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有机流体充注对储层成岩作用的影响——以东营凹陷为例

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科技情报开发与经济 文章编号:1005—6033(201 1)02—0l 84一O5 SCI一…1ECH INI'’ORMA。1ION DE\ 。’El OPMEN-r&ECONOMY 201 1年第2l卷第2期 收稿日期:2010—12-07 有机流体充注对储层成岩作用的影响 以东营凹陷为例 商晓飞,孙希杰 (山东科技大学'iI_J东青岛,266510) 摘要:储层次生孔隙预测为石油地质研究中的关键问题 以东营凹陷储层的成岩演 化特征为例,分析了影响储层成岩作用的主控因素之一——有机流体,认识到储层中 孔隙流体性质的变化是导致矿物发生变-rE6 ̄j根本原因,其中孔隙中有机流体起着关键 的作用,在此基础上指出油气的充注对成岩作用的影响主要有3个方面:抑制石英和 伊利石的胶结作用;油气中有机酸对深部孔隙的溶蚀改造作用;油气超压对压实的缓 冲作用. .关键词:储层成岩作用;有机流体;油气充注;东营凹陷 中图分类号:D618.130.2 1 文献标识码:A . 油气充注与储层成岩演化之间天系的研究rrT,目前存流 体一岩石相互作川的研究方面已经取得了一定的进展,但主要 停留存理论推测或定性分析J-t.一 ,对油气运聚成藏过程巾石油 如果能充分认识到孑L隙巾有机流体的主要控制 素及作川 机理,就能更好地揭示成岩环境对储层成岩演化的控制作川。为 次生孑L隙预测提供重要依据。这些问题的解决是对油气运聚史、 的充注对储层成岩演化,特刖足次生孑L隙彤成的影响仍然没有 取得突破性的研究进展.主要问题有:第一,油层含油程度或充 注强度的差异与不同矿物转化和 生矿物形成的 系有待明 储层次生孑L隙的研究基石jli。木义以东营凹陷为例,着重从有机流 体充注对储层成 作J{{的影响加以探讨。 确;第二,不同期次油气充注对成岩作 的影响及其对储层的储 集性能需要深人研究;第 ,针对一个具体的盆地,次生孑L隙发 育带的标定及其控制 素的分析,以及储层巾次生孑L隙彤成与 石油注入储层之间的先后次序,特别是多期次充注巾究竟哪期 起到主导J 素,还需进一步讨论 J ●●●●●●●…●●●●●●●●●●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●●●l研究区储层中有机流体概况 1.I有机流体的生成 对于有机酸的成 ,目前普遍认为主要是十酪根的含氧侧 链存热演化早期阶段大量断裂产生的,这一认识已经通过实验 得到了证实一除了这一产酸机制。目前的研究表明,微生物的代 ●●●●●●●●●●● -●●●●●●●●●●●●●●●●●…●●●●●●●● 聆室,2003,22(1):102.—— [3]付红霞,钟娜.学川原子吸收分光光度计[Jj_企业标准化, 2005(Zl】:49. 第一作者简介:徐化方,女.1984年8月生,现为巾国矿业大学 (北京)地球科学与测绘1 程学院测绘与土地利川系矿物材料 程擘 (责任编辑:工永胜) 业2008级硕十研究生,北京市海淀 学院路丁I l号,l 00083. Case Study on the Operation Specifications for Atomic Absorption Spectrophotometer XU Hua-fang,XU Peng,GoNG Bi-kai ABSTRACT:Taking the lneasDl'elTl( ̄ll|of the III ̄Lq'¥fractions of coppel。an(1 zinc in human hair by using flame atomic absorption of WFX-1 20 type atomic absorption specfr0ph0tometer aS all example,this paper nlakes detailed analysis on the operation speciications of fthe usage of atomir absorption speetro1)liotonlctC,] . KEY WORDS:atomic absol。