CN116106506A - 一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法。所述装置包括依次连接的流体驱动系统、反应溶液供应系统和至少两组构造期反应体系，不同的反应体系分别用于模拟地质流体跨构造期途经各目的层时的温压条件。所述方法首先依据岩石学和地球化学分析，结合构造演化史、埋藏史和流体充注史恢复技术，建立跨构造期成岩作用模式、确定地质流体类型，进而确定地质应力作用驱动高压层位流体向低压层位运移过程，恢复地质流体跨构造期途经各目的层时的地质条件；根据恢复的地质过程和地质条件，利用跨构造期成岩作用模拟装置开展流体跨构造期发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用的正演模拟。为判断储集岩经历高温高压和多期构造演化后成岩作用机制提供依据。

Description

一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及地质实验技术领域，特别涉及一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法。

背景技术

近年来，我国油气勘探目的层由中浅层向深层和超深层、资源类型由常规向非常规快速延伸，采用更加有效和更为经济的方式开采这些资源也是大势所趋。勘探实践表明，深层油气储集空间由于经历深埋高温高压下多期成岩作用的叠加改造，导致孔隙成因分析异常困难，因此高温高压下成岩作用发生机制和埋藏溶蚀分布规律研究是深层油气勘探的难题。传统研究方法主要是对成岩产物进行岩石学和地球化学分析，再基于推测获取成岩作用发生的过程、机制和规模，研究方法局限性较大。一直以来，地质家希望利用接近地质条件的水岩正演模拟，再现埋藏环境下成岩作用发生过程，进而解决成岩作用发生机制、主控因素和分布规模的难题。

发明专利CN201510387709.6“用于水岩模拟流动试验的试验装置”，包括控制单元；内部设置有多个样品管的反应釜；恒流泵，恒流泵包括多个活塞缸、多个换向单元和驱动机构。在该装置中可以同时进行多组水岩模拟流动的对照试验，该试验装置可以保证多组岩石样品在同样的试验条件下与反应液进行反应。但是该装置的不足为：模拟实验中人工配置的CO₂流体、乙酸流体、H₂S溶液与岩石进行反应，没有考虑到地下流体要跨域不同层系及运移过程中流体属性发生变化；进入反应釜与岩石反应流体只有恒流泵驱动这一单一方式，没有区分流体驱动力类型，不能客观模拟地质边界条件下流体与储集层发生的溶蚀、胶结或交代等成岩作用。

实用新型专利CN206573460U“一种模拟溶蚀作用对致密砂岩储集层成岩影响的实验装置”涉及石油地质技术领域的一种模拟溶蚀作用对致密砂岩储集层成岩影响的实验装置，它主要由贮水槽、水泵、液体流量计、球阀、气体流量计、空压机、二氧化碳储罐、混合物进口、接头、颗粒挡板、长石颗粒、透明圆管、计算机监测系统、速度传感器、混合物出口、高速摄像机、圆管固定架和底座组成。二氧化碳储罐依次与空压机、气体流量计和球阀相连，贮水槽依次与水泵、液体流量计和球阀相连，透明圆管左部设有混合物进口、接头，右部设有混合物出口、速度传感器和计算机监测系统，内部设有颗粒挡板和长石颗粒。该装置的不足为：一是实验装置主要提供单一构造期下水岩反应釜，不具备模拟地层流体跨域不同层位的成岩作用模拟；二是流体类型单一，主要采用人工配置的二氧化碳流体溶液；三是只关注酸性流体对岩石的溶蚀改造，忽略储集岩成岩过程中发生的沉淀或交代作用。

综上述，现有成岩作用模拟实验装置和实验方法主要存在三方面问题：一是没有依据研究区跨构造期成岩作用模式来设定模拟条件，对于流体来源方式及经过长距离运移后流体属性是否变化也缺乏考虑，多是直接进行酸性流体与岩石反应，实验结果与地质实际相差较大；二是实验装置只能提供单一地层单一温压下的水岩反应釜，不具备模拟地层流体跨不同构造期或跨不同属性地层成岩作用中水岩反应；三是实验装置中流体驱动方式单一，主要是通过液体泵驱动溶液运移，而地下驱动地质流体运移的地质应力包括了构造运动力、水动力、地静压力、热动力等。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法，模拟研究区跨构造期成岩作用模式，解决储集岩经历高温高压和多期构造演化后孔隙形成机制的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种跨构造期成岩作用模拟方法，包括：

