林承焰-低渗致密砂岩储层成岩作用的几个相关问题探讨

到成分变化之间的结构因素。
它是研究沉积物在沉积过程中的发生的形态结构变化及化 学成分变化的新学科，它将构造地质学、沉积学甚至变质岩石 学有机的结合在一起。 起初只应用于成岩作用中高温形变的研究，但越来越多 的实例表明，结构成岩作用研究还可运用于相对低温环境中 的沉积盆地成岩作用研究，这无疑是成岩作用研究的新思路。
辫状
辫状 辫状
随着参数和边界条件变化模拟的不同河流形态
成岩模拟？
D—颗粒直径；S —河道倾斜度；C—粗糙系数；E—河岸可蚀性；Tveg—时间； Hcr —主要水流深度；VS /V* —沉积物沉降速率/横向平均速率。
Andrew Nicholas, Morphodynamic diversity of the world’s largest rivers, GEOLOGY, 2013, 41(4):475–478
2. 沉积微相存在成岩差异和储层物性差异。
平面上，不同微相 的砂体在原生物性、组 合样式及展布方向上各 具特点，导致不同的成 岩流体输导能力。
扶余油层主力微相 类型为三角洲平原分流 河道及前缘水下分流河 道，下部Ⅲ、Ⅳ砂层组 发育于水上环境，砂体 较发育，纵向多为两期 河道切叠，连通性较好， 粒度相对粗、物性较好； 向上Ⅱ砂层组开始向水 下环境过渡，砂体发育 变差；至Ⅰ砂层组砂体 发育明显变差，多为单 期河道，连通性及物性 变差。
泥页岩可改造性研究
①泥、页岩岩石可改造性相关实验研究 岩石三轴应力分析实验，P-S波综合测试 ②开展泥、页岩在不同温度、压力及流体状态下物理参数、力学参数分析；
③泥页岩可压性影响因素分析
机械压实、化学压溶成岩作用与结构成岩作用
结构成岩作用（Structural diagenesis ）是成岩研究中一种 新类型（S.E. Laubach et al.，2010）。它强调从岩石形态变化
让字井斜坡带扶余油层沉积模式 扶余油层主要砂体成因类型对储层的控制作用
砂体成因类型 分流河道 水下分流河道 河口坝与席状砂 天然堤及漫溢 水下天然堤及漫溢 决口河道 平均砂体 平均孔隙 平均渗透 平均杂基 平均溶蚀 厚度/m 度/% 率/10-3µm2 含量/% 面孔率/% 6.7 10.4 0.71 2.0 0.59 3.6 2.7 2.1 1.7 2.4 10.3 10.1 8.9 9.0 8.9 0.42 0.53 0.26 0.29 0.31 1.1 2.1 1.1 5.2 4.0 0.47 0.56 0.28 0.20 0.40
决
口
河
道
和
决
3. 岩石的成分成熟度低，不稳定组分含量高，压实作用 强烈，不利于后期溶蚀和储层改善。
岩石成分、组构决定储层成岩作用及储层物性。
碎屑 组成
碎屑
相对含量（%）
石英
41.4
长石
35.2
岩屑总 火山岩 变质岩 石英质 其他类 量 屑 屑 岩屑
23.4 20.0 1.2 1.1 1.1
成分成熟度指数小于1， 不稳定组分含量高。
岩屑中含有一定量的塑性组 分，造成储层易于压实，物 性随岩屑含量增加而变差。
乾227井，1744.7m，岩屑含量较高，（＋）×100
4.沉积粒度偏细，易压实，不利于后期溶蚀作用的进行和 储层的改善。
岩石组构决定储层物理压实强烈，进而不利于后期溶蚀作用的进行。
35
百分含量/%
岩石 结构
30 25 20 15 10 5 0
扶余油层分流河道及河口坝与席状砂微相砂体的溶蚀面 孔率明显高于其它类型砂体。
100 井数（口） 80
工业油流井 低产油流井 油气层井 油气显示井
60 40 20
道 道 积 河 河 沉 砂 状 口 扇
0
流 分
河道及河口坝 水动力强，杂基含 量较低、有利于原 生孔隙的保存。这 些原生孔隙的存在 也为后期溶蚀作用 的发生提供了通道 和空间，更易形成 次生孔隙。 统计表明，扶 余油层分流河道、 水下分流河道及河 口坝与席状砂微相 砂体的溶蚀面孔率 明显高于其它相类 型砂体。
沉积与成岩：各类成因类型砂体成岩作用特征
（S. Morad et al. ，2011）
1.扶余油层下部砂体溶蚀作用较强，改善储层物性，油 井产能较高。
