淺析有效碎屑巖深層儲(chǔ)層的形成

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 西安 710065)

0 引 言

近年來，有關(guān)深層儲(chǔ)層形成機(jī)理的研究不斷深入，進(jìn)行深層油氣勘測的實(shí)踐不斷增多，有效儲(chǔ)層在深層仍然可以發(fā)育形成得到驗(yàn)證。我國于上世紀(jì)七十年代在渤海灣開始實(shí)施深層勘探，后來在塔里木盆地、四川盆地等均發(fā)現(xiàn)存在重大油氣儲(chǔ)藏。而國外已有30多個(gè)埋深超過5 000 m的碎屑巖油氣藏處于生產(chǎn)狀態(tài)。文中基于已有研究的基礎(chǔ)上，對沉積、成巖、構(gòu)造等作用以及深層儲(chǔ)層形成中環(huán)境條件的影響及意義進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 影響有效儲(chǔ)層形成的因素

1.1 沉積作用對有效儲(chǔ)層形成的影響

在沉積環(huán)境下，有效儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)與前提即為原始的沉積條件。通常來講，沉積環(huán)境對沉積相帶展布、儲(chǔ)集砂體的形成等影響較大。相同的沉積體，其相帶不同，則砂體分布規(guī)模、特征、疊置形狀均不相同。微觀分析，沉積物原始組分、粒度、成熟度、磨圓、雜基含量、分選等均受沉積環(huán)境的影響，而以上物質(zhì)非均質(zhì)性決定了儲(chǔ)層物質(zhì)的基礎(chǔ)，并對后期成巖演化產(chǎn)生重要影響。

1.2 儲(chǔ)層形成受構(gòu)造作用的影響

通過研究分析可知，相比于結(jié)構(gòu)較低的應(yīng)變區(qū)域，砂巖在高應(yīng)變區(qū)域內(nèi)，受側(cè)向擠壓的影響生成孔隙度減少， 5%～8%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原來的低應(yīng)變區(qū)域內(nèi)的孔隙儲(chǔ)層向高應(yīng)變區(qū)孔隙裂隙儲(chǔ)層的轉(zhuǎn)變。在側(cè)向擠壓的作用下，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)發(fā)生對沖變化，構(gòu)造的托舉減壓對核部地層產(chǎn)生作用，對其儲(chǔ)層物性起到保護(hù)作用；在構(gòu)造應(yīng)力的作用下形成壓碎縫和構(gòu)造縫，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙的滲流能力和溝通能力增強(qiáng)。此外，流體壓力和流體活動(dòng)的變化受構(gòu)造應(yīng)力的影響，主要驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)，構(gòu)造應(yīng)力首先對多孔介質(zhì)有效應(yīng)力產(chǎn)生影響，進(jìn)而對巖層滲流場的產(chǎn)生以及深層儲(chǔ)層的孔隙生成產(chǎn)生影響。

2 影響形成有效儲(chǔ)層的因素

2.1 地層壓力

2.1.1 延緩巖石壓實(shí)及抑制巖石壓溶

在地層流體不能順暢排出的情況下，增加埋深，則上覆地層的壓力變大，阻滯流體運(yùn)動(dòng)，在巖層儲(chǔ)層內(nèi)產(chǎn)生異常高壓，對上覆巖體部分重力起到支撐作用，避免壓實(shí)對與成形孔隙造成破壞。巖石組分也對異常高壓的儲(chǔ)層原生孔隙的保存機(jī)制產(chǎn)生影響，當(dāng)砂巖含有豐富塑性顆粒時(shí)，通常在廣泛出現(xiàn)壓實(shí)作用前產(chǎn)生異常高壓，對于保存原生孔隙的作用比較明顯；當(dāng)砂巖含有豐富剛性顆粒時(shí)，由于本身具有較強(qiáng)的抗壓能力，其受到異常壓力較小。

