超深层灰岩盖层的脆—韧性——以四川盆地元坝气藏为例

中国含油气盆地超深层广泛发育灰岩,灰岩的主要矿物成分是方解石,其特殊的晶体结构决定了其在超深层具有很强的塑性和韧性。在小变形作用下,灰岩不容易发生断裂。灰岩尤其是泥灰岩,因其较低的孔隙度和渗透率也可以作为盖层。四川盆地元坝气藏埋深超过6 500 m,储气规模大,其盖层和保存条件一直备受关注。下三叠统膏盐岩作为元坝气藏的区域性盖层得到普遍认可,但是飞仙关组灰岩作为其直接盖层尚存争议。在岩心观察、岩石力学参数测试、地质资料分析的基础上,从脆—韧性的角度分析飞仙关组灰岩作为盖层的完整性。飞仙关组灰岩在生气高峰期及之后,韧性显著提高,力学性质处于韧性阶段,不易发生破裂,能够保持岩层完整性,从而成为二叠系长兴组白云岩储层的良好盖层。该实例说明,灰岩在超深层可以作为盖层,对碳酸盐岩区的油气勘探具有重要意义。     

深层-超深层碳酸盐岩储层理论技术进展与攻关方向

中国碳酸盐岩油气勘探不断向深层和超深层推进,发现了越来越多的油气资源,成为世界超深层领域油气勘探开发最活跃的地区.围绕深层-超深层碳酸盐岩储集体成因机理、地质模式、地球物理预测和储层精细建模等方面,取得了重要进展.在深层优质碳酸盐岩储集体的成因研究上初步形成了一些共识:原始高能相带和早期白云岩化作用是优质储集体发育的基...     

南堡凹陷下古生界碳酸盐岩储层溶解动力学的试验模拟

为了比较南堡凹陷下古生界碳酸盐岩地层的溶蚀差异,寻找良好的储集空间,通过高温高压下碳酸盐岩与乙酸介质反应的溶解动力学试验,揭示碳酸盐岩储层的埋藏溶蚀特征。结果表明,溶解速率较快的为冶里组竹叶状灰岩、马家沟组生屑灰岩,其次为凤山组细晶白云岩和张夏组砂屑灰岩,溶解速率最慢的为马家沟组泥粒灰岩。张夏组鲕粒灰岩、俯君山组白云岩随温度变化比较为显著,特别是在高温高压下,其溶解速率快速增大。引起溶蚀差异的原因,除温压外,主要为岩石结构和化学成分,特别是MgCO3和硅铝酸盐杂质含量。由此推测,南堡凹陷冶里组、张夏组、凤山组以及马家沟组生屑灰岩段可能具有良好的储集性能;俯君山组经过深埋溶蚀改造作用后,储集空间可能比较发育。     

高温高压条件下碳酸盐岩溶蚀过程控制因素

近年来的油气勘探实践表明深层-超深层碳酸盐岩具有良好的勘探潜力,地层深部碳酸盐岩储层溶解-沉淀过程是制约深层-超深层碳酸盐岩优质储层预测的关键科学问题,对于该过程的研究有助于深入了解油气储集空间孔隙发育机理。通过开展溶蚀-沉淀模拟实验,利用岩相学和地球化学相结合的分析手段查明常温常压到高温高压条件下（~200℃~70 MPa）温度、压力、水岩比、溶液离子等因素对碳酸盐岩溶解-沉淀过程的影响程度和作用机制。实验得到开放系统碳酸盐岩溶蚀窗温度范围为75~150℃,间歇性开放系统碳酸盐岩溶蚀窗温度范围为120~175℃。在开放系统,0.3% CO₂溶液中,方解石溶蚀率明显高于白云石。在半开放系统,0.3% CO₂溶液中,云质灰岩溶蚀率最高。在开放系统,稀硫酸流体中,当温度超过175℃时白云岩溶蚀量超过灰岩,高温条件下硫酸根离子和矿物晶体表面阳离子的络合过程促进了白云岩的溶解。     

