一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法

文档序号:6205998阅读:293来源:国知局
专利名称:一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法
技术领域
本发明是关于一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法。
背景技术
随着我国对能源需求的日益增加,需要针对前陆盆地深部储层、岩性油气藏及非常规储层开展深入研究,迫切需要量化盆地成岩流体对自生矿物形成和次生孔隙演化的影响,定量评价储层孔隙类型、含量、孔径大小、孔径、喉径等物性参数及其演化特征。由于现今研究分析的储层岩石样品是经历了各种地史演化和成岩作用叠加后的样品,对于不同埋藏阶段的储层成岩、孔隙演化等特征不能清晰地观察,更不能获取对应的表征参数指标,就不能更好地定量评价有利储层。因此,依托成岩物理模拟系统(专利号:ZL201120530914.0,专利申请日2011年12月16日),开展在地质过程约束下的致密砂岩成岩物理模拟的研究工作,将为定量表征不同埋藏阶段的致密砂岩储层成岩过程、孔隙演化过程以及储层成因机理分析提供正演过程的实验数据,为致密砂岩有利储层评价和预测提供了理论基础。目前国内外拥有用于成岩模拟类装置的单位较少,一般只是根据某一方面实验要求进行组装的小型装置。以上设备主要应用于酸溶实验研究的模拟实验,在模拟接近实际地质条件下成岩矿物形成温度、压力、压实作用及胶结作用对储层影响、分析储层孔隙演化等综合模拟实验研究工作开展的很少。成都理工大学与长庆油田的模拟实验选择了五种矿物(钙长石、普通辉石、透辉石、阳起石及角闪石)、四种不同的温度及压力条件进行乙酸溶解试验。结果表明:①各种矿物在不同温度、压力条件下经已酸溶解后,都出现了明显的溶蚀特征,说明其对长石、辉石、角闪石等主要造岩矿物具有较强的溶蚀能力,这些矿物在沉积成岩形成的温度、压力、酸性介质条件下均可溶解产生溶蚀孔隙。②各种矿物不同条件的溶蚀,Ca元素是最容易溶出的元素。此外,他们还选择中粒蚀变凝灰质长石砂岩在温度88土。C,流体驱动压力30MPa,围压34±lMPa,乙酸溶蚀介质中进行溶蚀模拟实验。结果表明:①在砂岩中,碳酸盐矿物的溶解对溶出量起着决定性的控制作用。但碳酸盐矿物对成岩物理化学条件的敏感性会导致可能的沉淀作用。②长石类铝硅酸盐矿物的溶解过程是缓慢进行的,离子迁移量甚微,铝硅酸盐矿物离子的溶出量只有离子总量的3.4%。但是铝硅酸矿物的溶解提供了接近2%的次生孔隙度,占孔隙度增值的大部分;中国石油大学(华东)通过砂岩机械压实作用模拟实验,证实在压实作用过程中孔隙度和渗透率随深度的变化具有早期速变阶段和晚期缓变阶段,并认为深度与孔隙度和渗透率之间存在着良好的指数与乘幂关系。中国石油大学(北京)进行了中砂级纯净石英碎屑为介质的压实作用模拟实验研究。结果表明:①通过对碎屑岩原始孔隙度的恢复和计算表明,中砂岩的原始孔隙度值为44% -48%。②在压实过程中,砂体孔隙度和渗透率的变化具有明显的二分性,即压实初期的陡变带和随后出现的缓变带。缓变带实验数据分析表明,孔隙度和承载压力之间存在良好的线性关系,孔隙度和渗透率之间存在良好的半对数关系,渗透率和承载压力之间存在良好的指数关系。③系统流体的实时取样测试表明,压实作用不仅是一个物理作用的过程,同时也会发生化学变化,即使在较浅的埋藏条件下(1450m),石英砂体也发生了压溶现象,而且这个过程也并不是一个连续的过程;中国石化无锡所开展了不同温度(常温-200°C)、不同浓度二氧化碳条件下6种岩性样品(鮞粒白云岩、鮞粒灰岩、微晶白云岩、微晶灰岩、微晶灰质云岩、微晶云质灰岩)进行溶蚀对比实验。结果表明:任何温度条件下,鮞粒白云岩始终是最难溶蚀,最易溶蚀的是微晶灰岩和鮞粒灰岩;所有样品的溶蚀率从常温到200°C均存在较强一强一弱变化趋势,溶蚀率最大是在60°C到90°C之间;中国石油廊坊分院开展的酸岩反应与次生孔隙成因模拟实验表明:样品经有机酸处理后不稳定矿物溶解,微孔隙及微裂隙扩大,储层物性得到改善,地层有机酸对不稳定矿物的溶解作用是储层次生孔隙形成的主要原因;酸溶蚀前条片状伊利石溶蚀后条片状伊利石明显减少;美国新奥尔良大学Ronald K.Stoessell还开展了长石矿物溶蚀过程中Al的迁移活性及钾长石、钠长石蚀变的实验研究,并获得了
专利:美国专利---Phillips Petroleum Company (Bartlesville) Apparatus and method
