渤海湾盆地渤中坳陷储层超压特征与成因机制

对储层超压的分析, 有助于理解渤中坳陷油气晚期快速成藏机理.利用RFT实测储层压力资料分析了渤中坳陷储层超压的特征和成因.渤中坳陷存在3套储层超压系统: 浅层明化镇组-馆陶组储层超压系统、中层东营组-沙河街组-孔店组储层超压系统、基底(中生界及以下地层) 储层超压系统.渤中坳陷的储层超压可能主要是由3种机制综合引起的, 即不均衡压实作用、超压传递作用和裂解气的生成作用.少量保存的传递超压是深部超压流体注入的“化石”, 它是超压背景下油气快速充注成藏的结果.      

储层压实作用和胶结作用的压力响应特征

为了在发育异常高压沉积盆地的中深层进行有效的油气勘探,综合运用薄片、岩心常规、粒度分析、SEM等分析化验资料,探讨了渤中凹陷西北次凹储层压实作用和胶结作用的压力响应特征。得到了异常高压对机械压实具有抑制作用的有力证据。证实了不同胶结物类型有不同的压力响应特征。研究认为,每超静水压力7 MPa的异常高压可保存约2.0%原生孔隙。胶结强度的压力响应特征呈斜坡状:1陡坡段,远离高压界面的常压带→高压界面外280 m,胶结强度迅速增强,以弱胶结为特征,胶结物以自生黏土矿物为主,约占总胶结物的85%;2缓坡段,高压界面外280 m→异常高压带,胶结强度缓慢增大,以强—中胶结为特征,胶结物以碳酸盐为主,约占总胶结物的75%以上。在高压界面附近的常压带,碳酸盐胶结作用的压力响应厚度比自生黏土矿物的响应厚度小,前者约280 m,后者430 m。研究区原生孔隙与渗透率具有较好相关性,相关系数可达0.77,表明原生孔隙发育的砂岩是优质储层。研究结果可为在异常高压发育的盆地中深层寻找优质储层提供理论依据。     

A numerical compaction model of overpressuring in shales

A one-dimensional model of sediment compaction is presented to relate pressure, porosity, permeability, and fluid and solid-particle velocities in an evolving sedimentary basin. The burial history of a sedimentary package is followed and incorporated into rate models for diagenetic reactions to predict clay compositions with depth. The governing set of nonlinear, partial differential equations constitutes a moving boundary problem and is solved by a finite difference scheme. Sedimentation rates and a permeability-porosity function for shales are required to implement the model. Additional factors are incorporated to mimic the effect of increased fluid volume generated by dehydration from clay mineral transformations and by thermal expansion. We demonstrate that the major cause of overpressuring in sediments accumulating along passive margins is nonequilibrium compaction. Sedimentation rates and strata permeability are the most important geologic factors in the formation of overpressured zones. Smectite dehydration and aquathermal pressuring play secondary roles in the development and sustenance of overpressures.     

东濮凹陷白庙地区古近系超压成因机理

综合超压成因机理的各种分析方法,从压实不均衡、生烃作用两方面对白庙地区的超压成因机理进行了系统的分析.研究结果表明,泥岩声波时差曲线表现为两段式线性演化,其拐点深度为3 100 m左右.一方面,白庙地区实测超压顶界面深度约为2 800～3 050m,说明是压实不均衡作用导致了该区超压的形成;另一方面,超压顶界面埋深与生烃高峰深度表现出良好的一致性,在3 050 m深度其镜质体反射率R0值为1.0%,说明生烃作用对白庙地区超压的发育亦具有一定的贡献,由此认为,压实不均衡和生烃增压作用是白庙地区超压发育的主要机理.     

