CN103628867A - 一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法及系统，利用成岩模拟系统进行泥页岩演化的模拟和分析，实现了模拟在接近实际地质条件的压实作用下，判定泥页岩储层成岩阶段划分、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力。

Description

一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法及系统

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，特别涉及一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法及系统。

背景技术

目前国内外拥有用于成岩模拟类装置的单位较少，一般只是根据某一方面实验要求进行组装的小型装置，且大多数为砂岩的酸溶实验。如成都理工大学与长庆油田的模拟实验选择了五种矿物（钙长石、普通辉石、透辉石、阳起石及角闪石）、四种不同的温度及压力条件进行乙酸溶解试验。结果表明：长石类铝硅酸盐矿物的溶解过程是缓慢进行的，离子迁移量甚微，铝硅酸盐矿物离子的溶出量只有离子总量的3.4%。但是铝硅酸矿物的溶解提供了接近2%的次生孔隙度，占孔隙度增值的大部分；中国石油大学（华东）通过砂岩机械压实作用模拟实验，证实在压实作用过程中孔隙度和渗透率随深度的变化具有早期速变阶段和晚期缓变阶段，并认为深度与孔隙度和渗透率之间存在着良好的指数与乘幂关系。中国石油大学（北京）进行了中砂级纯净石英碎屑为介质的压实作用模拟实验研究。结果表明：①在压实过程中,砂体孔隙度和渗透率的变化具有明显的二分性，即压实初期的陡变带和随后出现的缓变带。②系统流体的实时取样测试表明，压实作用不仅是一个物理作用的过程，同时也会发生化学变化，在较浅的埋藏条件下石英砂体也发生了压溶现象；中国石化无锡所开展了不同温度（常温-200℃）、不同浓度二氧化碳条件下6种岩性样品（鲕粒白云岩、鲕粒灰岩、微晶白云岩、微晶灰岩、微晶灰质云岩、微晶云质灰岩）进行溶蚀对比实验。结果表明：任何温度条件下，鲕粒白云岩始终是最难溶蚀，最易溶蚀的是微晶灰岩和鲕粒灰岩；所有样品的溶蚀率从常温到200℃均存在较强→强→弱变化趋势，溶蚀率最大是在60℃到90℃之间；中国石油廊坊分院开展的酸岩反应与次生孔隙成因模拟实验表明：样品经有机酸处理后不稳定矿物溶解，微孔隙及微裂隙扩大，储层物性得到改善，地层有机酸对不稳定矿物的溶解作用是储层次生孔隙形成的主要原因；酸溶蚀前条片状伊利石溶蚀后条片状伊利石明显减少；美国新奥尔良大学Ronald K.Stoessell还开展了长石矿物溶蚀过程中Al的迁移活性及钾长石、钠长石蚀变的实验研究，并获得了专利：美国专利---Phillips Petroleum Company(Bartlesville)Apparatus andmethod for simulating diagenesis，专利号:United States Patent4606227。前人有关泥页岩的成岩模拟主要应用于烃源岩的生烃模拟领域，中国石油勘探开发研究院的米敬奎等将生烃模拟实验方法分为开放、半开放和封闭3种体系，认为温度是影响泥页岩生烃模拟实验最主要的因素。前人有关泥页岩成岩演化过程方面的地质研究成果比较少，国外学者C.A.Connolly根据粘土矿物和镜质体反射率资料，结合泥岩压实和古地温梯度重建了加拿大阿尔伯达Deep盆地Spirit河组WiLrich段泥岩和相邻地层的成岩作用和热史；H.F.Shaw采用扫描电镜及X-射线粘土分析方法，明确了美国德克萨斯海湾第三系超压带中泥岩的成岩演化史。国内学者主要探讨了泥岩成岩作用对砂岩储层中胶结作用和物性的影响，并借鉴砂岩储层的成岩指数初步实现对泥岩成岩阶段的确定。以上的实例表明，目前国内外开展的成岩模拟实验大多数为砂岩的酸溶实验，以及泥页岩的生烃模拟实验，而在模拟接近实际地质条件的压实作用下，判定泥页岩储层成岩阶段划分、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力等实验研究工作开展的很少。

