CN110096839A - 一种热压实作用强度定量计算的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热压实作用强度定量计算的方法，本发明的技术方案包括筛选、找出具有代表性的就近的典型地质地貌进行实验，而后将选定研究区域划分为若干地温梯度区，研究对比不同地温梯度区压实作用特征及机制差异，再计算不同地温梯度区、埋深和砂岩孔隙度的定量关系，对比不同单井的计算结果，判断不同单井原始孔隙度差别，以及不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的变化情况，最终得出对热压实减孔机制及热压实损失孔隙度定量计算方法，辅助研究分析沉积盆地岩相形成机理、演化过程以及对储层物性的影响和油气地质的影响，可为多类型优质储层预测提供有力的指导作用，方便油田勘探和矿物勘探部署。
Description
技术领域
本发明涉及油气和地质勘探技术领域，具体是一种热压实作用强度定量计算的方法。
背景技术
压实作用是成岩作用的重要组成部分，是储层物性降低的重要因素之一。传统成岩作用理论认为，碎屑沉积物的压实作用是由上覆岩柱的有效应力产生的，当碎屑物质在盆地内部沉积、埋藏后，伴随着温度及上覆地层压力不断升高，沉积物的孔隙度和渗透率逐渐下降；近些年来，随着对成岩作用机制不断深入研究，发现地史时期储层的压实作用不仅受上覆岩石载荷、所处沉积类型控制，也受到地层流体性质、盆地地温梯度场及埋藏热演化轨迹等多种因素影响；已有学者注意到，盆地内部沉积环境、温度压力场等地质条件复杂，导致碎屑岩压实机制存在多样性，除上覆岩柱引起的压实效应(静岩压实效应)外，由盆地热流控制的热压实效应也是控制压实作用强度的重要因素，在沉积条件相同的情况下，随着地层温度及地层升温速率(地温梯度)的升高，砂岩存在压实作用强度增大、压实减孔速率升高的趋势，由热压实效应引起的砂岩孔隙丧失在高地温场盆地普遍存在，物理实验结果同样表明，随着地温梯度(Gra)的升高，砂岩孔渗参数随埋深的下降速率越大，中国南海北部珠江口盆地陆坡深水区的白云凹陷和珠江口盆地都具有较高的实际研究价值。
目前，国内外学者对于由热压实效应(作用)引起孔隙丧失研究尚不成熟，缺乏热压实减孔机制及热压实损失孔隙度定量计算方法方面的研究。因此，本领域技术人员提供了一种主题，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热压实作用强度定量计算的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种热压实作用强度定量计算的方法，该方法包括以下步骤：
1)从图书馆或者网络上对地质资料和文献资料进行考察和拷贝，搞清研究对象的地形、地理位置及历史特征等基本特征，通过筛选，找出具有代表性的就近的典型地质地貌进行实验；
2)根据热流体活动证据，依照单井现今地温梯度数据，将选定研究区域划分为低地温梯度区、中地温梯度区和高地温梯度区,研究对比不同地温梯度区压实作用特征及机制差异；
3)在选定的研究区钻探6口单井进行试验，通过若干孔隙度计算经验公式，对选定研究区不同地温梯度区6口单井中珠海组砂岩的原始孔隙度、压实损失孔隙度进行计算；
4)计算不同地温梯度区、埋深和砂岩孔隙度的定量关系，计算砂岩的压实速率随着升温速率的改变，热压实作用强度的大小；
5)对比不同单井的计算结果，判断不同单井原始孔隙度差别，以及不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的变化情况，增加试验的可靠性；
