劉明潔,劉震,劉靜靜,蔡長娥,張勝斌

中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室,北京,102249

內(nèi)容提要: 近年來,隨著致密砂巖油氣藏研究的不斷深入,亟需明確致密砂巖儲層致密化機理,從而更好地利于致密砂巖油氣藏的勘探與開發(fā)。機械壓實作用通常被理解為中淺層砂巖所經(jīng)歷的主要成巖作用,而深層的機械壓實作用長期以來被人們所忽視。為探討機械壓實作用在砂巖致密過程中的作用及對致密化的影響程度,本次研究以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組致密砂巖為例,通過井孔淺層與深層孔隙度變化趨勢分析、鏡下巖石結(jié)構(gòu)的證據(jù)和砂巖壓實模擬實驗3個方面對延長組致密砂巖儲層機械壓實作用特征進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)砂巖在深層與淺層壓實減孔趨勢一致或平行；隨著上覆壓力的增加,砂巖一直表現(xiàn)為減孔效應(yīng)且機械壓實作用強度隨埋深的增加而變大；薄片特征顯示延長組致密砂巖機械壓實作用存在分級特征,不同級別的壓實強度對應(yīng)一定的鏡下壓實特征,通過統(tǒng)計薄片數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)樣品都處于壓實作用與膠結(jié)作用對孔隙度影響評價圖(Houseknecht圖版)的左下區(qū)域。結(jié)果表明砂巖在埋藏致密化過程中自始至終存在機械壓實作用,并且機械壓實作用是導(dǎo)致砂巖致密減孔最重要的原因,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過膠結(jié)作用產(chǎn)生的減孔效應(yīng)。由于砂巖孔隙度演化不僅與埋深有關(guān),同樣受到地質(zhì)時間的影響,本次研究通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立了砂巖孔隙度時間埋深雙元函數(shù)模型,進(jìn)而通過孔隙度雙元函數(shù)可以對壓實減孔進(jìn)行定量分析,表征機械壓實作用對砂巖致密化過程的影響程度。

隨著成巖作用和成巖動力學(xué)研究的不斷深入 (Johnson,1920；Carothers and Kharaka,1978；Surdam et al.,1984,1989；Ehrenberg,1990,1993；鮮本忠等,2004；李忠等,2006；劉寶珺,2009；Bj?rlykke and Jahren,2012),儲層成巖作用對儲層原始物性的改造決定了儲層的儲集性能,而儲集性能又是油氣成藏的關(guān)鍵因素,因而在油氣勘探領(lǐng)域儲層物性變化過程逐漸為眾多學(xué)者所重視(肖麗華等,2003；張雪芬等,2013)。目前對砂巖儲層成巖作用的研究大多集中在定性的描述和分析階段,勘探開發(fā)中過多關(guān)注儲層特征的表征(白玉寶,1996；羅靜蘭等,2001；邱隆偉等,2001；張鼐等,2008；Gier et al., 2008; 王瑞飛等,2008, 2009；柳益群等,2009； Khidir and Catuneanu, 2010)。依據(jù)動態(tài)成藏觀點,現(xiàn)今儲層物性并不能代表成藏期油氣充注時儲層的儲集性能,因此只有定量分析砂巖儲層所經(jīng)歷的成巖作用過程,明確不同成巖作用對砂巖成巖過程的影響程度,才能有助于開展成藏條件分析,并更好地指導(dǎo)油氣勘探。與其他成巖作用相比,壓實作用主要表現(xiàn)為使砂巖孔隙度變小,是指沉積物沉積后在其上覆水體或沉積層的重荷下,或在構(gòu)造形變應(yīng)力的作用下,發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用(Makowitz et al., 2006)。

