鄂尔多斯盆地延安气田山西组致密砂岩储层天然气充注模拟实验及含气性变化规律

致密砂岩气是当前非常规油气勘探开发的重点。为了弄清不同类型致密砂岩储层中天然气的充注特征和含气性变化规律,选取鄂尔多斯盆地延安气田山西组12个砂岩样品,依据岩性、物性和孔隙类型将其划分为3类,并分别开展了不同渗透率、不同充注流速和不同充注压差下的天然气充注模拟实验。结果表明,物性较好致密砂岩的中孔隙对含气饱和度的贡献大于小孔隙,而超低孔渗致密砂岩的小孔隙对含气饱和度的贡献大于中孔隙。临界注入压力是岩石的固有属性,不随流速的变化而变化,含气饱和度与流速成正比关系,流速越快,含气饱和度越高。充注压差越大,气体突破时间越短,含气饱和度就越高,随着充注时间增加,含气饱和度变化很小,最终趋于某一恒定值,即岩心束缚水状态下的含气饱和度。该研究能够为延安气田致密砂岩储层的物性下限分析和运移机理探讨提供实验基础和理论依据。     

基于孔隙网络模拟的致密砂岩气充注与微观气水赋存特征

中国致密砂岩气资源丰富,勘探潜力大,但已有的开发实践证实开发面临巨大挑战。为了从微观角度深入认识致密砂岩气成藏机理,气水分布,提高致密砂岩气采收率,基于孔隙网络模型,开展了致密砂岩气充注数值模拟研究,探讨了微观尺度下致密砂岩气充注机制,并分析了充注过程中气水的赋存特征,建立了不同温度压力条件下毛细管力学模型,指出了不同地质条件下含气性差异与变化的特征。研究结果表明：(1)毛细管压力是孔隙内流体与孔隙壁面之间的分子间相互作用力的宏观表达,相较常温常压,在高温高压地层中毛细管压力更小,成藏下限可能更低;(2)由于孔隙结构的非均质性特征,并非所有大孔隙都被天然气充注,与小孔隙或者窄喉道相连的大孔隙可能无法被充注而呈现局部高含水特征,开发过程中,这部分水作为自由水被产出;(3)孔隙网络模拟揭示了岩心尺度上的致密砂岩微观含气性增长机制与气水分布形成过程,有利于深入认识致密油气成藏机理,以及气水分布。结论认为,基于孔隙网络充注模拟技术,在实验室条件下揭示了微观气水分布形成过程和致密砂岩气充注机理,对指导致密砂岩气开发具有重要指导和借鉴意义。     

致密砂岩石油充注孔喉下限探讨——以鄂尔多斯盆地延安地区长6砂岩为例

致密砂岩石油充注孔喉下限值的确定对于完善致密油成藏机理及增加后备地质储量具有重要意义。以往对这个问题研究存在很大争议。本次基于延安地区长6致密砂岩微观孔喉特征,优选含油产状和最小有效孔喉2种方法,综合确定长6砂岩石油充注孔喉直径下限值为150nm。     

鄂尔多斯盆地富县地区长8层段致密砂岩储层特征及充注下限

石油充注下限是致密油成藏研究的基础。鄂尔多斯盆地富县地区长8层段致密砂岩储层微观结构十分复杂,储层微观结构是影响石油充注的关键。利用场发射扫描电镜和CT方法定量研究致密砂岩储层孔隙-喉道特征;采用力学方法、录井分析法以及有效孔喉法综合分析致密储层充注物性下限与充注孔喉下限。研究结果表明,致密储层孔隙大小以纳米和亚微米级为主,孔隙平均半径为1.2 μm,喉道平均半径为0.1 μm,属于细孔-微细喉储层。经计算,长8致密砂岩储层孔隙度充注下限为4.5%,渗透率充注下限为0.04×10^-3 μm²,源储界面储层孔喉充注直径下限为15.77 nm,储层内部孔喉充注直径下限为24 nm。综合分析认为油气能充注纳米级孔,根据压实及胶结程度由弱至强,最终石油分别以油珠状、喉道状和薄膜式赋存。     

