TSR对深部碳酸盐岩储层的溶蚀改造——四川盆地深部碳酸盐岩优质储层形成的重要方式

四川盆地海相层系发现的大气藏都含或高含硫化氢,都发育一定厚度的优质储层,而且优质储层与硫化氢分布具有密切的关系,即气藏硫化氢含量越高,储层性质越好,气藏产能也越大。研究发现,在TSR（硫酸盐热化学还原反应）过程中,随着膏质岩类的溶解（为TSR反应提供SO4^2-）,使储集孔隙初步得到改善;而TSR产生的硫化氢溶于水形成的氢硫酸,具有强烈腐蚀性,加速了储层中白云岩的溶蚀,形成孔隙极其发育的海绵状孔洞体系,并呈层状分布。电镜下可以清晰看到白云石晶面的溶蚀坑及溶孔中TSR产生的硫磺晶体。溶孔中自生碳酸盐的碳同位素在-10.3‰～-18．2‰,而地层碳酸盐的碳同位素在＋3.7‰～＋0．9‰,证实了TSR过程中有机-无机的相互作用,即有机成因烃类中的碳转移到次生碳酸盐岩中。包裹体分析表明,次生方解石中的包体富含硫化氢,且均一温度多数在160℃以上,具备TSR发生的温度条件;硫化氢和硫磺的硫同住素比地层硫酸盐的硫同住素偏轻8‰左右,是TSR作用的证据。因此高含硫化氢气藏的优质储层是在早期埋藏溶蚀作用的基础上。后期发生TSR及其形成的酸性流体对深埋碳酸盐岩储层再次进行深刻改造和强烈溶蚀作用的结果;同时可以运用硫化氢来预测碳酸盐岩优质储层的分布。     

碳酸盐岩储层原油裂解过程中的钙、硫分子地球化学研究—同步辐射XANES技术的应用

为了研究碳酸盐岩储层原油裂解过程中硫、钙元素赋存状态的变化,采集塔河油田TK772井奥陶系鹰山组产层的原油,通过半开放实验体系"地层孔隙热压生排烃模拟仪"开展仿真地层条件的成气模拟实验,利用同步辐射X射线吸收近边结物(XANES)技术对固体产物中的硫、钙元素的化学赋存状态进行精确检测。结果表明,原油直接裂解(原油+灰岩实验(系列1))固体产物中含硫化合物以噻吩类和硫酸钙为主,是原油裂解过程中部分噻吩类物质被氧化的结果;含钙化合物以碳酸钙为主。有溶解硫酸盐存在的原油裂解(原油+灰岩+硫酸镁实验(系列2))固体产物中含硫化合物以硫酸钙为主,噻吩类为辅,可能是溶解硫酸盐(硫酸镁)的加入、硫酸盐热化学还原反应(TSR)和溶蚀-沉淀作用共同作用的结果。系列2中伴随着温压的升高,H2S的生成和硫酸钙相对百分含量增加,指示原油裂解过程中发生了硫酸盐热化学还原反应(TSR);硫酸钙的生成和富集表明,TSR过程产生的酸性流体可以对碳酸盐岩储层产生明显的溶蚀作用,同时可能会生成次生膏盐。     