對于砂巖壓實作用的研究,前人除了對砂巖儲層壓實作用特征進(jìn)行表征外,還對壓實作用其他方面做了大量的工作。李忠等(2009)通過對塔里木盆地庫車坳陷的研究,分析壓實作用與構(gòu)造應(yīng)變的關(guān)系,提出了砂巖儲層改造的構(gòu)造樣式,探討了構(gòu)造應(yīng)變與砂巖成巖的構(gòu)造非均質(zhì)性。Souque等(2011)研究阿塞拜疆Apsheron半島構(gòu)造作用對砂巖機械壓實的控制,認(rèn)為構(gòu)造作用一方面促進(jìn)壓實使砂巖致密物性變差,一方面又因砂巖致密化易產(chǎn)生裂縫從而改善砂巖物性。Gutierrez 和 Wangen(2005)通過對沉積盆地壓實作用和超壓作用模型的研究,指出超壓能導(dǎo)致欠壓實和不均衡壓實,表現(xiàn)出高孔隙度特征。Houseknecht(1987)通過砂巖壓實作用和膠結(jié)作用對砂巖孔隙度降低相對重要性的對比,指出在決定最終孔隙度方面壓實作用比膠結(jié)作用重要得多,強調(diào)在進(jìn)行儲層砂巖分析和埋藏成巖作用模擬時,必須結(jié)合對壓實作用的評估。Lander 和 Walderhaug(1999)、劉國勇等(2006)及操應(yīng)長等(2011)通過模擬實驗對砂巖壓實作用進(jìn)行研究,再現(xiàn)了壓實作用過程,以此定性分析了壓實作用對砂巖儲層物性的影響。

可以看出,前人研究主要集中于壓實作用定性的描述、分析、模擬及趨勢性預(yù)測,而針對機械壓實作用在砂巖致密化過程中所起的作用及影響程度的定量研究工作相對比較少。筆者近年來在致密砂巖油氣藏的研究過程中發(fā)現(xiàn)實際資料與深層壓實終止論不符,在深部的致密砂巖中仍可見砂巖壓實現(xiàn)象。通過前人大量研究成果的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)深部砂巖儲層仍存在機械壓實證據(jù)(Milliken, 1994;Fisher et al., 1999; Chuhan et al., 2002; Makowitz and Milliken, 2002)。

本文以砂巖孔隙度演化趨勢、砂巖鏡下結(jié)構(gòu)和砂巖壓實模擬實驗為切入點,針對機械壓實作用在砂巖致密化過程中所起的作用及影響程度進(jìn)行分析,進(jìn)而利用數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)對機械壓實作用進(jìn)行定量化研究,通過砂巖儲層孔隙度演化來表征機械壓實作用在成巖過程中的影響程度。

1 井孔砂巖孔隙度演化趨勢

孔隙度—深度趨勢可以提供機械壓實作用發(fā)生的證據(jù)(Ramm,1992;Giles,1997)。整體上,井孔砂巖孔隙度隨埋深增大而減小,符合Athy(1930)模型。在中淺層由于不考慮砂巖孔隙度增孔效應(yīng),在對數(shù)坐標(biāo)下的孔隙度與直線坐標(biāo)下的埋藏深度交會圖上,會表現(xiàn)出孔隙度隨埋深增加正比例減小的趨勢。本文選取鄂爾多斯盆地典型井(圖1),分析半對數(shù)坐標(biāo)下砂巖孔隙度與埋深關(guān)系,對比深層與中淺層砂巖孔隙度演化趨勢,發(fā)現(xiàn)兩個現(xiàn)象,即一是深層砂巖壓實趨勢與中淺層砂巖壓實趨勢完全一致,二是深層砂巖壓實減孔趨勢與中淺層砂巖壓實趨勢平行。

1.1 深層砂巖壓實趨勢與中淺層壓實趨勢完全一致

長期以來,很多人認(rèn)為機械壓實作用只發(fā)生在中淺層,到了深層機械壓實作用就消失了(Ramm,1992；Ramm and Bj?rlykke,1994; Giles,1997, Bernaud et al., 2006; Mondol et al., 2007;Agersborg et al., 2011)。但是實際上在砂巖孔隙度與埋深圖上可以看到深層仍然存在減孔現(xiàn)象,而且深層減孔趨勢與中淺層減孔壓實趨勢重合。以鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)HH38井為例,分析砂巖孔隙度深度關(guān)系(圖2a)可以發(fā)現(xiàn),在次生孔隙發(fā)育帶之上,砂巖孔隙度在半對數(shù)坐標(biāo)下隨埋深增加呈線性遞減趨勢,進(jìn)入次生孔隙發(fā)育帶后,砂巖由于溶蝕增孔效應(yīng)孔隙度變大,孔隙度偏離正常壓實趨勢,越過次生孔隙發(fā)育帶后,孔隙度仍保持隨埋深增加而線性減小的趨勢,且與次生孔隙發(fā)育帶之上的正常壓實趨勢完全一致。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元圖Fig. 1 The structure unites of Ordos Basin