for simulating diagenesis,专利号:United States Patent4606227o以上的实例表明,目前国内外开展的成岩物理模拟实验大多数为酸溶实验,对模拟地层条件下的温度、压 力及流体成分开展得较少或约束不够,对压实作用对储层质量的影响模拟实验研究很少或过于简化,对定量评价储层孔隙类型、含量、孔径大小及演化特征及孔径、喉径等物性参数等方面的实验方法和流程模拟实验尚未见诸报道。

发明内容
本发明采用的技术方案是依托成岩物理模拟系统,建立一种在地质过程约束下模拟不同碎屑成分与颗粒粒径的砂岩样品,在不同温压条件下使其固结成岩,通过对成岩后的砂岩样品开展多种储层微观测试与分析,获得储层孔隙类型、含量、孔径大小、孔径、喉径等物性参数及演化特征,从而达到定量评价致密砂岩储层在经历不同埋藏条件下的成岩改造过程的实验流程和研究方法。为达上述目的,本发明提供了一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法,所述方法包括如下步骤:(I)检测所模拟地区的储层岩石组分参数、储层成岩流体特征参数、区地特征参数和埋藏方式;(2)根据步骤(I)的检测结果,配比模拟用的砂质混合样品、泥质样品及成岩流体;(3)将步骤(2)配比的样品置于储层成岩模拟装置;(4)进行模拟实验;(5)将获得的模拟成岩样品进行储层微观特征分析,所述分析包括:岩石薄片鉴定、岩石样品扫描电子显微镜分析、沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析,并根据结果分析评价储层成岩演化过程。根据本发明所述的方法,步骤(I)中所述岩石组分参数优选包括:岩石组分类型及含量、胶结物类型及含量、泥质杂基含量;所述区地特征参数包括区地温度梯度与压力。其中成岩流体一般分成两种:弱碱性流体和弱酸性流体;本领域技术人员通过本领域常规手段来获取储层流体的成分,并根据成分来确定其为弱碱性流体或弱酸性流体。
埋藏方式包括长期浅埋-后期快速深埋、长期浅埋-后期快速深埋-抬升和正常埋藏压实等方式,本领域技术人员可以通过现有常规手段来对地层储层进行检测并判断。根据本发明所述的方法,步骤(2)中配比砂质混合样品、泥质样品及成岩流体可以根据所检测的项目和结果来进行,这种配比方法为本领域常规技术手段。在成岩模拟过程中为本领域技术人员所熟知。通常实验样品按照采集的储层样品来配比。根据本发明所述的方法,步骤(3)中所述成岩模拟装置可以使用现有技术中任何的成岩模拟装置,譬如专利ZL201120530914.0所公开的成岩模拟装置。本发明为了更加具体的对本发明技术方案加以说明,实施例中具体分析过程均基于该专利的装置。根据本发明所述的方法,步骤(3)泥质样品和砂质混合样品根据所模拟地区的储层情况进行放置即可,一般来说将泥质样品置于装置的容器底部,砂质混合样品置于装置的容器顶部。根据本发明所述的方法,步骤(3)中一般来说泥质样品层厚度为2 4cm,砂质混合样品层厚度为9 12cm。根据本发明所述的方法,步骤(4)所述模拟实验具体可以按照现有技术所使用的成岩模拟装置操作方法进行,其具体为本领域技术人员所熟知,而本发明优选采用的为将配置的成岩流体压入放置了步骤(2)配比的样品的容器中,在流体供给达到样品总体积的20%后,停止供液,关闭容器,使得流体封闭于容器中,根据步骤(I)检测的区地特征参数来设定容器温度和压力,进行充分的水岩反应后再放出收集,如此循环至整个实验结束。本发明中通常将容器温度和压力与步骤(I)检测的区地特征参数(梯度温度与压力)设定一致。根据本发明所述的方法,所述流体以流速为0.2-0.3ml/min压入容器中。本发明进一步优选以<120mPa的压力恒压将流体以流速为0.3ml/min压入容器。根据本发明所述的方法,步骤(4)将配置的成岩流体压入放置了步骤(2)配比的样品的容器中,在流体供给达到样品总体积的20%后,停止供液,关闭容器,使得流体封闭于容器中,根据步骤(I)检测的区地特征参数来设定容器温度和压力,进行充分的水岩反应20 30h后再放出收集,如此循环10 30天至整个实验结束。其中进一步优选进行充分的水岩反应24h后再放出收集;其中更进一步优选循环14 21天至整个实验结束。根据本发明所述的方法,本发明还可以进一步优选在每个循环中间间隔12h。根据本发明所述的方法,步骤(5)中可以根据所需分析的内容来确定需要检测的项目,本发明优选为将步骤(5)获取的模拟成岩样品中的砂质混合样品进行孔径、喉径及扫描电镜分析,模拟成岩样品中的泥质样品进行扫描电镜和X-射线粘土分析。根据本发明所述的方法,步骤(5)中评价储层成岩的演化过程可以由本领域技术人员根据步骤(5)检测的项目来进行,本领域技术人员均熟知这个过程,本发明优选的是根据孔隙类型、孔隙含量、孔径大小、喉径大小及演化特征来分析评价储层成岩演化过程。其中步骤(5)的分析标准可以为:岩石薄片鉴定(SY/T5368-2000)、岩石样品扫描电子显微镜分析方法(SY/T5162-1997)、沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法(SY/T5163-2010)。
