流体异常高压对深层储集层物理性质的作用机理——以准噶尔盆地南缘侏罗系头屯河组为例

针对超压对深层储集层骨架颗粒物理变化的作用机制以及超压与静水压力条件下骨架颗粒物理变化的差异性问题,以准噶尔盆地南缘侏罗系头屯河组砂岩为例,开展超压对深层储集层物理性质作用机理的物理模拟实验。研究结果表明:①在模拟埋深6000~8000 m的条件下,超压环境下机械压实作用使剩余原生孔的减小值约是静水压力下的二分之一,超压可有效抑制机械压实作用,使粒间原生孔隙得以保存。②超压环境下的颗粒线状接触比例始终小于相同深度静水压力下的颗粒线状接触比例,但二者差值向深层呈现减小趋势,揭示流体异常高压抵抗有效应力增大的作用减弱,超压下机械压实程度向深层有逐渐接近静水压力下机械压实程度的趋势。③由于异常高压流体的存在,深层储集层在超压下易形成拉张裂缝,骨架颗粒内微裂缝呈细长特征,而静水压力下骨架颗粒内微裂缝呈短宽特征。④超压下骨架颗粒内微裂缝发育的主要时期晚于静水压力下,微裂缝发育程度及长度均有向更深层延伸的特点。⑤超压下骨架颗粒内微裂缝的发育期次主要受控于流体异常高压的发育期次以及作用于骨架颗粒上的有效应力大小,深层储集层超压下骨架颗粒内微裂缝发育期次多于静水压力下的发育期次,流体异常高压的多次发育对改善深层储集层的物理性质具有重要作用。

鄂尔多斯盆地长7湖相泥页岩孔隙演化特征

以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段低熟泥页岩为研究对象,基于温压模拟与纳米CT三维表征技术,研究泥页岩孔隙随温度变化的演化特征,并探讨其主控因素。结果表明:随成熟度增高,长7段富有机质泥页岩中纳米孔隙不断增加,基于纳米CT三维模型计算的孔隙度由0.56%增大至2.06%,增大比例超过250%;孔隙演化整体呈现3段式特征:从未熟到低成熟阶段,有机质生烃作用弱,压实作用为主,孔隙度快速降低;从低成熟到成熟再到高过成熟阶段,有机质大量裂解生烃,黏土矿物转化作用强烈,孔隙度快速增长;进入高过成熟阶段,有机质生烃能力与黏土矿物转化减弱,孔隙系统基本保持稳定。明确了不同成分对泥页岩孔隙演化贡献的差异性,有机质热演化贡献最大,黏土矿物转化贡献次之,脆性矿物转化贡献最小,三者比例大致为6∶3∶1,推测泥页岩镜质体反射率大于1.2%时有机质孔隙开始大量发育。

非常规油气致密储集层微观结构研究进展

致密储集层储集性能差,孔喉以纳米级为主,孔喉连通复杂。中国南方高过成熟海相页岩有机质纳米孔与粒内孔大小约为20～890 nm;陆相泥页岩孔喉类型为有机质孔与基质孔,主体介于30～200 nm之间;致密砂岩微米级孔喉为粒间溶孔、颗粒溶蚀孔与微裂缝,主体介于10～200μm之间,纳米级孔隙大小介于70～400 nm之间,以原生粒间孔与自生矿物晶间孔为主;致密灰岩孔喉类型有方解石粒内溶孔、粒间溶孔与微裂缝,大小介于50～500 nm之间。页岩微孔喉总体随热演化程度增高呈先减少后增加趋势,致密含油砂岩中油气赋存有4种状态,粒间微孔为油气赋存最有利位置。针对非常规油气储集层独特特征,仍需在仪器研发、技术方法与评价参数等方面加强研究探索。