根据岩心的岩石学参数，确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序，根据所述先后顺序和恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，确定跨构造期成岩作用模式和地质流体类型；

根据所述跨构造期成岩作用模式和流体类型，确定对应的驱动地质流体运移的地质应力类型；

依据所述岩心的流体包裹体和团簇同位素测温，确定地质流体跨构造期途经各目的层时的地层温度；

依据所述埋藏史和地层压力梯度，确定地质流体跨构造期途经各目的层时目的层受到的地层轴向压力和围压及流体压力；

根据所述地质应力类型挑选跨构造期各目的层的岩心，挑选流体驱动力实现方式，利用挑选的岩心制备相应的岩样，将各岩样放入跨构造期成岩作用模拟装置的对应构造期反应体系中，将按照所述流体类型配置的反应溶液注入所述装置的反应溶液供应系统，根据所述流体驱动力实现方式、各目的层地层温度和受到的地层轴向压力和地层围压及流体压力进行跨构造期成岩作用模拟。

第二方面，本发明实施例提供一种跨构造期成岩作用模拟装置，包括依次连接的流体驱动系统、反应溶液供应系统和至少两组依次连接的构造期反应体系；

所述流体驱动系统，用于为所述反应溶液供应系统内部的反应溶液流入与所述反应溶液供应系统直接连接的构造期反应体系提供动力；

所述构造期反应体系包括：水岩反应釜，分别与所述水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，所述压力联动控制系统用于控制所述水岩反应釜内的流体压力低于轴向液压和围压，所述水岩反应釜内设置有温度控制设备。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

(1)本发明实施例提供的跨构造期成岩作用模拟方法，依据岩石学和地球化学分析，结合构造演化史、埋藏史和流体充注史恢复技术，建立跨构造期成岩作用模式、确定地质流体类型，进而确定地质应力作用驱动高压层位流体向低压层位运移过程，恢复地质流体跨构造期途经各目的层时的地质条件，包括地层温度、地层轴向压力、围压和流体压力；根据恢复的地质过程和地质条件，利用跨构造期成岩作用模拟装置开展流体跨构造期发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用的正演模拟，为判断埋藏阶段储集岩溶孔形成、保持和减少的作用机制和发生条件提供了依据。

(2)本发明实施例提供的跨构造期成岩作用模拟装置，包括依次连接的流体驱动系统、反应溶液供应系统和至少两组依次连接的构造期反应体系；流体驱动系统，用于为反应溶液供应系统内部的反应溶液流入与反应溶液供应系统直接连接的构造期反应体系提供动力；构造期反应体系包括：水岩反应釜，分别与水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，压力联动控制系统用于控制水岩反应釜内的流体压力低于轴向液压和围压，水岩反应釜内设置有温度控制设备。能够模拟研究区跨构造期成岩作用模式，模拟地质应力作用(包括构造运动力、水动力、地静压力和热动力)驱动高压层位流体向低压层位运移过程，从而可以开展流体跨越岩层发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用的正演模拟，进而判断埋藏阶段储集岩溶孔形成、保持和减少的作用机制和发生条件，最终解决储集岩经历高温高压和多期构造演化后孔隙形成机制的问题。

(3)本发明实施例提供的跨构造期成岩作用模拟装置，通过多组依次连接的构造期反应体系模拟跨构造期成岩作用模式，构造期反应体系包括分别与水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，水岩反应釜内还设置有温度控制设备，使得每个反应釜内都能够模拟对应的构造期的流体压力、温度及地层轴向压力和围压，合理模拟了地下驱动地质流体运移的地质应力，包括构造运动力、水动力、地静压力和热动力，进而还原了真实的成岩作用条件。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一中跨构造期成岩作用模拟方法的流程图；

图2为本发明实施例中地层埋藏与有机质热演化史的示例图；

图3为本图1中步骤S16的具体实现流程图；

图4为本发明实施例二中跨构造期成岩作用模拟装置的结构示意图；

图5为图4中水岩反应釜31的结构示意图；

图6为图4中水岩反应体系3的结构示意图；

图7为本发明实施例中构造期成岩作用模拟方法的具体实现流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决现有技术中存在的无法模拟真实的埋藏环境下成岩作用发生过程的问题，本发明实施例提供了一种跨构造期成岩作用模拟装置及方法，模拟研究区跨构造期成岩作用模式，解决储集岩经历高温高压和多期构造演化后孔隙形成机制的问题。