致密砂岩气充注机制及成藏富集规律

致密砂岩气资源量潜力巨大,已成为全球非常规天然气勘探的重点领域。根据成藏期储层物性控制成藏机理,可将致密砂岩气藏划分为先成藏后致密型、先致密后成藏型和复合型3种类型。致密深盆气藏具有近源运聚、持续充注、非达西渗流的特征,成藏动力主要是超压压差和源储压差,含气性受充注压力、储层物性、非均质性和渗透率级变系数的共同控制,特殊的"动力圈闭"成藏机制决定了其成藏过程的多阶段性及复杂的气水分布关系。致密砂岩气大规模富集成藏需要具备大面积高丰度的烃源岩、与源岩紧密接触的大面积非均质致密储层、区域性盖层及平缓的构造背景4个条件。     

四川公山庙油田致密砂岩油充注孔喉下限探讨及应用

准确确定致密砂岩油充注孔喉下限有助于正确认识致密油成藏。对四川公山庙油田致密砂岩油充注孔喉下限进行理论推导和实验测试。源储界面致密油充注受生烃增压作用明显,基于流体力学作用间平衡关系和油藏实际参数,理论推导源储界面充注孔喉直径下限为29.06nm;储层内部充注力学机制与源储界面不同,生烃增压对流体充注的直接作用较弱,界面的力学推导过程不适用,而通过对实际砂岩样品进行环境扫描与能谱联测的方法确定储层内部的孔喉直径下限为59.66nm。结合致密砂岩储层压汞分析,应用充注孔喉下限确定源储界面附近的含油饱和度为69.5%;储层内部的含油饱和度为60.4%。含油饱和度预测值与公山庙油田致密砂岩实测含油饱和度相一致,对不同部位的孔喉下限的研究结果可为致密砂岩油分布规律和目标评价提供理论依据和预测方法。     

元坝地区须二下亚段砂岩储层致密化与天然气充注关系

文中基于铸体薄片、阴极发光、扫描电镜及流体包裹体等分析测试方法,对元坝地区须二下亚段储层特征、致密化过程、天然气充注时间与期次等进行研究,探讨了绿泥石衬里岩屑砂岩和强压实岩屑砂岩2种砂岩储层致密化与天然气充注的时间匹配关系。研究结果表明：须二下亚段储层属于致密砂岩储层,储集空间以残余粒间孔为主,压实作用是储层致密化的主要原因;绿泥石衬里岩屑砂岩由于绿泥石膜的保孔作用,储层致密化时间相比强压实岩屑砂岩较晚;结合天然气充注史与储层致密史,绿泥石衬里岩屑砂岩具有边致密边成藏的特征,强压实岩屑砂岩具有先致密后成藏的特征。该研究对明确该地区天然气成藏机理及富集规律具有重要意义。     

砂岩储层致密化及其与油气充注成藏的耦合关系——以鄂尔多斯盆地延安气田上古生界为例

针对鄂尔多斯盆地延安气田上古生界致密砂岩储层,文中采用薄片鉴定、扫描电镜分析及流体包裹体测试等方法,开展储层特征、天然气成藏期次等研究,恢复孔隙度演化过程,讨论了各类砂岩储层致密化与油气充注成藏的耦合关系。研究表明：在早成岩阶段,凝灰质石英砂岩、高塑性岩屑砂岩及钙质胶结砂岩已演变为特低孔岩石,平均孔隙度为8%,不发生烃类充注,之后持续保持致密状态。石英砂岩、低脆性石英砂岩经历了早成岩机械压实、溶蚀及高岭石胶结作用,在第1期烃类充注时,平均孔隙度为23%,随后在石英压溶和胶结作用下孔隙度继续减小;在第2期大量烃类充注时,平均孔隙度为18%,随着烃类不断充注,储层越来越致密。因此,石英砂岩和低脆性石英砂岩储层在早期成藏阶段孔渗条件较好,且至成藏晚期储层致密化过程中仍发生广泛的油气充注,其致密化过程与油气充注成藏的耦合关系为“边成藏边致密化”。     

鄂尔多斯盆地中生界延长组低渗透致密油藏充注模式测井识别

油藏充注模式是指从烃源岩生成的原油,在驱动力作用下向储集层选择性持续注入形成油藏的过程。油藏充注模式与油源条件、储层物性、成藏动力三者耦合有关。鄂尔多斯盆地中生界延长组发育典型低渗透-致密砂岩油藏和低幅度构造-岩性油藏。根据源储配置关系、砂体充满度和最大有效含油体积的相对高低,将油藏充注模式划分为过充注、正常充注和欠充注3种类型。分析了不同充注模式油藏形成的原因及含油性、有效储层下限变化规律。针对不同充注模式油藏建立了解释结论序列和针对性测井解释方法,大幅度提高了低渗透-致密储层的测井判识能力。     