ption spe(・fr()ph()t0n1etc 0peration spe( ̄ificationsoperation specifieationsoperation specifications; standardliquid;samplenitrolysi ̄illeaS1.1rcddata IR4 、 赠 商晓飞。孙希杰有机流体充注对储层成宥作川的影响——以东霄凹陷为例 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 木刊E-mail:1)jb@sxinlbJ1el 科技论坛 谢作川也能产生有机酸。此外.同岩巾的氧化性矿物能将有机质 氧化成有机酸。某些矿物存有机质的热演化过程巾有催化作川, 促进了有机酸的生成。石油热降解以及热化学硫酸盐( l R)对有 机流体的生成也起到一定的促进作川。 1.2有机流体的分布 高岭石的发育,在碱性水介质条件下有碳酸盐冉皎结作川的… 现, 然,这些与有机一无机成岩反应过程有密切天系。 2.2有机酸在碎屑岩成岩过程中的作用机理 溶解态有机酸可以存矿物成岩过程巾发挥重要作川,这些 作川与下述化学特征有关 : 存地下温度为80℃~l20℃的相应年轻沉积岩的地层水巾, 溶解有机组分的质量浓度很高(最高可达l0 000 mg/L) (I)可能是H 主要来源于受体,I 此它们能直接或间接地控 制地下水的 值和缓冲能力。存地层水巾,有机酸的可溶组分 (Carothers和Kharaka,l978;Surdam,1984)( 图1)。存低于80 控制着这些油田水的碱度和pH值的缓冲能力,而地下水的pH 值也许是影响矿物成岩作川的最主要的化学l 素。方解石、长石 溶解速率在有机酸的影响下有所增大,石英反之。根据东营凹陷 的样品分析研究可知本 巾普遍存在长石溶解、黏土矿物交代 ℃时尽管也有有机酸生成,但南于细菌降斛作川,地下水巾可溶 有机组分往往被消耗,而造成有机组分质量浓度太低,通常低于 l0O m L。温度较高时(>l20 cc),南于热脱羧作州,羧酸阴离子被 破坏,结果造成溶解有机质质量浓度降低,通常低于l00 mg/L。 羧酸的质量浓度,(m L) 0 lOO l OCH0 l0 000 与石英次生加大共生的现象,这与地层巾酸性水的作川不无关 系。从泥岩巾排 的酸性水进入储层后,酸性水有利于长石的溶 解,同时长石的溶解产物u三为石英次生加大提供SiO:来源。 细菌消 (2)存碎眉岩成岩阶段, 硅酸盐的溶解过程巾铝的有机络 合作川和迁移作.}+J是极其重要的。存缺乏络合物的情况下,pH 乏 值=4 8时, 的溶解度特别低,这样一来,任何从矿物颗粒溶解 下来的物质都会在颗粒周用沉淀,造成孔隙度降低的结果,二元 酸的存在所引起的 的活度的增强,使铝硅酸盐及碳酸盐发生 大量迁移。据MacGowan(I990)研究,借助于有机金属络合作川, 叛・ 术矫lI 的BH.r数.cI ・扭 校il r的BH_r数烈 段酸质; 浓度的分 有机酸能够使销的溶解度比高岭石的表面无机溶解度高几个数 量级,也使硅的溶解度比无定形二氧化硅的无机溶解度高几俯。 实验表明,当pH值介于3.5~5.5之间,二元羧酸阴离子络合铝的 一冈1 油田水巾羧酸阴离子质量浓度与温度的关系 能力最大(MacGowan,l990)。 (3)存热和细菌的促进下,有机酸可以脱羧形成二氧化碳和 研究 内,碎屑石英的次生加大在浅处不发育,埋藏到一定 深度以后才可 到,且有随着深度的增大而逐渐增强的趋势。次 生加大石英来自于蒙脱石向伊利石转化和长石溶解过程巾所游 离…的SiO,。次生加大…现的深度恰好是有机质成熟的深度,有 机质转化过程rrI释放的有机酸和CO:,不仅促进了长石的溶解, 气态烃(Kharaka,1983),二氧化碳的溶解,能够降低地层水的pH 值和地层水巾碳酸根的活度,从而能够引起碳酸盐和其他矿物 的溶解(Curtis,l978;Schmidt和McDonald,1979),随着埋藏深度 增大,地层水巾有机酸的含量将逐渐减少,碳酸的作川也就 得 十分重要,碳酸的成I大i比较复杂,但有机酸的脱羧作 是形成碳 酸的重要J六l素。存较高的温度下,有机酸脱羧作.【H产生CO:,而 有机质演化过程 有机酸CO碳酸盐 阶 : 浓度的变化 系统 段 还使孑L隙流体呈酸性,促使了SiO 的沉淀。该深度也是伊/蒙无 序7昆层向伊/蒙有序混层和伊利石转化的深度,这种转化促进了 有机质向烃类转化,同时释放 SiO ,为次生加大石英的彤 成岩阶段 参考深 成奠定了物质基础。 度地温 Ro 期 亚期 /m ,。