砂岩机械压实与物性演化成岩模拟实验初探

为了模拟沉积地层埋藏成岩过程中,压实作用下储层物性参数的连续变化特征,采用自行设计的成岩作用模拟实验系统,利用不同的现代沉积物样品,开展了砂岩机械压实作用模拟实验。实验表明：砂岩机械压实作用过程中孔隙度和渗透率随深度的变化具有分段性,即早期速变阶段和晚期缓变阶段。利用缓变阶段的数据分析发现,深度与孔隙度之间存在着良好的指数关系,深度与渗透率之间存在着良好的乘幂关系,孔隙度与渗透率之间存在着良好的指数关系。只经历机械压实作用的情况下,相同物源、相同分选的砂岩,颗粒粒度越粗,压实作用过程中,压实减孔率越小,最终保存的孔隙越多,砂岩渗透性越好;不同分选、相近粒度的砂岩,分选越差,压实作用过程中,压实减孔率越大,最终保存的孔隙越少,砂岩渗透性越差。不同岩相类型的砂岩,在压实缓变阶段,分选好中砂岩相平均百米减孔量最小,其次为分选好细砂岩相和分选好粉砂岩相,再次为分选中等粗砂岩相,分选差含砂砾岩相平均百米减孔量最大。     

鄂尔多斯盆地富县地区上三叠统长8砂岩储层物性的主要控制因素

研究认为富县地区上三叠统长8期三角洲前缘水下分流河道砂岩储层物性主要受沉积微相、砂岩成分和粒度以及成岩作用的控制。特别指出沉积微相对储层的控制,实际上是沉积(微)相带对砂体类型和物性特征的控制,不同沉积微相的砂岩在储集性能上存在明显的差异。表现为三角洲前缘水下分流河道砂体的孔隙度及渗透率均高于其它沉积微相内砂体的孔隙度和渗透率,而分流间湾的沉积物粒度相对较细,杂基含量高,压实作用强,不利于后期溶蚀流体的流动,储层物性较差。强烈的机械压实、压溶作用、碳酸盐自生矿物的胶结作用使孔隙结构变差,进一步降低砂岩的储集性能;由淡水淋滤及有机物质产生的溶蚀作用,对储层改善具有重要意义。     

砂泥岩埋藏过程孔隙度演化特征探讨

砂泥岩的孔隙演化规律对油气成藏机理研究具有重要意义,通过大量实际数据统计以及实验模拟研究资料分析,认为砂泥岩埋藏过程孔隙度演化具有差异性和阶段性两方面的特征,即砂泥岩埋藏过程孔隙度演化普遍发育两种类型的孔隙度-深度曲线,且两者的演化形态都具有阶段性,正常压力条件下的孔隙度演化经历快速压实、缓慢压实和停滞压实3个阶段;而欠压实条件下的孔隙度演化过程则经历快速压实、平稳压实、较快压实和缓慢压实4个阶段。在欠压实条件下的孔隙度演化过程中,沉积相、成岩作用等因素对每个阶段的深度-孔隙度曲线变化特征的影响程度有所差异,一般是一种主要影响因素和多种次级影响因素综合作用的结果。     

压实过程中埋深和时间对碎屑岩孔隙度演化的共同影响

在相同埋深条件下,由于经历时间不同,地层压实程度将会存在差别。从粘弹塑性体应力-应变模型（Bingham 模型）推导出均速埋藏条件下地层孔隙度是埋深和经历时间的双元函数。该函数充分表明,在压实作用阶段,埋藏时间和埋深两个因素对地层孔隙度演化的影响都是非常重要的。为了充分证实这一结论,作者首先分析3个代表性沉积盆地地层孔隙度与埋深和埋藏时间的关系,阐明了除了埋深因素的作用,埋藏时间明显影响到了地层孔隙度的改变。另外,利用沉积物实验室压实物理模拟实验结果与实际盆地地层压实特征的差异性,进一步证明了压实过程中承压时间对压实程度起着重要的作用。任一深度地层孔隙度与埋深的表面关系不能掩盖地层孔隙度受埋藏过程控制的实质,即地层孔隙度受埋藏时间和深度的双重影响。     