6)对计算记过进行总结记录，方便后期查阅。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1)中，通过资料查询，选取实验的地点白云凹陷和珠江口盆地，白云凹陷位于中国南海北部珠江口盆地陆坡深水区，是珠江口盆地内深水区面积最大、沉积最厚的新生代巨型凹陷，新生界厚度超过11000m，水深200～3000m，面积超过12000km2，新生代以来，盆地整体处于拉张构造背景，23.8Ma的白云运动使得盆地由断裂控盆转变为断裂、热作用共同控盆，珠江口盆地现今大地热流值介于24.2～121.0mW/m2之间(平均71.8±13.6mW/m2)，具有典型的“热盆”属性，白云凹陷地层现今地温梯度(Gra)呈现由北向南逐渐升高的趋势，单井现今地温梯度最高可达66.4℃/km。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤2)中，低地温梯度区设置为Gra≤40℃/km，中地温梯度区设置为50≥Gra＞40℃/km，高地温梯度区设置为Gra＞50℃/km。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤4)中，虽然不同地温梯度区压实作用整体强度相差不大，但不同地温梯度区砂岩孔隙度随埋深增大而减小的速率有所差别，对珠海组砂岩孔隙度统计发现，随地温梯度的升高，珠海组砂岩的等孔隙度埋深显著变浅，在地温梯度较高的地区，孔隙度随埋深的增加迅速减小，如地温梯度从3.5℃/100m增加到5.5℃/100m时，Pro(孔隙度)＝10％的下界限的埋深从约4400m减小到约2700m，Pro＝20％及Pro＝30％的下界限埋深也均变浅，从约3200m及2200m减小到约1800m及1300m，地温梯度的大小体现了砂岩升温速率的高低，地温梯度越大，砂岩的升温速率越高，单位埋深内孔隙度减小幅度越大，珠海组砂岩等孔隙度埋深随地温梯度升高而变浅，说明砂岩的压实速率随着升温速率的增大而显著增高，地温梯度越高地区砂岩受热压实效应影响越明显，热压实作用强度越大。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤4)中，选定研究区不同区域珠海组地层埋深差别较大，整体上从北部低地温梯度区向南部高地温梯度区埋深逐渐变浅，单井井号命名包括低地温梯度区Y25-2和Y3-1，中地温梯度区H23-1和W3-2，高地温梯度区W3-1和W21-1，低地温梯度区钻探Y25-2井珠海组砂岩埋深约3374.1m，高地温梯度区钻探W21-1井珠海组砂岩埋深约972.3m，同一套地层埋深相差达2401.8m，在此沉积背景下，研究区不同井珠海组上覆沉积地层厚度差别较大，砂岩受到的静岩压实作用强度差别较大，白云凹陷内现今地温梯度越低区域，地史时期受热流体活动影响越小，选取研究区符合条件的单井中现今地温梯度最低的Y25-2井为基准井，认为计算所得的该井珠海组砂岩样品压实作用损失孔隙度完全由静岩压实效应造成，计算出相对静岩压实强度λ：
λ＝COPL0/H0
式中：COPL0为基准井压实损失孔隙度，H0为基准井样品埋深，用求得的λ值计算各单井珠海组砂岩静岩压实损失孔隙度(COPL1)，再用各单井的压实损失孔隙度减去静岩压实损失孔隙度，即为各井的热压实损失孔隙度(COPL2)：
COPL1＝λ*H
COPL2＝COPL-COPL1
公式中H为其余单井样品埋深，计算发现，许多单井的静岩压实损失孔隙度小于总的压实损失孔隙度，且现今地温梯度越高的、受构造热事件影响明显的井其静岩压实损失孔隙度占总压实损失孔隙度的比例越低(表2)，说明珠海组砂岩的压实损失孔隙不仅受静岩压实效应控制，也受到了与热作用相关的热压实效应的影响，现今地温梯度越高的且地史时期受构造热事件影响越明显区域，砂岩热压实损失孔隙度占总压实损失孔隙度的比例越高。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤3)中，研究区珠海组砂岩原始孔隙度(OP)可以利用Beard和Weyl提出的原始孔隙度计算经验公式：
OP＝20.91+22.9/S0
进行计算恢复，其中S0＝(P25/P75)1/2(P25、P75分别代表粒度累计曲线上颗粒含量在25％和75％处所对应的颗粒直径)，在假定压实过程中岩石表观体积缩小，而骨架颗粒粒间孔隙体积(IGV)不变的情况下，利用Ehrenberg提出的公式计算珠海组砂岩的压实损失孔隙度(COPL)
COPL＝OP-[IGV×(1-OP)/(1-IGV)]