[: 孔隙液化过程 孑L隙度/% 2有机酸对碎屑岩储层成岩演化的影响 2.1 有机酸分布与砂岩成岩演化的关系 同生成岩 旦 A l 9o0 ITI 04 ./ 术 成 原生孔隙 成岩阶段储层经历的变化与有机质的演化有很好的对 应关系( 罔2)。晚成岩A其}j的溶解作,}{带, 然与有机酸 成 岩 B 期 (70) 2 500in O.村 5 c。! .内部缓冲 、 J垃 高浓度段的分布层段密切相关,I 为这时溶解现象普遍,次 A (85) 晚 A (1lO) 4 000111 3 3OO ln 10 芝 _低成 /  『 , 次生孔隙 生孑L隙最发育,常 长石等碎屑颗粒和胶结物的溶解及某 成 些自生矿物的析…和交代现象,如石英、长石次生加大和高 岭石的发育以及含铁碳酸盐的冉胶结作川等,它们都是水 与岩石之间存不同成岩阶段反应过程的产物,随着有机酸 浓度的变化和水介质性质的改变,各种自生矿物或黏土矿 中 巾 成 熟 期f1 B  (140) 1.3 5 0O0m 20 .\ 内部\高p(缓冲.o . 呙成 >  热一 C (170) 过熟成 《 .物呈有规律的…现和分布,存酸性水介质下有石英加大和 罔2成 作川与有机质演化关系冈 l85 山,世隧 商晓飞,孙希杰有机流体充注对储层成岩作 的影响——以东营凹陷为例 , , 2 2 3 3 4 本刊E-mail:bjb@sxinfo.he!科技论坛 咖 姗 咖 湖 CO 在地层孔隙巾溶于水形成碳酸。地层水巾碳酸存在长石、方 解石和石英的溶解。 湖 咖 根据东营凹陷不同地 古近系碎屑岩储层矿物成分的镜下 观察与统计分析表明,不论是水层还是含油层,随着埋藏深度增 大.钾长石含量明 降低,斜长石含量变化不大。长石含量的降 低.主要是南于溶蚀作 造成的.溶蚀作川越强.钾长石和斜长 石的含量越低 存浅处含油层巾长石的含量相对较高.而水层巾 长石含量相对较低(见罔3),在同一深度样品巾长石矿物含量的 3油气充注对储层成岩作用的影响 3.1油气充注对成岩作用的影响 3.1.1抑制石英胶结 油气充注对石英胶结的影响与其充注速度和充注时间有 关.早期快速的油气充注对石英胶结有明 的抑制作川,而油气 相对大小受到岩石巾原始长石含量的影响,同时也受到溶蚀作 川强弱的影响。 充注较晚则对石英胶结的抑制作川不太明 。 3.1.2促进长石溶解 钾长石相对量,% O 5 IO I5 2O 3.1.3油气充注对晚期方解石和白云石的胶结作用的影响 根据东营凹陷不同地I又古近系碎屑岩储层矿物成分的镜下 钾长石相对量,% O 5 l0 l5 2O 25 30 35 500 l 0H00 钾长石相对量,% 0 5 lO l5 2O 观察与统计分析t 】,油层巾 方解石、白云石含量一般比 水层低,存深层尤为明 (见 罔4和网5)。深部储层巾油 层和水层或油水层之间碳酸 l 500 墨2 000 2 500 3 000 3 5oo 盐矿物(尤其是白云石)存在 明 的差别.与原油充注而 导致碳酸盐矿物的沉淀作州 受到抑制有必然联系。存 4 O00 微镜下可以看到,在含油砂 (c,南带 (a)巾央隆起带 (b)北带 岩巾.碳酸盐胶结物的溶解 比较完整.致使整个岩层胶 罔3根据东营凹陷全岩X衍射分析得 的钾长石组成分布同 方解石相对量/% 0 l 0oo l 500 2 O0o 方解石相对量/% 0 l 000 ; 方解石相对量 0 l 000 1 500 20 40 60 80 100 结物分布松散状态,而不含 油层巾无论是原生孔隙还是 次生孑L隙往往均被方解石充 填。 3.1.4对伊利石生成的抑制 作用 2O 4O 60 80 100 20 40 60 80 100 。 ?一 l 500 + 0 + 2 000-毒 。。。 + + 。。。 2 500 氲2 500 3 O00 2 500 j 一 隧 目 二’ 3 000 烃类充注使成岩环境发 生 大变化,导致孔隙水中 3 5o0 4 0o0 3 000 一- s ~一 一 O △TIII】 Tnl 3 500 4 000 无机离子浓度降低,烃类流 体同时阻碍了矿物与离子之 (c)南带 3 500 一 一1 J (a)巾火隆起带 (b)北带 问的质量传递,伊利石生长 受到抑制,但是原油充注储 集层后并没有立刻导致伊利 石停止生长,而只是产生了 网4根据东营凹陷全岩X衍射分析得Ⅲ的方解石组成分布冈 白云石相对量,% 0 20 40 60 80 100 0 白云石相对量/% 20 40 60 8O IO0 0 1 000 白云石相对量,% 20 40 60 80 100 l 500 2 000 抑制作 }H。 