再论“压吸充注”油气成藏模式.pdf

2 0 1 4年 2月 石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLoRATI oN AND DEVELOPM ENT V_o 1 ． 41 No． 1 37 文章编号1 0 0 0 ． 0 7 4 7 2 0 1 4 0 1 ． 0 0 3 7 ． 0 8 DOI 1 0 ． 1 1 6 9 8 ／ P E D． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 4 再论 “ 压吸充注 “ 张善文 油气成藏模式 中国石化胜利油田分公 司 基金项目中国石化股份有限公司科技攻关项 目 “ 东营凹陷地层流体系统演化与油气成藏研究” P 0 9 0 1 0 摘要通过对砂岩储集层 内矿物蚀变化学反应平衡量的核定，确定砂岩主要耗水作用，在此基础上，分析主耗水作 用发生条件及其与生油窗的对应性，研究耗水反应 的油气地质意义 砂岩埋藏过程中，长石高岭石化耗水作用在各 类矿物转化总耗水效应中占主导地位 ，与含油气盆地烃源岩生油窗对应，烃源岩生烃排出的含烃酸性流体促使长石 向高岭石转化。耗水对油气成藏的作用必须在封存箱内进行，封存箱 内砂体的成岩耗水反应使其内部压力降低、储 集空间增大，同时烃源岩生烃增压，源储 间形成巨大的压力差，油气因“ 压． 吸” 作用充注砂体而成藏。长石高岭石化 耗水作用在砂体成岩过程中的普遍性决定 了“ 压吸充注” 油气成藏方式的重要性。 建立在济阳坳陷深部封存箱 内砂体成 藏机制基础上的 “ 压吸充注”油气成藏模式可用 于解释全球范围内同类油藏的成因，从 而指导该类油藏勘探。图 6 参 2 5 关键词长石；高岭石化；砂岩耗水作用；矿物蚀变；封存箱；“ 压吸充注”成藏模 式；济阳坳 陷 中图分类号T E l 2 2 ． 1 文献标识码A Re - d i s c u s s i o n o n t he r e s e r vo i r f o r m a t i o n b y pr e s s ur e - s u c k fil l i n g Zh a n g Sh a nwe n S h e n g l i O i lfie l d C o m p a n y ， S i n o p e c ， Do n g y i n g 2 5 7 0 1 5 ， C h i n a Abs t r a c t T h e d o mi n a n t wa t e r c o n s u mp t i o n r e a c t i o n i n s a n d s t o n e s wa s fi g u r e d o u t b y d e t e r mi n i n g v a r i a b l e s i n t h e mi n e r a l a l t e r a t i o n i n s a n d s t o n e r e s e r v o i r s ， o n t h i s b a s i s ， the c o n d i ti o n s o f ma j o r wa t e r c o n s u mp t i o n r e a c t i o n a n d i t s c o r r e s p o n d e n c e wi t h o i l g e n e r a t i n g wi nd o w we r e a n a l yz e d t o r e v e a l the p e t r ol e um g e o l og i c a l s i g ni fic an c e o f wa t e r c o n s u mpti on r e a c t i o n．Th e k a o l i n i t i z a t i o n of f e l d s p a r pl a y s a d o mi nan t r ol e i n t h e wa t e r c o ns um p t i o n r e a c t i o n d u r i n g d i a ge ne t i c s t a g e ，wh i c h c o r r e s p o nd s t o the h yd r o c a r bo n - g e n e r a t i ng wi n do w,an d the a c i d h ydro c a r bo n - b e a r i n g f l u i d p r od uc e d b y s o u r c e r o c ks f a c i l i t a t e s the ka ol i ni t i z a t i o n r e a c t i o n ．