该方法假定压实作用发生于胶结作用、溶蚀作用等其他成岩作用之前，所以粒间孔隙体积(IGV)包括胶结物充填的孔隙体积，但应去除由骨架颗粒溶蚀而增大的孔隙体积，该方法能够较为精确计算砂岩孔隙丧失。
表2热压实及静岩压实损失孔隙度计算结果
作为本发明再进一步的方案：所述步骤5)中，对比不同单井的计算结果发现(表1)，珠海组砂岩原始孔隙度在37％～40％之间，由于实验选取的样品粒径、磨圆及分选较为相近，所以计算所得不同单井原始孔隙度差别不大，不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的升高而略有减小，仅从压实作用造成的整体效果来看，从低地温梯度区到高地温梯度区，随着埋深的减小，砂岩压实作用强度略有减小，但整体变化不大，这与岩石薄片显微镜下观察结果一致，且由于研究区大地热流背景较高，且地史时期存在构造热事件，热流体活动对珠海组地层成岩作用过程具有重要影响，由盆地热流体产生的热压实效应不可忽视，故应区分由上覆岩石载荷引起的静岩压实作用引起的孔隙损失及由热压实作用引起的孔隙损失。
表1珠海组砂岩原始孔隙度及压实损失孔隙度计算结果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中的针对不同地温梯度区的热压实作用强度定量计算的方法，对由热压实效应引起孔隙丧失的具体研究和计算，以及热压实减孔机制及热压实损失孔隙度定量计算方法，均可应用于沉积盆地岩相古地理演化历程与优质储层分布规律研究，以及成岩作用机制的研究，对热压实作用强度的定量计算，提出了砂岩的压实速率随着升温速率的增大而显著增高，地温梯度越高地区砂岩受热压实效应影响越明显，且热压实作用强度越大，通过地层埋深差别计算，得出沉积地层厚度与砂岩受到的静岩压实作用之间的关联性，分析沉积盆地岩相形成机理、演化过程以及对储层物性的影响和油气地质的影响，可为多类型优质储层预测提供有力的指导作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1：一种热压实作用强度定量计算的方法，该方法包括以下步骤：
1)从图书馆或者网络上对地质资料和文献资料进行考察和拷贝，搞清研究对象的地形、地理位置及历史特征等基本特征，通过筛选，找出具有代表性的就近的典型地质地貌进行实验；
2)根据热流体活动证据，依照单井现今地温梯度数据，将选定研究区域划分为低地温梯度区、中地温梯度区和高地温梯度区,研究对比不同地温梯度区压实作用特征及机制差异；
3)在选定的研究区钻探6口单井进行试验，通过若干孔隙度计算经验公式，对选定研究区不同地温梯度区6口单井中珠海组砂岩的原始孔隙度、压实损失孔隙度进行计算；
4)计算不同地温梯度区、埋深和砂岩孔隙度的定量关系，计算砂岩的压实速率随着升温速率的改变，热压实作用强度的大小；
5)对比不同单井的计算结果，判断不同单井原始孔隙度差别，以及不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的变化情况，增加试验的可靠性；
6)对计算记过进行总结记录，方便后期查阅。
所述步骤1)中，通过资料查询，选取实验的地点白云凹陷和珠江口盆地。
所述步骤2)中，低地温梯度区设置为Gra≤40℃/km，中地温梯度区设置为50≥Gra＞40℃/km，高地温梯度区设置为Gra＞50℃/km。
所述步骤4)中，虽然不同地温梯度区压实作用整体强度相差不大，但不同地温梯度区砂岩孔隙度随埋深增大而减小的速率有所差别，对珠海组砂岩孔隙度统计发现，随地温梯度的升高，珠海组砂岩的等孔隙度埋深显著变浅，在地温梯度较高的地区，孔隙度随埋深的增加迅速减小，如地温梯度从3.5℃/100m增加到5.5℃/100m时，Pro(孔隙度)＝10％的下界限的埋深从约4400m减小到约2700m，Pro＝20％及Pro＝30％的下界限埋深也均变浅，从约3200m及2200m减小到约1800m及1300m，地温梯度的大小体现了砂岩升温速率的高低，地温梯度越大，砂岩的升温速率越高，单位埋深内孔隙度减小幅度越大，珠海组砂岩等孔隙度埋深随地温梯度升高而变浅，说明砂岩的压实速率随着升温速率的增大而显著增高，地温梯度越高地区砂岩受热压实效应影响越明显，热压实作用强度越大。
