含烃盐水包裹体PVTsim模拟的一种简化方法及应用

王瑀辉，袁玉松

（1.中国石油大学（北京），北京 102249；2.中国石化石油勘探开发研究院）

1 研究背景

应用沉积盆地地层古压力恢复数据可以分析油气运聚过程、确定油气充注和成藏时间、评价油气保存条件、优选有利勘探区带[1]。流体包裹体形成于矿物结晶时期，可以反映成矿时期地层温压条件及古流体信息，且可以作为等容体系进行 PVT计算。根据与主矿物形成时间关系，流体包裹体分为原生、次生包裹体，分别提供了主矿形成时期和后期改造事件中的流体环境变化和构造特征[2]。

流体包裹体分析法是重要的地层流体压力演化模拟方法，通过获取均一温度并进行盐度测试、成分测试等，恢复捕获时期的地层压力，获得捕获时期的地层条件。利用流体包裹体恢复古地层流体压力包括多种方法，早期方法包括操作较复杂的盐水包裹体密度式法、等容线图解法[3]等，较新的PVT数值模拟法有更好的模拟效果。PVTsim软件可以对单个包裹体进行模拟，最早Aplin[4]使用的方法采用并改进了 Soave–Redich–Kwong 状态方程[5–7]，使通过迭代计算获得的包裹体的气液比与室温条件下的情况相符，结合激光共聚焦扫描显微镜确定的包裹体成分，模拟包裹体等容线方程，最终求得相对准确的包裹体捕获压力。

Aplin主要进行了原油包裹体的压力模拟，但是由于含烃盐水包裹体成分复杂，无法直接利用软件计算均一温度下的饱和压力和室温下的气液比。含烃盐水包裹体的P–T相图比原油包裹体复杂很多，含烃盐水包裹体的模拟不能使用传统方法。在古老的海相沉积盆地中，地层通常经历过高温高压条件，有机质热演化程度高，发生油气转化，原油包裹体一般被破坏，导致古老地层中很少发现原油包裹体，但成熟的含油气盆地中含烃盐水包裹体广泛存在，尤其在页岩气藏中较为突出。

含烃盐水包裹体在凝固过程中，形成水与气体结合而成的固体结晶[8]，可将其当做稳定的气体水合物，其拥有固定的平衡温度Tm（冰点温度）。王存武等[9]利用包裹体此特点提出的方法是：利用实验室激光扫描共聚焦显微镜层切包裹体，获得室温条件下气液体积比数据；在PVTsim软件中输入由激光拉曼测试得到的包裹体成分及含量数据；在软件的无水模块中输入气体含量为零，控制其处于气水合物平衡状态，求得此条件下捕获压力并记录包裹体摩尔体积；通过不断调整成分，使利用包裹体摩尔体积计算出的室温条件下气液体积比与实验室结果相符。

包裹体在均一温度下存在饱和压力P，使包裹体为均一相态，据此，米敬奎[10]提出利用PVTsim的“multi–flash”模块进行均一态的最小压力模拟，通过联立多组包裹体等容线方程计算包裹体捕获压力；张俊武[11]使用PVTsim中的含水模块，通过调整输入的捕获压力的值使包裹体达到气体消失的均一态，从而获得此条件下的捕获压力与包裹体摩尔体积，其余步骤与王存武等的相同。前人在使用PVTsim软件对含烃盐水包裹体捕获压力的模拟过程中，在校正初始包裹体成分时的操作皆为重新输入不同的成分，并需要多次重复模拟步骤，对成分的改变方法并无具体说明，且重复操作的过程较复杂。

2 包裹体PVTsim模拟方法

王存武与张俊武[11]的方法分别使用包裹体在实验室测定的冰点温度和均一温度，具体操作存在差别，但均模拟包裹体到单一相态，利用其体积一定的特点验证气液比，并进行PVT模拟。实验操作中可以使用均一温度模拟捕获压力并结合冰点温度气水合物模拟进行验证。以张俊武的模拟方法为例，在获取包裹体成分和包裹体室温下气液比数据后，①在软件的“Flash”中的“PT–agueous”模块输入均一温度Th，通过不断调整输入压力P，使结果中的“Vapor”含量的体积刚好减小为零，记录此时的总体积Vt；②使用“V–T”模块输入Vt，计算室温条件下的气液含量体积比，并与真实结果对比，通过不断调整气体成分含量并重复之前步骤，使气液比准确。由于实验室测得的气相成分已知，相对准确的成分调整方法为控制各成分比例不变，增加或减少气体总物质量与水的比例（即气液摩尔比），初始比例设定为甲烷在水中的溶解度 0.21%；③计算此条件下最小捕获压力。