2.1.2 導(dǎo)致裂縫形成

在異常高壓超過巖層的破裂壓力值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致巖層出現(xiàn)斷裂變形出現(xiàn)裂縫，不僅使儲(chǔ)層有效儲(chǔ)集的空間增加，同時(shí)處于異常高壓環(huán)境下的儲(chǔ)層連通性得到改善，儲(chǔ)層滲流能力大大增強(qiáng)。當(dāng)孔隙壓力升至70%～90%上覆地層的靜壓力時(shí)，裂縫將會(huì)在異常壓力的體系內(nèi)產(chǎn)生。

2.1.3 導(dǎo)致次生孔隙形成

異常高壓環(huán)境下，由于流體泄漏而產(chǎn)生溶蝕，可帶出溶蝕物質(zhì)，增強(qiáng)長石的溶蝕作用，同時(shí)異常高壓可抑制有機(jī)質(zhì)的演化及油氣的生成，盆地內(nèi)釋放有機(jī)酸的時(shí)間延長，擴(kuò)大砂巖成巖受其影響的范圍，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)向有機(jī)酸的生成，有機(jī)酸可溶蝕碎屑顆粒及砂巖膠結(jié)物，次生孔隙生成。

2.1.4 油氣運(yùn)聚力增強(qiáng)

在致密性儲(chǔ)層的滲透率較低的情況下，流體以低速非達(dá)西流的形式進(jìn)行滲流，并且在滿足需要啟動(dòng)的壓力梯度時(shí)，才會(huì)發(fā)生滲流。由此可見，在致密儲(chǔ)層的滲透率較低時(shí)，異常高壓利于其相有效儲(chǔ)層的轉(zhuǎn)化。

2.2 地溫

當(dāng)盆地內(nèi)具有較低地溫梯度時(shí)，明顯降低砂巖中流巖作用的速率，同時(shí)減緩其機(jī)械壓實(shí)的速度。地溫梯度較低區(qū)域內(nèi)孔隙度的減小速率為地溫梯度較高區(qū)域內(nèi)的1/2。 屬于低溫冷盆的塔里木盆地，在地溫梯度18～28 ℃/km，深埋5 500～6 000 m條件下，孔隙度10%～25%，松遼盆地，在地溫梯度35～40 ℃/km，深埋3 500～4 000 m條件下，孔隙度3%～8%。由此可見，地溫環(huán)境的不同，是導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙保存與演化差異的重要原因。

2.3 儲(chǔ)藏方式

儲(chǔ)藏方式對于有效儲(chǔ)層的形成產(chǎn)生較大影響。 緩慢淺埋及快速深埋等方式對儲(chǔ)層孔隙的保存非常有利。淺埋可降低上覆地層的壓力，部分孔隙還沒有被壓實(shí)的情況下保留了下來；深埋的孔隙被較好地保存了下來，深層有效儲(chǔ)層形成。較長深埋時(shí)間，成巖則具有較大的強(qiáng)度，孔隙的損失也越大，所以具有較短深埋時(shí)間的深層儲(chǔ)層其物性越好。

2.4 顆粒包殼

利用分隔孔隙水及石英顆粒的表面，顆粒包殼阻止在其表面有石英膠結(jié)物的成核現(xiàn)象生成，對石英膠結(jié)的狀況產(chǎn)生影響，機(jī)械的壓實(shí)作用產(chǎn)生有效抵抗，保存了儲(chǔ)層孔隙。有研究表明，早期的壓實(shí)作用產(chǎn)生后生產(chǎn)的綠泥石沉淀，對儲(chǔ)層的物性產(chǎn)生有利影響，對石英次生的加大起到一定的阻止作用，對機(jī)械的壓實(shí)作用下粒間的孔隙縮小起到抵制作用，對粒間空隙起到有效保護(hù)。此外，當(dāng)綠泥石的含量較高的情況下，顆?？臻g被密集充填時(shí)，其滲透性及原生孔隙大大降低或者被破壞。