实施例一

本发明实施例一提供一种跨构造期成岩作用模拟方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

首先对地质流体跨构造期途经各目的层时的地质过程和地质条件进行恢复，包括依据研究区岩石样品的岩石学和地球化学分析结果，划定研究区孔隙演化阶段，结合构造演化史、埋藏史和流体充注史恢复技术，划定流体跨构造期成岩作用模式和模拟实验对应的岩石样品、流体类型、温度和压力条件，具体包括以下步骤S11～步骤S14。

步骤S11：根据岩心的岩石学参数，确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序，根据矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序和恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，确定跨构造期成岩作用模式和地质流体类型。

(1)依据岩心的岩石薄片的岩石学参数，识别岩石薄片中的原岩矿物、充填矿物和发生溶蚀的矿物，充填矿物包括胶结物和沥青；分别对原岩矿物和胶结物进行微区元素及同位素分析，确定岩石类型、埋藏成岩阶段发生的溶蚀作用类型和沉淀成岩作用类型。

溶蚀作用类型或沉淀成岩作用类型，例如，有机酸溶蚀、热液溶蚀、热液充填、TSR作用等。

(2)依据原岩矿物和充填矿物的接触关系、确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序。

(3)依据恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，将矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序投到基于构造演化的埋藏史图中，划定研究区发生的孔隙演化阶段，建立流体跨构造期成岩作用模式，进而确定跨构造期流体类型。

流体类型，例如，有机酸、热液、TSR和大气淡水等，即为模拟实验的流体属性条件。

以某地区的高石17井为例，其地层埋藏与有机质热演化史，即基于构造演化的埋藏史图如图2所示，图2中的带有温度标注的曲线为温度变化曲线，其他曲线为深度曲线，可见孔隙演化阶段分为7个阶段。

步骤S12：根据跨构造期成岩作用模式和流体类型，确定对应的驱动地质流体运移的地质应力类型。

驱动地质流体运移的地质应力可能包括构造运动力、水动力、地静压力、热动力等。

步骤S13：依据岩心的流体包裹体和团簇同位素测温，确定地质流体跨构造期途经各目的层时的地层温度。

步骤S14：依据埋藏史和地层压力梯度，确定地质流体跨构造期途经各目的层时目的层受到的地层轴向压力和围压及流体压力。

依据目的层埋藏演化史，确定地质流体跨构造期途经多个目的层时地层深度，再结合地层压力梯度换算各个目的层位静岩压力和流体压力，即为模拟实验的地层压力和流体压力条件。

上述步骤完成了对地质流体跨构造期途经各目的层时的地质过程和地质条件进行恢复，确定了模拟跨构造期成岩作用实验方案，具体包括：依据步骤S11建立的研究区跨构造期成岩作用模式，划分流体跨构造期成岩作用发生的各个阶段；依据步骤S11确定的地质流体类型，确定模拟实验流体；依据步骤S12确定的地质应力类型挑选模拟实验中跨构造期各个层位的岩石样品；依据步骤S12确定的地质应力类型挑选流体驱动力实现方式；依据步骤S13和S14，确定模拟实验中跨构造期各个层位对应的实验温度和实验压力。

下述步骤为模拟实验过程。

步骤S15：根据地质应力类型挑选跨构造期各目的层的岩心，挑选流体驱动力实现方式，利用挑选的岩心制备相应的岩样，将各岩样放入跨构造期成岩作用模拟装置的对应构造期反应体系中，将按照流体类型配置的反应溶液注入装置的反应溶液供应系统。

先对研究区各目的层的岩心进行全岩矿物组分与含量分析，再制备模拟实验用的岩样。岩样可以为柱塞样品或颗粒样品，其中柱塞样品直径约2.5cm，长度不大于3cm，实验前进行孔隙度、渗透率和CT分析；颗粒样品粒径16～20目。

将各岩样放入跨构造期成岩作用模拟装置的对应构造期反应体系中，具体可以包括，按对应构造期由早到晚的顺序，从跨构造期成岩作用模拟装置的最靠近反应溶液供应系统的构造期反应体系开始，依次将对应岩样放入对应构造期反应体系的水岩反应釜中。各构造期反应体系依次连接。