埋藏压实作用对前陆盆地深部储层的作用过程与改造机制

针对中西部前陆盆地储层经历了早期长期浅埋、后期快速深埋的特有埋藏方式,开展地质过程约束下的成岩模拟实验,分析埋藏压实作用对库车前陆盆地深部储层的作用过程与改造效果。通过砂岩面孔率、视压实率、减孔率及孔径、喉径等储层物性参数的定量评价,表明埋藏压实作用直接影响储层视压实率、减孔率,同时也控制了不同粒级砂岩储层的孔径与喉径变化。在早期缓慢的浅埋藏阶段,压实作用使粗砂岩、中砂岩等粗碎屑颗粒存在较少的碎裂纹及颗粒位移和重排,细砂岩、粉砂岩等细颗粒呈较杂乱排列。在后期快速埋藏压实阶段,随着埋深增大,压实作用使骨架颗粒趋于定向排列;近源沉积的粗砂岩、中砂岩等碎屑颗粒大量发育裂纹和成岩缝,前渊沉积的粉砂岩不发育颗粒裂纹但存在成岩缝。快速深埋作用下形成的碎屑颗粒裂纹与成岩缝是深部储层发生溶蚀和提高渗透性的主要原因。

激光显微取样技术在川东北飞仙关组鲕粒白云岩碳氧同位素特征研究中的应用

显微取样碳氧同位素分析技术利用高聚焦激光束与碳酸盐岩样品作用,是一种在显微薄片下对岩石特定组构产生CO2的有效方法,其空间分辨率20～50μm,δ13C和δ18O的最好分析精度可达±0.22‰(σ),可以为碳酸盐岩碳氧同位素提供“高分辨率、原位”数据,微区分析是同位素测试发展的重要方向。用该技术对川东北飞仙关组鲕粒白云岩地球化学特征进行的研究表明,它可避免样品不纯带来的解释上的误差,为解释鲕粒白云岩成因提供了较为准确的地球化学信息,可进一步认识川东北飞仙关组鲕粒白云岩的成因问题。各种产状白云石的δ13C‰(PDB)值均大于当时海水值,说明白云石化流体没有淡水注入;而δ18O‰(PDB)分布较为离散,伴随白云石晶体大小增加,δ18O‰(PDB)值明显偏负,说明白云石化作用过程经历了埋藏加深、温度升高的过程,并且白云石化流体远离卤水源,其咸化程度减弱,为鲕粒白云岩的卤水渗透回流成因提供了有力的证据。

盆地内大面积砂体分布的一种成因机理——干旱气候下季节性河流沉积

我国西部新疆地区侏罗系—下白垩统大面积、厚层状砂岩油气勘探获得了重大发现,大面积厚层状砂体及泥岩红层沉积的成因机理受到长期关注。结合现今准噶尔南缘多条季节性河流的沉积体系、砂体展布特征分析,并对比郝家沟—头屯河剖面、玛纳斯河剖面上侏罗统齐古组、喀拉扎组的岩相组合、岩石颜色、砂泥岩沉积构造、沉积序列与古环境分析,认为干旱气候下头屯河组上部—喀拉扎组的季节性曲流河—季节性辫状河沉积是上侏罗统大面积厚层状砂砾岩体及厚层状泥岩红层沉积的重要成因机理,进而建立了季节性河流的砂体构型和成因模式。准噶尔盆地南缘季节性河流沉积砂体构型和成因模式的建立,对进一步认识我国古代季节性河流沉积提供了有益参考。