本发明为了使得对储层成岩演化过程评价更为准确,优选步骤(5)的评价标准为:碎屑岩成岩阶段划分(SY/T5477-2003)、油气储层评价方法(SY/T6285-2011)。根据本发明所述的方法,其可以更具体为:A、实际地质过程要素分析,获取并统计分析所模拟盆地及地区的储层岩石碎屑组分百分比(岩石矿物组分及含量、胶结物类型及含量、泥质杂基含量等)、储层成岩流体特征、研究区地温梯度与压力、储层经历的埋藏方式等;B、依据上述的储层实际地质参数,分别配比模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级(粗砂-粉砂)的砂质混合样品、泥质样品及成岩流体;C、将配比的样品分别填放于储层成岩模拟系统(专利号:ZL201120530914.0,专利申请日2011年12月16日)的6个反应釜体内,每个釜体样品管总长19.7cm,下部填放泥质样品(一般厚度为2 4cm,上部填放配比好的砂质混合样品(一般厚度9 12cm),用于模拟实际砂、泥岩沉积特征;D、将配置的成岩流体通过液体供给系统打入反应釜体内,实验中流体可以为恒压和恒流两种供给方式,在流体供给达到设计要求的体积时,关闭流体供排阀门,将流体封闭于样品体系内一段时间,进行充分的水岩反应后再收集或排放,如此反复上述过程至整个实验结束;E、由于该储层成岩模拟系统具有6个反应釜体,可同时模拟研究地区的不同实际地温、压力条件及储层不同埋藏方式,分别获得模拟不同埋深情况的致密砂岩样品;F、将获得的模拟成岩样品进行岩石铸体薄片鉴定、储层物性及孔径喉径测量、扫描电镜观察、X-射线粘土等分析,通过获取的相关测试与分析数据,定量评价储层孔隙类型、含量、孔径大小、孔径、喉径等物性参数及演化特征,厘定不同埋藏深度砂岩储层的成岩演化过程。综上所述,本发明提供了一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法。本发明方法具有如下优势:由于该储层成岩模拟系统(专利号:ZL201120530914.0,专利申请日2011年12月16日)综合考虑了成岩过程中的各种主要影响因素,吸取了国内外现有成岩物理模拟装置的优点,对储层成岩的基础研究和生产实践更有针对性。建立的模拟地质过程约束下的致密砂岩成岩过程与孔隙演化的工艺流程与分析方法,定量评价了致密砂岩储层孔隙类型、含量、孔径大小、孔径、喉径等物性参数及演化特征,明确不同埋藏深度下致密砂岩储层的成岩演化过程,为致密砂岩有利储层评价和预测提供实验理论基础,进而使成岩模拟实验在储层评价和预测方面具有实用性、可靠性、科学性。应用该系统开展了针对库车前陆盆地白垩系巴什基奇克组和准噶尔前陆盆地南缘侏罗系深部储层的成岩模拟实验,取得了初步认识:①随埋深增大来源于长石溶蚀的钾、铝和钙等多种金属阳离子含量变化表现出不同的演化规律,反映出长石溶蚀强度也在加大,金属离子含量发生变化的模拟埋深层段为5000m-6000m 前陆盆地深部储层孔隙类型、含量变化及演化规律可划分为4个阶段,其中第3个演化阶段即深部储层快速埋藏后的早期阶段是孔隙度和渗透率提高的重要阶段,是有利储层形成的关键时期定量揭示出前陆盆地在埋深5000m-7000m是孔径、喉径快速增大的层段,是深部储层最有利的发育层段。


图1为本发明实施例1的分析流程图。图2为实施例1检测的储层的孔隙类型与演化特征曲线。图3为实施例1检测的储层的孔径演化曲线。图4为实施例1检测的储层的喉径演化曲线。