1.2 深層砂巖壓實減孔趨勢與中淺層壓實減孔趨勢平行

深層砂巖壓實減孔趨勢還可表現(xiàn)出另外一種現(xiàn)象,即表現(xiàn)為深層砂巖減孔趨勢與中淺層壓實減孔趨勢平行的特征。分析鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)Y71井砂巖孔隙度深度關(guān)系圖(圖2b)、準(zhǔn)噶爾盆地MS1井壓實曲線(圖3a)和準(zhǔn)噶爾盆地腹部侏羅系砂巖埋深與孔隙度關(guān)系(圖3b)表明：在次生孔隙發(fā)育帶之上,半對數(shù)坐標(biāo)下中淺層砂巖孔隙度隨埋深增加呈線性遞減趨勢,進(jìn)入次生孔隙發(fā)育帶后,砂巖由于溶蝕增孔效應(yīng)孔隙度變大而偏離正常壓實趨勢,此后隨著埋深的增加,在溶蝕增孔的基礎(chǔ)上孔隙度始終保持隨埋深增加而線性減小趨勢,呈現(xiàn)出深層砂巖相對于中淺層砂巖壓實趨勢整體平行偏移的特點。

從上述兩種情況表明,在砂巖沉積后的埋藏過程中始終存在著機械壓實作用。機械壓實作用不僅在中淺層中存在,在長期以來被人們所忽視的深層依然存在,為致密砂巖儲層的形成提供了有利條件。

圖2 鄂爾多斯盆地砂巖孔隙度深度關(guān)系圖Fig. 2 Relationship between depth and porosity of sandstone in Ordos Basin (a)HH38井；(b)Y71井 (a)well HH38; (b) well Y71

2 致密砂巖儲層鏡下機械壓實作用特征

致密砂巖儲層鏡下礦物顆粒表現(xiàn)出的特征能反映砂巖所經(jīng)受的機械壓實作用。本次研究通過鏡下薄片的觀察,分析了鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖的機械壓實作用特征,并通過對壓實作用與膠結(jié)作用對孔隙度影響程度評價,明確了砂巖儲層致密化的主控因素。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地淺層砂巖與深層砂巖壓實趨勢關(guān)系Fig. 3 Relationship of sandstone compaction trend between shallow layer and deep zone in Jungar Basin (a)MS1井壓實曲線；(b)準(zhǔn)噶爾盆地腹部侏羅系砂巖埋深與孔隙度關(guān)系圖(據(jù)金振奎等,2011,有修改) (a)compaction curve of well MS1; (b) Relationship between burial depth and porosity of Jurassic sandstone in central Jungar Basin (from Jin Zhenkui, 2011, modified)

2.1 致密砂巖機械壓實作用定量分級

本次研究從埋藏深度、顆粒接觸類型比例、塑性顆粒變形角度和長石顆粒變形破裂程度等方面對延長組致密砂巖儲層機械壓實作用強度進(jìn)行了定量分級,將機械壓實作用劃分為弱壓實(Ⅰ級)、中弱壓實(Ⅱ級)和中等壓實(Ⅲ級)三類(表1),特征如下。

(1)弱壓實(Ⅰ級)：延長組弱壓實(Ⅰ級)主要變現(xiàn)為埋深<1200m,顆粒點接觸比例>75%,線接觸比例<25%,無凹凸接觸(圖4a),塑性云母顆粒變形角度<30°(圖4b),無長石顆粒變形破裂現(xiàn)象。

表1 鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖機械壓實作用強度定量分級表Table 1 The quantitative table of the mechanical compaction grading to the tight sandstone of Yanchang Formation in Ordos Basin

(2)中弱壓實(Ⅱ級)：延長組弱壓實(Ⅱ級)主要變現(xiàn)為埋深1200～1700m,顆粒點接觸比例50%～75%,線接觸比例25%～50%,無凹凸接觸(圖4c),塑性云母顆粒變形角度30°～45°(圖4d),可見長石顆粒變形為主(圖4e)。

(3)中等壓實(Ⅲ級)：延長組弱壓實(Ⅲ級)主要變現(xiàn)為埋深1700～2200m,點接觸比例<25%,線接觸比例50%～75%,凹凸接觸比例<25%(圖4f),塑性云母顆粒變形角度>45°(圖4g),可見長石顆粒破裂為主(圖4h)。

通過對延長組致密砂巖儲層機械壓實作用強度定量研究可以發(fā)現(xiàn),隨埋深的增加機械壓實作用強度變大。由于機械壓實作用是不可逆的,不存在深部成巖之后抬升淺保存可能；同時一定的埋深對應(yīng)著特定的機械壓實作用強度及特征,排除了淺部成巖深部保存的可能。因而研究表明機械壓實作用一直存在于致密砂巖儲層成巖過程中。