W a t e r c o n s um p t i o n c a us e s the pr e s s ure d r 叩 a nd po r o s i t y i n c r e a s e i n the r e s e rvoi r f o rm a t i o n i n t h e c o mp a r t me n t s a n ds t o ne ， a t t h e s a me t i me ， hu g e pr e s s u r e d i ffe r e n c e b e t we e n s o u r c e r o c k s a n d r e s e r v o i r s c o me s a b o u t b e c a u s e s t r o n g p r e s s ure b u i l t u p i n the s o u r c e r o c k s o wi n g t o h y dro c a r b o n g e n e r a t i o n ， an d the o i l an d g a s a r e p u s h e d a n d s u c k e d i n t o the r e s e r v o i r s a n d s ． T h e u n i v e r s a l i t y o f t h e k a o l i n i t i z a t i o n wa t e r c o n s u mp t i o n s u g ge s t s t hi s“ pu s h s uc k”mo d e i s v e r y i mp or t a nt f or r e s e r vo i r f o r ma t i o n． Th i s mo d e o f t he J i y a n g d e pr e s s i o n c a n be u s e d t o e x p l a i n t h e o r i g i n o f s i mi l a r r e s e rv o i r s a c r o s s the wo r l d， a nd g ui d e e x pl o r a t i o n for oi l a n d g a s ． K e y wo r d s f e l d s p ar；k a o l i n i z a t i o n ；s a n d s t o n e wa t e r c o n s um p t i o n ；mi n e ral a l t e r a t i o n ；c o mp a r t me n t ；p r e s s ure s u c k fi l l i n g ；J i y a n g de pr e s s i o n 0引言 笔者 曾述及 ，砂岩油气储集层中的长石颗粒在其 黏土化过程中 ，能够将围岩中的水摄取到新生矿物高 岭石的晶格间，使沉积岩孔隙水大大缩减 ，而形成的 自生矿物总体积小于原长石颗粒总体积 ，从而造成岩 石架构 中孔隙体积绝对值增加和含水量减少 ，称其为 “ 耗水作用”[ 1 - 2 ] 。将这一认识应用于渤海湾盆地济阳 坳陷岩性油气藏的成因分析中，发现 “ 似透镜状”岩 性油藏缺少断裂输导和构造 圈闭两个成藏条件 ，成藏 主控 因素与储集层 中钾长石 、钠长石蚀变造成的耗水 减压作用密切相关 ，储集层 中由耗水诱发的能量亏空 地层压力减小现象 和围岩高势区形成的流势平衡 补偿 压吸效应 提供了油气进入储集层成藏 的动力 条件。虽然 “ 耗水”现象与济阳坳陷某些岩性油藏成 藏有关 ，但仍存在一些未解疑点 砂岩储集层 中存在 多种蚀变矿物 ，耗水是否仅由长石高岭石化产生 ，其 他矿物转化的综合效应是否也体现了地质体的整体耗 水效应全球砂岩 型油气藏是 否都含有一 定量 的长 石、是否均存在耗水效应长石蚀变 高岭石化 在 何种条件下发生耗水作用 与地层水压实排出的关系 如何、其对成藏有何影响 石油勘探 与开发 油气勘探 V b 1 ． 4 1 N 0 ． 1 本文针对上述问题 ，通过对砂岩储集层内矿物蚀 变化学反应平衡量的核定 ，确定耗水矿物转化类型及 主要耗水作用 ，分析主耗水作用发生条件及其与生油 窗的对应性 。根据砂岩采样分析及前人研究资料[ 3 培 】 ， 研究耗水反应的普遍性及其油气地质意义 ；根据耗水 作用原理 ，建立 “ 压吸充注”油气成藏模式。深部致 密储集层油气聚集成藏机理和成岩期油水替换机制是 近年来探讨的焦点[ “ 】 ，“ 压吸充注”油气成藏模式 的 提出对岩性油气藏勘探具有重要参考价值 。 1砂岩储集层中的耗水作用 砂岩油气藏是世界主要油气藏类型[ 1 引，也是今后 深层勘探的主要 目的层系。济阳坳陷大量似透镜状砂 岩油藏 的发现证实油气不一定向构造高部位集中，也 可 向具有较低渗透能力的深部砂体运移成藏 ，而关于 这些砂体中原始地层水的去 向一直没有合理解释 ，直 到岩石中矿物蚀变产生的耗水现象被发现为止【 卜 。 1 ． 1长石蚀变耗水的主导性 据 P a x t o n S T等研究[ 1 ， 长石高岭石化过程中， 体 积缩小，可产生一定的孔隙空间。