干旱气候环境下季节性河流沉积特征——以库车河剖面下白垩统为例

通过对库车河剖面下白垩统巴西改组—古近系库姆格列木群底部的沉积露头实测,分析砂岩岩性组合、沉积构造特征、砾岩特征及沉积古环境,并结合现代天山南北季节性河流沉积特征,认为干旱气候条件下发育的季节性河流及季节性河流三角洲是白垩纪库车坳陷发育的重要沉积体系。下白垩统巴什基奇克组砂岩特征与现今广泛发育的季节性河流沉积特征极为相似,既有较为典型的河流相正韵律砂体大面积沉积,河道底部内碎屑泥砾与厚层块状的大型交错层理等砂岩,又显示出高能细砂岩和高能粉砂岩沉积,并具有较低的成分成熟度和较高的结构成熟度基本特征。在此基础上,建立了库车河剖面下白垩统巴西改组—巴什基奇克组沉积相模式:巴西改组沉积时期,库车坳陷发育面积较大的宽浅型湖泊,天山前发育的季节性河流进入湖泊后形成季节性河流三角洲;巴什基奇克组沉积时期,古天山前出现了多个小型湖泊,古天山山前发育大量的季节性辫状河与多个小型季节性辫状三角洲沉积。

页岩孔隙演化及其与残留烃量的关系:来自地质过程约束下模拟实验的证据

加强页岩孔隙演化规律研究,特别是定量评价其与残留烃之间的关系对页岩油的勘探具有重要意义。采集鄂尔多斯盆地低成熟度湖相Ⅰ型富有机质页岩,通过地质条件约束(埋藏史、地层压力、地层水矿化度等)成岩物理模拟实验模拟页岩演化,利用压汞法、氮气吸附法和二氧化碳吸附法获得不同温压段页岩的比孔容、比表面积和孔径分布,结合氯仿沥青A抽提定量结果,确定孔隙演化规律及其与残留烃的关系。结果表明页岩大孔比孔容与残留烃含量先增加后减小,微孔和中孔的比孔容随着模拟实验温度的增加呈现先减小后增大。XRD分析显示黄铁矿含量控制大孔,有机质丰度和粘土含量控制微孔和中孔。微孔和中孔的比孔容增加为高—过成熟度阶段页岩气提供储集空间,大孔比孔容与残留烃含量变化一致,生油窗阶段大孔增加是页岩油的有利储集带。

深层储集层长石溶蚀增孔的物理模拟与定量计算

以塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组深层储集层为例,开展成岩物理模拟实验研究,定量计算巴什基奇克组砂岩在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,长石骨架颗粒的溶蚀率及溶蚀增孔量。运用场发射扫描电镜大面积扫描分析技术,定量计算大北、克深地区实际岩心样品中长石骨架颗粒的溶蚀度及溶蚀增孔量值,实验数值与实际岩心数值相互校验,由此建立了陆相深层较高长石骨架颗粒含量储集层中长石溶蚀增孔量的演化过程模型。定量计算出克深地区长石在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,最大溶蚀增孔量为0.86%~2.05%,模拟的埋深超过7 000 m砂岩的长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.23%。大北地区次生溶蚀孔隙的贡献者主要是方解石,长石次之,定量计算出该地区长石最大溶蚀增孔量为0.62%~1.48%,模拟埋深超过7 000 m砂岩中长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.15%。造成误差的原因有二:(1)模拟实验代表了深层储集层的均一、理想状态;(2)实际地质情况下深层储集层的非均质性强,不同地区溶蚀作用强弱存在差异。

埋藏(机械)压实—侧向挤压地质过程下深层储层孔隙演化与预测模型

早期长期浅埋、后期快速深埋以及晚期强烈的侧向挤压作用是西部前陆盆地共性地质演化过程,受此地质演化过程影响,明确深层储层孔隙、孔径、喉径等参数的演化特征并进行定量评价,对油气勘探具有重要意义。开展成岩物理模拟实验,并与实际地质分析相结合,定量评价与预测了库车坳陷克拉苏构造带白垩系深层储层的孔隙类型与演化特征。研究结果认为,研究区深层储层的孔隙类型、含量变化及演化规律可划分为4个阶段,其中第3个演化阶段即深层储层快速埋藏后的早期阶段是孔隙度和渗透率提高的重要阶段,是此类地质过程下深层有利储层形成的关键时期。构造侧向挤压与成岩压碎破裂造缝、次生溶蚀两种改造机制,改善了深层储层的储集性、提高了渗透性,进而建立了深层储层孔隙预测模型。定量揭示出库车坳陷克拉苏构造带在埋深7 000~8 000 m甚至更深层段,储层孔径、喉径增大并保持,仍发育有效储层。