渤南洼陷超压系统划分及结构特征

沾化凹陷的渤南洼陷为富油洼陷, 实测超压出现在沙三、四段, 埋深为2 300~4 200 m。综合大量的地压测试、测井和地质资料, 研究了现今超压分布和超压的测井及地震响应, 对单井、剖面超压发育特征和影响超压结构的地质要素进行了深入分析。超压带内泥岩声波时差偏离正常趋势线, 而泥岩密度没有明显偏低的响应。研究表明:渤南洼陷存在3个超压系统, 上超压系统为浅层沙一段发育的弱超压, 沙三段中下部的强超压构成中超压系统的主体, 下超压系统位于沙四段中;砂质质量分数大于20%的沙二段为常压。超压源层、低渗封隔层和断裂构造带3类地质要素控制着超压幅度和超压结构。泥质源岩产生的多相流体是形成超压系统的物质基础;沙一段压实泥岩、沙三中亚段的互层致密砂岩和泥岩、沙四上亚段的膏盐层作为压力系统封隔层, 对超压系统的形成和分布起到控制作用;断裂具有泄压和封堵双重性, 对地层压力和油气层横向分布具有重要影响。利用地震层速度计算得到了渤南洼陷现今大规模超压系统分布特征的整体认识。     

Origin and Distribution of Groundwater Chemical Fields of the Oilfield in the Songliao Basin, NE China

There are many factors affecting the chemical characteristics of groundwater in the forming process of groundwater chemical fields, such as freshening due to meteoric water leaching downwards, freshening due to mudstone compaction and water release, concentration due to infiltration and freshening due to dehydration of clay minerals. As a result, the groundwater chemical fields are characterized by lengthwise stages and planar selectivity. The former arouses vertical chemical zonality of groundwater. Five units could be identified downwards in the Songliao basin： （1） freshening zone due to downward-leaching meteoric water, （2） concentration zone due to evaporation near the ground surface, （3） freshening zone due to mudstone compaction and water release, and concentration zone due to compaction and infiltration, （4） freshening zone due to dehydration of clay minerals, and （5） filtration-concentration zone; whereas the latter determines the planar division of groundwater chemical fields： （1） the freshening area due to meteoric water, asymmetrically on the margin of the basin, （2） the freshening area due to mudstone compaction and water release in the central part of the basin, （3） the leaky area, which is a transitional zone, and （4） leakage-evaporation area, which is a concentration zone. In the direction of centrifugal flows caused by mudstone compaction in the depression area, the mineralization degree, concentrations of Na^＋ and Cl^-, and salinity coefficient （SC） increase, while concentrations of （CO3^2- ＋HCO3^-） and SO4^2-, metamorphism coefficient （MC） and desulfuration coefficient （DSC） decrease. However, all these parameters increase in the direction of gravity-induced centripetal flows.     

Fluid overpressure as a control on sandstone reservoir quality in a mechanical compaction dominated setting: Magnolia Field,Gulf of Mexico

The reservoir quality (porosity and permeability) of deeply buried hydrocarbon reservoir sandstones in sedimentary basins is significantly affected by burial diagenesis. Many deep reservoirs develop anomalous fluid overpressures during burial. Previous studies on the effect of fluid overpressure on reservoir quality in these deep reservoirs have been inconclusive because of the difficulty in constraining the individual contributions of various porosity preserving factors that are simultaneously active in these reservoirs. Owing to its rapid burial and low burial temperatures, the Neogene gravity‐flow sandstone reservoirs from the Magnolia Field, Gulf of Mexico, offers a unique opportunity to investigate in isolation the effect of fluid overpressure on reservoir quality. Examination of petrography, pore pressure and routine core analysis datasets showed a positive correlation between high fluid overpressure and enhanced reservoir quality. This study confirms that fluid overpressure preserves reservoir quality in deeply buried sandstone reservoirs in compaction dominated, high sedimentation basin settings.     