下部2个中期旋回 储层更发育，成岩 流体运移通道更通
畅，溶蚀作用较强， 油井平均产能3.5 t/d；上部2个中期 旋回成岩流体运移 通道发育较差，溶 蚀作用较差，物性 变差，油井平均产 能1.7 t/d。
流
溢
分
漫
席
下
及
与
水
堤
坝
然
口
天
河
扶余油层主要砂体成因类型对储层的控制作用
砂体成因类型 分流河道 水下分流河道 河口坝与席状砂 天然堤及漫溢 水下天然堤及漫溢 决口河道 平均砂体 平均孔隙 平均渗透 平均杂基 平均溶蚀 厚度/m 度/% 率/10-3µm2 含量/% 面孔率/% 6.7 10.4 0.71 2.0 0.59 3.6 2.7 2.1 1.7 2.4 10.3 10.1 8.9 9.0 8.9 0.42 0.53 0.26 0.29 0.31 1.1 2.1 1.1 5.2 4.0 0.47 0.56 0.28 0.20 0.40
结构成岩作用，顾名思义强调“结构”在成岩过程的变 化， 这也是区分其与压溶作用的关键。 此前，普遍认为机械压实作用导致岩石形变，而由形变 而引起的岩石化学成分变化都归于压溶作用范畴内。 将结构成岩作用作为新的内容，与压溶作用区分开来， 是在近几年才被提出的（ Schultz, 2009)。 结构成岩作用的提出，强调了在传统意义上的“压实” 与“压溶”作用中岩石结构的变化及其在成岩过程中所 起的作用。
让字井斜坡带扶余油层埋藏史与孔隙演化
连通砂岩和断层为成岩流体提供通道，溶蚀作用 多发生在主河道及近断层部位。
溶蚀作用强度与至距断层距离的关系
断层是酸性流体运移的重要通道，近断层部位具备有机酸优势运移条件。
距离上覆源岩层越近，溶蚀作用越强，Ⅰ、Ⅲ砂层组溶 蚀作用分别较Ⅱ、Ⅳ砂层组更强。
研究区储层的酸源为上覆青一段， 其运移模式类似于成藏的“倒灌” 模式，受控于酸源层内部异常高压 的幕式释放及酸性流体输导体系。
古地形平缓，碎屑粒度 偏细，在上覆载荷作用 下更易滑动和重新排列， 造成紧密压实。
砾岩
中粗砂
细砂
极细砂
粉砂
泥岩
孔隙度(%)
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0.05 0.1
粒度中值(mm)
扶余油层岩石类型
Trask分选系数平均2.21,分选较 差，小颗粒易充填于大颗粒间的 孔隙和喉道。 原生孔隙度偏低
PI51
交错迁移 叠加型
(PI22、4、5、8、9)
PI3
简单层状 叠加型
(PI3、6、7)
PI21
孤立型
（(PI1、21)
单砂体类型 储量比例 (%)
孤立型 13.7
简单层状叠加型 23.9
交错迁移叠加型 51.3
六种不同沉积相得成岩相？
（据J.M. Slomka and C.H. Eyles, Characterizing heterogeneity in a glaciofluvial deposit using architectural elements, Limehouse, Ontario, Canada, 2013,vol.50, 911-929）
有利的储层，但只有在最有利构造部位的井才具有较好的
产油气能力。
乾227区泉四段6小层成岩相与孔隙度平面叠合图
有利储层预测
乾227区泉四段6小层成岩相与渗透率平面叠合图
三、结构成岩作用与岩石可改造性
杨氏模量和泊松比 关系
动、静态杨氏模量矫正图版 TAW-1000型微机伺服岩石三轴试验机 (岩石 力学参数) P-S波综合测试仪 （岩石弹性参数）
(S.E. Laubach et al.,2010)
美国内达华州火焰谷砂岩岩样的阴极发光照片 其中a为普通围岩岩样，b为位于构造形变带的岩样。 很明显，石英胶结物（深蓝色部分）在b中更发育， 这说明石英更容易在新鲜的断裂表面发生沉淀作用， 而不是碎屑颗粒表面。
石英胶结物在不同结构模型下的发育情况(S.E. Laubach et al.,2010) （灰色为石英，绿色为石英胶结物，黑色为孔隙，橘色为长石） a 为断裂带附近的石英砂岩（温度25-100 ℃ ）； b为模拟a的石英胶结物发育的情况（温度100-150 ℃ ）； c 为在相同情况下，长石含量增加到25%，石英减少到75%，d 为模拟石英 胶结物发育情况。