低孔渗砂岩石油充注临界条件实验——以西峰油田为例

低孔渗砂岩体油藏在中国油气资源勘探中具有十分重要的地位,但不是所有砂岩体都能成藏,只有达到成藏临界条件的砂岩体才能成藏。现今低孔渗砂岩体物性及流体动力条件不能反映成藏期物性和动力条件,因此,研究成藏临界条件具有非常重要的意义。砂岩样品双轴承压充注实验模拟地层条件下石油充注临界条件,证实了石油充注受临界物性和临界注入压差双重控制。首先,通过测定不同物性样品在不同围压和轴压下的临界注入压差,确定出研究区延长组8段（简称长8段）储层临界孔隙度约为10%,低于该临界值则无论流体压差多高均难以使石油注入砂岩样品。其次,编制多样品临界注入压差随埋深变化曲线,发现物性与临界注入压差具有相互耦合关系。最后,建立了石油充注物性-临界注入压差成藏解释图版,成藏期孔隙度大于10%为有效储层,否则为无效储层。并以研究区典型井为例,较好地解释了长8段砂岩体的成藏过程,该解释图版可作为钻前成藏预测的新方法。     

齐古断褶带八道湾组砂岩储集层致密化—油气充注时序

为明确准噶尔盆地南缘齐古断褶带下侏罗统八道湾组砂岩储集层致密化及油气充注过程,综合应用铸体薄片图像分析、X射线衍射、场发射扫描电镜观察、流体包裹体分析等方法,结合烃源岩生烃和排烃史、地层埋藏史和热史模拟,对砂岩储集层的致密化过程以及孔隙演化史进行恢复,同时与油气充注史结合,探讨砂岩储集层致密化—油气充注时序对油藏类型的影响。结果表明,齐古断褶带八道湾组致密砂岩主要包括4个成岩相:石英次生加大—溶蚀相、杂基—强压实相、碳酸盐矿物胶结相和自生黏土矿物胶结相,其中石英次生加大—溶蚀相具有较好孔渗条件。储集层致密化原因主要是杂基含量高、碳酸盐矿物胶结严重、溶蚀改造作用有限以及自生黏土矿物堵塞孔隙。此外,齐古断褶带八道湾组致密砂岩属于“先致密后成藏”型储集层,经历了3期油气充注:第1期低成熟度原油充注时,大部分砂岩储集层已进入致密砂岩储集层界限,在超压作用下第2期低成熟度原油和第3期高成熟度油气沿着齐古北断裂充注于致密砂岩中并聚集成藏。新近纪末期,齐古背斜核部开始剥蚀导致剩余压力大幅度减小,油气发生逸散,古油藏经历构造调整后形成小规模致密油气藏。该成藏过程指示齐古背斜高部位以及第2排和第3排构造带处所发育的圈闭油气勘探潜力大。     

透镜状砂岩体阶段式充注机理研究

为了更好地研究和探讨透镜状砂岩体阶段式充注机理，文章提出了借助于油藏开发中常用的毛管压力曲线进行研究的一种方法。从毛管压力曲线用途及曲线方法本身特点出发，对透镜状砂岩体阶段式充注机理以及与孔喉结构的关系进行详细探讨。     

致密储集层原油充注物理模拟——以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组为例

选取准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密储集层岩心样品,进行原油充注物理模拟实验,研究致密储集层中原油的运移渗流规律及影响因素,分析致密油运聚特征和成藏下限条件。致密储集层内原油充注具有启动压力梯度与临界压力梯度两个具有界限特征的压力梯度点,存在低速非线性渗流和拟线性渗流两种特征;芦草沟组致密储集层原油充注过程中含油饱和度的增长过程可以分为跳跃增长型、快速增长型、平稳增长型3种类型,快速增长型样品所达到的最大含油饱和度最高,其次为平稳增长型,跳跃增长型最低;含油饱和度的增长受到孔隙度、渗透率、原油黏度、驱替压力梯度耦合控制,各要素相互影响、相互补偿。绘制的致密储集层原油聚集成藏判定图版显示,只有压力梯度突破临界压力梯度进入拟线性渗流区后,才能达到致密储集层含油饱和度为30%的下限值。稳定的致密储集层很难实现油气的先致密后成藏,而常规储集层油气充注后地层压实胶结与矿物次生加大胶结可能是形成致密油,并具有较高含油饱和度的原因。     

