成巖“耗水”對(duì)低滲透油藏勘探中的作用探析

王卓然

【摘 要】勝利探區(qū)濟(jì)陽坳陷低滲透儲(chǔ)層主要有濁積巖、灘壩砂、砂礫巖體三種類型，層位上主要位于深部層系，次生孔隙的發(fā)育和異常高壓是控制深部?jī)?chǔ)層成藏的重要條件，但局部低滲透濁積砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)出的低壓和非油即干（出油不出水、出水不出油）的現(xiàn)象則主要受控于成巖礦物轉(zhuǎn)化過程中的耗水作用。本文通過耗水作用機(jī)理分析確定了耗水作用的有效區(qū)間，結(jié)合典型低滲透砂巖油藏解剖，明確了耗水作用對(duì)于改善低滲透儲(chǔ)層物性、提高油氣充注動(dòng)力的重要作用，并對(duì)低滲透油藏有利勘探區(qū)的預(yù)測(cè)提供理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】耗水作用;低滲透;濁積砂體;儲(chǔ)層物性;運(yùn)聚動(dòng)力

1、前言

低滲透油藏具有埋藏深、孔滲差的特點(diǎn)。勝利探區(qū)各凹陷中深層普遍發(fā)育異常高壓是低滲透儲(chǔ)層成藏的有利條件，研究表明，這與成巖過程中的耗水作用密切相關(guān)。本文從成巖耗水（長(zhǎng)石礦物溶蝕等成巖作用過程中流體體積變化）的角度，通過成巖耗水機(jī)理的探討及其對(duì)低滲透儲(chǔ)層物性和儲(chǔ)層流體壓力的控制作用的剖析，明確了成巖耗水作用是控制低滲透油藏成藏的重要因素，這對(duì)低滲透油藏有利勘探區(qū)的預(yù)測(cè)具有重要理論指導(dǎo)意義。

2、成巖耗水的機(jī)理

2.1成巖過程中礦物轉(zhuǎn)化

礦物轉(zhuǎn)化過程中既有耗水也有增水，主要增水反應(yīng)有：蒙脫石伊利石化、高嶺石伊利石化;主要耗水反應(yīng)有：長(zhǎng)石類礦物高嶺石化、高嶺石綠泥石化等。根據(jù)礦物轉(zhuǎn)化自由能變化特征，在微酸性環(huán)境下，由長(zhǎng)石蝕變?yōu)楦邘X石反應(yīng)自由能較小，為-21.192×4.1868KJ×mol-1;通常情況下，化學(xué)反應(yīng)向自由能減小的方向進(jìn)行，因此在早成巖B期—晚成巖A期有機(jī)質(zhì)成熟并向?qū)娱g水排放形成的酸性溶液條件下長(zhǎng)石蝕變?yōu)楦邘X石的反應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行。

因此，濟(jì)陽坳陷在早成巖B期—晚成巖A期砂巖儲(chǔ)層中具有耗水作用，主要耗水反應(yīng)為長(zhǎng)石高嶺石化，即主要耗水礦物為長(zhǎng)石。

2.2耗水模擬試驗(yàn)

（1）成巖礦物模擬實(shí)驗(yàn)

為解決長(zhǎng)石溶蝕產(chǎn)物如何、溶蝕過程是否耗水及耗水量多少的問題，開展了成巖礦物模擬實(shí)驗(yàn)。模擬不同溫度環(huán)境條件下長(zhǎng)石溶蝕過程，進(jìn)一步驗(yàn)證長(zhǎng)石溶蝕產(chǎn)物，認(rèn)識(shí)成巖耗水反應(yīng)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示長(zhǎng)石顆粒溶蝕形成微孔，表面新生成的高嶺石晶體形態(tài)較差，進(jìn)而證明中深部砂巖儲(chǔ)層確實(shí)存在“耗水作用”。而且溶液pH值降低，長(zhǎng)石溶蝕的耗水量增高;相同質(zhì)量的長(zhǎng)石溶蝕形成綠泥石耗水量最大，其次是高嶺石，耗水量最少的是伊利石;相同實(shí)驗(yàn)條件下，斜長(zhǎng)石耗水量大于鉀長(zhǎng)石，有機(jī)酸的耗水能力強(qiáng)于無機(jī)酸。同時(shí)，確定濟(jì)陽坳陷存有2類主要的成巖耗水反應(yīng)（高嶺石化及綠泥石化）及4種耗水成巖礦物組合（高嶺石+自生石英，高嶺石+方解石，綠泥石+方解石及綠泥石+自生石英）。