成岩作用的后期改造→ 储层质量→ 油气分布
•沉积条件：分流河道中部，细砂岩、 粉砂岩，结构成熟度高，原始物性好。 •成岩条件：细砂岩、粉砂岩弱胶结强 溶蚀成岩相是最有利成岩相带，次生孔 隙发育。 •构造条件：断层遮挡，处于圈闭中部
“沉积+成岩+构造”综合控制成藏
具有高孔隙度且位于最有利成岩相带的砂体往往是最
2013年中国油藏开发地质专题学术研讨会
低渗致密砂岩储层成岩作用 的几个相关问题探讨
林承焰
中国石油大学（华东） 2013年11月16日 成都
一、沉积与成岩 对低渗—致密砂岩储层沉积成 岩作用来说，受成岩作用的影 响更大，成岩作用与沉积作用 的研究密切相关。
沉积单砂体的成岩作用？
厚油层精细解剖，建立厚油层单砂体叠加模式。
0.15
0.2
Φo=（20.91+22.9/So）%= 31.7%
岩石组构特征导致储层易于压实； 在酸性流体运移期，储集空间和 通道条件已较差，不利于矿物溶 蚀。
胶结作用使河道底部储层变差，更加致密，含油性变差。
乾228，2338.55，（－），蓝色铸体
乾228，2342.75，（－），蓝色铸体
同为河道砂岩，处于河道主 体部位的砂岩孔隙性较好，日 产油0.31t；
乾228 乾229
处于河道底部的砂岩，由于 钙质胶结的存在（底钙），使 得孔隙性很差，无油气显示。
二、成岩作用过程与油气成藏
在成岩作用和成烃演化史研究基础上，预测储层发育有利区
成岩事件演化及影响
预 测 有 利 区 烃流体演化
“倒灌”成藏模式影响源下储层的物性，改善储层物性。
流体活动演变 扶余油层上覆青一段源岩发育超压，青一段上覆青二、青三段地层仍以泥岩为主， 断穿青一段底部T2构造层的断裂密集成带，向下断穿扶余油层，向上多消失于青一段、 青二段泥岩中，由于其上覆泥岩层的封盖导致向上排液通道不畅。这种地层组合与断裂 的耦合，导致青一段流体的向上运移受阻，为超压流体“倒灌”创造了条件。盆地模拟 表明，在嫩江期末、明水期末构造运动影响下，大部分T2断裂都曾复活开启。青一段排 出大量的流体在超压驱动下，沿T2断裂向下排泄、垂向运聚于下伏扶余油层，从而影响 源下储层的物性演化。
纵向上，下部的Ⅲ、Ⅳ砂层组由于 原始物性保存更好，酸性流体运移更通 畅，后期可进入更多有机酸性水，整体 上溶蚀作用较上部2个砂层组更强。 在原始物性相近的条件下，距离酸源 层越近，溶蚀作用越强，镜下观察发现 Ⅰ、Ⅲ砂层组溶蚀作用分别较Ⅱ、Ⅳ砂 层组更强，即距离上覆源岩层越近，溶 蚀作用越强。
Ⅰ 砂 组 Ⅱ 砂 组 Ⅲ 砂 组
Ⅳ 砂 组
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储层成岩特征差异性，对砂体聚油气能力和输导能力 差异性有影响，形成成藏的非均质性。
•成岩作用的后期改造→ 储层质量→ 油气分布
• 河道中下部砂岩粒度粗，分选好， 溶蚀作用发育，储层质量好。 • 河道上部粒度变细，泥质含量增高， 有时“顶钙”胶结；河道底部有时也 发育“底钙”胶结：导致储层质量变 差。
针对美洲几条现代河流地形、水动力、沉积物搬运的数值模拟情况
A-D模拟E-G中的砂体的形成； H模拟I、J代表的现代沉积； 成岩模拟？ K-N模拟河道随时间推移的垂向演变。 Andrew Nicholas, Morphodynamic diversity of the world’s largest rivers, GEOLOGY, 2013, 41(4):475–478
主要排烃期有机酸对储集层质量具有一定改善作用。
嫩江组沉积期末、明水组沉积期末青一段烃源岩处于80～120 ℃的有机酸高浓度 时期，两次构造运动导致烃类大规模运移，对储集层质量具有一定改善作用。 研究区在嫩江组末期、 明水组末期发生两个构造 挤压活动，一方面水平挤 压应力可以造成水平方向 压实程度加强；另一方面 构造抬升是一个地层减压 的过程，砂岩回弹可以形 成巨大抽吸力，造成低势 区，酸性流体更易充注。