一种新型圈闭：断控缝洞型圈闭

近年来,中国石化西北油田分公司在塔里木盆地顺托果勒低隆起超深层碳酸盐岩中发现了10×10⁸ t级油气田——顺北油气田。顺北油气田的圈闭为新发现的断控缝洞型圈闭。在走滑断裂作用下,顺北地区中-下奥陶统碳酸盐岩地层因构造破裂产生了大量裂缝、孔洞与洞穴,形成了沿走滑断裂带展布的碳酸盐岩缝洞型储集体。这些储集体在上覆泥质岩区域盖层和致密碳酸盐岩局部盖层封挡条件下,形成了断控缝洞型圈闭。根据走滑断裂构造样式、破碎程度和内部储层分布特征等控制因素分析,将断控缝洞型圈闭划分为压扭型、平移型、张扭型及复合型等4个亚类。断控缝洞型圈闭的发现进一步丰富了海相碳酸盐岩油气成藏理论,为深层-超深层碳酸盐岩领域油气勘探开发提供了科学依据。     

塔里木盆地古生代海相碳酸盐岩储集岩特征

通过对塔里木盆地古生代碳酸盐岩储集岩的勘探和研究,较系统地阐述了储集岩类型、储集空间类型、储集性能以及碳酸盐岩成岩作用等,并进行了评价。塔里木盆地古生代碳酸盐岩储集岩类型主要有古岩溶风化壳型、礁滩型、鲕粒滩型及白云岩型4类。5期构造运动形成了5期古岩溶储集体,即下寒武统—上震旦统、中奥陶统—上奥陶统、志留系—奥陶系、石炭系与下伏地层、三叠系—前三叠系之间的古岩溶。碳酸盐岩储集空间类型主要分为孔隙—孔洞和裂缝2大类型。孔隙-孔洞包括微孔隙、晶间孔隙、溶蚀孔隙和溶蚀孔洞;裂缝主要有成岩裂缝、与区域构造有关的裂缝、与褶皱有关的裂缝、与断裂有关的裂缝、与深部地层负荷和孔隙压力有关的裂缝等。碳酸盐岩储层主要成岩作用有压实、压溶、胶结、白云化、重结晶、硅化和溶蚀等。储集岩主要有白云岩和灰岩2大类,白云岩以裂缝-孔洞型为主,而灰岩主要为裂缝型,仅有少量孔洞-裂缝型及裂缝-溶洞型,因此白云岩储层的储集性能明显好于灰岩。      

碳酸盐岩溶蚀规律与孔隙演化实验研究

通过流体在岩石内部孔隙中运移与反应的实验方式,开展0.2%乙酸与4种类型碳酸盐岩的溶蚀实验,对溶蚀作用的控制因素及溶蚀效应进行研究。结果显示碳酸盐岩溶蚀量与温度呈反比、与压力成正比,且温度效应大于压力效应,因此浅埋藏低温环境是碳酸盐岩规模溶孔形成的有利条件。定量对比溶蚀前后孔隙体积和渗透率的变化,以及岩石内部孔隙演化,指出孔隙结构明显控制碳酸盐岩溶蚀效应和溶孔演化。孔隙型白云岩的孔隙分布具均质性,经历溶蚀后,孔隙体积和渗透率相应增加,且增加的是基质孔隙,储集空间类型保持为孔隙型;孔隙型灰岩由于初始孔隙和组构非均质性强,溶蚀导致孔隙体积和渗透率增加均较显著,但增加的是裂缝型孔隙,储集空间类型演化为缝洞型;溶蚀对裂缝-孔隙型白云岩和裂缝型灰岩的渗透率改善显著,渗透率增加2~3个数量级,且主要增加沿溶缝发育的孔(洞),储集空间类型演化为缝洞型。     

深埋优质白云岩储集层发育的主控因素与勘探意义

白云岩是碳酸盐岩油气藏的重要储集层类型,确定优质白云岩储集层发育的主控因素及相应的地质背景对于指导白云岩油气勘探具有重要的现实意义。实践证明,原岩类型和白云石化作用机制是控制白云岩基质孔隙发育程度的主要因素;后期各类岩溶作用的改造对于优质白云岩储集层的形成尤为关键。白云岩成岩作用研究表明,在深埋条件下,白云岩既可发育大量晶间孔,又易形成溶蚀孔洞,孔洞形成后保存情况良好,有效储集空间的发育不明显受白云岩埋藏深度的制约,深埋的白云岩仍可具备优越的储集物性而成为优质储集层。由高能相带沉积物转变形成的埋藏成因白云岩、热液成因白云岩以及构造活动和水-岩作用活跃地区的白云岩是潜在的优质储集层和深部碳酸盐岩油气勘探的重点目标。图8参45     

