王卓然

【摘 要】勝利探區(qū)濟陽坳陷低滲透儲層主要有濁積巖、灘壩砂、砂礫巖體三種類型，層位上主要位于深部層系，次生孔隙的發(fā)育和異常高壓是控制深部儲層成藏的重要條件，但局部低滲透濁積砂巖儲層表現(xiàn)出的低壓和非油即干（出油不出水、出水不出油）的現(xiàn)象則主要受控于成巖礦物轉(zhuǎn)化過程中的耗水作用。本文通過耗水作用機理分析確定了耗水作用的有效區(qū)間，結(jié)合典型低滲透砂巖油藏解剖，明確了耗水作用對于改善低滲透儲層物性、提高油氣充注動力的重要作用，并對低滲透油藏有利勘探區(qū)的預測提供理論指導。

【關鍵詞】耗水作用;低滲透;濁積砂體;儲層物性;運聚動力

1、前言

低滲透油藏具有埋藏深、孔滲差的特點。勝利探區(qū)各凹陷中深層普遍發(fā)育異常高壓是低滲透儲層成藏的有利條件，研究表明，這與成巖過程中的耗水作用密切相關。本文從成巖耗水（長石礦物溶蝕等成巖作用過程中流體體積變化）的角度，通過成巖耗水機理的探討及其對低滲透儲層物性和儲層流體壓力的控制作用的剖析，明確了成巖耗水作用是控制低滲透油藏成藏的重要因素，這對低滲透油藏有利勘探區(qū)的預測具有重要理論指導意義。

2、成巖耗水的機理

2.1成巖過程中礦物轉(zhuǎn)化

礦物轉(zhuǎn)化過程中既有耗水也有增水，主要增水反應有：蒙脫石伊利石化、高嶺石伊利石化;主要耗水反應有：長石類礦物高嶺石化、高嶺石綠泥石化等。根據(jù)礦物轉(zhuǎn)化自由能變化特征，在微酸性環(huán)境下，由長石蝕變?yōu)楦邘X石反應自由能較小，為-21.192×4.1868KJ×mol-1;通常情況下，化學反應向自由能減小的方向進行，因此在早成巖B期—晚成巖A期有機質(zhì)成熟并向?qū)娱g水排放形成的酸性溶液條件下長石蝕變?yōu)楦邘X石的反應能自動進行。

因此，濟陽坳陷在早成巖B期—晚成巖A期砂巖儲層中具有耗水作用，主要耗水反應為長石高嶺石化，即主要耗水礦物為長石。

2.2耗水模擬試驗

（1）成巖礦物模擬實驗

為解決長石溶蝕產(chǎn)物如何、溶蝕過程是否耗水及耗水量多少的問題，開展了成巖礦物模擬實驗。模擬不同溫度環(huán)境條件下長石溶蝕過程，進一步驗證長石溶蝕產(chǎn)物，認識成巖耗水反應特征。實驗結(jié)果顯示長石顆粒溶蝕形成微孔，表面新生成的高嶺石晶體形態(tài)較差，進而證明中深部砂巖儲層確實存在“耗水作用”。而且溶液pH值降低，長石溶蝕的耗水量增高;相同質(zhì)量的長石溶蝕形成綠泥石耗水量最大，其次是高嶺石，耗水量最少的是伊利石;相同實驗條件下，斜長石耗水量大于鉀長石，有機酸的耗水能力強于無機酸。同時，確定濟陽坳陷存有2類主要的成巖耗水反應（高嶺石化及綠泥石化）及4種耗水成巖礦物組合（高嶺石+自生石英，高嶺石+方解石，綠泥石+方解石及綠泥石+自生石英）。

（2）泥巖成烴模擬實驗：

研究表明，泥巖成烴演化也需要水的參與。對此，開展相應模擬實驗證實：①有機質(zhì)在主要降解區(qū)間結(jié)合水的機制;②有機質(zhì)結(jié)合水量。從200℃開始，隨著實驗溫度的提高，樣品成熟度增加、有機碳含量降低的同時產(chǎn)烴潛率逐漸增大。其中增加的氫應來自于實驗中的水，證實只有生烴過程中水的消耗才能提供氫離子。350℃大量生氣，生烴潛率又回到原始狀態(tài)。東營凹陷烴源巖隨演化程度增大，產(chǎn)率指數(shù)[（S1+S2）/TOC]先增大后降低，在2000～2500m之后增大，在3000m之后降低。表明先加氫生烴，后脫氫并發(fā)生運移。模擬實驗結(jié)果與自然趨勢有明顯相似之處。

2.3成巖耗水有效區(qū)間

據(jù)以上成巖耗水理論，沉積物沉積埋藏之后，隨著埋藏深度的增加和成巖作用的加強，發(fā)生消耗孔隙水的“耗水作用”。根據(jù)耗水規(guī)模定量評價，確定濟陽坳陷砂巖有效成巖耗水區(qū)間在2500m～3500m之間，處于封閉的內(nèi)循環(huán)地下水系統(tǒng)。烴源巖鏡質(zhì)體反射率一般為0.5%～0.7%，進入成熟階段，油氣大量生成，儲層有效耗水階段與盆地油氣大量生成時期是相匹配的。