前陆盆地异常流体压力: 地质作用及其增压效率

在前陆盆地形成过程中,强烈挤压构造应力场和特殊的盆-山关系造成极为复杂的沉积环境和构造形变,多种地质作用都可能对地层内异常流体压力的产生及演化起到十分重要的作用。通过对准噶尔盆地南缘地区中段的地质条件及压力分布的分析,利用数值盆地模型方法,模拟分析了在前陆盆地构造挤压和盆地沉降过程中压实作用、断裂开启、褶皱、剥蚀等地质过程对流体压力的作用和影响,定量讨论了压力异常的成因机制及其效率。模拟分析结果表明,构造应力在水平方向上派生的侧向压实作用、强烈的褶皱作用及伴随的快速沉积-剥蚀作用等是前陆盆地中特有的增压作用,都可造成较高压力异常。准噶尔盆地南缘中新生界地层中广泛分布的高异常压力是新生代以来,特别是第四纪以来,在快速的压实作用、构造挤压作用所形成的高地层压力背景下,叠加了近期因断裂活动和背斜构造快速形成所引起的他源高压而形成的。     

沉积盆地超压系统内油气的生成与保存

沉积盆地内的超压系统是一个相对独立的封闭-半封闭体系,与油气生成、保存关系密切.超压系统内矿物介质、有机质、水相互作用过程以及有效应力对有机质演化的作用机理研究揭示了超压对有机质演化具有显著的阶段性和差异性,具体表现在:(1)压力的影响程度是有机质演化程度的函数;(2)超压/压力效应对有机质演化发生显著影响需要达到某一最小值,即门限值;(3)在有机质演化不同阶段发育的超压对生烃的影响不同;(4)同一超压系统内,不同类型有机质对超压的响应具有差异性.迄今,已经建立了超压/压力对有机质演化影响程度的定量化模型,包括化学动力学模型和热力学模型两类.化学动力学模型仍有许多需要改进的地方,如压力影响的阀值、指前因子和活化能随反应时间的变化规律等,相对而言,热力学模型似乎更简单、易用,但其可靠性和普适性还有待时间的检验.由于异常高压对超压系统储层内原油的热裂解反应具有抑制效应,有利于深部高温高压储层内液态烃的保存,因此,含油气盆地深部高温高压地层已成为一个较为有利的石油勘探领域.     

酒泉盆地营尔凹陷异常高压形成机理

酒泉盆地营尔凹陷下白垩统砂泥岩普遍发育超压。通过对地层压实特征、黏土矿物转化及有机质演化特征的分析,揭示了凹陷超压形成的机理。结果表明:①营尔凹陷纵向上发育常压带、浅层超压带、过渡带和深层超压带4个压力带,超压带内具有明显的泥岩密度降低、电阻率减小和声波时差增大的欠压实特征,表明不均衡压实作用是形成该区超压的主要原因;②凹陷内发育3个蒙脱石向伊利石转化带,第一迅速转化带对应于浅层超压带,第二迅速转化带对应于深层超压带,反映黏土矿物转化与凹陷超压有一定的联系;③深层有机质演化程度较高(镜质体反射率Ro>0.6%),与浅层超压带相比,生烃作用对深层超压带的超压贡献更大。由此认为,营尔凹陷的下白垩统地层超压是不均衡压实作用、黏土矿物脱水作用和生烃作用共同影响的结果,并且隆起带和洼陷带的成因机理有所差异。     

歧深地区双超压系统发育特征及油气成藏效应

在钻井实测储层压力(DST)、计算泥岩压力及地震资料解释的基础上,对歧深地区超压体系发育特征、分布规律和成藏效应进行了深入分析,认为歧深地区具有"三层压力结构,两个超压系统"特征。压力结构在纵向上可以划分为常压系统、上部弱超压系统和下部超压系统。超压从东营组开始出现,歧口凹陷中心超压最强,北大港东翼、歧口凹陷及板桥凹陷超压次之。双超压结构对歧深地区油气聚集有明显的控制作用,从而形成了"上油下气"分布格局,由此建立了"双压控藏"模式。     