2.2 砂巖儲層致密化的主控因素

壓實作用和膠結(jié)作用是導(dǎo)致砂巖減孔最主要的原因 (Wilson and McBride, 1988; Lundegard,1992; Ehrenberg , 1995; 壽建峰等,2006),但砂巖儲層致密化的主控因素一直認(rèn)識不清(Houseknecht, 1987 ; Pate,1989; Ehrenberg,1989)。本次研究以鄂爾多斯延長組致密砂巖為例利用Houseknecht(1987)圖版,通過鏡下薄片統(tǒng)計,定量評估壓實作用和膠結(jié)作用對孔隙度影響,繪制了壓實作用和膠結(jié)作用相對作用大小圖版(圖5)。從圖中可以看出,樣品數(shù)據(jù)主要分布在圖版左下區(qū)域,表明砂巖儲層在致密化過程中主要受壓實作用控制。

3 致密砂巖壓實作用實驗?zāi)M結(jié)果

本文利用雙軸承壓壓實作用模擬實驗,在測定不同壓力條件(上覆地層壓力和側(cè)向地層壓力)對應(yīng)的砂巖孔隙度數(shù)據(jù),通過分析有效應(yīng)力和砂巖孔隙度之間的關(guān)系,來證明機械壓實作用一直存在于砂巖儲層致密化過程中。

3.1 實驗原理、裝置及方法

3.1.1 實驗基本原理

雙軸承壓實驗就是給砂巖樣品施加一個軸壓和一個圍壓來分別模擬側(cè)向地層壓力和上覆地層壓力,其中圍壓是由人工控制的,以5MPa的增量逐漸增加,軸壓則是通過地下巖層的平衡關(guān)系來確定。在此過程中,利用超聲波測量儀直接測定與圍壓和軸壓相對應(yīng)的砂巖孔隙度值。

3.1.2實驗裝置

砂巖樣品雙軸承壓實驗裝置包括圍壓監(jiān)測設(shè)備、軸壓監(jiān)測設(shè)備、流壓監(jiān)測設(shè)備、巖心夾持器、以及超聲波測量儀等。

本次實驗最大圍壓Pw可達(dá)40MPa,軸壓由關(guān)系式Pz=Pw·γ/(1-γ)計算得到,γ是動態(tài)泊松比,由縱橫波速度來確定。樣品在夾持器中的受力如圖6所示。

3.1.3實驗方法

本次實驗通過模擬不同埋深條件下的上覆壓力和側(cè)向地層壓力,測算與上覆壓力對應(yīng)的砂巖巖芯樣品的孔隙度值,進(jìn)而通過換算得到有效應(yīng)力與砂巖孔隙度的關(guān)系。隨著有效應(yīng)力的變化,當(dāng)砂巖孔隙度逐漸減小至10%以下成為致密砂巖時,分析這一過程中孔隙度與有效應(yīng)力之間的關(guān)系,進(jìn)而明確機械壓實作用是否影響了砂巖致密化過程。

圖4 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組致密砂巖機械壓實作用鏡下特征Fig. 4 The tight sandstones characteristics of the microscope in Upper Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin (a) 應(yīng)1井,1163m,×5,單偏光；(b)塞129井,1142m,×10,單偏光；(c)塞193井,1539m,×10,單偏光；(d)鐮34井,1356m,×20,正交光；(e)塞404井,1280m,×20,正交光；(f)西33井,1996.5m,×5,單偏光；(g)西128井,1987.55m,×10,單偏光；(h)西180井,2112.1m,×20,正交光 (a) well Ying1,1163m, ×5, single polar; (b) well Sai129, 1142m,×10, single polar; (c) well Sai193, 1539m,×10, single polar; (d)well Lian34, 1356m,×20, Orthogonal light; (e) well Sai404, 1280m,×20, Orthogonal light; (f) well Xi33, 1996.5m,×5, single polar; (g) well Xi128, 1987.55m,×10, single polar; (h) well Xi180, 2112.1m,×20, Orthogonal light

圖5 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組壓實作用與膠結(jié)作用對孔隙度影響評價圖Fig. 5 The effect evaluation map of the compaction and the cementation to the Upper Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin (a) 西峰地區(qū)延長組；(b) 安塞地區(qū)延長組 (a) Yanchang Formation of Xifeng Area; (b) Yanchang Formation of Ansai Area