致密砂岩储层油充注下限综合确定方法及其应用——以鄂尔多斯盆地马岭地区长8油藏为例

致密砂岩储层束缚水饱和度高、束缚水膜厚度相对较厚,实验条件过于理想,使得计算孔喉半径下限不能代表真实储层孔喉半径下限,制约了致密油生产开发。利用高压压汞、核磁共振以及录井、试油等多种资料,求取储层条件下束缚水膜厚度,对比实验与储层条件的差异,综合确定致密砂岩储层条件下的充注下限,并结合生产资料对求取结果进行验证。结果表明:研究区储层束缚水膜厚度为9.88～95.98 nm,平均为58 nm,综合确定长8储层孔隙度下限为6.35%,渗透率下限为0.049 1×10~(-3)μm~2,孔喉半径下限为0.077μm,求取结果与实际生产资料相吻合。该研究考虑了束缚水膜对储层充注下限的影响,对传统方法进行了修正,计算结果更加符合实际储层的充注条件,为致密油生产开发方案制定提供了可靠依据。     

吸附水膜厚度确定致密油储层物性下限新方法——以辽河油田大民屯凹陷为例

伴随着致密油开采工艺技术的提高,其储层的可采物性下限也正逐渐降低,开采极限越来越接近致密油的成藏物性下限。引用水膜厚度理论,采用实验分析和理论计算相结合的方法,确定了辽河油田大民屯凹陷致密油储层物性下限。研究表明：大民屯凹陷沙河街组四段致密储层以油页岩为主,在相同地质条件下颗粒表面吸附的一层水膜（由强结合水和弱结合水组成）与储层喉道同处纳米级别。当喉道半径小于水膜厚度,相应孔喉及其所控制的微小孔隙则被束缚水所饱和;当喉道半径大于水膜厚度,喉道才能成为致密油有效的充注通道。通过对水膜厚度的受力分析,根据力平衡关系,可建立不同地层压力下水膜厚度与喉道半径的关系,进而求取致密油充注的临界喉道半径。通过借鉴土壤学中水膜厚度与孔隙度、比表面积及束缚水饱和度关系,又可把临界喉道半径下限值转化为适用范围更广的孔隙度下限值。该方法不仅理论依据强,又有实验数据支撑,具有一定的推广性。     

四川盆地元坝_通南巴地区须家河组致密砂岩储层成岩—成藏耦合关系

储层致密期与天然气充注期的关系是致密砂岩气成藏机理及富集规律研究中尚未得到很好解决的关键问题。主要基于对四川盆地元坝_通南巴地区须家河组致密砂岩成岩演化史、天然气充注历史和致密砂岩储层有机_无机水岩相互作用序列的分析,总结了四川盆地元坝_通南巴地区须家河组致密砂岩储层致密化机理,厘定了储层致密期与天然气成藏期的关系。指出早期强的压实作用使储层物性大幅降低及其导致的半封闭_封闭成岩流体系统是致密储层形成的主要原因。后期半封闭_封闭成岩流体系统中,流体流通不畅,溶蚀作用产物迁移受阻,以就地沉淀形成胶结物为主,堵塞溶蚀孔隙和剩余原生孔隙,溶蚀作用越强胶结物含量也越高,从而使储层进一步致密化。须家河组烃源岩生排烃史和储层流体包裹体特征研究表明,天然气的充注发生在中侏罗世_早白垩世,以早白垩世为主。综合储层致密史、天然气充注史和有机_无机水岩相互作用序列分析认为天然气充注时储层已经致密,具有储层先致密天然气后成藏的特征。     