通過對東營凹陷低滲透濁積砂體統(tǒng)計，結(jié)果表明該類型低滲透儲層集中發(fā)育于2500m～3500m的范圍內(nèi)，與成巖耗水作用的有效區(qū)間范圍是一致的，而且深部儲層（3000m～3500m）以含油為主，中深部儲層（2000m～2500m）以含水為主?？梢?，耗水作用與低滲透濁積砂巖儲層的成藏密切相關。

3、成巖耗水對低滲透油藏的作用

在明確成巖過程中有效耗水階段與油氣成藏階段匹配關系的基礎上，通過研究認為，成巖耗水對低滲透濁積砂體儲層的成藏具有重要作用，主要表現(xiàn)在耗水作用能夠改善儲層物性，降低儲層流體壓力、從而增加油氣運聚動力兩方面。

3.1 耗水作用使礦物體積減少，改善低滲透儲層物性。

從上述耗水反應式可以看到，耗水礦物的轉(zhuǎn)化能夠引起礦物體積的變化。礦物轉(zhuǎn)化過程中，由于一批離子和礦物被移去，體積發(fā)生減小，因而能在地層中產(chǎn)生一定量的孔隙空間。結(jié)合模擬實驗，鉀長石的含量為18%，經(jīng)酸溶蝕達到5.56%的轉(zhuǎn)化率，此類儲層由于鉀長石蝕變高嶺石對巖石體積減小貢獻率為0.12%;同樣，斜長石含量為37%，經(jīng)酸溶蝕達到33.33%的轉(zhuǎn)化率，此類儲層由于斜長石蝕變高嶺石對巖石體積減小貢獻率為0.74%。兩者相加高達0.86%。其結(jié)果將極大增加砂巖孔隙度的量值。

實際計算東營凹陷埋深在1200m～4300m的鉀、鈉長石的體積縮小量分別為254.34億立方米及327.00億立方米，進一步證實耗水作用不同區(qū)帶不同深度所引起是的儲層儲集空間的變化。針對以上理論，以低滲透砂體中濁積砂體為例，選取不同種類型典型砂體，計算其單位體積耗水量，并分析單位體積耗水量與砂體孔隙度的關系，結(jié)果顯示隨著單位體積耗水量的增加，其對應的砂體孔隙度也增加。礦物蝕變后體積減小，在其它條件不變的條件下，必然導致孔隙度的增加，改善儲層物性。深層次生孔隙發(fā)育帶與礦物的耗水作用緊密相關，耗水作用對于沉積盆地內(nèi)部儲集空間的分配具有深刻的影響。

3.2 耗水作用降低儲層壓力，為油氣充注提供動力，提高低滲透油藏含油性。

（1）耗水作用降低儲層壓力，為油氣充注提供動力

主生烴期的儲層成巖耗水，特別是在封閉體系條件下，巨大的耗水量使巖層中的孔隙發(fā)生“虧空”，在沒有或沒有足夠外部流體補充的情況下，這些“空”孔隙的集中帶必將出現(xiàn)低壓。

參照地層壓力下降的理論計算原理，對儲集層在成巖過程中總耗水量累計引起地層壓力理論下降進行了計算。計算結(jié)果顯示單位體積耗水量與砂體成巖耗水壓降理論值具明顯的正相關關系，即隨著單位體積耗水量的增加，儲層耗水壓降理論值也隨之降低。

通過分析低滲透濁積砂體單位體積耗水量與耗水后地層壓力關系，可以看出隨著耗水作用的增強，地層壓力系數(shù)逐漸減小，甚至為異常低壓，這些低壓地層必然與外界形成一定的壓力差，提高油氣進入儲集層的動力差。

可見，耗水作用降低儲層壓力，提高油氣充注的動力。

（2）耗水作用提高儲層含油性

通過典型低滲透油藏解剖，在含油的低滲透濁積砂巖儲層中，選取儲層孔隙度相同但耗水強度不同的砂體，分析成巖耗水強度與低滲透濁積砂巖儲層含油飽和度及油氣充滿度的關系，結(jié)果顯示其含油飽和度呈現(xiàn)出隨耗水強度逐漸增加而增加的趨勢，而油氣充滿度也具有相類似的變化規(guī)律。當砂體埋深和儲層物性相近時，砂體單位體積耗水量越大，即耗水強度越大時，儲層含油程度越好。

4、結(jié)束語

綜上所述，通過耗水機理、有效耗水區(qū)間的分析及耗水強度對低滲透油藏的作用，明確了耗水作用強度主要受控于不同深度段耗水礦物的含量變化，因此可對低滲透濁積砂巖油藏從平面上和深度上進行預測，有效耗水作用深度段內(nèi)耗水礦物發(fā)育的地區(qū)為低滲透濁積砂巖油藏的有利勘探區(qū)。

【參考文獻】

[1] 張善文.成巖過程中的“耗水”作用及其石油地質(zhì)意義[J].油氣地球物理，2006，4（4）：1-6.