发明内容

本发明提出了一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法及系统，利用成岩模拟系统进行泥页岩的演化和分析，以实现模拟在接近实际地质条件的压实作用下，判定泥页岩储层成岩阶段划分、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力。

为达到上述目的，本发明提供了一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法，包括以下步骤：

获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统分别压入所述多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

可选的，所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法确定。

可选的，所述根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比砂质样品具体包括：

根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

可选的：所述多个反应釜具体为6个；所述多种流体溶液，具体为6种流体溶液。

可选的，所述分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果具体为：

将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

本发明另外提供一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析系统，包括：

实际地质参数勘测单元，用于获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

泥质样品制备单元，用于根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

砂质样品配比单元，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

流体溶液制备单元，用于根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

砂泥岩互层沉积模拟单元，用于根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

成岩模拟单元，用于根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统分别压入所述多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

演化分析单元，用于分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

可选的，所述泥质样品制备单元具体用于：

根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法，确定所述泥质样品中的粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量。

可选的，所述砂质样品配比单元具体包括：

砂岩储层岩石碎屑组分参数测定子单元，用于根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

配比子单元，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

可选的：所述多个釜体样品管具体为6个；所述多个反应釜具体为6个；所述多个所述砂质样品和所述泥质样品具体为不超过6个；所述多个成岩流体具体为不超过6个。

可选的，所述演化分析单元具体包括：

样品分析子单元：用于将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

演化厘定子单元，用于结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

通过本发明提供的方法及系统，可以通过成岩模拟系统进行泥页岩的演化模拟和分析，可以实现模拟在接近实际地质条件的压实作用下，判定泥页岩储层成岩阶段划分、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力。

附图说明

图1为本发明一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法的流程示意图；

图2为本发明一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析系统的结构示意图；

图3为本发明一种地质过程约束下模拟泥岩成岩阶段与自生矿物演化的分析方法的流程示意图；

图4为地质过程约束下的成岩物理模拟过程示意图；

图5为伊利石、高岭石及绿泥石的含量随模拟埋藏深度变化的曲线示意图；

图6为石英、钾长石、斜长石、方解石随温度与压力的变化曲线示意图。

具体实施方式

随着我国对能源需求的日益增加，非常规油气勘探开发正不断取得重大突破，页岩气的勘探正是全球瞩目的焦点之一。泥页岩储层类型多，如硅质页岩、钙质页岩等。粘土含量高的页岩，压裂不容易形成裂缝，而硅含量高的页岩，压裂容易形成裂缝。寻找页岩气，首先要找富气的页岩、富硅的页岩。因此需要针对非常规页岩气储层的岩石学特征、成岩演化过程开展深入分析，迫切需要解决泥页岩储层成岩阶段划分依据、泥页岩中脆性矿物含量变化、以及自生矿物形成温度与压力等方面的问题。因此，依托成岩模拟系统（专利号：ZL201120530914.0，专利申请日2011年12月16日），开展在地质过程约束下的泥页岩储层成岩模拟的研究工作，将为表征不同埋藏阶段的泥页岩储层成岩演化阶段、脆性矿物含量变化、以及自生矿物形成温度与压力提供正演过程的实验数据，为页岩气储层评价和预测提供理论基础。

本发明采用的技术方案是依托储层成岩模拟系统（专利号：ZL201120530914.0），其具有耐高温、耐高压和6个反应釜体系列的优点（设备加温的最高温度：T≤500℃，加压的最高静岩压力：P≤275MPa，设计埋深达10km，加液的流体压力最高：P≤120MPa），建立一种在地质过程约束下模拟相同粘土矿物类型、相同碎屑成分的泥质样品，在不同温压条件下使其固结成岩，通过对成岩后的多个泥页岩样品开展多种微观测试与分析，获得粘土矿物含量变化、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力及其形态特征等参数，并结合相同温压条件下砂岩储层微观特征，形成泥页岩储层在经历不同埋藏条件下成岩演化过程的实验流程和研究方法。

