CN108363115A - 一种致密石英砂岩孔隙度恢复模拟方法 - Google Patents

Abstract

一种致密石英砂岩孔隙度恢复模拟方法，先建立早成岩阶段致密石英砂岩孔隙压实模型的；再建立致密石英砂岩胶结缩孔模型；然后建立致密石英砂岩酸化增孔模型；最后致密石英砂岩的孔隙恢复模拟，根据成岩作用进行期次划分，找到压实模型和胶结模型的边界条件，设定酸化窗口，输入岩相学数据，设置模拟精度和条件开始求解；最后迭代求解出的三项影响结果，导出模拟结果，获得致密石英砂岩的孔隙演化过程；该方法采用计算石英胶结进度的方法对石英砂岩孔隙度进行模拟研究，结合描述压实过程和酸化过程的孔隙数学模型对剩余孔隙度实时修正，通过对成岩阶段的细致分析对模拟过程分段进行，从而准确描述孔隙度在成岩过程中的变化。

Description

一种致密石英砂岩孔隙度恢复模拟方法

技术领域

本发明设计适用于沉积岩石学及油气地球化学领域，特别涉及一种致密石英砂岩孔隙度恢复模拟方法，具体是通过模拟盆地埋藏成岩过程中，生烃作用导致孔隙流体的变化对砂岩致密化发育的影响，利用成岩和生烃动力学恢复致密石英砂岩孔隙演化的方法。

背景技术

砂岩孔隙度演化规律不仅是基础地质学研究的基本规律(如沉积成岩作用、岩石力学等)之一，同时也是石油地质应用领域(如埋藏历史分析、古构造恢复和古地层压力预测等)中不可缺少的重要理论依据。在油气成藏过程中岩石孔隙度是控制油气聚集的关键因素之一，因此恢复孔隙度在地史过程中的演化过程对于油气成藏机理的研究具有重要意义。孔隙度的演化受沉积环境、埋藏史、热演化史、成岩作用等诸多因素的共同控制。因此孔隙度模拟的已经有的创意也有很多。现简述如下。

其中一种方式是通过引入成岩指数的方式建立孔隙度演化模型。首先对成岩阶段划分中常用的热演化成岩指标，古地温、镜质组反射率、甾烷异构化指数、伊/蒙混层中蒙皂石层的含量和自生石英含量分别在时空领域内进行单项成岩作用的模拟，并建立成岩指数。然后在盆地范围内，由计算机自动划分成岩阶段，进行大尺度的成岩作用模拟。但此方法没有考虑溶蚀作用的影响，因此偏差较大

第二种方式以岩石薄片观测为基础，计算不同成岩作用对孔隙度演化的贡献值。该方法优点在于成岩阶段分期详细，不同期次对应不同成岩模型。缺点是模型过于简单，仍偏重于定性描述，无法得出定量模型指导生产。

其它就是基于大量实验资料、地质理论、数学分析和统计学方法，建立沉积、成岩、构造一体化孔隙度预测模型。利用该模型可由单项因素定量预测储集层物性。其缺点是，对资料要求比较苛刻，主要适用于小范围的试验应用。

因此，现有的模拟方法存在很多缺点，无法大范围在生产领域应用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种致密石英砂岩的孔隙度恢复模拟方法，该方法采用计算石英胶结进度的方法对石英砂岩孔隙度进行模拟研究，结合描述压实过程和酸化过程的孔隙数学模型对剩余孔隙度实时修正，通过对成岩阶段的细致分析对模拟过程分段进行，从而准确描述孔隙度在成岩过程中的变化。该方法较少受地质背景资料缺失的限制，可以全面、高效且低成本地揭示致密石英砂岩孔隙演化的过程。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种致密石英砂岩的孔隙恢复模拟方法，包括以下步骤：

步骤一 早成岩阶段致密石英砂岩孔隙压实模型的建立。

在成岩过程早期，石英砂岩的孔隙压实数学模型为：

式(1)中，为致密石英砂岩成岩阶段的剩余孔隙度，为致密石英砂岩的原始孔隙度，h为深度，a为待定常数；

的数学模型为：

S₀为分选系数，求法：

S₀＝(P₂₅/P₇₅)^1/2 (3)

P₂₅、P₇₅分别表示累积曲线上颗粒含量25％和75％处所对应的颗粒直径；

待定系数a的求法为

其中h_a分别是致密石英砂岩压实减孔作用结束时的孔隙度与埋深；

步骤二 致密石英砂岩胶结缩孔模型的建立。

通过模拟石英次生加大来还原原生孔隙演化过程：

在恒定温度下，石英胶结体积Vq(cm³)沉积在1立方厘米体积砂岩中石英表面积A(cm²)在时间t(s)内被表示为：

Vq＝MrAt/ρ (6)