所述步骤4)中，选定研究区不同区域珠海组地层埋深差别较大，整体上从北部低地温梯度区向南部高地温梯度区埋深逐渐变浅，单井井号命名包括低地温梯度区Y25-2和Y3-1，中地温梯度区H23-1和W3-2，高地温梯度区W3-1和W21-1，低地温梯度区钻探Y25-2井珠海组砂岩埋深约3374.1m，高地温梯度区钻探W21-1井珠海组砂岩埋深约972.3m，同一套地层埋深相差达2401.8m，在此沉积背景下，研究区不同井珠海组上覆沉积地层厚度差别较大，砂岩受到的静岩压实作用强度差别较大，计算出相对静岩压实强度λ＝COPL0/H0，式中：COPL0为基准井压实损失孔隙度，H0为基准井样品埋深，用求得的λ值计算各单井珠海组砂岩静岩压实损失孔隙度(COPL1)，再用各单井的压实损失孔隙度减去静岩压实损失孔隙度，即为各井的热压实损失孔隙度COPL1＝λ*H，COPL2＝COPL-COPL1，公式中H为其余单井样品埋深。
所述步骤3)中，研究区珠海组砂岩原始孔隙度(OP)可以利用Beard和Weyl提出的原始孔隙度计算经验公式OP＝20.91+22.9/S0，进行计算恢复，其中S0＝(P25/P75)1/2(P25、P75分别代表粒度累计曲线上颗粒含量在25％和75％处所对应的颗粒直径)，在假定压实过程中岩石表观体积缩小，而骨架颗粒粒间孔隙体积(IGV)不变的情况下，利用Ehrenberg提出的公式计算珠海组砂岩的压实损失孔隙度COPL＝OP-[IGV×(1-OP)/(1-IGV)]，该方法假定压实作用发生于胶结作用、溶蚀作用等其他成岩作用之前，所以粒间孔隙体积(IGV)包括胶结物充填的孔隙体积，但应去除由骨架颗粒溶蚀而增大的孔隙体积，该方法能够较为精确计算砂岩孔隙丧失。
所述步骤5)中，对比不同单井的计算结果发现，珠海组砂岩原始孔隙度在37％～40％之间，由于实验选取的样品粒径、磨圆及分选较为相近，所以计算所得不同单井原始孔隙度差别不大，不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的升高而略有减小，仅从压实作用造成的整体效果来看，从低地温梯度区到高地温梯度区，随着埋深的减小，砂岩压实作用强度略有减小，但整体变化不大，这与岩石薄片显微镜下观察结果一致，且由于研究区大地热流背景较高。
本发明的工作原理是：
本发明的技术方案包括筛选、找出具有代表性的就近的典型地质地貌进行实验，而后将选定研究区域划分为若干地温梯度区，研究对比不同地温梯度区压实作用特征及机制差异，再计算不同地温梯度区、埋深和砂岩孔隙度的定量关系，对比不同单井的计算结果，判断不同单井原始孔隙度差别，以及不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的变化情况，最终得出对热压实减孔机制及热压实损失孔隙度定量计算方法，辅助研究分析沉积盆地岩相形成机理、演化过程以及对储层物性的影响和油气地质的影响，可为多类型优质储层预测提供有力的指导作用，方便油田勘探和矿物勘探部署。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)从图书馆或者网络上对地质资料和文献资料进行考察和拷贝，搞清研究对象的地形、地理位置及历史特征等基本特征，通过筛选，找出具有代表性的就近的典型地质地貌进行实验；
2)根据热流体活动证据，依照单井现今地温梯度数据，将选定研究区域划分为低地温梯度区、中地温梯度区和高地温梯度区,研究对比不同地温梯度区压实作用特征及机制差异；
3)在选定的研究区钻探6口单井进行试验，通过若干孔隙度计算经验公式，对选定研究区不同地温梯度区6口单井中珠海组砂岩的原始孔隙度、压实损失孔隙度进行计算；
4)计算不同地温梯度区、埋深和砂岩孔隙度的定量关系，计算砂岩的压实速率随着升温速率的改变，热压实作用强度的大小；
5)对比不同单井的计算结果，判断不同单井原始孔隙度差别，以及不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的变化情况，增加试验的可靠性；
6)对计算记过进行总结记录，方便后期查阅。