塔中地区热化学硫酸盐还原作用对深埋白云岩储层的改造

塔里木盆地塔中地区深埋碳酸盐岩储层显示出极强的非均质性。如灰岩地层孔隙度极低,而含酸性气藏的白云岩储层最大孔隙度高达27%。然而,造成这些现象的原因仍然不清楚。通过岩芯、薄片、扫描电镜观察,结合流体包裹体均一温度、盐度分析,方解石、白云石的碳氧同位素测定,试图解决这一问题。前人研究认为,塔中地区碳酸盐岩优质储层分布主要受控于原始沉积条件（如高能的礁滩相）和表生溶蚀,热液活动和断裂活动也起到重要作用。然而,多期流体活动和成岩作用导致大量同生期和表生期形成的溶蚀孔洞被破坏。在某些井区（如ZG9井和TZ75井）,埋藏溶蚀作用可能对优质储层形成起到重要作用。在寒武系和奥陶系岩芯中发现了大量硬石膏、重晶石、黄铁矿、沥青、方解石等,方解石交代硫酸盐,方解石具有较高的均一温度及较低的碳同位素值说明其形成与热化学硫酸盐还原作用（TSR）有关。在发生TSR的白云岩井段,储层物性较好,说明TSR可能对深埋储层的改善具有促进作用。这些认识有助于指导深层寒武系碳酸盐岩储层的进一步勘探。     

酸性流体对碳酸盐岩储层的改造作用

普遍认为CO2、有机酸及H2S是碳酸盐岩储层溶蚀作用的酸性流体。CO2对碳酸盐岩储层的溶蚀作用已有不少学者进行了研究,本文则以一个全新的模拟实验方式对不同类型碳酸盐岩在有机酸和H2S水溶液中的相对溶蚀能力进行了研究,结果发现随温度从常温升高至200℃,有机酸对碳酸盐岩的溶蚀能力由弱变强再变弱,在90℃左右溶蚀能力最强。而H2S水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用则明显不同,60℃时基本达到最大溶蚀率,温度继续升高后,溶蚀能力一直维持在较高的水平并略有增加,150℃后突然降低。由于H2S主要是硫酸盐高温热还原产物（TSR）,因而在碳酸盐岩成岩早期阶段,溶蚀作用的流体可能主要是有机酸和C02,而在深埋阶段,H2S水溶液则可能是溶蚀作用的主要流体。     

热化学硫酸盐还原作用对碳酸盐岩气藏的化学改造——以川东北地区长兴组-飞仙关组气藏为例

目前在川东北地区长兴组—飞仙关组已发现普光、渡口河、铁山坡、罗家寨等多个高含H2S的大、中型气田。通过天然气地球化学特征、流体包裹体盐度和岩心及薄片的镜下详细观察后认为,川东北地区长兴组—飞仙关组的大多数气藏遭受了热化学硫酸盐还原作用(TSR)的化学改造,TSR的改造主要表现在3个方面:1使C2 重烃相对于CH4、12C相对于13C优先被消耗,造成天然气干燥系数变大和碳同位素变重;2由于TSR产生的大量淡水的加入,使气藏的原生地层水被稀释,造成地层水盐度降低;3TSR相关流体(烃类和H2S等)与储层岩石之间的相互作用使储层被溶蚀和硬石膏发生蚀变,造成储层孔隙度增大,从而对改善其物性具有重要意义。     

储层介质环境对原油裂解生气影响的实验研究

采用封闭黄金管高压釜体系,在恒温(365℃)、恒压(50 MPa)条件下模拟不同储层介质环境下原油的裂解生气过程。实验结果表明:(1)在模拟实验条件下,水、矿物基质对原油裂解具有促进作用,使得气体产率有所提高,其中气态烃产率大约提高1倍,H2、CO2产率也有所提高;(2)硫酸镁溶液的存在可导致原油热解体系发生明显的硫酸盐热化学还原反应(TSR),产生大量H2S气体,同时烃类气体产率也有大幅提高,气体干燥系数明显增大;气体碳同位素数据表明TSR反应使甲烷、乙烷、丙烷相对富集13C;(3)一定量氯化钠溶液的存在会促进TSR反应,使得气态烃与非烃产率明显提高,同时造成烃类气体碳同位素组成的偏重(富集13C),乙烷的增重尤其明显,最大变化可达4‰。因此,储层介质环境对原油裂解具有显著的影响,在利用气体化学和同位素组成对原油裂解气进行研究时需要考虑储层介质环境可能存在的影响。     