柴西南地区古—新近系砂岩储层成岩作用及其对储层物性的影响

依据普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、X—衍射等分析,对柴西南地区古近—新近系砂岩储层的岩石学特征、成岩作用进行了研究,结果表明:该区储集砂体成分主要由长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑砂岩组成,主要成岩作用类型有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,成岩演化阶段已达到中成岩B期;机械压实作用及胶结作用是早成岩阶段原生孔隙遭受破坏的主要成岩作用类型,溶蚀作用是中成岩阶段形成次生孔隙的主要成岩作用类型;受成岩作用及成岩演化阶段的控制,深部储层出现孔隙度、渗透率高异常发育带。     

松辽盆地储层成岩反应与孔隙流体地球化学性质及成因

松辽盆地储层的砂岩类型为典型的不稳定砂岩,岩屑、长石等不稳定组分的含量较大。长石的钠长石化作用和长石、岩屑的水化水解作用、溶解作用、导致了不稳定组分的转变以及大量离子游离于孔隙水中,同时导致大量的自生矿物沉淀。因此,在沉积物沉积埋藏过程中,孔隙水与矿物之间发生了一系列物理和化学变化,通过水－岩之间的离子交换改变了孔隙不中的离子组合。在砂碉成岩过程中,各种成岩反应随着沉积物的埋藏压实具有不同程度的阶     

砂岩压实作用的计算机模拟及对储层物性的预测研究

通过分析学者Buryakovsky等所建立的比较成熟的沉积岩压实过程的数学模型,结合国内学者提出的砂岩压实过程的各种影响因素,应用计算机编程、根据实例数据,最终得到了比较满意的模拟结果,绘制出砂岩孔隙度、渗透率、密度随埋深的变化曲线。利用多项式拟合,建立了砂岩孔隙度、渗透率、密度与埋深的多项式方程关系式,对砂岩储层物性的预测起到了良好的指导作用。     

应用物理模拟研究碎屑岩储层物性演化特征:以胜利油区古近系沙河街组为例

为定量恢复地质历史时期碎屑岩储层物性参数的演化特征,以胜利油区古近系沙河街组为例,采用物理模拟实验对纯压实作用下不同的粒度、分选、沉积相类型及不同地层流体性质的砂岩储层孔隙度和渗透率的变化规律进行研究。结果表明:物源相同时,分选、磨圆类似的岩石,随着粒度的增大,孔隙度减小、渗透率则增大;而对于粒径范围相同、分选不同的岩石,其孔隙度和渗透率均同分选呈现较好的正相关性,即分选越好物性也越好。在不同地层流体条件下,储层抗压能力不同,酸性水介质条件下岩石抗压能力最小,且随着埋深增加孔隙度减少的速率相对较快;而在碱性水介质下,其孔隙度随深度的变化速率则相对较慢;当地层流体介质发生改变时,即酸碱度降低至中性水介质条件时,抗压实能力则会得到一定程度的恢复。总体上,碎屑岩储层的孔隙度同埋深基本呈现对数关系,渗透率与埋深均呈指数关系。模拟实验结果与实际埋深相对较浅的碎屑岩储层(小于2500 m)孔隙度演化特征吻合度较高,表明在浅层影响储层物性的因素主要为压实作用;而中深层的储层物性影响因素较多,其定量化研究还需综合考虑其它参数。     

北黄海盆地东部坳陷下白垩统砂岩成岩作用及其储层意义

通过对取芯井砂岩镜下特征及孔隙度渗透率变化的分析,研究了北黄海盆地东部坳陷下白垩统砂岩的成岩作用及其储层意义。结果显示,储层砂岩类型以长石砂岩、长石石英砂岩和岩屑石英砂岩为主,处于中成岩作用阶段的A亚期末期至B亚期早期。主要的成岩作用类型有压实作用、压溶作用、胶结作用、交代作用、蚀变作用、溶蚀作用和重结晶作用,主要孔隙类型有粒间孔隙、粒内孔隙、填隙物内孔隙和次生裂缝。长石砂岩是主要储层。压实作用、压溶作用、胶结作用和重结晶作用使砂岩孔隙度减小,降低了储层物性,起到破坏性作用;交代作用、蚀变作用和溶蚀作用使砂岩孔隙度增大,改善了储层物性,起到建设性作用。孔隙度和渗透率整体上由浅变深而呈现由大到小趋势,在深度为3 000~3 020 m和3 140~3 250 m时出现异常高值,孔隙度与渗透率的异常高值带是次生孔隙发育带。     