跨构造期成岩作用模拟装置具体为实施例二中的跨构造期成岩作用模拟装置。

构造期的个数与构造期反应体系的组数一致。

需要说明的是，跨构造期成岩作用模拟装置的构造期反应体系的组数可以是灵活设置的，根据研究区构造期的期数，或构造期对应的岩样的个数，选择构造期反应体系的组数不小于该期数或个数的跨构造期成岩作用模拟装置，只接通装置中的与该期数或个数一致的组数的构造期反应体系。

将岩样放入各个构造期反应体系对应的水岩反应釜后，密封反应釜、连通管线和打开对应阀门。

步骤S16：根据流体驱动力实现方式、各目的层地层温度和受到的地层轴向压力和地层围压及流体压力进行跨构造期成岩作用模拟。

具体的，参见图3所示，可以包括下述步骤：

步骤S161：通过装置的流体驱动系统将反应溶液供应系统中的反应溶液驱入最靠近的构造期反应体系的水岩反应釜中，通过该构造期反应体系的压力联动控制系统分别控制与该水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，使得该水岩反应釜内流体压力值为对应的流体压力、轴向压力值为对应的地层轴向压力、围压值为对应的地层围压。

步骤S162：依次逐个设定反应溶液流入的下一构造期反应体系的水岩反应釜内的流体压力值、轴向压力值和围压值。

具体的，通过反应溶液流入的下一构造期反应体系的压力联动控制系统分别控制与该反应体系的水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，使得该水岩反应釜内流体压力值为对应的流体压力、轴向压力值为对应的地层轴向压力、围压值为对应的地层围压。

步骤S163：分别通过各构造期反应体系的水岩反应釜的温度控制设备将水岩反应釜内的流体温度控制为对应流体温度。

待各个水岩反应釜内对应静岩压力和流体压力达到设定值后，再依据确定的流体所途经的各个构造期地质背景，设定不同构造期对应水岩反应釜内的温度。

步骤S164：保持各构造期反应体系的水岩反应釜内恒温恒压至设定时间。

步骤S165：分别通过各构造期反应体系的取样系统获取对应的反应后溶液。

模拟实验后，根据反应前反应溶液与获取的各反应后溶液的成分对比，及各反应后岩样与对应反应前岩样的对比，确定成岩作用演化过程。其中溶液进行元素成分与含量分析，岩样进行全岩矿物组分与含量分析，如果是岩样为柱塞样品还要进行孔隙度、渗透率和CT分析。

通过实验前后样品采集数据和实验前反应溶液与实验后生成溶液的数据的对比，分析目的层成岩作用机制，例如为有机酸溶蚀作用、热液溶蚀作用、热液充填作用、TSR作用、构造抬升引起倒退溶蚀用等跨构造期成岩作用中的一种或多种。

本发明实施例一提供的跨构造期成岩作用模拟方法，依据岩石学和地球化学分析，结合构造演化史、埋藏史和流体充注史恢复技术，建立跨构造期成岩作用模式、确定地质流体类型，进而确定地质应力作用驱动高压层位流体向低压层位运移过程，恢复地质流体跨构造期途经各目的层时的地质条件，包括地层温度、地层轴向压力、围压和流体压力；根据恢复的地质过程和地质条件，利用跨构造期成岩作用模拟装置开展流体跨构造期发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用的正演模拟，为判断埋藏阶段储集岩溶孔形成、保持和减少的作用机制和发生条件提供了依据。

实施例二

本发明实施例二提供一种跨构造期成岩作用模拟装置，其结构如图4所示，包括依次连接的流体驱动系统1、反应溶液供应系统2和至少两组依次连接的构造期反应体系3。

流体驱动系统1，用于为反应溶液供应系统2内部的反应溶液流入与反应溶液供应系统2直接连接的构造期反应体系3提供动力。

每组构造期反应体系3包括：水岩反应釜31，分别与水岩反应釜31连接的反应釜流体压力控制系统32、反应釜轴向压力控制系统33和反应釜围压控制系统34，及压力联动控制系统35，压力联动控制系统35用于控制水岩反应釜31内的流体压力低于轴向液压和围压，水岩反应釜31内设置有温度控制设备(图中未示出)。