根据弱酸性环境中钾 长石、 钠长石向高岭石转化的化学反应方程式[ 2 0 - 2 1 计算 得知 1 0 0 0 g 钾长石蚀变为高岭石需要 9 7 ． 1 g水 ， 1 0 0 0 g钠长石蚀变为高岭石需要 1 0 3 ． 1 g水； 钾长石蚀变为高 岭石后体积缩小 1 5 ． 4 ％[ 1 ] ，钠长石蚀变为高岭石后体积 缩小 1 9 ． 8 ％[ 1 ； 两类长石的耗水作用明显增加储集空间。 通过室内实验分析长石蚀变耗水量。在一组 1 0 0 0 mL的容量瓶 中分别加入 l 0 0 g长石粉末样 ，然后分别 加入 1 0 ％乙酸 p H值约为 3 至 9 7 0mL。将容量瓶密 封后放入 9 0℃恒温烘箱内，7 d 后观察发现 ，各容量 瓶 内液体体积的损耗值均约为 6 ． 7 5 mL， 镜下观察反应 后的粉末样发现 ， 长石大多已转化为勃姆石和高岭石 ， 推 断长石 向高岭石的转化过程使液相体积减少 了约 6 ． 7 5 mL 。液相体积的减少量除包括长石粉末 1 0 0 g 酸溶耗水量之外 ，还应包括少量的容量瓶瓶塞缝挥发 量。 为了确定瓶塞挥发量 ， 使用一组相同容积的容量瓶， 分别加人 9 7 0 mL 1 0 ％乙酸溶液 p H值约为 3 ，不加入 长石粉末样品，在 9 0℃下恒温 7 d ，观察发现各容量瓶 溶液散失量均值约为 1 ． 6 0 mL 。 长石酸溶耗水体积应为加 样液量总损耗与不加样液量损耗之差 6 ． 7 5 1 ． 6 05 ． 1 5 mL ，即 1 0 0 g长石在实验条件下蚀变需耗水 5 ． 1 5 mL 。 如果进一步延长实验时间或提高反应温度， 则长石蚀变 程度更高，单位质量岩样的耗水量相应增大。 沉积岩埋藏过程 中，其组成矿物之间的转化关系 十分复杂 ，在发现长石高岭石化存在耗水作用之后 ， 进一步考证了其他次生矿物生成 的反应过程 ，根据化 学方程式计算 ，确定了几种耗水反应类型 弱酸性环 境下 蒙脱石高岭石化和弱碱性环境下钾长石 绿泥石 化、高岭石绿泥石化 、伊利石绿泥石化 、白云石和高 岭石 向方解石 、绿泥石的转化[ 2 0 - 2 1 ] 。计算其耗水量分 别为 1 0 0 0 g蒙脱石高岭石化需 6 2 g水、1 0 0 0 g钾长 石蚀变为绿泥石需 9 0 6 g 水 、1 0 0 0 g高岭石绿泥石化 需 2 0 9 g 水、1 0 0 0 g 伊利石绿泥石化需 1 9 5 g水、 1 0 0 0 g 高岭石向方解石及绿泥石转化需 1 3 9 g水。 综合分析这 5 类反应耗水量对岩石孔隙的影响发现 钾长石向绿泥 石的转化过程虽然耗水量偏大 ，但岩石 中形成绿泥石 总量偏少 ，推测地层 中钾长石 向绿泥石的转化规模较 小 ，对岩石孔隙的影响不大 ；其他 4类反应 由于原矿 物含量低或反应本身耗水量低 ，对岩石总孔隙度影响 亦较小 。相对而言 ，在地质体耗水增孔效应中，两类 长石高岭石化产生的耗水作用对岩石总孔隙度 的影响 多超过 7 5 ％，甚至超过 9 O ％。 1 ． 2长石蚀变与生油窗的对应性 前 已述及 ，长石高岭石化是砂岩 中主要的耗水矿 物蚀变类型，因此确定其发生的条件至关重要。不同 成岩环境下长石 向不同类型矿物转化[ 2 ] 中性环境下 长石易 向蒙脱石转化 ，碱性环境下长石趋 向于伊利石 化 ，而弱酸性条件促使长石向高岭石转化 。大量岩矿 资料统计证实 见图 1 ，长石高岭石化普遍与含油气 盆地生油窗深度相对应 。 以东营凹陷为例 见图 1 咸水环境 中沉积的烃 源岩 E s 4 在 2 5 0 0 m及 3 5 0 0 m深度左右均出现产 烃率高峰 分别对应低熟及成熟阶段 ，2 5 0 0 m左右 进入排烃 门限，3 5 0 0m左右进入主排烃期 ；淡水环境 中沉积的烃源岩 E s 3 中 一 在 2 8 0 0 m深度进入主生烃 期 、3 5 0 0 m深度附近为生烃高峰 ，3 0 0 0 m左右进入 排烃门限，3 5 0 0 m左右进入主排烃阶段[ 2 ； 高岭石含 量 的高峰值集中段与生 、排烃高峰段相对应 。生、排 烃过程 中，泥质岩 烃源岩 中有机质热演化生成的 流体具有弱酸性，常被称作 “ 含烃酸性流体”[2 4 】 。从 低熟油开始生成 ，地层 内就存在含烃酸性流体。源储 压差使得流体不断从泥质岩的微结构孔隙中排入砂岩 的孑 L 隙内，砂岩中的成岩环境被改造为弱酸性 ，长石 颗粒在这种弱酸性环境 中开始向高岭石有序转化 ，同 时产生耗水作用。 从油气成藏角度分析 ，从烃源岩中排 出的油气需 要一个成藏场所 ；烃源岩主排烃阶段砂岩成岩演化一 石油 勘探 与开发 油气勘探 V b 1 ． 4 1 No ． 1 [ 1 7 ] 金之钧，张金川，王志欣．深 盆气成藏关键地 质问题[ J ] l地质论 评， 2 0 0 3 ， 4 9 4 1 1 ． 1 4 ． ] i n Z h u n ， Z h a n g J i n c h u a n ， Wa n g Z h i x i n ．