埋藏压实-侧向挤压过程对库车坳陷深层储层物理性质的改造机理

早期长期浅埋、后期快速深埋及晚期强烈的侧向挤压作用是西部前陆盆地共性的地质演化过程,埋藏(机械)压实-侧向挤压过程对深层砂岩储层岩石物理性质与储集性具有重要的改造作用。开展成岩物理模拟实验研究,并与实际地质分析相结合,探索改造作用机制的演化过程,认为持续的垂向压实作用使储层碎屑颗粒由松散状至紧密堆积。在晚期侧向挤压、持续垂向埋藏压实共同作用下,深层碎屑颗粒表现为明显的共轭双方向定向排列特征。在快速垂向压实和强烈的侧向挤压应力作用下,石英、长石等颗粒内出现明显的无定向微裂缝、共轭剪切微裂缝。微裂缝的出现可增强颗粒的可溶蚀性,提高储层渗透性。明确埋藏(机械)压实-侧向挤压过程对深层砂岩储层物理性质与储集性的改造作用机制,对评价与预测深层有利储层的分布具有积极作用。

氯盐溶液的拉曼光谱特征及测试探讨

常温下氯盐溶液水的拉曼包络线歪斜度受氯离子浓度和阳离子的影响,水拉曼包络线歪斜度很难准确评价复杂流体中的氯离子浓度,在-170℃下氯盐溶液的拉曼光谱研究表明,H2O和nCl-[H+OH-]n的拉曼光谱峰能很好地分解并明显地显示,其中nCl-[H+OH-]n的拉曼峰与H2O的拉曼峰比值与氯盐的浓度呈正相关,用nCl-[H+OH-]n的拉曼特征峰强度(I3401～3413.18cm-1)与H2O的拉曼特征峰强度(I3088～3106cm-1)比值(InCl-[H+-OH-]n/IH2O)为纵座标,作相关图,二者的相关性较好,可以应用于溶液中氯离子摩尔浓度测定。

天山南北前陆盆地侏罗系-白垩系沉积及储集层特征对比

通过库车坳陷与准噶尔盆地南缘侏罗系-白垩系厚度、岩性组合和沉积相对比分析,认为由于早白垩世之前天山南部古地势高于北部,使得库车坳陷与准噶尔盆地南缘在以上3方面存在明显差异,进而明确了库车坳陷侏罗系各组厚度均小于准噶尔盆地南缘,以及早侏罗世沉积环境存在显著差异的成因机制。晚侏罗世-早白垩世,天山南北古气候、构造古地理和古地形的差异,以及晚白垩世末期构造隆升与剥蚀作用,造成了库车坳陷与准噶尔盆地南缘白垩系沉积环境和厚度的差异,也造成了两者的储集层碎屑组分、埋藏方式、裂缝发育程度等方面的差异。在进一步厘定准噶尔盆地南缘深层岩相古地理特征和有利砂体展布范围的基础上,梳理天山南北前陆盆地深层储集层特征和控制因素的差异,认为勘探程度较低的准噶尔盆地南缘深层储集层受沉积相、地温梯度、埋藏方式、异常高压、次生溶蚀作用、构造缝等控制,指出了准噶尔盆地南缘深层有利储集层分布区。