实施例一：

如图1所示，为本实施例一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法的流程图，包括以下步骤：

步骤101，获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

其中，所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法确定。

步骤102，根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

步骤103，根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

步骤104，根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

一般会根据模拟过程中泥质样品的数量或砂质样品的数量来配比流体溶液的种数。

反应釜共有六个，故可最多同时进行6组成岩模拟，因而最多可以配置6种泥质样品、6种砂质样品，同时配比6种流体溶液。

该流体溶液是根据储层成岩流体的各种矿物质含量及微量元素的含量等，进行等比例配比的。

步骤105，根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

反应釜共有6个，因而砂质样品和泥质样品的个数最多不能超过6个。

将砂质样品和泥质样品，按照地层埋藏方式置入反应釜内，每个反应釜中砂纸样品和泥质样品的高度比是不同的。

步骤106，根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统压入多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

将各种流体溶液分别根据不同的温度、压力，压入反应釜内，流体注入的同时，控制反应釜的温度，模拟成岩的演化过程。

一般情况下，流体溶液注入的完成和模拟过程的结束时同时的。

当然，也可以在流体溶液注入完成之后，继续控制反应釜温度和压力，模拟不同演化场景。

步骤107，分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

具体为：

将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

实施例二：

如图2所示，为本发明一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析系统的结构图，包括：

实际地质参数勘测单元201，用于获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

泥质样品制备单元202，用于根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

还用于根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法，确定所述泥质样品中的粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量。

砂质样品配比单元203，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

砂岩储层岩石碎屑组分参数测定子单元2031，用于根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

配比子单元2032，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

流体溶液制备单元204，用于根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

一般会根据模拟过程中泥质样品的数量或砂质样品的数量来配比流体溶液的种数。

反应釜共有六个，故可最多同时进行6组成岩模拟，因而最多可以配置6种泥质样品、6种砂质样品，同时配比6种流体溶液。

该流体溶液是根据储层成岩流体的各种矿物质含量及微量元素的含量等，进行等比例配比的。

砂泥岩互层沉积模拟单元205，用于根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

反应釜共有6个，因而砂质样品和泥质样品的个数最多不能超过6个。

将砂质样品和泥质样品，按照地层埋藏方式置入反应釜内，每个反应釜中砂纸样品和泥质样品的高度比是不同的。

成岩模拟单元206，用于根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统压入多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

将各种流体溶液分别根据不同的温度、压力，压入反应釜内，流体注入的同时，控制反应釜的温度，模拟成岩的演化过程。

一般情况下，流体溶液注入的完成和模拟过程的结束时同时的。

当然，也可以在流体溶液注入完成之后，继续控制反应釜温度和压力，模拟不同演化场景。

演化分析单元207，用于分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

样品分析子单元2071：用于将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

演化厘定子单元2072，用于结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

实施例三：

如图3所示，为本实施例一种地质过程约束下模拟泥岩成岩阶段与自生矿物演化的分析方法的流程示意图，包括以下步骤：

步骤301，地质过程要素分析；

实际地质过程要素分析，包括研究区地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征等（其中成岩流体一般分成两种：弱碱性流体和弱酸性流体。本领域技术人员通过本领域常规手段来获取储层流体的成分，并根据成分来确定其为弱碱性流体或弱酸性流体；埋藏方式包括长期浅埋-后期快速深埋、长期浅埋-后期快速深埋-抬升和正常埋藏压实等方式，本领域技术人员可以通过现有常规手段来对地层储层进行检测并判断。）；

步骤302，实际泥质样品分析；

获取所模拟盆地及地区的泥质样品，依据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物Ｘ射线衍射定量分析方法(SY/T5163-2010)，确定泥质中粘土矿物种类及含量，泥质中岩石矿物组分及含量等参数；

步骤303，样品制备；

依据砂岩储层岩石碎屑组分实际地质参数，配比模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级（粗砂-粉砂）的砂质样品。砂岩储层岩石碎屑组分的分析标准为：岩石薄片鉴定（SY/T5368-2000）；

根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液

步骤304，砂泥岩互层沉积模拟；

将泥质样品与配比的砂质样品填放于储层成岩模拟系统（专利号：ZL201120530914.0，专利申请日2011年12月16日）的6个反应釜体内，在每个釜体样品管总长19.7cm，下部填放泥质样品（一般厚度为10cm～12cm，上部填放配比好的砂质样品（一般厚度6cm～8cm），用于模拟实际的砂泥岩互层沉积特征；