M：石英的摩尔质量(60.09g/mole)

r：石英沉积速率在moles/cm²s

ρ：石英的密度(2.65g/cm³)

沉积速率r是温度的函数

r＝a10b^T (7)

T：温度(℃)a：常数(moles/cm²s)

b：常数(℃)

常数a和b分别类比阿累尼乌斯方程中的指前因子和活化能。对于线性温度变化，T表示为以下时间函数：

r＝a10^b(ct+d) (8)

c：加热速率(℃/s)

d：初始温度(℃)t：时间(s)

对于处于变化中的地温史，t₀到t_m时间段内的石英胶结量作为一系列积分的和：

石英表面积A的减小是由于压实作用或胶结作用，石英或其他胶结填满。

为初始沉积孔隙度；Φ为在时间步中的孔隙度。

步骤三 致密石英砂岩酸化增孔模型的建立。

在整个成岩过程中，除了压实作用和胶结作用主导的原生孔隙缩孔作用，还存在酸化导致的次生孔隙发育的增孔作用，酸化增孔的数学模型为：

为溶蚀作用产生的孔隙度，为总溶蚀增孔量。t₁为溶蚀开始时刻，t₂为溶蚀结束时刻。

Δt＝t₂-t₁ (12)；

步骤四、致密石英砂岩的孔隙恢复模拟

首先根据成岩作用进行期次划分，找到压实模型和胶结模型的边界条件，设定酸化窗口，输入岩相学数据，设置模拟精度和条件开始求解；先求解时先由方程(1)、(2)、(3)、(4)恢复成岩早期压实作用对原生孔隙的影响，然后根据方程(5)、(6)、(7)、(8)、(9)和(10)恢复后期胶结作用对原生孔隙的影响；最后根据方程(11)和(12)恢复在酸化窗内溶蚀作用对次生孔隙孔隙的影响；最后迭代求解出的三项影响结果，导出模拟结果，获得致密石英砂岩的孔隙演化过程。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明所述致密石英砂岩的孔隙恢复的模拟方法，可广泛用于模拟各沉积盆地中与煤系地层伴生的致密砂岩孔隙度的演化过程。该方法通过计算石英加大体积获得原生孔隙减少量，无需进行大量复杂的数值结算和科研资料，可以节约大量的人力、物力及时间成本。

本发明的有益效果是：

本发明采用化学动力学方法对酸性成岩环境中硅质胶结物及石英次生加大边进行模拟研究，结合成岩早期的压实模型和中期的酸化模型对孔隙度变化进一步描述，从而准确模拟致密石英砂岩孔隙度演化过程。该方法无需进行大量复杂的数值计算和科研资料，可以节约大量的人力、物力及时间成本，为进一步油气成藏机理研究提供理论基础。

具体实施方式

下面对本发明做详细叙述。

一种致密石英砂岩的孔隙恢复模拟方法，包括以下步骤：

步骤一 早成岩阶段致密石英砂岩孔隙压实模型的建立。

在成岩过程早期，石英砂岩的孔隙演化主要受压实作用控制，此阶段的数学模型为：

式(1)中，为致密石英砂岩成岩阶段的剩余孔隙度，为致密石英砂岩的原始孔隙度，h为深度，a为待定常数；

的数学模型为：

S₀为分选系数，求法：

S0＝(P₂₅/P₇₅)^1/2 (3)

P₂₅、P₇₅分别表示累积曲线上颗粒含量25％和75％处所对应的颗粒直径；

待定系数a的求法为

其中h_a分别是致密石英砂岩压实减孔作用结束时的孔隙度与埋深；

步骤二 致密石英砂岩胶结缩孔模型的建立。

随着成岩过程的演化，对原生孔隙缩减的主控因素由压实作用转向胶结作用。对致密石英砂岩来说，其胶结作用以硅质胶结为主，因此，在此阶段通过模拟石英次生加大来还原原生孔隙演化过程：

在恒定温度下，石英胶结体积Vq(cm³)沉积在1立方厘米体积砂岩中石英表面积A(cm²)在时间t(s)内被表示为：

Vq＝MrAt/ρ (6)

M：石英的摩尔质量(60.09g/mole)

r：石英沉积速率在moles/cm²s

ρ：石英的密度(2.65g/cm³)

沉积速率r是温度的函数

r＝a10^bT (7)

T：温度(℃)a：常数(moles/cm²s)

b：常数(℃)