具体实施例方式以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果,旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点,不作为对本案可实施范围的限定。实施例1我国西部前陆盆地油气勘探获得了重大成功,前陆盆地深部储层是油气勘探的重点领域之一,其研究的突出难点是深部异常孔隙的成因、保存机理以及异常孔隙带的预测。因此,与盆地构造史、埋藏史的研究成果相结合,如何更好的定量评价与预测前陆盆地深部储层的孔隙类型与演化特征是急需解决的重要问题。库车前陆盆地白垩系是我国西气东输起点克拉2气田的重要产气层段,故以巴什基奇克组砂岩为例,按照图1所示流程,开展地质过程约束下的成岩物理模拟实验。步骤(I):模拟地区的储层岩石组分参数、储层成岩流体特征参数、区地特征参数的检测和埋藏方式的确定:①模拟地区的储层岩石组分参数、储层成岩流体特征参数、区地特征参数的检测:储层岩石组分参 数:见表I储层成岩流体特征参数:配制与库车白垩系地层流体相同的氯化钙、醋酸溶液(见表I)。区地特征参数:模拟地层温度、压力及对应的埋深:白垩系巴什基奇克组砂岩在埋深IOOOm(温度200°C,静岩压力82.5MPa)、2000m(温度300°C,静岩压力IIOMPa)、3000m(温度 350°C,静岩压力 137.5MPa)、5000m(温度 400°C,静岩压力 165MPa)、7000m(温度450°C,静岩压力220MPa)和9000m(温度500°C,静岩压力275MPa)。表I模拟的库车前陆盆地巴什基奇克组储层的实验样品配比表
权利要求
1.一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤: (1)检测所模拟地区的储层岩石组分参数、储层成岩流体特征参数、区地特征参数和埋藏方式; (2)根据步骤(I)的检测结果,配比模拟用的砂质混合样品、泥质样品及成岩流体; (3)将步骤(2)配比的样品置于储层成岩模拟装置; (4)进行I吴拟实验; (5)将获得的模拟成岩样品进行储层微观特征分析,所述分析包括:岩石薄片鉴定、岩石样品扫描电子显微镜分析、沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析,并根据结果分析评价储层成岩演化过程。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(I)中所述岩石组分参数包括:岩石组分类型及含量、胶结物类型及含量、泥质杂基含量;所述区地特征参数包括区地温度梯度与压力。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)将泥质样品置于装置的容器底部,砂质混合样品置于装置的容器顶部。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,泥质样品层厚度为2 4cm,砂质混合样品层厚度为9 12cm。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)包括: 将配置的成岩流体压入放置了步骤(2)配比的样品的装置的容器中,在流体供给达到样品总体积的20%后,停止供液,关闭容器,使得流体封闭于容器中,根据步骤(I)检测的区地特征参数来设定容器温度和压力,进行水岩反应后再放出收集,如此循环至整个实验结束。
6.根据权利要求5所述的方法,所述流体以流速为0.2-0.3ml/min压入容器中。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)获取的模拟成岩样品中的砂质混合样品进行孔径、喉径及扫描电镜分析,模拟成岩样品中的泥质样品进行扫描电镜和X-射线粘土分析。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中根据孔隙类型、孔隙含量、孔径大小、喉径大小及演化特征来分析评价储层成岩演化过程。
全文摘要
本发明涉及一种砂岩成岩过程与孔隙演化的分析方法,所述方法包括如下步骤(1)检测所模拟地区的储层岩石组分参数、储层成岩流体特征参数、区地特征参数和埋藏方式;(2)根据步骤(1)的检测结果,配比模拟用的砂质混合样品、泥质样品及成岩流体;(3)将步骤(2)配比的样品置于储层成岩模拟装置;(4)进行模拟实验;(5)将获得的模拟成岩样品进行储层微观特征分析,所述分析包括岩石薄片鉴定、岩石样品扫描电子显微镜分析、沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析,并根据结果分析评价储层成岩演化过程。
文档编号G01N15/08GK103196807SQ20131007635
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者高志勇, 崔京钢, 朱如凯, 罗忠, 冯佳睿 申请人:中国石油天然气股份有限公司
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