步骤305，成岩演化模拟；

将配置的流体溶液，即成岩流体通过液体供给系统压入反应釜体内，实验中流体可以为恒压和恒流两种供给方式，在流体供给达到样品总体积的20%后，停止供液，关闭容器，使得流体封闭于样品容器中，进行充分的水岩反应20～30h后再放出收集，如此循环14～21天至整个实验结束；

由于该储层成岩模拟系统具有6个反应釜体，可同时模拟研究地区的不同实际地温、压力条件及储层不同埋藏方式，分别获得模拟不同埋深情况的泥页岩和砂岩样品；

步骤306，演化模拟样品分析；

将获得的泥岩成岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析、粘土矿物种类与含量分析，依据获取的相关测试与分析数据，结合砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

多个泥页岩样品的分析标准分别为：扫描电子显微镜分析方法（SY/T5162-1997）、岩石定量能谱定量分析方法（SY/T6189-1996）、沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物Ｘ射线衍射定量分析方法(SY/T5163-2010)、碎屑岩成岩阶段划分(SY/T5477-2003)。

实施例四：

我国西部库车前陆盆地油气勘探获得了重大突破，深部白垩系碎屑岩储层是油气勘探的重点层位之一。因此，结合盆地构造史、储层埋藏史，模拟白垩系砂泥岩的成岩演化过程，通过分析泥岩的成岩演化阶段、泥岩中自生矿物形成温度与压力，建立与实际地质成岩演化过程相一致的成岩演化标准，为前陆盆地深部有利储层地质评价与预测提供实验依据。

对此，本发明提供了一种模拟白垩系砂泥岩的成岩演化过程，如图4所示，为本实施例地质过程约束下的成岩物理模拟过程示意图，其中，液压机为静岩压力提供装置；泵为流体压力提供装置；取样装置包括收集气体和液体，手工采集位于各炉体；六个炉体结构和功能一样，用于同一类型样品不同实验条件模拟；整个过程可以通过计算机程序控制。

具体包括以下步骤：

步骤401：模拟库车地区砂泥岩地层的埋藏方式，地层成岩流体特征参数，及区地特征参数：

地层埋藏方式：早期长期浅埋、后期快速深埋的特有埋藏方式；

地层成岩流体特征参数：配制与库车白垩系地层流体相同的氯化钙、醋酸溶液（重量百分比浓度2%）；

区地特征参数（模拟白垩系砂泥岩地层温度、压力及对应的埋深）：温度200℃，静岩压力82.5MPa（埋深1000m）、温度300℃，静岩压力110MPa（埋深2000m）、温度350℃，静岩压力137.5MPa（埋深3000m）、温度375℃，静岩压力151MPa（埋深4000m）、温度400℃，静岩压力165MPa（埋深5000m）、温度412℃，静岩压力179MPa（埋深5500m）、温度425℃，静岩压力192.5MPa（埋深6000m）、温度438℃，静岩压力206MPa（埋深6500m）、温度450℃，静岩压力220MPa（埋深7000m）、温度475℃，静岩压力247.5MPa（埋深8000m）和温度500℃，静岩压力275MPa（埋深9000m）。

步骤402：获取库车前陆盆地白垩系泥质样品，确定泥质中粘土矿物种类及含量，泥质中岩石矿物组分及含量等参数（见表1、表2）；

步骤403：配制模拟用的砂质样品，砂质样品碎屑组分与库车前陆盆地白垩系巴什基奇克组砂岩碎屑组分中石英、长石、岩屑种类及含量一致，并配制粒级为0.10mm-0.25mm砂质样品；