准南斜坡带砂岩储层孔隙演化特征与有利储层评价:基于成岩物理模拟实验研究

通过自主研发的成岩物理模拟系统,对准噶尔盆地南缘斜坡带侏罗系细砂岩进行了成岩物理模拟实验,对前陆盆地特有的埋藏方式,即沉积早期长期浅埋,沉积晚期快速深埋影响下的储层物性特征、孔隙演化规律等进行了研究。结果表明,随着模拟温度、压力和模拟埋深的逐渐增大以及压实作用的不断加强,细砂岩颗粒间接触关系由点-线-凹凸接触,粒内裂纹逐渐出现,裂纹呈不规则分布或呈共轭剪切关系;模拟埋深2 000～3 000m时次生孔隙较为发育,孔径和喉径也表现出快速增大的趋势,埋深大于4 000m后,次生孔隙与孔径、喉径均开始呈现递减趋势。因此,推测埋深2 000～3 000m是准南斜坡带侏罗系有利储层发育的关键层位。

河流沉积学研究热点与进展——第11届国际河流沉积学大会综述

第11届国际河流沉积学大会于2017年7月17日—21日在加拿大卡尔加里大学举行,每四年举行一次的国际河流沉积学学术会议,吸引了当今北美、欧洲、澳洲及亚洲从事河流沉积学及相关学科研究的众多知名学者参会,研究成果充分体现了当前国际河流沉积学研究取得的重要进展和发展方向。重要进展有:1)河流动力学及其变化过程研究。其中包括将今论古法论现代河流沉积过程与古老地层对比,河道—洪泛平原体系的越岸复合沉积动力学,河流动力学与变化过程研究展望,恢复河道迁移过程:新一代平面图演化模式的讨论,冲积河流和基岩河流的湍流、颗粒间作用和沉积作用;2)陆缘河流。包括河流入海处的地貌动力学与沉积学,河流补给边缘的沉积物搬运、地貌和地层特征,干旱地区河流、冲积扇体系与风的相互作用,植被生长前、无植物生长、或是植被发育区河流的沉积过程研究;3)河流沉积地层及其地下资源。包括源—汇系统,"河流相模式"是否有用的讨论,辫状河、网状河、曲流河概念的厘定等;4)河流地貌变化。包括气候改变、泥泞植被洪泛平原等对河流沉积物通量、河流模式等产生影响,河道中冲积岛屿的演化和稳定河流的蛇曲化,河流环境中沉积物生物作用等。基于上述资料分析,认为河流演化过程从定性向定量化研究,物理模拟与数值模拟技术是河流沉积学研究不可或缺的手段,应用定量建模、数学计算等方法进行精准研究,碎屑锆石U-Pb定年技术是新一代从源到汇研究的重要工具等诸多方面,是我国学者应该重视并开展研究的方向。

正演模式下成岩作用的温压效应机理探讨与启示

为了探讨核心地质要素对成岩作用的影响,本文选取硅质人造砂为研究对象,从正演物理模拟的角度定量研究成岩作用对温度、压力与时间的响应特征。实验结果表明:硅质人造砂岩压实作用强度与压力、温度具有正相关关系,石英等自生矿物结晶度对温度响应明显,非晶态硅质向晶态转化的模拟温度应低于400℃。在温度一定情况下,矿物结晶与压力呈抛物线型关系,存在优势压力区间,硅质结晶对应的压力在137.5 MPa左右,压力对成岩作用贡献包括压实作用与热能效应两个方面,以压实作用为主;在成岩作用过程中,反应时间可适当补偿温压不足造成的成岩效应差异,其对化学成岩作用贡献大于压实作用。相关成果可为成岩作用数值模拟与定量研究提供参考,进一步推动成岩作用机理的深化研究。

埋藏压实-构造抬升地质过程下储层孔隙回弹的演化过程模型

早期埋藏压实、晚期构造抬升是我国多个盆地一种共性的地质演化过程。受此类演化过程的影响，特别是在晚期构造抬升、砂岩孔隙回弹作用下，可形成较优质储层。明确此类储层孔隙、孔径、喉径等参数的演化特征并进行定量评价，对油气勘探具有重要意义。基于成岩物理模拟实验分析，与实际地质研究相结合，认为库车坳陷克拉2气田白垩系储层的孔隙类型、含量变化及演化规律可划分为5个阶段，前3个演化阶段与克拉苏构造带深层相一致，自上新世（5～3Ma）、埋深6000m右始，浅层克拉2井区与深层克深-大北井区的埋藏演化开始分异。之后发生构造抬升作用，可将其划分为早期和晚期两个阶段。构造抬升后发生的“孔隙回弹”作用可使储层剩余的原生孔增加1．0％左右，地层降温卸压作用，可使储层中出现较多的成岩缝。孔隙回弹、成岩缝的出现，促进了次生溶蚀作用发生、储层孔喉分选均一性的增强，进而提高了储集性。