步骤②中在调整气体成分时需要重新在软件中输入不同成分数值，并重复压力调整和气液比计算的过程，操作较繁琐，如果成分调整的方向与幅度不确定，则调整更加困难。

3 PVTsim模拟方法的简化

在以上模拟过程实际操作时发现，在成分调整的多个结果中，输入的气液摩尔比与模拟出的包裹体捕获压力皆表现为二次函数关系（图1），而室温条件下的气液比与最大压力为一次函数负相关（图2），系数与均一温度及包裹体各成分含量相关，且这种规律不受样品原始数据条件的影响。据此规律，利用 PVTsim模拟至少两组不同气体物质含量的包裹体在室温条件下的气液比和相应的最大捕获压力，并据此求出二者的一次函数，再将实验室测得的室温条件下气液比的值代入到一次函数中，即可求得包裹体的最大捕获压力。软件中最大捕获压力的模拟需要精确到0.1 bar，从而提高一次函数的准确性。

图1 输入的气液摩尔比与捕获压力关系

图2 室温下气液体积比与捕获压力关系

使用模拟得到的气液体积比与捕获压力关系的方法可以快速地模拟包裹体的捕获压力，输入至少两组不同的成分并进行捕获压力和气液比模拟，即可获得真实气液比条件下的包裹体捕获压力。利用这种方法在对大量包裹体捕获压力模拟时，可以显著减少工作量。利用气液摩尔比与捕获压力关系图反映出的不同成分下的捕获压力变化趋势，可以为包裹体成分的校正提供参考。

4 PVTsim简化方法的应用

4.1 区域地质背景及样品概况

包裹体样品均取自林–1井钻井岩心，为震旦系灯影组、志留系龙马溪组和石牛栏组岩心样品中的方解石或白云石脉体。在测试过程中发现均一温度过高的包裹体，认为是非均相捕获，为消除影响将样品进行筛选，最终获取符合实验室标准并获得测试结果的包裹体样品共11份，1～6号样品属志留系石牛栏组，7号为志留系龙马溪组，皆为灰岩裂缝方解石包裹体，深度为469.28～759.91 m；8～11号样品属震旦系灯影组地层，皆为白云岩中包裹体，深度为2 619.28～2 767.45 m。总体上包裹体形状较规则，粒径10～40 μm，气液比3.6%～17.4%，包裹体壁薄，透明度较高；随取样深度增加，包裹体均一温度有增大趋势（图3）[12–14]。

图3 林–1井包裹体显微镜下样品特征

包裹体捕获温度是根据实验室测得的均一温度间的规律推算获得的[15]，通过将包裹体的捕获温度投影在林–1井埋藏史、热演化史图上，获得相应层位包裹体的埋藏深度和时间，还原过程需要结合包裹体的期次性进行调整。样品主要为裂缝中次生包裹体，形成于晚中生界之后地层构造抬升期的裂缝中（表1）。

4.2 模拟结果

采用PVTsim模拟方法[16]，每个样品模拟两组不同的成分下的捕获压力和室温气液体积比，拟合获得现今气液比–捕获压力关系式，然后代入室温下测得的所有包裹体气液比数据，即可得到包裹体捕获压力，模拟结果如表2。

包裹体捕获压力模拟的结果与林–1井盆地模拟做出的地层压力演化结果有较好的吻合性。结合区域埋藏史、热史及以上模拟结果，认为林–1井地区地层流体古压力演化符合盆地整体演化特征，埋藏较深的灯影组地层压力普遍高于石牛栏组。在105～45 Ma期间，构造抬升导致地层压力快速下降，同时期灯影组、石牛栏组压力系数总体下降，但仍稳定在 2.0以上且存在短暂升高，证明地层始终处于超压状态，未发生破裂泄压，且构造抬升程度在后期有所减缓，三叠系之后龙马溪组高成熟度干酪根大量生气对下伏石牛栏组的增压有一定影响[16]；45 Ma至今古流体压力进一步下降直至现今的常压状态，认为主要原因仍是构造抬升作用、盆地中生代和新生代构造运动复杂，导致地层产生断裂，使地下应力释放。

5 结论及认识

（1）简化的PVTsim模拟方法为包裹体成分的校正及捕获压力结果的调整提供了方向，相对原始的方法，该方法缩减了复杂的校正调整过程，在实际应用的操作中效果较好，每个样品的模拟过程只需输入至少两组不同成分含量的初始气体数据，作出现今气液比–捕获压力方程，即可计算获知真实室温气液比矫正的包裹体捕获压力。

（2）林–1井古地层流体压力演化结果表明，105～45 Ma期间构造抬升导致地层压力迅速下降，压力系数缓慢下降，灯影组和石牛栏组皆保持在2.0以上，45 Ma之后地层压力系数迅速下降。

（3）包裹体对时间点下的地层压力模拟更具有参考价值，但通常由于多井取样复杂、实验室测试成本高，包裹体样品在数量和区域分布上存在局限性，将盆地模拟得出的压力演化结果作为包裹体捕获压力模拟结果的参考，既有利于压力演化趋势的判断，又可以相互验证。

表1 林–1井下古生界实测流体包裹体数据

表2 流体包裹体古地层压力模拟结果