2.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤1)中，通过资料查询，选取实验的地点白云凹陷和珠江口盆地。
3.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤2)中，低地温梯度区设置为Gra≤40℃/km，中地温梯度区设置为50≥Gra＞40℃/km，高地温梯度区设置为Gra＞50℃/km。
4.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤4)中，虽然不同地温梯度区压实作用整体强度相差不大，但不同地温梯度区砂岩孔隙度随埋深增大而减小的速率有所差别，对珠海组砂岩孔隙度统计发现，随地温梯度的升高，珠海组砂岩的等孔隙度埋深显著变浅，在地温梯度较高的地区，孔隙度随埋深的增加迅速减小，如地温梯度从3.5℃/100m增加到5.5℃/100m时，Pro(孔隙度)＝10％的下界限的埋深从约4400m减小到约2700m，Pro＝20％及Pro＝30％的下界限埋深也均变浅，从约3200m及2200m减小到约1800m及1300m，地温梯度的大小体现了砂岩升温速率的高低，地温梯度越大，砂岩的升温速率越高，单位埋深内孔隙度减小幅度越大，珠海组砂岩等孔隙度埋深随地温梯度升高而变浅，说明砂岩的压实速率随着升温速率的增大而显著增高，地温梯度越高地区砂岩受热压实效应影响越明显，热压实作用强度越大。
5.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤4)中，选定研究区不同区域珠海组地层埋深差别较大，整体上从北部低地温梯度区向南部高地温梯度区埋深逐渐变浅，单井井号命名包括低地温梯度区Y25-2和Y3-1，中地温梯度区H23-1和W3-2，高地温梯度区W3-1和W21-1，低地温梯度区钻探Y25-2井珠海组砂岩埋深约3374.1m，高地温梯度区钻探W21-1井珠海组砂岩埋深约972.3m，同一套地层埋深相差达2401.8m，在此沉积背景下，研究区不同井珠海组上覆沉积地层厚度差别较大，砂岩受到的静岩压实作用强度差别较大，计算出相对静岩压实强度λ＝COPL0/H0，式中：COPL0为基准井压实损失孔隙度，H0为基准井样品埋深，用求得的λ值计算各单井珠海组砂岩静岩压实损失孔隙度(COPL1)，再用各单井的压实损失孔隙度减去静岩压实损失孔隙度，即为各井的热压实损失孔隙度COPL1＝λ*H，COPL2＝COPL-COPL1，公式中H为其余单井样品埋深。
6.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤3)中，研究区珠海组砂岩原始孔隙度(OP)可以利用Beard和Weyl提出的原始孔隙度计算经验公式OP＝20.91+22.9/S0，进行计算恢复，其中S0＝(P25/P75)1/2(P25、P75分别代表粒度累计曲线上颗粒含量在25％和75％处所对应的颗粒直径)，在假定压实过程中岩石表观体积缩小，而骨架颗粒粒间孔隙体积(IGV)不变的情况下，利用Ehrenberg提出的公式计算珠海组砂岩的压实损失孔隙度COPL＝OP-[IGV×(1-OP)/(1-IGV)]，该方法假定压实作用发生于胶结作用、溶蚀作用等其他成岩作用之前，所以粒间孔隙体积(IGV)包括胶结物充填的孔隙体积，但应去除由骨架颗粒溶蚀而增大的孔隙体积，该方法能够较为精确计算砂岩孔隙丧失。
7.根据权利要求1所述的一种热压实作用强度定量计算的方法，其特征在于，所述步骤5)中，对比不同单井的计算结果发现，珠海组砂岩原始孔隙度在37％～40％之间，由于实验选取的样品粒径、磨圆及分选较为相近，所以计算所得不同单井原始孔隙度差别不大，不同井的压实损失孔隙度随着现今地温梯度的升高而略有减小，仅从压实作用造成的整体效果来看，从低地温梯度区到高地温梯度区，随着埋深的减小，砂岩压实作用强度略有减小，但整体变化不大，这与岩石薄片显微镜下观察结果一致，且由于研究区大地热流背景较高。
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