圖6 雙軸承壓壓實作用模擬實驗砂巖樣品受力示意圖Fig. 6 Scheme of force analysis to sandstone sample during simulation experiment

圖7 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組X17井 孔隙度與有效壓力關(guān)系圖Fig. 7 The relationship map between porosity and effective stress of the Upper Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin

3.2 實驗數(shù)據(jù)分析

本文以鄂爾多斯盆地延長組為例,對長8段砂巖樣品進(jìn)行壓實作用模擬。

由于實驗中的圍壓代表上覆地層負(fù)荷壓力,利用Terzaghi(1925)模型計算有效應(yīng)力,進(jìn)而分析有效應(yīng)力與孔隙度關(guān)系(圖7)可知,孔隙度與有效應(yīng)力呈現(xiàn)出良好的冪函數(shù)關(guān)系,表明隨著有效應(yīng)力增大,砂巖孔隙度會逐漸變小,并且當(dāng)砂巖孔隙度減小到10%以下成為致密砂巖后,隨著有效壓力的增加,孔隙度繼續(xù)保持減小的趨勢。這一現(xiàn)象與常見的覆壓實驗中,當(dāng)覆壓逐漸超過現(xiàn)今埋深的等效壓力后,孔隙度仍然持續(xù)減小的趨勢一致(圖8)。

通過壓實模擬實驗表明：隨著砂巖的埋深,上覆地層負(fù)荷的增加,機械壓實作用一直會對砂巖孔隙度表現(xiàn)出減小的效應(yīng),一直存在于砂巖儲層致密化過程中。

4 壓實作用階段砂巖孔隙度演化定量模型分析

盡管Athy(1930)提出了正常壓實條件下的泥巖孔隙度與埋深之間存在指數(shù)關(guān)系,這一模型同樣被廣泛地運用到砂巖研究中,而眾多研究者嘗試通過薄片觀察統(tǒng)計建立壓實作用的減孔模型(Stephenson et al., 1992; Ehrenberg et al., 1995; Paxton et al., 2002)。但隨著研究的不斷深入,越來越多的學(xué)者認(rèn)為砂巖孔隙度不僅與埋深有關(guān),同樣受到地質(zhì)時間的影響(Maxwell,1964; Schere, 1987; Hayes, 1991; Ehrenberg et al., 2009)。本文試圖根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo),證實埋深和埋藏時間對地層孔隙度有很大的影響,提出了壓實作用過程中地層孔隙度受埋深和埋藏時間雙重作用控制的數(shù)學(xué)模型。

由巖石力學(xué)基本理論可知,巖體是由巖塊及各巖塊之間的弱面和不連續(xù)面構(gòu)成,而巖塊是連續(xù)的巖石塊體,是組成巖體的基本實體?？紫督Y(jié)構(gòu)型巖塊受載時表現(xiàn)出復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)：當(dāng)時間延長時,由于巖塊中原子和離子的熱運動,彈性變形會消失,進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?應(yīng)力隨之減小。但由于巖塊中存在內(nèi)摩擦,加載后不能立即達(dá)到最終的變形,而是隨時間的延長而逐漸增加,即蠕變效應(yīng)。

顯然,孔隙性地層在埋藏壓實過程中所發(fā)生的變形既不是純彈性變形也不是純塑性變形, 而是存在內(nèi)摩擦作用的粘彈塑性變形。既然孔隙性地層的受力變形過程是粘彈塑性變形過程,那么其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系就不能用簡單的胡克定律(完全彈性變形模型)來表示,也不能用完全塑性變形模型來表示,而需要用粘彈塑性應(yīng)力應(yīng)變模型來表達(dá)。筆者認(rèn)為,粘彈塑性應(yīng)力應(yīng)變模型是最適用于砂泥巖地層壓實變形的應(yīng)力應(yīng)變模型,其中Bingham模型更適合于表達(dá)砂泥巖地層的受力變形過程。Bingham粘彈塑性應(yīng)力應(yīng)變模型的形式如下:

(1)

ε≈?φ

(2)

另有,地層垂向受力與地層平均密度成正比,即：

σ=ρsgZ

(3)

其中：ρs為地層平均密度,g/cm3,Z為地層埋深,m。因此,(1)式變?yōu)?