欠压实地层古地层压力恢复的统计模拟法及其在松辽盆地中的应用

恢复烃源岩古地层压力和对于研究其生留排烃过程具有重要意义。Ｎａｋａｙａｍａ［１］等在开展盆地模拟研究时应用Ｒｕｂｅｙ（１９５９）和Ｃｈａｐｍａｎ（１９７）等人提出的数学地质模型对欠压实地层的古地层压力进行恢复。本文通过对松辽盆地欠压实地层的研究发现欠压实因子随地层厚度、埋深、围岩渗透性等地质条件的不同而改变，在此基础上提出了欠压实地层压力恢复的统计模拟法，克服了目前Ｎａｋａｙａｍａ［１］等将地层埋藏过程中的欠压实因子视为常数的不足，从而使计算结果更接近实际。统计模拟法在松辽盆地的应用结果表明了这一方法在实用中的可行性和有效性。     

石柱地区建深1井志留系超压顶封层的封闭机制

石柱复向斜地区建深1井志留系地层钻遇超压, 压力系数为1.75~2.00, 且全层段含气.地层中超压形成和保存与盖层封闭的有效性密切相关.在对超压层段泥岩压实特征以及埋藏史、热史、生烃史研究的基础上分析欠压实、生烃、构造挤压及其他增压机制在志留系超压形成所起的作用, 其中早三叠世至侏罗纪末期干酪根和液态烃裂解生气作用引起的流体体积膨胀是本区超压形成的主控因素, 生气作用终止后无重要的增压事件发生.早白垩世以来的构造抬升作用导致大量溶解态天然气从地层水中出溶, 并聚集于孔喉半径较大的粉砂岩层中.志留系顶部超压顶封层中泥岩和粉砂岩频繁出现互层, 因而形成多个含气粉砂岩薄层.垂向上各个气水界面的毛细管作用力具有可叠加性, 增强了顶封层对超压的封闭能力, 使本区志留系地层中的超压保存至今.      

珠江口盆地惠州凹陷泥岩压实特征及其成因

为了弄清楚珠江口盆地惠州凹陷新生界地层泥岩压实与油气生成和聚集的关系,首先探讨了该地区泥岩压实的特征,并运用最高热解温度和生烃指数等对欠压实的成因进行了讨论。研究表明：从纵向上来看,惠州凹陷内发育浅部快速压实段、正常压实段和低幅度欠压实段等3种类型,浅部快速压实段主要发育在深度小于700 m的万山组和第四系地层,正常压实段自万山组底部或者粤海组顶部到珠海组底部或者恩平组顶部（1 800～3 200 m）,低幅度欠压实段自恩平组顶部向深部延伸到文昌组（2 400～4 000 m）;从横向上来看,惠州凹陷划分为东北部和中西部两个具有不同欠压实特征的区域,东北部欠压实区地层发育珠江组—韩江组和文昌组—恩平组2个低幅度欠压实段,中西部欠压实区只发育文昌组—恩平组欠压实段;珠江组—韩江组欠压实段主要由泥质高含量和快速沉积沉降引起,文昌组—恩平组欠压实段主要由沉积作用、高地热值和生烃作用共同引起,后者为有效生油段;惠州凹陷新生界地层砂岩不存在超压。     

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。     

泥岩压实程度与热成熟度关系分析

大量实际资料证实了沉积岩压实程度与有机质热演化程度之间存在密切关系。本文分别从泥岩压实机理和控制热成熟度的时间、温度因素两个方面讨论了影响泥岩孔隙度和热成熟度指标的内在因素，从理论上确定了两者的相关性：泥岩孔隙度和热成熟度都是埋深和经历地质时间的函数。由于干酪根类型的不同，会造成泥岩孔隙度与热成熟度之间的关系存在明显差别。在成岩过程中，泥岩超压段内欠压实泥岩的孔隙度与热演化程度同样具备相关性。压实     