步骤404：将样品置于成岩模拟反应釜装置中：下部填放泥质样品（一般厚度为10cm-12cm），上部填放配比好的砂质样品（一般厚度6cm-8cm）。

步骤405：成岩模拟实验

通过成岩模拟系统计算机总成控制反应釜内温度与压力，分别模拟白垩系砂泥岩地层在在温度200℃，静岩压力82.5MPa（埋深1000m）、温度300℃，静岩压力110MPa（埋深2000m）、温度350℃，静岩压力137.5MPa（埋深3000m）、温度375℃，静岩压力151MPa（埋深4000m）、温度400℃，静岩压力165MPa（埋深5000m）、温度412℃，静岩压力179MPa（埋深5500m）、温度425℃，静岩压力192.5MPa（埋深6000m）、温度438℃，静岩压力206MPa（埋深6500m）、温度450℃，静岩压力220MPa（埋深7000m）、温度475℃，静岩压力247.5MPa（埋深8000m）和温度500℃，静岩压力275MPa（埋深9000m）的成岩变化，进行为期20天的模拟实验。

实验开始，将配置的氯化钙流体以速度0.2ml/min压入放置了砂泥质样品的容器中，在流体供给达到样品总体积的20%后，停止供液，关闭容器，使得流体封闭于样品容器中，将容器温度压力设定与所模拟的地层温度、压力一致，进行充分的水岩反应，反应24小时后，再放出收集。5天后，将配置的醋酸溶液按照前述方式压入容器中，同样封闭24小时后，再放出收集，如此循环至设定为20天的实验结束。实验温度升高、静岩压力及成岩流体供给均由储层成岩模拟系统计算机总成控制。

其中成岩物理模拟系统中，液压机为静岩压力提供装置，泵为流体压力提供装置，取样装置包括收集气体和液体，手工采集位于各炉体，六个炉体结构和功能一样，用于同一类型样品不同实验条件模拟，并以计算机程序控制。

步骤406：泥岩成岩演化阶段与脆性矿物、自生矿物演化特征分析

将获得的泥岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析、粘土矿物种类与含量分析；将获得的砂岩样品进行储层薄片微观分析，分析碎屑颗粒间的接触状态，观察砂岩孔隙类型及形貌，砂岩孔隙类型包括原生孔隙、次生溶蚀孔隙等。依据获取的相关测试与分析数据，以及砂岩储层成岩阶段划分标准(SY/T5477-2003)，明确脆性矿物含量变化、自生矿物的形成、形态与温度、压力的对应关系形成温度，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

通过储层成岩模拟系统再现了库车前陆盆地深部砂泥岩地层分别在埋深1000m-2000m的早成岩阶段、埋深2000m-5000m的中成岩A1阶段、埋深5000m-8000m的中成岩A2-B阶段和8000m-9000m的晚成岩阶段泥岩中粘土矿物种类与含量变化、石英等脆性矿物含量变化及自生矿物种类与形态特征。取得了初步认识：①在浅埋藏阶段的碱性成岩环境中，伊利石、高岭石及绿泥石等粘土矿物含量较高，且随着模拟埋藏深度的增大含量逐渐降低。在深埋藏阶段的酸性成岩环境中，早期的伊利石、高岭石及绿泥石等粘土矿物含量变化不大，至温度压力升高到400℃和165MPa即模拟埋深5000m时，高岭石及绿泥石含量快速降低，而伊利石含量增高明显；如图5所示，为伊利石、高岭石及绿泥石的含量随模拟埋藏深度变化的曲线示意图。另外，成岩模拟库车前陆盆地白垩系泥岩的粘土矿物相对含量统计表如表1所示：

表1

②粘土矿物与自生矿物形态特征表明，在表生阶段粘土矿物蒙皂石呈絮状、绿泥石呈不规则状，泥岩中未见自生矿物。在浅埋藏时期的早成岩阶段，粘土矿物主要呈片状，泥岩中自生矿物很少。在深埋藏早期的中成岩A1阶段，粘土矿物多呈片状、丝状，逐步趋于自形，至温度压力升高到400℃和165MPa即模拟埋深5000m时，泥岩中出现微晶方解石、自生石英晶体及氯化钾晶体且晶体逐步趋于自形。在深埋藏的中成岩A2-B阶段，粘土矿物绿泥石等呈规则的针状，大量自生矿物晶体变大且自形度高。晚成岩阶段粘土矿物与自生矿物较少。成岩模拟库车前陆盆地白垩系泥岩的成岩演化阶段表如表2所示：