海相碳酸盐岩储层成岩作用对岩石波速的影响

海相碳酸盐岩储层在孔隙度—波速转化关系中,对于给定的孔隙度,岩石波速呈现明显的波动。这种现象的根源在于碳酸盐岩的复杂成岩作用,它可引起储层地震解释和反演的多解性。因此,对于海相碳酸盐岩油气勘探而言,建立成岩作用与岩石波速之间的预测关系是极为重要的。综述了国内外有关成岩作用与地震波速之间关系的研究成果,为了解成岩作用过程中岩石波速的变化行为奠定了一定的基础。研究发现,成岩历史、孔隙类型、白云石类型的差异均可造成碳酸盐岩储层波速对于给定的孔隙度出现明显波动:在孔隙度一定的情况下,经历早期胶结作用的储层波速低于经历早期压实作用的储层波速,以微孔隙为主的储层波速明显低于以铸模孔隙或骨架内孔隙为主的储层波速,砂糖状白云石储层波速低于具有白云石胶结物的储层波速。在此基础上,以四川盆地飞仙关组鲕粒滩为例,通过地震剖面模拟实验发现,与优质储层形成有关的成岩相在地震剖面上响应明显,地震反射表现为连续性好、振幅强,这说明根据地震资料进行储层成岩相的预测是可行的。建议今后应加强成岩作用与岩石波速之间关系的研究,为国内深部海相碳酸盐岩油气勘探提供指导。     

中国海相碳酸盐岩优质储层形成的地质条件

海相碳酸盐岩储层已成为我国重要的战略储层,加大研究及勘探力度是一个必然趋势。分析了中国海相碳酸盐岩储层的复杂性和特殊性,重点对我国海相碳酸盐岩储层发育的控制因素进行了分析讨论。研究资料表明,我国海相碳酸盐岩在沉积—改造双重作用的控制下,发育多套优质的储层,勘探潜力巨大;利于孔隙发育及后期改造进行的沉积相带,以及后期持续进行的建设性的改造作用构成了我国优质碳酸盐岩储层形成的地质条件;硫酸盐热化学还原反应是高含硫化氢气藏优质储层形成的关键,在海相油气勘探中,可利用硫化氢来预测有利储层发育区带。     

TSR产物对碳酸盐岩储层是否具有改良作用——实验地质学的依据

采用SYS-1型碳酸盐岩溶蚀速率测定仪,选取四川东北地区5种碳酸盐岩样进行溶蚀实验,研究了三种主要TSR流体产物对碳酸盐岩的改造作用。H2S的溶蚀能力相对较强,在120℃温度下对微晶灰岩的溶蚀率可达17.09%;CO2的溶蚀能力次之;水的溶蚀作用可以忽略不计。H2S和CO2这两种酸性溶液的溶蚀能力从常温到200℃呈较强—强—弱的变化趋势,其中CO2的最大溶蚀率所处温度范围为60～90℃,H2S的最大溶蚀率所处温度范围为60～150℃。TSR产物中的酸性气体可以对储层进行改造,但不一定能够改良储层,而TSR过程中石膏向方解石的转变可以使储层孔隙度增加,从而改良储层物性。     

加氢和TSR反应对天然气同位素组成的影响

天然气形成过程中的加氢作用和 TSR 反应是有机-无机相互作用的重要方式。相邻水体和深部来源的氢,是天然气形成的重要氢源,塔里木盆地天然气的甲烷氢同位素组成明显表现出不同沉积水体对甲烷氢同位素的控制作用,大宛105～25井和阿克1井具有深部流体加氢的特征;TSR 反应中硫同位素在不同反应阶段和反应过程具有不同的分馏特征,这种特征在四川盆地高舍硫天然气中具有很好的表现,TSR 反应硫同位素分馏一般小于20‰,而单体硫、黄铁矿和硫酸盐矿物等其它反应过程的产物硫同位素分馏不明显。     