基于铸体薄片资料的砂岩储层孔隙度演化定量计算方法--以鄂尔多斯盆地环江地区长8储层为例

利用铸体薄片资料进行储层孔隙度演化定量计算是一项重要的成岩演化和储层模拟技术,但由于参数确定和计算方法存在的问题,导致结果准确性较差。基于此,在分析前人计算方法及其误差的基础上,确定了计算参数的选用,改进和完善了计算方法与结果检验方法的应用。在初始孔隙度的确定上,相对赋一固定值作为所有样品初始孔隙度或Scherer拟合公式,根据Beard和Weyl湿砂填集实验恢复初始孔隙度具有较高的精度;在考虑压实过程中岩石表观体积缩小的情况下,推导了压实、胶结损失孔隙度与溶蚀增加孔隙度计算公式,并给出了忽略岩石表观体积变化时孔隙度演化分析的误差来源和可能的误差大小范围;结果检验方面,摒弃了以往忽略溶蚀增加孔隙度而简单进行粒间孔隙度与和氦孔隙度对比的较为粗略的方法,建立了考虑各种成岩作用结果和成岩过程中岩石表观体积变化情况下的结果检验方法。应用该方法对鄂尔多斯盆地环江地区长8储层孔隙度演化进行计算,结果与岩芯氦孔隙度相比,绝对误差-1.1%,相对误差15.3%,取得了良好的应用效果。     

Changes in permeability of sand during triaxial loading: effect of fine particles production

Various mechanisms can affect the permeability of dense unconsolidated sands: Volumetric dilation can lead to permeability increase, whereas strain localization in shear bands may increase or decrease the permeability depending on the state of compaction and on the level of grains breakage inside the band. To investigate these various mechanisms, an experimental study has been performed to explore the effect of different factors such as grain size and grain shape, confining pressure, level of shear, stress path, and formation of one or several shear bands on the permeability of dense sands under triaxial loading. The experimental results show a reduction of permeability during the consolidation phase and during the volumetric contraction phase of shear loading, which can be related to the decrease of porosity. The experimental results also show that, depending on the confining pressure, the permeability remains stable or decreases during the volumetric dilation phase despite the increase of total porosity. This permeability reduction is attributed to the presence of fine particles, which result from grains attrition during pre-localization and grains breakage inside the shear band during the post-localization phase.     

The dynamics of shale compaction and evolution of pore-fluid pressures

A mathematical model of sedimentation and compaction of fine-grained rocks such as shale has been constructed. Water is considered to flow upward or downward out of a compacting rock according to Darcy's law until the pore-water pressure within the rock is normal for the depth in question. The porosity decreases during compaction until a minimum porosity, determined by the difference between total vertical stress (overburden pressure) and pore-water pressure, is obtained. The model takes into account the dependence of permeability on porosity for a given rock type, and the dependence of water viscosity on salinity, temperature, and pressure. The derived equations have been computer programmed to obtain the time dependence of porosity, pressure, water velocity, permeability, and other factors within a compacting shale during (a) shale sedimentation, (b) a time lapse following shale deposition, (c) the deposition of normally pressured sediments over the shale, and (d) a second time lapse following deposition of the normally pressured unit. Solutions to these problems are given for the situation when the unit underlying the shale is normally pressured, and for the situation when the underlying unit is impermeable. The calculations show that a portion of a thick shale adjacent to a normally pressured unit may have a considerably reduced porosity and permeability, and act as a seal for the remainder of the shale. High fluid pressures may persist for many millions of years in thick shales with low permeability. The computations can be extended to cover more complicated cases of interbedded shales, sands, and other lithologies.     

靖安油田上三叠统长6储层成岩作用研究

通过对5条剖面和11口探井的综合研究确定了长6储层的成岩作用阶段,对影响储层物性重要的自生矿物形成进行了探讨,认为靖安油田上三叠统延长组6段储层经历了压实、胶结、溶蚀等一系列复杂的成岩作用,成岩现象十分丰富,特征明显。从储层成岩作用研究表明,早成岩期的压实作用、多种矿物胶结作用是使储层物性变差、孔隙度降低的两个重要的成岩作用;而溶蚀作用,特别是浊沸石胶结的溶蚀是储层物性变好的重要成岩控制因素。     