蔡进功等研究了渤海湾 盆地东营凹陷含油层或富含 2 500 3 ooO 3 500 4 000 油层的伊利石含量变化特征 ( 图6),他们发现含油层 或富含油层的伊利石含量较 低.而含油级别较低的砂层 (c)南带 (a)巾央隆起带 (b)北带 (如油斑、油浸、油迹及水层) 巾伊利石含量要比富含油层 冈5 根据东营凹陷全岩X衍射分析得Ⅲ的白云石组成分布网 l86 商晓飞,孙希杰 有机流体充注对储层成岩作川的影响——以东营凹陷为例 木刊E—mail:bj1)@sxinfo.nel 科技论坛 伊/蒙混层相对量/% 0 50 伊利石相对量,% 50 伊蒙混层比/% 5O lo0 相当于孑L隙度为l0%的贞岩总孑L隙度体积的4.5%~5%,南此可 100 0 O lO0 000 l Oo0 l 0o0 500 l 5o0 l 5oo 000 2 000 2 000 三 500 2 500 2 500 000 3 000 3:Oo0 5o0 3 5o0 3 50o 000 4 000 4 oo0 500 4 500 4 500 L三J[三-j L 一j[三]L J已三 湘侵富含油龠油 油斑 油迹十层、水层 罔6东营凹陷北带黏土矿物随深度变化罔 稍微高一些。 烃类充注能改变孑L隙流体性质,使成岩环境发生变化,在含 油程度较高时伊利石生长受到抑制,而存烃类含量较低时,砂层 的成岩环境变化较小,伊利石能继续生长:但据部分井的资料分 析,2 500 m一3 500 nl深度范围内,随深度的变化,不同含油级别 储集层巾的伊利石含量都在增加,富含油层伊利石含量增幅相 对较小,其他含油级别的储集层巾伊利石相对含量的变化幅度 无较大差别。 3.2油气充注对深部孔隙的溶蚀改造 一般情况下,随着深度的增加,泥岩的压实速度是先快速递 减。后逐渐减慢.孑L隙度与深度函数关系变化平缓。然而,有时存一 定深度下这种关系却会偏离正常压实趋势,表现为孑L隙度比按正 常趋势推测的高(见图7)。造成深部孔隙度异常高的原『太l有多种, 其巾很重要的一个原 就是烃类充注携带的有机酸溶蚀改造原 生孑L隙,形成较好的次生孔隙。根据东营凹陷牛庄油田和胜坨油田 部分样品的分析结果,无论浅部或深部,凡是含油砂岩,其长石类 和碳酸盐类矿物的溶解都十分强烈,次生孑L隙很发育,而不含油的 砂岩,其矿物溶解及次生孑L隙发育一般较差;油层的方解石和 云 石含量一般比水层低,深层尤为明 … 。在 微镜下,可』JLL含浦 砂岩的碳酸盐胶结物溶解往往比较完全,而不含油砂岩的原生孔 隙和次生孑L隙均有不同程度的方解石充填。 泥岩孔隙度 深 度 罔7深度与泥岩孑L隙度对数坐标罔 3.3烃类充注削弱压实作用 烃类充注对压实作川的缓冲表现在烃类充注后引起的压力 变化上。首先,十酪根成熟后生成大量石油、天然气和水,它们的 体积大大超过原十酪根本身的体积。Harwood L…计算过,有机碳 含量为1%的烃源 ,所生流体体积的净增率大约是0.12-0.I6。 大大增加孑L隙流体压力。随着烃类的充注,这些超强压力也同时 传递到储集层,这无疑增加了对压实作.LH的抵抗能力。 其次,生成的烃类和水使地层叶I单相流动变成多相流动. Chapman指flI:烃类从地层巾析….可能会降低泥质岩对水的 有效渗透率.从而导致孑L隙流体排fII速率降低。这是 为地层 孑L隙流体南单相流动变为多相流动时,两种流体渗透率之和降 低到单相流动时的1/10,结果导致流体排小受阻,存储集层或 者烃源岩巾形成超压。超 系统的彤成和发育,大大减弱了正 常压实作JL}J对深部地层的影响,使深部地层巾一部分原生孔隙 保存了下来,这些保存下来的孑L隙为烃类流体提供了储存空 间。当烃类储存达到一定规模时,有机酸也达到相当的量,就开 始溶蚀长石、方解石、自云石等碳酸盐矿物,彤成大量的次生孑L 隙。 4结论 (1)溶解态有机酸可以在矿物成岩过程巾发挥重要作用,溶 液巾可溶性有机质能够 著影响碳酸盐和销硅酸盐的稳定性, 从而影响矿物存地层水巾的溶解度。 (2)油气充注对成岩作川的影响有3个方面:抑制石英和伊 利石的胶结作川;油气巾所有机酸对深部孑L隙的溶蚀改造作/41; ?'南气超压对压实的缓冲作川。这3个方面实质上都为深部油气 成藏改善了储层基础,对深部油气勘探具有非常现实的意义。 (3)有机质脱羧产生的有机酸和二氧化碳酸性水是次生孔隙 主要形成机理,有机流体的注入抑制胶结作用、溶蚀深部孔隙等 这些都对次生孑L隙有着积极贡献,为储层次生孑L隙的预测提供 依据。 