TSR(H2S)对石油天然气工业的积极性研究--H2S的形成过程促进储层次生孔隙的发育

TSR(硫酸盐热化学还原反应)是高含硫化氢天然气形成的重要途径,是指烃类在高温条件下将硫酸盐还原生成H2S、CO2等酸性气体的过程。由于硫化氢的剧毒和强腐蚀性,在石油天然气行业的钻井、完井、修井、净化加工以及运输等各个方面的危害一直备受人们的关注,对硫化氢和TSR的评价一直是负面的,在油气勘探中更多是在回避。最近研究发现,TSR作用对石油天然气工业具有重要的积极作用。TSR的发生,首先需要硫酸盐类溶解提供SO42-,储集空间得到初步改善;其次TSR反应形成的硫化氢,溶于水后显示出较强的酸性溶蚀作用,对白云岩储层具有最佳的溶蚀效果。在高温条件和储层中地层水的作用下,硫化氢与白云岩发生较强烈的酸性流体-岩石相互作用(水岩反应),促进了白云岩次生孔洞的发育和高孔高渗优质储集层的形成,使油气储层保存下限增大和深部天然气聚集成藏成为可能。而目前飞仙关组高含硫化氢气藏普遍压力系数小、充满度低,这与TSR及硫化氢对储层溶蚀导致储集空间增容有关。四川盆地油气勘探结果证实,所有高含硫化氢天然气藏均对应了次生孔隙十分发育的优质储层,岩性主要以白云岩为主,储层埋藏深度超过8 000 m时依然发育优质储层。     

川东北地区酸性气体中CO2成因与TSR作用影响

通过对川东北地区52个天然气样品化学组分和稳定碳同位素分析,天然气以烃类气体为主,且甲烷占绝对高含量,重烃气体甚微,干燥系数C1/C1+为0.989～1.0。非烃气体H2S和CO2含量变化较大,当二者含量大于5.0％时,具有较好的正相关性。川东北地区天然气中CO2主要包括碳酸盐岩热分解和TSR作用,其中碳酸盐岩热分解生成的CO2含量一般小于5.0％,13CCO2值小于-2‰,且CO2含量与13CCO2值具有正相关性;而TSR作用生成的CO2含量大于5.0％,13CCO2值多大于-2‰,且CO2含量与13CCO2值具有较弱的负相关性。CH4/CO2比值和（H2S+CO2）/（H2S+CO2+∑C1-3）比值能够较好地反映TSR作用程度;当CH4/CO2比值和（H2S+CO2）/（H2S+CO2+∑C1-3）比值分别小于10和大于0.1时,随着TSR作用增强,CH4/CO2比值减少,而（H2S+CO2）/（H2S+CO2+∑C1-3）比值呈指数增加。同时,遭受TSR作用改造的天然气具有较高CO2含量和重的13CCO2,造成13CCO2值与实验结果不一致性的可能原因是在TSR反应过程中部分CO2与硫酸盐中Mg2+、Fe2+和Ca2+等金属离子以碳酸盐的形式沉淀且残余的重碳同位素组成的CO2与酸性气体腐蚀碳酸盐储层形成的CO2相混合。     

四川叠合盆地西部中北段深层-超深层海相大型气田形成条件分析

绵阳-长宁拉张槽的发现,大大地提升了四川叠合盆地西部深层-超深层海相层系的油气勘探前景。本文利用钻井、地震和野外露头资料和前人研究成果系统分析川西深层-超深层油气地质条件和目前发现的雷口坡组气藏的成藏过程。结果表明,四川叠合盆地西部深层-超深层海相层系有以下寒武统为主的多源供烃系统,多时代(震旦系灯影组白云岩,二叠系白云岩和礁滩体,三叠系雷口坡组微生物岩和颗粒白云岩等)储集层叠合,致密碳酸盐岩、巨厚陆相泥质岩和中下三叠统膏盐岩多级封盖,以断裂(及不整合面)和优质储层构成的立体输导网络等,使得深层-超深层海相层系具备形成大气田的基本条件,是原生气藏和次生气藏共存的天然气富集区。近年来,川西发现的中三叠统雷口坡组四段气藏,其可能成藏过程为生烃中心(下寒武统烃源岩等)→生气中心(灯影组和二叠系古油藏等)→储气中心(灯影组和二叠系古气藏等)→保气中心(雷口坡组次生气藏)。这揭示其深层-超深层既可能还存在着符合四中心耦合成藏的原生气藏,也可能发育着次生气藏,极有可能发现新的大气田。     