水岩反应釜用于模拟实验设定温度和流体压力、地层压力条件下流体与岩石样品之间的水岩反应；反应釜流体压力控制系统用于控制水岩反应釜中流体与岩石反应的流体压力，模拟地层流体压力；反应釜轴向液压控制系统用于控制水岩反应釜中岩石样品轴向压力；反应釜围压控制系统用于控制水岩反应釜岩石样品围压，模拟岩石样品静岩压力；压力联动控制系统用于设置地层流体压力、轴向液压和反应釜围压之间压差，确保地层流体压力始终低于轴向液压和反应釜围压。

流体驱动系统1能够用于设定实验所需的流速。在一些实施例中，反应溶液供应系统包括中空柱体和活塞，活塞将中空柱体形成的容纳腔分成相互独立的上腔室和下腔室，上腔室用于盛装反应溶液，流体驱动系统用于从外部抽取流体，使得流体流入下腔室，并使得流体流动产生的动力推动活塞向远离下腔室的方向移动，从而推动上腔室内的反应溶液流入构造期反应体系的水岩反应釜。

优选的，反应溶液供应系统中空柱体的顶端安装有可拆卸的压帽。压帽的设置可以避免实验过程中由于流体压力过大而喷出的现象，保证了装置在实验过程中的安全性。

上述中空柱体和活塞可以是采用耐高压的金属材料。

水岩反应釜31具体可以为高温高压三轴应力水岩反应釜，在一些实施例中，参见图5所示，水岩反应釜31从里向外依次包括样品室311、螺杆固定架312和反应釜壳体313。

样品室311的两端分别依次设置有滤片314和中空液压推杆315，两端的中空液压推杆315分别连接反应溶液入口和反应溶液出口；反应釜壳体313一端敞口，其敞口端设置有密封帽316；螺杆固定架312一端连接密封帽316，另一端通过螺丝与样品室311连接。

样品室311具体可以为中空紫铜圆柱样品管，紫铜材质即使得样品管具有一定的软度，能够在外部压力作用下保证样品与样品管内壁的紧密接触，防止流体从样品和样品管内壁间的空隙中窜出；同时紫铜材质又保证了样品管的抗高温性能。

进一步的，螺杆固定架312可以为三孔螺杆固定架，确保高温高压条件下样品室和密封帽的位置固定。密封帽用于样品室的密封。

上述螺杆固定架312、反应釜壳体313和密封帽316都是耐高温高压的金属材质。

滤片314的材质可以为哈氏合金；滤片的网眼为直径为100目的圆形孔。哈氏合金具有耐高温耐腐蚀的性能。

中空液压推杆315由反应釜轴向液压控制系统33控制，轴向挤压样品室311内岩石样品，进而提供轴向压力。

进一步的，样品室311的外围还设置有支撑套317；支撑套317可以由两片组成，每片支撑套至少设置有2个通孔。

支撑套317主要用于保护样品室311，样品室为中空紫铜圆柱样品管时，支撑套可以为合金圆柱体，由两片组成，包裹在中空紫铜圆柱样品管外部；每片支撑套中含有2个圆孔，以便围压流体通过支撑套包裹中空紫铜圆柱样品管并施加围压。

进一步的，样品室311的两端分别设置有锁扣318；锁扣318用于将支撑套317固定在样品室311的外围。

反应釜壳体313中空，可承载围压流体，其中设置有温度控制设备(图中未示出)。在一些实施例中，温度控制设备包括加热器和温度热电偶。通过温度控制设备对围压流体加热从而保证样品室内水岩反应的温度。

螺杆固定架312的两端分别与密封帽316和反应釜壳体313底部接触的地方设置有石墨垫319。

进一步的，参见图6(图6中以三组构造期反应体系为例)所示，构造期反应体系3还包括预热设备36；预热设备36设置于反应溶液入口(图中未示出)和水岩反应釜31之间，用于对流入水岩反应釜31内的流体进行预加热。

进一步的，反应釜流体压力控制系统32与水岩反应釜31的反应溶液出口连接；反应釜流体压力控制系统32包括背压阀321和压力跟踪泵322，背压阀321用于控制水岩反应釜31内流体压力。背压阀321通过多道组合阀与水岩反应釜31出口端连接，控制前端反应釜内流体压力。

进一步的，构造期反应体系3还包括生成溶液取样系统37；反应釜流体压力控制系统32连接于水岩反应釜的反应溶液出口与生成溶液取样系统37之间。生成溶液取样系统37用于收集前端反应釜流出的反应生成溶液。