常数a和b分别类比阿累尼乌斯方程中的指前因子和活化能。对于线性温度变化，T可以表示为以下时间函数：

r＝a10^b(ct+d) (8)

c：加热速率(℃/s)

d：初始温度(℃)t：时间(s)

对于处于变化中的地温史，t₀到t_m时间段内的石英胶结量作为一系列积分的和：

石英表面积A的减小是由于压实作用或胶结作用(石英或其他胶结)填满。

为沉积孔隙度(初始孔隙度)；Φ为在时间步中的孔隙度。

步骤三 致密石英砂岩酸化增孔模型的建立。

在整个成岩过程中，除了压实作用和胶结作用主导的原生孔隙缩孔作用，也存在酸化导致的次生孔隙发育的增孔作用，酸化增孔的数学模型为：

为溶蚀作用产生的孔隙度，为总溶蚀增孔量。t₁为溶蚀开始时刻，t₂为溶蚀结束时刻。

Δt＝t₂-t₁ (12)

步骤四、致密石英砂岩的孔隙恢复模拟

致密石英砂岩的孔隙恢复模拟，首先根据成岩作用进行期次划分，找到压实模型和胶结模型的边界条件，设定酸化窗口，输入岩相学数据，设置模拟精度和条件开始求解；求解时先由方程(1)、(2)、(3)、(4)恢复成岩早期压实作用对原生孔隙的影响。然后根据方程(5)、(6)、(7)、(8)、(9)和(10)恢复后期胶结作用对原生孔隙的影响。进一步根据方程(11)和(12)恢复在酸化窗内溶蚀作用对次生孔隙孔隙的影响；最后迭代求解出的三项影响结果，导出模拟结果，获得致密石英砂岩的孔隙演化过程。

Claims (1)

1.一种致密石英砂岩的孔隙恢复模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一 早成岩阶段致密石英砂岩孔隙压实模型的建立。

在成岩过程早期，石英砂岩的孔隙压实数学模型为：

式(1)中，为致密石英砂岩成岩阶段的剩余孔隙度，为致密石英砂岩的原始孔隙度，h为深度，a为待定常数；

的数学模型为：

S₀为分选系数，求法：

S₀＝(P₂₅/P₇₅)^1/2 (3)

P₂₅、P₇₅分别表示累积曲线上颗粒含量25％和75％处所对应的颗粒直径；

待定系数a的求法为

其中h_a分别是致密石英砂岩压实减孔作用结束时的孔隙度与埋深；

步骤二 致密石英砂岩胶结缩孔模型的建立。

通过模拟石英次生加大来还原原生孔隙演化过程：

在恒定温度下，石英胶结体积Vq(cm³)沉积在1立方厘米体积砂岩中石英表面积A(cm²)在时间t(s)内被表示为：

Vq＝MrAt/ρ (6)

M：石英的摩尔质量(60.09g/mole)

r：石英沉积速率在moles/cm²s

ρ：石英的密度(2.65g/cm³)

沉积速率r是温度的函数

r＝a10^bT (7)

T：温度(℃)a：常数(moles/cm²s)

b：常数(℃)

常数a和b分别类比阿累尼乌斯方程中的指前因子和活化能。对于线性温度变化，T表示为以下时间函数：

r＝a10^b(ct+d) (8)

c：加热速率(℃/s)

d：初始温度(℃)t：时间(s)

对于处于变化中的地温史，t₀到t_m时间段内的石英胶结量作为一系列积分的和：

石英表面积A的减小是由于压实作用或胶结作用，石英或其他胶结填满。

为初始沉积孔隙度；Φ为在时间步中的孔隙度。

步骤三致密石英砂岩酸化增孔模型的建立。

在整个成岩过程中，除了压实作用和胶结作用主导的原生孔隙缩孔作用，还存在酸化导致的次生孔隙发育的增孔作用，酸化增孔的数学模型为：

为溶蚀作用产生的孔隙度，为总溶蚀增孔量。t₁为溶蚀开始时刻，t₂为溶蚀结束时刻。

Δt＝t₂-t₁ (12)；

步骤四、致密石英砂岩的孔隙恢复模拟

首先根据成岩作用进行期次划分，找到压实模型和胶结模型的边界条件，设定酸化窗口，输入岩相学数据，设置模拟精度和条件开始求解；先求解时先由方程(1)、(2)、(3)、(4)恢复成岩早期压实作用对原生孔隙的影响，然后根据方程(5)、(6)、(7)、(8)、(9)和(10)恢复后期胶结作用对原生孔隙的影响；最后根据方程(11)和(12)恢复在酸化窗内溶蚀作用对次生孔隙孔隙的影响；最后迭代求解出的三项影响结果，导出模拟结果，获得致密石英砂岩的孔隙演化过程。