S o me r e ma r k s o n d e e p b a s i n g a s a c c u mu l a t i o n [ J ] ． Ge o l o g i c a l R e v i e w， 2 0 0 3 ， 4 9 4 l l 一 1 4 [ 1 8 ] 李国玉，金之钧．世界含油气盆地 图集 [ M] ．北京石油工业 出版 社 ． 2 0 0 5 ． L i G u o y u ， ] i n Z h ij u n ． Wo r l d a t l a s o f o i l a n d g a s b a s i n s [ M] ． Be i j i n g P e t r o l e u m I n d us t r y P r e s s ， 2 00 5 ． [ 1 9 】 P a x t o n S L S z o b o J O ，A j d u k i wi c z J M，e t a 1 ．C o n s t r u c t i o n o f i n t e r g r a n u l a r v o l u me c o mp a c t i o n c u r v e f o r e v a lua t i n g a n d pr e d i c t i n g c o mp a c t i o n a n d p o r o s i t y l o s s i n r i g i d - g r a i n s a n d s t o n e r e s e r v o i r s [ J ] ． AA P G B u l l e t i n ， 2 0 0 2 ， 8 6 1 2 2 0 4 7 2 0 6 7 [ 2 0 ] 刘孟慧 ，赵澄林 ．碎屑岩储集层成岩演化模式[ M] ．东 营石油大 学 出版社， 1 9 9 3 ． L i u Me n g h u i ， Z h a o C h e n g l i n ． D i a g e n e t i c e v o l u t io n m o d e o f c l a s t i c r o c k [ M] Do n g y i n g T h eP e t r o l e u m Un i v e r s i t yP r e s s ，1 9 9 3 ． [ 2 1 】 B j o r l y k k e K． F o r ma t i o n o f s e c o n d a r y p o r o s i t y h o w i mp o r t a n t i s i t [ C ] ／ ／ S u r d a m R C，Mc Do n a l d D A．A AP G Me mo i r 3 7 C l a s t i c d i a g e n e s i s ． T u l s a AAPG 1 9 8 4 2 7 7 ． 2 8 6 ． [ 2 2 】 赵澄林，朱筱敏 ． 沉 积岩石学 【 M] ．北京石油 工业 出版社 ， 2 0 0 1 l 2 2 一 l 2 4． Z h a o C h e n g l i n ，Z h u Xi a o mi n ．S e d i me n t a r y r o c k s [ M] ．Be i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 1 1 2 2 1 2 4． [ 2 3 ] 蔡希源．湖相烃 源岩生排烃机制及生排烃效率差异性以渤 海湾 盆地东营凹陷为例[ J ] ． 石油与天然气地质， 2 0 1 2 ， 3 3 3 3 2 9 3 4 5 ． [ 2 4 ] [ 2 5 ] Ca i Xi y u a n．Hyd r o c a r bo n g e ne r a t i o n e x p u l s i o n me c ha n i s ms a n d e f f i c i e n c i e s o f l a c u s t r i n e s o u r c e r o c k s A c a s e s t ud y f r o m t he Do n g y i n g s a g ，B o h a i B a y Ba s i n [ J ] ．Oi l＆ Ga s Ge o l o g y ,2 0 1 2 ． 3 3 3 3 2 9 - 3 4 5 ． 张守鹏 ，张林 晔，王伟庆 ，等．含油气盆地地层 水演化过 程 中含 烃酸性流体 的浸入效应 以东营凹陷胜坨油 田为例[ J ] l油气地质 与采收率， 2 0 1 1 ， 1 8 4 1 0 ． 