塔北哈拉哈塘奥陶系碳酸盐岩岩溶储层发育特征及主要岩溶期次

位于塔北隆起中部的哈拉哈塘地区,具有良好的油气成藏条件,是近期塔北油气勘探的突破新区,勘探的主要目标是奥陶系碳酸盐岩岩溶储层。本文通过对区域沉积、构造演化背景的分析,利用钻井、岩芯、地震等资料,对本区岩溶型储层的沉积和成岩作用特征进行了研究,探讨了储层发育的主要岩溶阶段、岩溶模式及主控因素。结果表明哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层的主体在一间房组和鹰山组一段,储集空间主要为近层状分布的溶蚀孔洞/洞穴和裂缝,岩溶储层的发育主要受控于一间房组沉积末期的准同生期岩溶和志留系沉积之前的表生期(潜山+顺层)岩溶。前一期岩溶具有区域分布较均匀、规模较小的特点;后一期岩溶在前期岩溶的基础上发育,并根据古地貌的差异在平面上分为4个区:北部Ⅰ区一间房组直接暴露,发育古潜山岩溶;Ⅱ区一间房组之上覆盖了厚度不等的吐木休克组、良里塔格组和桑塔木组,岩溶主要受控于河流和断裂的下切及由北部Ⅰ区地表水补给的地下水顺层岩溶;南部的Ⅲ区和Ⅳ区发育顺层及沿断裂的岩溶和淡水与南部海水的混合水岩溶。在以上两期主要岩溶作用的影响下,哈拉哈塘一间房组和鹰山组一段地层发育近层状岩溶洞穴、孔洞、角砾孔和裂缝,形态多变,具有极强的非均质性。     

川东北地区台地边缘礁、滩气藏沉积与储层特征

普光、元坝和龙岗等多个大、中型天然气田的发现,揭示了川东北地区长兴组-飞仙关组环开江-梁平陆棚东西两侧和城口-鄂西陆棚西侧台缘礁、滩带具有巨大油气勘探潜力。勘探实践证实不同部位台缘带的气藏特点及相关礁、滩沉积和储层特征均具有明显差异性。文中在层序地层学、沉积学和储层评价等研究基础上对这些差异性开展了分析工作。川东北地区长兴组-飞仙关组识别出两个三级层序,它们均由海侵和高位体系域构成,总体表现为水体向上变浅序列。研究区内不同部位的台缘带沉积和储层具有明显的差异,长兴期环开江-梁平陆棚东西两侧台缘地貌相近,铁厂河-普光-高峰场台缘带具加积为主、台缘斜坡陡、滩薄、生物礁发育的特点,上部白云岩化强;元坝-龙岗台缘带具前积和侧积明显、斜坡略缓、礁和滩均发育的特点,礁滩上部白云岩化强,孔隙型储层发育且物性较好;飞仙关期台缘不对称性明显,铁厂河-普光-高峰场台缘带仍以加积型为主,飞二段鲕滩发育,白云岩化强,孔隙型储层发育,具有储层厚度大和物性好的特点;元坝-龙岗台缘带飞二段发育鲕滩,但滩厚度薄、白云岩化弱,以孔隙型储层为主,储层物性略差。宣汉盘龙洞-见天坝长兴组台缘生物礁滩相及飞二段台缘鲕滩发育,白云岩化强,易于形成较好的储层。通过综合分析研究认为不同部位台缘带沉积及储层分布明显受同沉积古地貌、白云岩化强度、断裂、埋藏期成岩作用和流体活动等综合因素控制。     