2.5 深埋條件

受埋藏條件的影響，砂泥巖不同厚度組合，其砂巖物性存在較大差異。埋藏條件為淺一中等情況下，由于泥巖所生成的流體含有豐富的有機(jī)酸，且礦化度較低，對距離砂泥巖較近的砂巖產(chǎn)生溶蝕，界面較近的砂巖其物性不受影響；深埋情況下，大量離子由泥巖排出，并在泥砂巖的界面周圍進(jìn)行強(qiáng)烈膠結(jié)，在砂巖的中部保持較好的物性。砂巖具有較大厚度或者砂夾泥時(shí)，在砂巖的中部且距離泥巖較遠(yuǎn)位置，為有效儲(chǔ)層的生成提供有利條件。

2.6 成巖環(huán)境

深層流體熱量高，溶蝕性強(qiáng)，使不成熟的烴源巖逐漸成熟化，成熟了的烴源巖在強(qiáng)化作用下生成烴，對砂體顆粒、圍巖膠以及膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕，最終溶縫洞或者孔隙生成，深層儲(chǔ)層的物性得到改善，促進(jìn)次生孔隙儲(chǔ)層生成；在地殼的深層流體內(nèi)，導(dǎo)致異常高壓出現(xiàn)的主要因素為生排烴流體、巖漿、揮發(fā)組分以及變質(zhì)流體等。流體活動(dòng)為同非整合面或者斷層面有著密切關(guān)系的溶蝕及淡水淋濾，利于形成深層的有效儲(chǔ)層。

3 未來展望

3.1 宏微觀的有機(jī)結(jié)合

通過露頭及現(xiàn)代沉積等研究，同具有高分辨率的物理技術(shù)相結(jié)合，或者通過沉積水槽等試驗(yàn)過程，得知沉積砂體分布的規(guī)律以其幾何形態(tài)，并對砂體實(shí)施預(yù)測、跟蹤，對非均質(zhì)性予以明確。儲(chǔ)層物性均受膠結(jié)物性質(zhì)、黏土分布以及形態(tài)、儲(chǔ)層喉道、孔隙特征等諸多因素的影響，同時(shí)驅(qū)油效率對其敏感性也具有一定的影響性。因此確定儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性尤為重要。目前在儲(chǔ)層的檢測分析中，多種技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，有關(guān)微觀儲(chǔ)層的研究得到保障。

3.2 形成的靜動(dòng)態(tài)過程

在模擬成巖演化的試驗(yàn)中，強(qiáng)化研究深層碎屑巖有效儲(chǔ)層的成巖作用，重視深層碎屑巖有效儲(chǔ)層的實(shí)例剖析、成巖演化的動(dòng)力機(jī)械等研究，強(qiáng)化研究成巖的演化過程試驗(yàn)?zāi)M，對儲(chǔ)層成巖時(shí)的時(shí)空屬性進(jìn)行還原。對影響儲(chǔ)層質(zhì)量的主要因素進(jìn)行優(yōu)選，研究成巖相，對儲(chǔ)層的分均質(zhì)性進(jìn)行探索。深層儲(chǔ)層的孔隙演化的過程是沉積、成巖、構(gòu)造綜合動(dòng)態(tài)過程。

3.3 多學(xué)科綜合聯(lián)動(dòng)

儲(chǔ)層地質(zhì)的研究同其他多種地質(zhì)學(xué)科有著密切關(guān)系，鑒于其影響因素復(fù)雜繁多，應(yīng)當(dāng)考慮與不同構(gòu)造背景和沉積相結(jié)合，選取科學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，對形成有效儲(chǔ)層的各種權(quán)重系數(shù)進(jìn)行分析評價(jià)，對重要的影響因素進(jìn)行明確，奠定預(yù)測儲(chǔ)層分布的良好基礎(chǔ)。在未來發(fā)展中，針對有效儲(chǔ)層機(jī)理形成的研究方向聚焦為有關(guān)多種學(xué)科理論交叉及相關(guān)技術(shù)的研究等。