1 2 ． Zh a n g S h o u pe n g ，Zh a n g Li n y e ，Wa n g W e i q i n g ， e t a 1 ． I mme r s i o n e f f e c t o f h yd r o c a r b o n a c i d i c f l u i d wi t h e v o l u t i o n o f f o r m a t i o n wa t e r i n o i l g a s be a r i n g b a s i n Ca s e s t u d y o f S h e n g t u o o i l fie l d．Do n g yi n g d e p r e s s i o n [ J ] ． P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d Re c o v e r y E f fi c i e n c y ,2 0 1 1 ， 1 8 4 1 0 - 1 2 银燕．东营 凹陷地层水水化学纵向分带性与成岩耗水系统划分 [ J ] 油气地质与采收率， 2 0 l i ， 1 8 3 1 3 2 3 5 ． Yi n Ya h ．Hy d r o c h e mi c a l v e i c a l z o n i n g o f f o r ma t i o n wa t e r a nd p e t r o g e n i c wa t e r c o n s u mp t i o n i n Do n g y i n g s a g [ J ] ．P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d R e c o v e ry E f fi c i e n c y , 2 0 1 1 ， 1 8 3 3 2 3 5 ． 作者简介张善文 1 9 5 5 ． ，男，山东文登人 ，博士 ，中国石化胜利油 田分公司教授级高级工程师，主要从事石油地质研究和生产管理工作。地 址山东省东营市中国石化胜利油田分公司，邮政编码2 5 7 0 1 5 。E ． ma i l s k y z s ws l o c o m 收稿 日期2 0 1 3 0 8 ． 0 2 修回 日期2 0 1 3 ． 1 0 ． 2 5 编辑王大锐 绘图 刘方方 喈唣 ． 唣 ． 唣 ． 吨 ． 吨 ． 唣 ． 喈唣 ． 唣 ． 唣 ． 电喈 唣 - 唣 ． 唣 ． 唣 ． 唣 ． 唣 ． 唣 ． 唣 ． 石油勘探与开发 2 0 1 4 年第 2 期部分文章预告 鄂尔多斯盆地古生界煤成气勘探进展 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 杨华 ，刘新社 歧 口凹陷沙一下亚段斜坡区重力流沉积与致密油勘探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 蒲秀刚，周立宏， 韩文中，等 超深层裂缝_ 孑 L 隙型致密砂岩储集层表征与评价以库车前陆盆地克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组为例 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯ 张惠良，张荣虎，杨海军，等 鄂尔多斯盆地西峰一安塞地区延长组砂岩储集层致密与成藏耦合关系 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 刘明洁 ，刘震，刘静静，等 准噶尔盆地车北地区浅层砂岩油藏顶底双油水倒置成因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯赵晓东 ，杨少春，向奎，等 缝洞储集层测井最优化处理方法 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 冯周，李宁， 武宏亮，等 丛式平台控制圈闭群评价优选以厄瓜多尔奥连特盆地 X区块为例 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 马中振，谢寅符，张志伟， 等 应用地震正反演技术提高地质建模精度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯胡勇，于兴河 ，李胜利，等 碳酸盐岩储集层复杂孑 L 渗关系及影响因素以滨里海盆地台地相为例 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 何伶，赵伦 ，李建新，等 轻质油藏空气驱机理数值模拟 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． ． 贾虎，赵金洲 ，杨怀军，等 基于 C T扫描技术研究页岩水化细观损伤特性 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯马天寿 ，陈平 中东地区已发现大油 田储量增长特征及潜力 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯边海光，田作基 ，吴义平，等