东海盆地西湖凹陷花港组储层孔隙演化与油气充注关系

采用岩石薄片鉴定、扫描电镜、电子探针、流体包裹体分析等测试技术,在储层基本特征分析基础之上,结合埋藏史、热演化史,利用孔隙恢复定量计算方法,对东海盆地西湖凹陷中央反转构造带中北部渐新统花港组致密砂岩储层的孔隙演化进行系统恢复,并探讨了孔隙演化与油气充注关系。研究表明,花港组储层孔隙演化主要经历了早成岩B期末的14.28%,中成岩A期末的10.35%,中成岩B期的8.75%。伴随储层成岩-孔隙演化,花港组储层先后接受了3期油气充注。第一、二期（19~17 Ma和17~9 Ma）油气充注发生于储层尚未致密的中成岩A期末以前,尽管其成藏意义不大,但充注带入的有机酸性流体却对储层物性改善起到了关键性作用,为后续油气充注提供了有利条件。第三期（7~0 Ma）大规模油气充注发生于储层逐渐致密化的中成岩A期末-中成岩B期,主要充注对象为埋深较浅且尚未完全致密化的花港组H3小层。因此,H3小层是现今花港组在总体致密化背景下相对最为有利的油气勘探目标。     

渤中凹陷深层砂砾岩气藏油气充注与储层致密化

渤海湾盆地渤中凹陷砂砾岩储层致密化成因及其与晚期油气侵位的关系一直没有得到合理地解释。为此,以渤中凹陷西南部地区古近系砂砾岩气藏为研究对象,利用物性、热史、包裹体等分析资料,确定油气首次成藏时间、划分油气充注期次、恢复成藏期储层物性,进而模拟压实作用对储层的影响,并结合包裹体、铸体、扫描电镜、X射线衍射等实验手段明确油气侵位关系,分析石英加大、黏土矿物转化、碳酸盐胶结等关键致密化作用发生的序列,探究储层致密化作用机理及其与油气充注的关系。研究结果表明:①该区深层砂砾岩油气充注至少可分为3期,早期包裹体为重质油,晚期包裹体气油比高;②首次油气充注期为距今5Ma,储层埋深介于2500～2800m,以中孔、中渗储层为主,储集物性较好,成藏后盆地快速沉降、充填,上覆地层增加厚度超过1 000 m;③首次油气充注后砂砾岩进入成岩快速演化期,埋深介于2 500～3 200 m,是砂砾岩快速压实阶段,石英加大在油气充注后经历了两期强烈发育,减孔作用明显,压实减孔作用是储层致密化的重要机制;④埋深介于2 500～3 500 m为该区黏土矿物快速转化区间,花状及丝发状伊利石极其发育,对渗透率的大小产生了决定性的影响;⑤铁方解石及铁白云石沉淀于石英加大之后,使储层进一步致密化,以残余孔隙为主。结论认为,该区古近系砂砾岩气藏具有先成藏后致密的特点,尽管油气充注对储层成岩具有抑制作用,但后者仍然会导致储层的致密化。     

松辽盆地长岭断陷不同次级构造带致密砂岩气形成过程差异

以松辽盆地长岭断陷下白垩统登娄库组致密砂岩气为研究对象,基于致密砂岩气基本特征,对中央深凹带、东部斜坡带和东部构造带典型致密砂岩气地层埋藏史、烃源岩热演化及生烃史、成藏期次和储集层孔隙度演化史4个方面进行精细动态解剖,明确了长岭断陷不同次级构造带致密砂岩气形成过程及差异,并探讨了不同次级构造带源储耦合关系,进而指出有利勘探区带。长岭断陷东部构造带烃源岩质量和储集层物性最好,且登娄库组致密砂岩成藏时间最早,表现为一期成藏,成藏时储集层未致密;东部斜坡带成藏时间较晚,表现为一期成藏且具有两次充注峰期,第1次充注峰期时储集层未致密,第2次充注峰期时储集层已致密;中央深凹带成藏时间最晚,表现为一期成藏,成藏时储集层已致密。研究表明东部构造带源储耦合关系最好,是该区致密砂岩气最有利勘探区带。     

鄂尔多斯盆地东南缘上古生界天然气成藏特征

在总结前人关于鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气成藏特征的基础上,总结了致密砂岩气特有的成藏特征,明确了其成藏的主控因素。结果表明:1盆地东南缘沉积环境有利、生储盖组合良好,具备成藏的基本条件;2致密砂岩气甜点区与下部山西组煤层气富集高产区相重合;3致密砂岩储层物性和保存条件是成藏的主控因素,前者决定了在相同充注强度下能否成为有效储层,后者决定了早期形成的气藏能否保存至今。鄂东盆地东南缘致密砂岩气成藏特征及主控因素的研究,为该地区下一步天然气的整体勘探开发奠定了基础。