一套成岩作用模拟装置包含2组及以上构造期反应体系3，并通过多通道阀门连接，最终实现流体跨不同层位的跨构造期成岩作用模拟。

本发明实施例二提供的成岩作用模拟装置，包括依次连接的流体驱动系统、反应溶液供应系统和至少两组依次连接的构造期反应体系；流体驱动系统，用于为反应溶液供应系统内部的反应溶液流入与反应溶液供应系统直接连接的构造期反应体系提供动力；构造期反应体系包括：水岩反应釜，分别与水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，压力联动控制系统用于控制水岩反应釜内的流体压力低于轴向液压和围压，水岩反应釜内设置有温度控制设备。能够模拟研究区跨构造期成岩作用模式，模拟地质应力作用(包括构造运动力、水动力、地静压力和热动力)驱动高压层位流体向低压层位运移过程，从而可以开展流体跨越岩层发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用的正演模拟，进而判断埋藏阶段储集岩溶孔形成、保持和减少的作用机制和发生条件，最终解决储集岩经历高温高压和多期构造演化后孔隙形成机制的问题。

通过多组依次连接的构造期反应体系模拟跨构造期成岩作用模式，构造期反应体系包括分别与水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，水岩反应釜内还设置有温度控制设备，使得每个反应釜内都能够模拟对应的构造期的流体压力、温度及地层轴向压力和围压，合理模拟了地下驱动地质流体运移的地质应力，包括构造运动力、水动力、地静压力和热动力，进而还原了真实的成岩作用条件。

下面以某研究区目的层的白云岩储层为例，对上述成岩作用模拟方法进行进一步的说明。

实验流程参见图7所示，通过岩石学分析岩石类型，通过流体充注史分析实验流体类型，通过埋藏史分析地层温度、静岩压力和流体压力，通过构造式—埋藏演化史分析埋藏构造期发生的成岩作用类型，从而确定流体跨越构造期实验条件；研究区目的层白云岩采集后进行粉碎、精洗和烘干处理，进行样品的全岩矿物和CT分析；利用得到的岩石样品和成岩作用模拟装置进行跨域构造期实验；通过试验后样品的全岩矿物和CT分析、反应生成溶液离子分析，从而进行溶蚀、沉淀或交代判识与评价。

首先通过岩石学和地球化学手段划分孔隙演化的阶段，目的层孔隙演化可划分为七个阶段：①同生－准同生期的原始孔隙关键发育期；②早期埋藏(早成岩)酸性成岩环境的孔隙关键保持期；③晚加力东-早海西抬升与暴露的孔隙改善与稳固期；④中期埋藏与热液作用的孔隙充填作用期；⑤外源有机酸大规模侵位的规模埋藏溶蚀作用期；⑥油充注侵位演化期；⑦晚期抬升的油气调整与少量硅质充填作用。

由下述岩石学证据(岩石铸体薄片)获知埋藏溶蚀作用对目的层溶蚀孔洞的形成发挥了重要作用：

①部分粒间孔扩大孔边缘可见明显的溶蚀改造特征，显然为白云石化作用之后发生，且缺乏常见的渗流粉砂，埋藏期溶蚀改造的可能性大；

②溶蚀孔洞中常见充填有中粗晶白云石和鞍状白云石，为埋藏期流体活动的产物；

③可见溶蚀孔洞中的白云石有的被溶成港湾状，有的整个白云石被溶蚀形成白云石铸模孔。

以上证据揭示目的层储层在埋藏期经历了多期次、较长时期的溶蚀作用改造，对储集空间的溶扩和连通性改善起到了重要作用。经大量岩石薄片的复查，在局部层段埋藏成因溶蚀孔洞对储集空间的贡献率达到50％以上，平均贡献率可达到20％～30％。通过构造-埋藏史恢复技术，建立研究区对应的跨构造期成岩作用模式，具体到本实施例，研究区中威远-安岳-遂宁-南充-盐亭一带为生烃和生酸中心，有机酸浓度最高，而且断裂系统发育，为有机酸沿断裂向古隆起运移提供了通道，提出有机酸埋藏溶蚀的跨构造期成岩作用模式，建立对应的埋藏与有机质热演化史如图2所示。