中国深层油气成藏条件与勘探潜力

随着油气钻探技术的提高和勘探工作的不断深入,深层油气勘探愈来愈被重视,深层将可能成为未来储量增长的重要接替领域。对中国7000m以下深井的钻探资料和深层油气地质资料分析表明,烃源岩的生烃深度下限范围可能较大,高过熟阶段的烃源岩生烃潜力依然存在。深部各类有效储集体的保存深度下限可能下移,以发育裂缝型储集体为主,油气藏类型主要包括早期成藏-后期深埋型、储层深埋后晚期成藏型和多期充注成藏型。早期成藏可以抑制深埋过程中岩石孔隙的萎缩,埋深大于6000m的油藏以裂缝型储集体占优势,断裂带附近裂缝型储集体更为发育,断裂通常是晚期成藏型油气藏的重要输导通道。断裂带附近油气富集程度较高,油气多期充注作用和强烈充注作用往往能提高油气藏的储量丰度。因此,中国中、西部盆地7000m以下层系成藏条件较好,油气资源潜力可观。     

油气藏盖层封闭性研究现状及未来发展趋势

盖层直接决定了油气富集规模,大中型油气田盖层岩性主要为泥岩、膏盐岩和碳酸盐岩。近几十年来,盖层封闭性研究在封闭机理与评价方法方面取得了很大进展。不同学者先后提出了毛细管封闭、水力封闭、超压封闭和烃浓度封闭机理,针对不同封闭机理建立了盖层封闭性评价行业标准,在区带评价和勘探目标选择过程中起到重要的指导作用。传统盖层封闭性主要是静态评价,经历多期埋藏-抬升的盖层封闭能力是变化的。金之钧等建立了盖层封闭能力动态演化过程定量评价方法,利用埋藏过程孔隙度-毛细管压力、抬升过程渗透率-毛细管压力关系和OCR定量预测盖层毛细管封闭能力变化过程,为多期构造演化盆地油气富集规律研究提供了合理依据。基于对以上机理和方法的研究,指出断层、构造裂缝和水力裂缝是盖层完整性破坏的关键因素,明确了油气穿越盖层运移条件,为寻找次生油藏提供了思路。断裂和裂缝形成演化过程及其对盖层完整性破坏取决于盖层岩石力学特征,即盖层脆-韧性变形,基于泥岩密度和岩石力学特征建立了泥质岩脆-韧性变形转换判别方法;基于拜尔利摩擦定律和盖茨准则建立了膏盐岩脆-韧性变形转换判别方法,明确了断裂和裂缝在脆性、脆-韧性和韧性盖层中形成演化机理和对盖层破坏作用。现今,盖层封闭性仍有许多问题需要深入探索,包括不同级别盖层对油气保存的影响,宏观地质因素对盖层封闭能力的影响,泥页岩岩石成岩阶段划分及封闭能力动态演化过程,盖层脆-韧性转化及破裂条件定量表征,深层断层对油气输导和保存,盖层完整性定量评价方法等。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下深层储层特征及主控因素

鄂尔多斯盆地奥陶系盐下深层白云岩储层近年来取得较好的勘探效果,具有一定勘探前景。综合运用岩心观察、铸体薄片、扫描电镜、物性分析、压汞等资料,对盆地中东部奥陶系盐下深层马家沟组马三段、马四段储层特征及其发育的主控因素展开研究。结果表明：马三段储层以海退蒸发环境的含膏云岩为主,马四段储层以海侵环境的灰质云岩、粉—细晶云岩为主;马四段、马三段主要储集空间类型分别为溶孔（溶洞）、晶间孔、晶间溶孔、微裂隙;微裂隙、膏模孔、溶孔和粒间孔;孔隙结构复杂,毛管压力曲线形态可划分为溶孔型、晶间（溶）孔型、微裂隙型和微孔型4种类型;现有资料显示马三段—马四段平均孔隙度分别为2.1%和2.3%,平均渗透率分别为0.19×10^-3 μm²和0.22×10^-3 μm²。中央古隆起、乌审旗—靖边次级古隆起以及神木—子洲低隆带控制了马三段—马四段沉积相带及有利岩相分布;沉积微相控制岩石原始沉积组构,一定程度影响储层物性,砂屑云岩、晶粒云岩及膏质云岩的储层物性通常相对较好;此外,成岩作用也是控制盐下储层发育的关键因素,多种成因机制下的白云化作用是晶间孔形成的主要方式,表生成岩环境及埋藏成岩环境下的溶蚀作用控制了次生孔隙的发育;燕山期构造活动对储层微裂隙的发育起关键作用,显著改善了储层渗透性。总之,构造背景、岩石组构、成岩作用以及裂缝作用决定了盐下深层储层的储集性能,是优质储层形成的主控因素。     

冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层特征与评价

根据岩心及薄片观察、实验分析、录井及测井解释,认为杨庄组、洪水庄组和馒头组是冀中坳陷中上元古界-下古生界碳酸盐岩潜山内幕最主要的盖层。盖层岩性以泥质岩为主,其次为泥质白云岩、泥质灰岩及致密白云岩或灰岩,孔、渗性普遍较差。盖层在宏观上受岩性、泥质含量、分布规模等因素的影响,微观上受突破压力、物性、遮盖系数等的约束。依据上述因素,将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层划分为4 类。综合评价得出,杨庄组为Ⅲ类（中等）盖层、洪水庄组为Ⅱ类（较好）盖层、馒头组为Ⅰ类（好）盖层。     

塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带—秋里塔格构造带白垩系巴什基奇克组深层、高产储层特征及控制因素

为了进一步扩大塔里木盆地库车坳陷白垩系储层的勘探成果,明确储层的形成机理,基于钻井、录井、普通薄片、铸体薄片、粒度分析、X?射线衍射和物性分析等资料,系统开展了塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带和秋里塔格构造带白垩系巴什基奇克组储层特征及控制因素对比研究。秋里塔格地区白垩系储层粒级粗、长石含量低、岩屑含量高（以沉积岩岩屑为主）;填隙物含量略低、杂基含量高、胶结物含量低;物性相对好,为低孔特低渗储层,具有排驱压力较高、孔喉半径中—小、细—微细喉的特征;压实作用中等,胶结作用中等,溶蚀作用较强,有利于储层孔隙的保存。克拉苏构造带白垩系储层粒级细,以中、细砂岩为主,长石含量高,岩屑含量低,少量沉积岩岩屑;填隙物总量略高,杂基含量低,胶结致密;面孔率普遍较低,微裂缝普遍;物性差,为超低孔超低渗储层,具有排驱压力高、孔喉半径特小、微细喉的特征;压实作用强、胶结致密、溶蚀作用弱,裂缝对储层孔隙的贡献有限,却大大改善了储层的渗透性能。     

辽河西部凹陷南段隐蔽油气藏的形成条件与分布规律

辽河西部凹陷南段烃源岩、储集岩和盖层条件十分优越,形成多套有利的储盖组合。该区烃源岩生烃期、排烃期与圈闭形成期配置合理,具备形成多层位岩性地层油气藏的条件。主要发育地层、岩性和复合等隐蔽油气藏类型。油气分布规律为:纵向上,主要储盖组合类型控制了隐蔽油气藏的分布层位;平面上,受凹陷地质结构控制,不同构造位置发育不同类型的隐蔽油气藏。认为同沉积断裂带之下的有利储层发育带,即陡坡和缓坡坡洼过渡带是该区有利的岩性油气藏发育区带。     

页岩气扩散实验与数学模型

在地层条件下,页岩气流动状态受多尺度效应影响,包含黏性流、扩散流以及滑脱流等,气体的产出是多种机制协同作用的结果,前人提出的扩散模型已不能准确地描述页岩气在基质中的扩散行为。为了定量表征页岩气扩散能力的影响因素,揭示气井在全生命周期开发过程中的流动规律以及对产能的影响,利用自主研发的高温高压近平衡态实验系统,开展了页岩气在0~1 MPa微压差条件下的流动实验,并提出一种综合考虑渗透率、温度与压力的扩散系数计算方法,成功地运用于川南地区五峰组-龙马溪组页岩中,指出该地区优质储层扩散产量成为主控因素时临界开发压力为4.5 MPa,对于页岩气井产能评价以及扩散能力的表征有重要的意义。通过实验结果与理论分析表明,扩散在高温、低渗、低压力条件下会有更高的分配系数,考虑了基质渗流能力的扩散系数模型能更好地运用在实际流动中,忽略扩散的影响将对产能计算带来较大误差。     