沉积盆地超压系统演化与深层油气成藏条件

晚期成藏是大中型油气田形成的重要特征。从晚期成藏的观点出发，深层油气藏的形成需要盆地深层发育仍处于有利生，排烃阶段的源岩，具有较高孔隙度，渗透率的深部储层，以及有利的储层－盖层能量配置，在超压盆地中，超压对生烃的抑制作用使常压盆地中已过成熟的源岩保持在有利的生，排烃阶段，从而为深层油气成藏提供较好的烃源条件，超压条件下低有效应力引起的机械压实程度减弱，流体流动性减弱引起的化学胶结作用减缓及有机酸对矿物的溶解作用使深埋超压储层保持较高的孔隙度和渗透率。然而，由于超压引起的地层天然水力破裂和流体穿层运移。超压环境深部油气藏的形成和保存需要有效的储层－盖层能量配置。     

Novel basin modelling concept for simulating deformation from mechanical compaction using level sets

As sedimentation progresses in the formation and evolution of a depositional geologic basin, the rock strata are subject to various stresses. With increasing lithostatic pressure, compressional forces act to compact the porous rock matrix, leading to overpressure buildup, changes in the fluid pore pressure and fluid flow. In the context of petroleum systems modelling, the present study concerns the geometry changes that a compacting basin experiences subject to deposition. The purpose is to track the positions of the rock layer interfaces as compaction occurs. To handle the challenge of potentially large geometry deformations, a new modelling concept is proposed that couples the pore pressure equation with a level set method to determine the movement of lithostratigraphic interfaces. The level set method propagates an interface according to a prescribed speed. The coupling term for the pore pressure and level-set equations consists of this speed function, which is dependent on the compaction law. The two primary features of this approach are the simplicity of the grid and the flexibility of the speed function. A first evaluation of the model concept is presented based on an implementation for one spatial dimension accounting for vertical effective stress. Isothermal conditions with a constant fluid density and viscosity were assumed. The accuracy of the implemented numerical solution for the case of a single stratigraphic unit with a linear compaction law was compared to the available analytical solution [38]. The multi-layer setup and the nonlinear case were tested for plausibility.     

准噶尔盆地南缘异常高压及其成因机制初探

实测地层压力、测井及泥浆比重等资料均显示准噶尔盆地南缘具有显著的异常高压现象,异常高压的分布主要受地层层位的控制,其中又以下第三系安集海河组的控制作用最为明显。异常高压的形成主要是快速沉积、厚层泥岩的封闭作用及构造应力等因素综合作用的结果,而粘土矿物转化、烃类生成作用的影响则相对较小。     

陕北斜坡中部泥岩压实特征分析及长7段泥岩古压力恢复

陕北斜坡中部长7段泥岩现今欠压实幅度不是很大,因此长7段烃源岩生成的油气运移动力受到怀疑,但现今的压力特征并不能反映成藏期的压力。首先以鄂尔多斯盆地陕北斜坡中部单井泥岩压实曲线为基础,对该区泥岩压实特征进行了综合研究,结果表明研究区内泥岩压实均由正常压实段和异常压实段构成,虽然欠压实幅度不大,但欠压实现象普遍存在;正常压实趋势具有较好的一致性,地表声波时差值集中在320 μs/m左右;现今压实剖面的异常压实段起始深度由东向西逐渐增大,最大古埋深期异常压实带起始深度则分布在2 250~2 400 m。然后恢复了长7段泥岩古孔隙度,并预测了主力烃源岩层(长7段)成藏期泥岩古地层压力。研究区长7段泥岩在成藏期普遍存在异常高压,南部超压明显,压力系数达1.56,反映了成藏期烃源岩具有较强的排烃动力;古压力值为17～28.5 MPa,古压力系数为1.12～1.56,两者在平面上的分布都呈现出西南部高东北部低的特征,很好地解释了研究区内现今油气的分布特征。该研究成果对下一步油气勘探具有重要的指导意义。