（2）泥巖成烴模擬實(shí)驗(yàn)：

研究表明，泥巖成烴演化也需要水的參與。對(duì)此，開展相應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)：①有機(jī)質(zhì)在主要降解區(qū)間結(jié)合水的機(jī)制;②有機(jī)質(zhì)結(jié)合水量。從200℃開始，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的提高，樣品成熟度增加、有機(jī)碳含量降低的同時(shí)產(chǎn)烴潛率逐漸增大。其中增加的氫應(yīng)來自于實(shí)驗(yàn)中的水，證實(shí)只有生烴過程中水的消耗才能提供氫離子。350℃大量生氣，生烴潛率又回到原始狀態(tài)。東營(yíng)凹陷烴源巖隨演化程度增大，產(chǎn)率指數(shù)[（S1+S2）/TOC]先增大后降低，在2000～2500m之后增大，在3000m之后降低。表明先加氫生烴，后脫氫并發(fā)生運(yùn)移。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自然趨勢(shì)有明顯相似之處。

2.3成巖耗水有效區(qū)間

據(jù)以上成巖耗水理論，沉積物沉積埋藏之后，隨著埋藏深度的增加和成巖作用的加強(qiáng)，發(fā)生消耗孔隙水的“耗水作用”。根據(jù)耗水規(guī)模定量評(píng)價(jià)，確定濟(jì)陽坳陷砂巖有效成巖耗水區(qū)間在2500m～3500m之間，處于封閉的內(nèi)循環(huán)地下水系統(tǒng)。烴源巖鏡質(zhì)體反射率一般為0.5%～0.7%，進(jìn)入成熟階段，油氣大量生成，儲(chǔ)層有效耗水階段與盆地油氣大量生成時(shí)期是相匹配的。

通過對(duì)東營(yíng)凹陷低滲透濁積砂體統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明該類型低滲透儲(chǔ)層集中發(fā)育于2500m～3500m的范圍內(nèi)，與成巖耗水作用的有效區(qū)間范圍是一致的，而且深部?jī)?chǔ)層（3000m～3500m）以含油為主，中深部?jī)?chǔ)層（2000m～2500m）以含水為主?？梢?，耗水作用與低滲透濁積砂巖儲(chǔ)層的成藏密切相關(guān)。

3、成巖耗水對(duì)低滲透油藏的作用

在明確成巖過程中有效耗水階段與油氣成藏階段匹配關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過研究認(rèn)為，成巖耗水對(duì)低滲透濁積砂體儲(chǔ)層的成藏具有重要作用，主要表現(xiàn)在耗水作用能夠改善儲(chǔ)層物性，降低儲(chǔ)層流體壓力、從而增加油氣運(yùn)聚動(dòng)力兩方面。

3.1 耗水作用使礦物體積減少，改善低滲透儲(chǔ)層物性。

從上述耗水反應(yīng)式可以看到，耗水礦物的轉(zhuǎn)化能夠引起礦物體積的變化。礦物轉(zhuǎn)化過程中，由于一批離子和礦物被移去，體積發(fā)生減小，因而能在地層中產(chǎn)生一定量的孔隙空間。結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)，鉀長(zhǎng)石的含量為18%，經(jīng)酸溶蝕達(dá)到5.56%的轉(zhuǎn)化率，此類儲(chǔ)層由于鉀長(zhǎng)石蝕變高嶺石對(duì)巖石體積減小貢獻(xiàn)率為0.12%;同樣，斜長(zhǎng)石含量為37%，經(jīng)酸溶蝕達(dá)到33.33%的轉(zhuǎn)化率，此類儲(chǔ)層由于斜長(zhǎng)石蝕變高嶺石對(duì)巖石體積減小貢獻(xiàn)率為0.74%。兩者相加高達(dá)0.86%。其結(jié)果將極大增加砂巖孔隙度的量值。