长石表生淋滤溶蚀模拟实验

利用自主研发的成岩模拟系统,选取中粒长石砂岩为研究对象,对表生淋滤机制下长石的溶蚀微观特征、易溶组分、成岩流体离子变化、溶蚀产物等开展成岩模拟。研究表明:在酸性流体条件下,不同类型长石发生不同程度的溶蚀作用,斜长石溶蚀程度强烈,颗粒表面呈现港湾状深沟或沿双晶方向溶蚀,钾长石多为颗粒边缘或颗粒内部溶蚀。成岩流体中K^+,Na^+,Ca^(2+),Mg^(2+),Al^(3+),Si^(4+)等离子浓度的变化反映长石的溶蚀状态,K^+,Na^+和Ca^(2+)浓度增加指示钾长石、钠长石和钙长石的溶蚀速率加快。长石溶解过程中产生的K^+浓度较低,且被迅速带走,伊利石沉淀所需的K^+浓度很难达到,因此长石溶蚀产生的自生黏土矿物多为高岭石,Mg^(2+)浓度的变化可能代表后期碳酸盐矿物、黏土矿物的溶解。酸性流体流速、温度、长石颗粒表面积、溶蚀时间等是影响长石溶蚀作用的主要因素。

俄罗斯油气资源现状及其发展趋势

天然气、石油、铀是俄罗斯能源来源的三个主要类型。以前二种基础资源为研究对象,简洁地分析俄罗斯油气资源的发展现状和趋势,并指出其非常规油气资源的基本类型、特征、开采前景及其重要性。在油气资源开采提炼过程中,尤其是一些特殊地层,对已有的工艺指标提出更高的要求,为此俄罗斯设立相应的专项科研课题,企业与科研机构共同努力寻求解决方案,并逐步攻克技术难关,在俄罗斯能源资源平衡和补充其油气储备中扮演着重要的角色。

高温超压储层孔隙演化的物理模拟实验

目前比较常见的是常压条件下的储层演化模拟,而异常高压条件下的储层演化模拟则少见。为了进一步明确高温超压对于储层孔隙演化的定量化影响,以琼东南盆地乐东—陵水凹陷中新统“高温超压”储层为研究对象,在对该区沉积、成岩背景下温度压力场划分的基础上,应用自然类比法和物理模拟实验等手段,分析不同温压场背景下的孔隙演化特征,探讨超压、流体对储层孔隙演化的影响,明确优质储层发育的主控因素。研究结果表明:①乐东—陵水凹陷中新统储层的温压场可划分为高温常压、高温超压和高温强超压等3个区;②超压和强超压对原生孔隙具有一定的保护作用,在同一成岩阶段,超压和强超压储层的面孔率较常压储层面孔率高1.23%~6.74%,超压、强超压区地层压力每超过静水压力8 MPa、4 MPa时,其对应保护的原生孔隙约为1%;③有机酸溶蚀作用对储层次生孔隙具有较大的贡献,较正常压实储层的面孔率增加0.96%~7.38%;④大气水淋滤作用对储层物性的影响微弱,较正常压实储层的面孔率仅增加0.19%。结论认为:①有机酸溶蚀是高温常压背景下储层中最具建设性的作用;②超压对原生孔隙的保护是高温超压和强超压背景下储层中最具建设性的作用,并且超压越强对孔隙的保护作用就越大。