对于跨构造期成岩作用来说，烃源岩或深部热液能够产生规模酸性流体是普遍接受的，问题焦点是运移过程中会不会与围岩充分反应，实际进入目的层流体还能不能发生规模溶蚀。考虑到地下实际是酸性流体从烃源岩或深部热液运移至碳酸盐岩储集层中，属于跨构造期溶蚀作用，所以本次实验将地下埋藏溶蚀过程细分为两个成岩阶段，分别是近酸源阶段和储集层阶段，并且埋藏溶蚀发生在开放环境下，酸性流体是在岩石内部孔隙中运移与反应。利用一种跨构造期成岩作用的模拟装置，开展了酸性流体依次通过近酸源阶段和储集层阶段的溶蚀实验，即流体首先注入近酸源阶段中岩石，在岩石内部孔隙反应并运移至储集层阶段岩石样品中进行溶蚀反应，实验中酸性流体采用油田水加7.16g/L乙酸配置而成，溶液pH值为2.5。近酸源阶段地层温度为120℃，流体压力为40MPa，静岩压力为85MPa；近目的层阶段地层温度为90℃，流体压力为25MPa，静岩压力为70MPa。两个阶段样品均为孔隙型白云岩柱塞样，实验前对样品进行物性分析和岩石内部孔隙特征CT扫描，流速为0.2ml/min，总反应溶液为1.6L。溶蚀实验后，分别采集近酸源阶段和储集层阶段反应生成液并分析溶液pH值，近酸源阶段反应生成溶液pH值为3.6，而储集层阶段反应生成溶液pH值为6.1，实验证实酸性流体在疏导过程中可以保留酸性，进入储集层阶段进行充分反应。通过对比两个阶段样品溶蚀后孔隙特征，发现近酸源阶段白云岩中形成直通缝，流体主要沿着运移优势通道前行，减小了与岩石孔隙接触面积，从而确保酸性流体在长距离运移中保留酸性。储集层阶段白云岩中发生孔隙溶蚀加大，形成溶孔溶洞。根据模拟实验结果，很好解释了埋藏溶蚀规模发生的焦点问题，提出了埋藏溶蚀流体酸性保留机制，即近酸源处，流体侧向运移，由于温度高、流速快，溶蚀孔隙类型以溶缝为主，形成酸性流体运行通道，从而确保酸性流体传输至目的层位改善储集空间，建立的埋藏溶蚀流体酸性保留机制模式具体展示见图2。

图2具体为建立的高石17井地层埋藏与有机质热演化史，可见共分为7个演化阶段，每个阶段的地层温度变化如图2所示。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (19)

1.一种跨构造期成岩作用模拟方法，其特征在于，包括：

根据岩心的岩石学参数，确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序，根据所述先后顺序和恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，确定跨构造期成岩作用模式和地质流体类型；

根据所述跨构造期成岩作用模式和流体类型，确定对应的驱动地质流体运移的地质应力类型；

依据所述岩心的流体包裹体和团簇同位素测温，确定地质流体跨构造期途经各目的层时的地层温度；

依据所述埋藏史和地层压力梯度，确定地质流体跨构造期途经各目的层时目的层受到的地层轴向压力和围压及流体压力；

根据所述地质应力类型挑选跨构造期各目的层的岩心，挑选流体驱动力实现方式，利用挑选的岩心制备相应的岩样，将各岩样放入跨构造期成岩作用模拟装置的对应构造期反应体系中，将按照所述流体类型配置的反应溶液注入所述装置的反应溶液供应系统，根据所述流体驱动力实现方式、各目的层地层温度和受到的地层轴向压力和地层围压及流体压力进行跨构造期成岩作用模拟。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据反应前反应溶液与从各构造期反应体系获取的各反应后溶液的成分对比，及各反应后岩样与对应反应前岩样的对比，确定成岩作用演化过程。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据岩心的岩石学参数，确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序，具体包括：

依据岩心的岩石薄片的岩石学参数，识别岩石薄片中的原岩矿物、充填矿物和发生溶蚀的矿物，所述充填矿物包括胶结物和沥青；

分别对所述原岩矿物和胶结物进行微区元素及同位素分析，确定岩石类型、埋藏成岩阶段发生的溶蚀作用类型和沉淀成岩作用类型；

依据原岩矿物和充填矿物的接触关系、确定矿物充填作用与溶蚀作用发生的先后顺序。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述先后顺序和恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，确定跨构造期成岩作用模式和地质流体类型，具体包括：

