架。地层岩性设置主要依据钻井的综合录井资料，通过单井砂岩、粉砂岩、泥岩和碳酸盐
岩的纯岩性统计，由软件的岩性混合器(creatmix)模块生成混合岩性；同时将步骤1中获取的地层沉积相图、实测镜质体反射率、地层剥蚀量和剥蚀时期、烃源岩厚度、总有机碳和生烃动力学等参数输入petromod 3d软件(schlumberger公司开发，版本为petromod 2012)，然后设置步骤2中的古水深、古地表温度和古热流值为边界条件，建立图9所示的三维地质模型。
[0080]
4、校正三维地质模型：
[0081]
在petromod 1d模块中运行计算输出烃源岩成熟度模拟结果(即镜质体反射率的模拟值)，选取在目标区域中分布均匀、能够代表不同区块的典型井作为校正对象。对每口典型井的分别进行以下校正过程：利用petromod 1d模块，对目标井的镜质体反射率的实测值与模拟值进行比较，通过联合调整设定的剥蚀量和古热流值使镜质体反射率的实测值与模拟值趋于吻合，并对每一口典型井重复上述校正过程。图10为镜质体反射率的实测值与模拟值的对比情况，图10的a图-d图分别表示昆2井、旱2井、鸭参3井、伊深1井的镜质体反射率的实测值和模拟值最大程度吻合的情况，图10中的实线为镜质体反射率模拟值、散点为镜质体反射率实测值。记录镜质体反射率的实测值和模拟值吻合程度最大时设定的剥蚀量和古热流值，将该剥蚀量和古热流值作为符合实际地质演化过程的数值、替代初始输入的剥蚀量和古热流值，作为最终值。
[0082]
5、生烃量计算：
[0083]
以步骤4最终设定的剥蚀量和古热流值为最终值，应用petromod 3d中的“petroreport”模块，以目标区域中的一套烃源岩为计算对象，选取最初的地质时间，统计模式为“事件”(event)，换算为地面条件，计算该时间内油气的生成量(即生烃量)；然后选取下移地质时间，按照相同方法计算油气生成量，以此类推，直至计算到现今时刻。
[0084]
然后，按照上述方法将目标区域中其他烃源岩的所有地质时期的生烃量进行计算。在总结结果时，可以采用将单套烃源岩的所有地质时期的生烃量绘制为生烃史和直方图的形式，也可以采用将所有烃源岩在同一地质时期的生烃量累加，绘制所有烃源岩总的生烃史和生烃量直方图的形式。在本实施例中，采用绘制图11所示的所有烃源岩总的生烃量直方图的形式对计算结果进行总结。从图11可以看出，生烃高峰期为n
1-n
22
。
[0085]
6、恢复构造演化史剖面：
[0086]
选取过构造的地震剖面，进行构造解释后转换成深度域剖面，利用2dmove软件(midliand公司开发，版本为2dmove 4.0)，基于平衡剖面原理，绘制如图12所示的构造演化史剖面。根据图12确定构造圈闭形成的地质时间为n
21
。
[0087]
7、确定圈闭形成期与生烃高峰期之间的匹配关系：
[0088]
将步骤5和步骤6的结果比较可知，本实施例的目标区域中，圈闭形成期同步于生烃高峰期。通过该区冷湖五号钻井已经获得工业油气流验证，上述匹配结果准确，说明本发明提供的方法确定圈闭形成期与生烃高峰期匹配关系结果的准确性可靠性高，能够为选区、选带和确定有利目标提供技术支撑，为开展油气勘探提供有力参考。