鄂尔多斯盆地NX地区长6段特低-超低渗储层特征及其成因

根据物性测试、铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、压汞等资料,对鄂尔多斯盆地NX地区长6段储层特征及成因进行了研究。结果表明,研究区长6段砂岩储层为低孔-特低、超低渗透储层,主要孔隙类型为残余粒间孔和次生溶蚀孔,孔喉组合主要为中孔-细喉型和小孔-细喉型。早期的压实作用、胶结作用是使研究区长6段储层物性变差的两个重要作用。压实作用丧失的孔隙占原始孔隙的45.9%～65.6%,平均为56.5%;胶结作用丧失的孔隙占原始孔隙的21.8%～46.4%,平均为28.3%,粘土矿物、碳酸盐是造成物性降低的主要胶结物类型。长石、浊沸石、岩屑等的溶蚀作用极大改善了储层物性,改善了现今孔隙的22.2%～71.4%,平均44.2%。早白垩世末期,研究区长6储层已基本变为特低～超低渗透,该时期之后,成岩作用对储层物性影响较弱,储层物性基本保持到现今。     

鄂尔多斯盆地A油田低渗透储层物性特征及其主控因素

鄂尔多斯盆地A油田长2储层岩性主要为细粒长石砂岩。储层类型为低孔低渗型,平均孔隙度为12.6%,平均渗透率为10.7×10-3μm2。长2储层物性主要受沉积微相、成岩作用、裂缝发育程度与规模控制:辫状河河道砂坝中-细砂岩具有较高的孔隙度和渗透率,天然堤粉细砂岩和细砂岩的孔隙度和渗透率较低;压实作用是导致长2储层砂岩孔隙度降低的主要原因;胶结作用进一步破坏孔隙度,碳酸盐岩是砂岩孔隙度降低的主要胶结物;溶解作用一定程度上改善了长2储层物性,裂缝对砂岩渗透率的提高有重要贡献。     

高围压条件下孔隙介质渗透特性试验研究

为研究不同围压条件下孔隙介质的渗透性能,利用新研制的高压渗流仪,对大尺寸低渗透性软弱岩进行了系统的试验测试。试验渗透压差波动幅度仅为0.02MPa,渗出端溶液体积变化量测试精度可达0.03mL。通过溶液体积变化与时间的线性关系,稳定渗流量大小可以精确测定。以稳定压差、流量法(即稳压法),试验验证了岩石的渗透系数随着围压的增加而下降,当围压降低时,岩石渗透系数回升,但回升路径低于原始路径。根据轴向应变的变化情况,提出了室内试验应力-渗流耦合过程中渗透性的变化主要是侧向压力使孔隙、喉道产生压缩变形所致。     

Mudstone compaction and its influence on overpressure generation, elucidated by a 3D case study in the North Sea

Mudstones are one of the least permeable rocks in most sedimentary sequences. Accordingly they can act as seals for fluid flow leading to abnormal overpressures. Nevertheless, mudstone compaction and related permeability and porosity decrease are not adequately described in current basin modelling software, because only mechanical compaction is taken into account. In reality, however, clay minerals undergo severe chemical diagenesis which certainly influences petrophysical properties and compaction. In this context a mathematical approach which has been originally developed in soil mechanics has been adapted to basin modelling. The underlying mathematical equations are carefully explained in the text. In the basic equation the compression coefficient is a function of void ratio and effective stress. Using these equations, overpressure can be predicted by using petroleum systems modelling techniques. This is shown for a real 3D case study in the North Sea, in which strong overpressure occurs. A compaction model for mudstones that depends strongly on the clay content of the individual stratigraphic units is used for the calibration of porosities in the 3D case study. In addition, a chemical compaction model that reduces porosities by using a kinetic reaction is used for the deeper part of the basin where mechanical compaction processes are less important. The pressure generation process depends strongly on permeability and compressibility of the porous medium. Therefore, the use of mudstone compaction and permeability models is sufficient to produce pore overpressures. In the case studied, abnormal overpressures are generated during burial together with the petroleum generation process. The mechanical and chemical compaction mechanisms ensure that the pressures are preserved in the deeper part of the basin.     

东濮凹陷上古生界石千峰组致密砂岩储层特征

东濮凹陷上古生界石千峰组发育一套厚度较大且具有勘探潜力的河流-湖泊相致密砂岩。采用岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光、X衍射全岩及黏土矿物分析等技术手段,对东濮凹陷上古生界石千峰组致密砂岩储层的岩石学特征、物性特征和成岩作用进行了分析。结果表明:储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩;孔隙度2%~10%,渗透率(0~1)10^-3m²,整体上表现出特低孔超低渗特点;成岩作用主要为压实、压溶、胶结、溶蚀和交代作用。样品古地温、镜质体反射率(R_o,%)和X衍射黏土矿物分析结果进一步证实研究区石千峰组砂岩储层属于中成岩阶段A期。