依据恢复的研究区构造演化史、埋藏史与流体充注史，将所述先后顺序投到基于构造演化的埋藏史图中，划定研究区发生的孔隙演化阶段，建立流体跨构造期成岩作用模式，进而确定跨构造期流体类型。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各岩样放入跨构造期成岩作用模拟装置的对应构造期反应体系中，具体包括：

按对应构造期由早到晚的顺序，从跨构造期成岩作用模拟装置的最靠近反应溶液供应系统的构造期反应体系开始，依次将对应岩样放入对应构造期反应体系的水岩反应釜中。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述流体驱动力实现方式、各目的层地层温度和受到的地层轴向压力和围压及流体压力进行跨构造期成岩作用模拟，具体包括：

通过最靠近反应溶液供应系统的构造期反应体系的压力联动控制系统，分别控制与该构造期反应体系的水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，使得该水岩反应釜内流体压力值为对应的流体压力、轴向压力值为对应的地层轴向压力、围压值为对应的地层围压；依次逐个设定反应溶液流入的下一构造期反应体系的水岩反应釜内的流体压力值、轴向压力值和围压值；

分别通过各构造期反应体系的水岩反应釜的温度控制设备将水岩反应釜内的流体温度控制为对应流体温度；

保持各构造期反应体系的水岩反应釜内恒温恒压至设定时间；

分别通过各构造期反应体系的取样系统获取对应的反应后溶液。

7.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述利用挑选的岩心制备相应的岩样，具体包括：

利用挑选的岩心制备相应的柱塞样品或颗粒样品，所述柱塞样品的直径为2.5cm，长度不大于3cm，所述颗粒样品的粒径为16～20目。

8.一种跨构造期成岩作用模拟装置，其特征在于，包括依次连接的流体驱动系统、反应溶液供应系统和至少两组依次连接的构造期反应体系；

所述流体驱动系统，用于为所述反应溶液供应系统内部的反应溶液流入与所述反应溶液供应系统直接连接的构造期反应体系提供动力；

所述构造期反应体系包括：水岩反应釜，分别与所述水岩反应釜连接的反应釜流体压力控制系统、反应釜轴向压力控制系统和反应釜围压控制系统，及压力联动控制系统，所述压力联动控制系统用于控制所述水岩反应釜内的流体压力低于轴向液压和围压，所述水岩反应釜内设置有温度控制设备。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述水岩反应釜从里向外依次包括样品室、螺杆固定架和反应釜壳体；

所述样品室的两端分别依次设置有滤片和中空液压推杆，两端的中空液压推杆分别连接反应溶液入口和反应溶液出口；

所述反应釜壳体一端敞口，其敞口端设置有密封帽；

所述螺杆固定架一端连接所述密封帽，另一端通过螺丝与所述样品室连接。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述滤片的材质为哈氏合金；所述滤片的网眼为直径为100目的圆形孔。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述样品室的外围还设置有支撑套；

所述支撑套由两片组成，每片支撑套至少设置有2个通孔。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述样品室的两端分别设置有锁扣；所述锁扣用于将所述支撑套固定在所述样品室的外围。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述样品室为中空紫铜圆柱样品管。

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述温度控制设备包括加热器和温度热电偶；

所述温度控制设备设置于所述反应釜壳体内。

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述反应釜流体压力控制系统与所述水岩反应釜的反应溶液出口连接；

所述反应釜流体压力控制系统包括背压阀和压力跟踪泵，所述背压阀用于控制所述水岩反应釜内流体压力。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述构造期反应体系还包括生成溶液取样系统；

所述反应釜流体压力控制系统连接于所述水岩反应釜的反应溶液出口与生成溶液取样系统之间。

17.如权利要求9～16任一项所述的装置，其特征在于，所述构造期反应体系还包括预热设备；

所述预热设备设置于反应溶液入口和所述水岩反应釜之间。

18.如权利要求9～16任一项所述的装置，其特征在于，所述螺杆固定架的两端分别与所述密封帽和所述反应釜壳体底部接触的地方设置有石墨垫。

19.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反应溶液供应系统包括中空柱体和活塞，所述活塞将所述中空柱体形成的容纳腔分成相互独立的上腔室和下腔室，所述上腔室用于盛装反应溶液，所述流体驱动系统用于使得流体流入所述下腔室，并使得流体流动产生的动力推动所述活塞移动将所述上腔室内的反应溶液流入构造期反应体系的水岩反应釜；

所述中空柱体的顶端安装有可拆卸的压帽。

Images