(4)

從(4)式可以看出,地層孔隙度的變化率與埋深和埋藏速率有關(guān)。因此,可以認(rèn)為地層孔隙度的變化必然與埋藏時間有關(guān)。

圖8 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)長8砂巖孔隙度變化率與覆壓關(guān)系圖Fig. 8 The relationship map between changing rate of sandstone porosity and overburden pressure within the 8th Member, Yanchang Formation,Zhenjing aera,Ordos basin

對于一個埋藏速率為k的等速埋藏過程,對(4)式兩邊求積分,將得到下式

(5)

φ0為初始孔隙度,%。顯然,在一個等速埋藏階段,地下地層的孔隙度不但與階段最終埋深Z有關(guān),而且與經(jīng)歷的階段總時間t有關(guān),另外與該變形階段的初始孔隙度φ0也有關(guān)系。從 (5)式也可以看出,對于一定的巖層和給定的階段,A、B、C和φ0這 4項參數(shù)可以視為常量,這樣地層孔隙度就變成埋藏深度和經(jīng)歷時間的雙元函數(shù) (6式 )。這個函數(shù)屬于二次曲線形式,相對比較復(fù)雜：

φ=αZ+bZt+ct+φ0

(6)

從(6)式中可以看出,在一個等速埋藏過程中孔隙度在受埋深影響的同時,也受到埋藏時間的影響,而且埋深與埋藏時間對孔隙度影響作用的級別是相同的。從這個意義講,埋藏時間對孔隙度的影響作用是相當(dāng)大的,相同埋深時不同埋藏時間所對應(yīng)的孔隙度完全不相同。

由于地層沉積埋藏過程一般不為等速埋藏形式,埋藏過程變化比較復(fù)雜。但地層沉積埋藏過程總是按時間先后逐層疊加上覆地層,這樣可以把一個埋藏速率變化復(fù)雜的埋藏過程視為若干個等速埋藏子過程的疊加,這樣在每一個等速埋藏階段其孔隙度變化就符合(6)式,即地層孔隙度是埋深和經(jīng)歷時間的雙元函數(shù)。

5 討論

砂巖壓實作用對砂巖致密過程的影響是一個復(fù)雜的過程,本文以孔隙度為切入點將機械壓實作用對砂巖致密過程的影響程度定量化,提出了地層孔隙度是埋深和經(jīng)歷時間的雙元函數(shù)數(shù)學(xué)模型。由雙元函數(shù)可知,只要沉積物開始沉積機械壓實作用就一直存在,且隨著埋深和埋藏時間的增加機械壓實作用越來越強,因此機械壓實作用對砂巖致密過程具有較大的影響。

與膠結(jié)作用相比,壓實作用沒有特定的時間、溫度、壓力和流體等諸多因素的限制而貫穿于成巖作用整個過程,盡管早期的膠結(jié)作用能為砂巖保存大量的原生孔隙空間,為之后的溶蝕作用提供大量的溶蝕空間,從而釋放出孔隙空間大大改善了砂巖的儲集性能。但一旦失去膠結(jié)物的支撐,上覆載荷產(chǎn)生的壓實作用會導(dǎo)致溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙大大減少,因而壓實作用對成巖作用的影響程度超過膠結(jié)作用。

當(dāng)考慮溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙時,會存在如下3種情況：產(chǎn)生了較多次生孔隙的砂巖、產(chǎn)生了少量次生孔隙的砂巖以及不產(chǎn)生次生孔隙的砂巖。當(dāng)上述3類砂巖處于同樣的埋藏深度和埋藏時間時,溶蝕作用之后壓實作用的壓實程度一致還是存在差異？若是存在差異是哪一類砂巖壓實程度大？這一問題有待于進(jìn)一步的分析及研究。

6 結(jié)論

(1)井孔砂巖孔隙度變化趨勢、砂巖鏡下結(jié)構(gòu)和壓實模擬實驗證實了機械壓實作用一直存在于砂巖致密化過程中。

(2)壓實作用是砂巖儲層致密化最主要的原因,在致密減孔過程中壓實作用對砂巖的影響程度要超過膠結(jié)作用產(chǎn)生的減孔效應(yīng)。

(3)砂巖孔隙度受控于埋深和埋藏時間,通過建立定量計算壓實作用減孔的雙元函數(shù)模型,以孔隙度來定量分析壓實作用對砂巖致密過程的影響程度。

致謝:感謝中石油“十二五”國家油氣重大專項“巖性油氣藏成藏動力、臨界條件與分布模式”(編號 2011ZX05001-001-04)對本次研究的資助；感謝中國石油大學(xué)(北京)溫順久老師對薄片觀察的幫助；感謝北京康普瑞基石油工程技術(shù)有限公司趙江青對雙軸承壓實驗的幫助。