實(shí)際計(jì)算東營(yíng)凹陷埋深在1200m～4300m的鉀、鈉長(zhǎng)石的體積縮小量分別為254.34億立方米及327.00億立方米，進(jìn)一步證實(shí)耗水作用不同區(qū)帶不同深度所引起是的儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的變化。針對(duì)以上理論，以低滲透砂體中濁積砂體為例，選取不同種類型典型砂體，計(jì)算其單位體積耗水量，并分析單位體積耗水量與砂體孔隙度的關(guān)系，結(jié)果顯示隨著單位體積耗水量的增加，其對(duì)應(yīng)的砂體孔隙度也增加。礦物蝕變后體積減小，在其它條件不變的條件下，必然導(dǎo)致孔隙度的增加，改善儲(chǔ)層物性。深層次生孔隙發(fā)育帶與礦物的耗水作用緊密相關(guān)，耗水作用對(duì)于沉積盆地內(nèi)部?jī)?chǔ)集空間的分配具有深刻的影響。

3.2 耗水作用降低儲(chǔ)層壓力，為油氣充注提供動(dòng)力，提高低滲透油藏含油性。

（1）耗水作用降低儲(chǔ)層壓力，為油氣充注提供動(dòng)力

主生烴期的儲(chǔ)層成巖耗水，特別是在封閉體系條件下，巨大的耗水量使巖層中的孔隙發(fā)生“虧空”，在沒有或沒有足夠外部流體補(bǔ)充的情況下，這些“空”孔隙的集中帶必將出現(xiàn)低壓。

參照地層壓力下降的理論計(jì)算原理，對(duì)儲(chǔ)集層在成巖過程中總耗水量累計(jì)引起地層壓力理論下降進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示單位體積耗水量與砂體成巖耗水壓降理論值具明顯的正相關(guān)關(guān)系，即隨著單位體積耗水量的增加，儲(chǔ)層耗水壓降理論值也隨之降低。

通過分析低滲透濁積砂體單位體積耗水量與耗水后地層壓力關(guān)系，可以看出隨著耗水作用的增強(qiáng)，地層壓力系數(shù)逐漸減小，甚至為異常低壓，這些低壓地層必然與外界形成一定的壓力差，提高油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層的動(dòng)力差。

可見，耗水作用降低儲(chǔ)層壓力，提高油氣充注的動(dòng)力。

（2）耗水作用提高儲(chǔ)層含油性

通過典型低滲透油藏解剖，在含油的低滲透濁積砂巖儲(chǔ)層中，選取儲(chǔ)層孔隙度相同但耗水強(qiáng)度不同的砂體，分析成巖耗水強(qiáng)度與低滲透濁積砂巖儲(chǔ)層含油飽和度及油氣充滿度的關(guān)系，結(jié)果顯示其含油飽和度呈現(xiàn)出隨耗水強(qiáng)度逐漸增加而增加的趨勢(shì)，而油氣充滿度也具有相類似的變化規(guī)律。當(dāng)砂體埋深和儲(chǔ)層物性相近時(shí)，砂體單位體積耗水量越大，即耗水強(qiáng)度越大時(shí)，儲(chǔ)層含油程度越好。

4、結(jié)束語

綜上所述，通過耗水機(jī)理、有效耗水區(qū)間的分析及耗水強(qiáng)度對(duì)低滲透油藏的作用，明確了耗水作用強(qiáng)度主要受控于不同深度段耗水礦物的含量變化，因此可對(duì)低滲透濁積砂巖油藏從平面上和深度上進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效耗水作用深度段內(nèi)耗水礦物發(fā)育的地區(qū)為低滲透濁積砂巖油藏的有利勘探區(qū)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張善文.成巖過程中的“耗水”作用及其石油地質(zhì)意義[J].油氣地球物理，2006，4（4）：1-6.