参考文献 [1]张枝焕,常象春.曾溅辉,等.东营凹陷青近系流体一岩石相 互作川研究[J].沉积学报,2000,4(18):560—565. [2]蔡进功.张枝焕,朱筱敏,等.东营凹陷烃类充注与储集层化 学成岩作 L}j[J]_石油勘探与开发,2003,30(3):79—83. [3] Marchand A M E,Smalley P C,Haseldine R S,et a1.Note on the importance of hydrocarbon fill for reservoir quality prediction in sandstoneslJ J.AAPG Bulletin,2002,86(9):1561—1571. [4]祖小京,妥进才,张明峰,等.矿物在油气形成过程巾的作川 [J].沉积学报,2007,25(2):298—305. [5]蔡进功.济阳坳陷深层砂岩成岩作川及孑L隙演化[J].石油与 天然气地质,2002,23(1):84—88. 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[10]刘林玉,陈刚.棚J益群,等.碎幅 储集层溶蚀型次生孑L隙 发育的影响 素分析[J].沉积学报,l998,16(2):97—101. [1 I] R Jonk,A Hurst,D Duranti,et a1.Origin alia timing of sand injection.petroleum migration,and diagenesis in l’ertiary reser ̄ oirs, 第一作者简介:商晓飞,男,1986年生,2008年毕业于山东 科技大学,现为山东科技大学研究生院2008级存凑硕十研究 生,山东省青岛市经济技术开发 前湾路579号山东科技大学 研究生院硕研08级第8班,266510. The Influences of Organic Liquid’S Filling on Reservoir Diagenesis ——Takjng Dongying Sag as aN Example SHANG Xiao—fei,SUN Xi-jie ABSTRACT:The prediction of reservoiI’’S seconda1-y porosity is a key prohlem in petroleum geological research.Taking .the eharacteristics of diagenetic evolution of Dongying Sag reservoir as an example,this paper analyzes the organic liquid, one of the dominative factors influencing the r( ̄scrvoil’diagenesis,finds out that thc variation of pore fluid properties is the root cause of mineral changes,in which the organic liquid in the pore plays a key J’ole,and I)ased on this,points out that the influences of the filling of oil an(t gas include mainly three aspects:the function of restraining the cementation of quartz and illite,the function of transforming the currosion of organic acids in oil and gas on the;deep pores,anti the function of buffering the compaction caused I)y over-presstn'c(t oil all(/gas. KEY WORDS:reservoir diagenesis;orgmtic liquid;filling of oil all(t gas;Dongying Sag lR8 

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