川东南地区飞仙关组碳酸盐岩储层特征

在野外剖面、钻井岩心详细观察的基础上,通过对染色薄片、岩石薄片、扫描电镜和物性等资料的综合分析,对川东南地区下三叠统飞仙关组碳酸盐岩储层特征的研究结果表明,储集层岩石类型主要为鲕粒灰岩、泥晶灰岩和少量的白云岩,其中最佳储集体鲕粒灰岩主要发育于飞仙关组三段;储集层储集空间以次生孔隙为主,主要发育晶间孔、晶间溶孔、粒间溶孔和粒内溶孔4种类型;储集层物性较差,为低孔隙度、低渗透率的储集层。研究认为沉积相、成岩作用和构造运动对储集层具有明显的影响,其中沉积相类型控制了储集层发育位置,而成岩作用和构造运动则对储集层物性具有控制性的影响。白云石化作用和压溶作用较好的改善了储层的孔渗情况,胶结作用和压实作用则对储层孔渗起到破坏性作用,导致了储层的孔渗能力变差;构造运动则总体上体现为改良研究区飞仙关组储层的孔渗能力。     

塔里木盆地塔东隆起带上震旦统沉积模式探究

随着勘探不断向深层发展，震旦系白云岩因具备良好的生储盖组合条件而逐渐成为近源寻找原生油气藏的重要勘探领域。塔里木盆地塔东隆起带震旦系白云岩埋藏浅，6 000 m以内可勘探面积达1.5×10¹⁰ m²，一旦突破，将带来巨大经济效益。前期受资料所限，研究主要侧重于盆地级的大区研究，对盆内区带级的精细研究开展的比较少,对塔东隆起带震旦系白云岩沉积模式研究更少，这不仅困扰着塔东隆起带震旦系的油气勘探，而且对整个盆地上震旦统岩相古地理编图也有重要影响。借助新的钻井资料和高品质地震资料，对塔东隆起带震旦系白云岩开展地震地层学和沉积学研究，建立上震旦统沉积模式，提出塔东隆起带震旦系为断陷沉积，发育2个北东—南西向的双断裂陷，裂陷中部受基底断块隆升影响，形成断块碳酸盐岩台地，发育浅水台地颗粒滩、潮坪相沉积。震旦纪末期，受构造掀斜运动影响，南部抬升，地层遭受剥蚀，形成现今北厚南薄的楔状地层分布模式。     

低渗透储层岩石覆压实验变形特征分析

对于低渗透储层岩石而言,基于岩石受力变化后发生线弹性变形的假设与实验结果并不相符。为此,采用CMS300覆压测试、岩石力学性质测试、压汞以及铸体薄片观察等实验手段对低渗透储层岩石覆压变形特征进行分析,结果发现实验岩样在应力增大的整个过程中发生的是软塑性变形→弹性变形→塑性变形过程。低渗透岩石在覆压实验中表现出的强应力敏感性是由其变形特征决定的,岩石在覆压增大的初始阶段发生微量软塑性变形是造成渗透率大幅下降的主要原因,其与低渗透岩石的泥质及胶结物含量较高、孔喉通道狭窄有关。基于实验研究结果,定义了新的岩石应力敏感系数来表达渗透率与有效覆压的关系,与实验数据有更好的相关性,并且能够方便地将任意常规岩样渗透率转换成储层条件下的渗透率,具有实际的工程应用价值。     

南祁连盆地碳酸盐岩储层特征与评价

通过岩石薄片、扫描电镜和物性等资料的综合分析,对南祁连盆地碳酸盐岩储层特征进行了研究。 结果表明：储层岩石类型主要为鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩、微晶灰岩和少量的白云岩,其中最佳储集体鲕 粒灰岩主要发育于中三叠统大加连组;储集空间以次生孔隙为主,主要发育粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶 孔及裂缝;储层物性差,为特低孔、低渗储层。研究认为,白云石化作用、溶蚀作用和构造作用对储层孔、渗 性具有改善作用,胶结作用和压实作用对储层孔、渗性具有破坏作用,导致储层孔、渗能力变差。根据储层 物性特征和孔隙结构参数将研究区储层划分为Ⅲ 类和Ⅳ 类储层。