表2

③在浅埋藏阶段的碱性成岩环境中，石英、钾长石、斜长石等脆性矿物以及粘土矿物的含量变化不大。在深埋藏阶段的酸性成岩环境中，早期阶段石英矿物含量有所增加，粘土矿物总量有所降低。至温度压力升高到400℃和165MPa即模拟埋深5000m时，石英、钾长石、斜长石等脆性矿物的含量随温度与压力的升高而增大明显，粘土矿物总量随温度与压力的升高而降低也较为迅速。如图6所示，为石英、钾长石、斜长石、方解石随温度与压力的变化曲线示意图。成岩模拟库车前陆盆地白垩系泥岩的岩石矿物含量变化统计表，如表3所示：

表3

由此表明，随着压实作用的增强，深层泥页岩储层中具有较高的脆性矿物含量，这为泥页岩中裂缝的发育创造了良好的实验条件。

本发明的有益效果：由于本方案综合考虑了所模拟地区的实际地质要素，包括泥页岩的岩石学特征、成岩过程中的温度、压力、成岩环境及流体变化等主要影响因素，并吸取了国内外现有成岩模拟装置的优点，对泥页岩储层成岩的基础研究和生产实践更有针对性。建立的模拟地质过程约束下的泥页岩储层成岩演化阶段与自生矿物演化分析方法，为泥页岩储层成岩演化阶段的划分以及页岩气勘探提供基础实验依据，进而使成岩模拟实验在非常规储层评价和预测方面具有实用性、可靠性、科学性。可以通过成岩模拟系统进行泥页岩的演化模拟和分析，可以实现模拟在接近实际地质条件的压实作用下，判定泥页岩储层成岩阶段划分、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力。

Claims (10)

1.一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统分别压入所述多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法确定。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比砂质样品具体包括：

根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个反应釜具体为6个；所述多种流体溶液，具体为6种流体溶液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果具体为：

将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

6.一种泥页岩储层成岩演化过程的模拟和分析系统，其特征在于，包括：

实际地质参数勘测单元，用于获取实际地质参数，所述实际地质参数包括：地温梯度与压力、地层埋藏方式及储层成岩流体特征、泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量和砂岩储层岩石碎屑组分；

泥质样品制备单元，用于根据所述泥质中粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量制备泥质样品；

砂质样品配比单元，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分制备砂质样品；

流体溶液制备单元，用于根据所述储层成岩流体特征，制备多种流体溶液；

砂泥岩互层沉积模拟单元，用于根据所述地层埋藏方式，将多个所述砂质样品和所述泥质样品分别置入多个反应釜内；

成岩模拟单元，用于根据所述地层埋藏方式、地温梯度与压力，将所述多种流体溶液通过液体供给系统分别压入所述多个反应釜内，进行成岩模拟，得到多个泥页岩样品；

演化分析单元，用于分析所述多个泥页岩样品，得到泥页岩储层分析结果。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述泥质样品制备单元具体用于：

根据沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法，确定所述泥质样品中的粘土矿物种类及含量、岩石矿物组分及含量。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述砂质样品配比单元具体包括：

砂岩储层岩石碎屑组分参数测定子单元，用于根据岩石薄片鉴定标准分析所述砂岩储层岩石碎屑组分参数；

配比子单元，用于根据所述砂岩储层岩石碎屑组分参数，配比需模拟的不同岩石矿物成分与不同粒级的砂质样品。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述多个釜体样品管具体为6个；所述多个反应釜具体为6个；所述多个所述砂质样品和所述泥质样品具体为不超过6个；所述多个成岩流体具体为不超过6个。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述演化分析单元具体包括：

样品分析子单元：用于将所述多个泥页岩样品进行岩石学分析、脆性矿物含量分析、自生矿物种类与形态特征分析和粘土矿物种类与含量分析，得到分析数据；

演化厘定子单元，用于结合所述分析数据和砂岩储层微观特征，判定泥页岩储层成岩阶段、脆性矿物含量变化、自生矿物形成温度与压力，厘定不同埋藏深度泥页岩储层的成岩演化过程。

Images