控制碳酸盐岩油藏单井产能的主要地质因素分析——以哈萨克斯坦北特鲁瓦油田KT-I油层组为例

目前国内外针对控制碳酸盐岩油藏单井产能主要地质因素研究还较少。本文以哈萨克斯坦北特鲁瓦油田KT-I油层组为例,基于岩芯分析、测井解释成果、储层微观表征与生产动态分析等资料,宏观上从沉积作用、成岩作用、构造作用以及微观上从储层岩性、储层类型、物性、有效厚度等两方面对单井产能主控因素进行了研究。研究发现单井产能主要受孔隙体积、渗透率与储层有效厚度的直接影响,而孔隙体积及孔隙空间类型受岩性、沉积微相与成岩相控制。在碳酸盐岩中,裂缝的发育可极大程度地改善孔隙连通性,从而增加渗透率,而其发育受断裂作用与构造变形及成岩作用、岩性控制。研究各种地质因素对碳酸盐岩单井产能的控制作用,可为制定初次油气开发方案提供有效的指导,为调整开发方案和老区扩边勘探、滚动开发提供更为可靠的依据。     

深层、超深层碳酸盐岩油气储层形成机理研究综述

随着勘探理论、技术进步和对油气资源增长的需求,深层、超深层碳酸盐岩逐渐成为油气资源发展的重要新领域,碳酸盐岩优质储层成为深层超深层领域油气勘探及研究关注的焦点。文章通过国内外几个典型研究实例及大量研究成果的综述,较系统地阐述了埋藏深度与碳酸盐岩孔隙分布、白云岩化对孔隙作用的贡献、流体岩石相互作用及构造活动与碳酸盐岩优质储层发育、保存等几个关键科学问题。     

四川盆地下侏罗统陆相页岩气源储特征及耦合评价

四川盆地陆相页岩气勘探前景良好,目前已在川东北地区下侏罗统获得良好页岩气显示和工业气流.与海相页岩相比,陆相页岩具有相变快、岩相组合类型多(夹层发育)、有机质丰度低和源储配置关系复杂等特点.运用"源储耦合"研究思路,利用宏观-微观结合的储层表征技术对下侏罗统自流井组大安寨段页岩的烃源特征、储集特征及其耦合关系开展了分析...     

塔里木盆地塔中上奥陶统碳酸盐台地高频层序控制的早期成岩作用及其对储层分布的影响

上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩是塔里木盆地塔中地区重要的油气储层。在碳酸盐岩岩石学、微相和测井曲线分析基础上,将塔中良里塔格组划分为5个四级层序、15个五级层序,建立了高频层序地层格架。显著的选择性溶蚀,悬垂型、新月型等大气水胶结物的发育,溶蚀孔壁较弱的阴极发光特征,粒内与粒间胶结物较低的Fe、Mn含量,亮晶颗粒灰岩的δ13C、δ18O与泥晶灰岩接近等特征表明,塔中地区Ⅰ号断裂带附近准同生期大气水溶蚀作用以及早期海水胶结作用普遍发育。对比分析显示大气淡水透镜体均发育于高频层序向上变浅旋回的顶部,即高频层序格架制约了早期成岩作用的形成分布。现在保存的早期成岩溶蚀孔面孔率可达到4%~5%,因此早期溶蚀孔的发育为晚期溶蚀改造提供了流体活动空间和条件,对碳酸盐岩有效储层的产出具有重要控制。综合分析提出,塔中Ⅰ号断裂坡折带TZ54-TZ826和TZ72-TZ62-TZ24井区等高陡型台缘是同生-准同生溶蚀孔发育的有利储层区。