珠江口盆地白云凹陷高热背景对深水区储层质量的影响

发布时间：2020-08-22 13:14

【摘要】：目前海洋深水区已经成为全球油气勘探的热点领域。我国南海北部珠江口盆地深水区生、储、盖配套良好,是未来南海北部重要的油气勘探远景区。珠江口盆地大地热流由北向南从正常值到高热流,这与岩石圈厚度、地温梯度变化趋势基本一致。然而,高热背景对盆地内砂岩储层的影响仍不明确。此外,白云凹陷的断裂活动和底辟构造及其伴生的深部CO_2上涌、充注对储层的影响尚不清楚。高地温梯度对成岩作用及储层储集性能的影响以及该背景下优质储层发育机制仍属于研究的薄弱环节,也制约着下一步的勘探部署。在前期研究基础上,根据白云凹陷深水区受热机制的不同,本研究首次将白云凹陷深水区储层划分为两种类型:(1)历史上受到岩浆作用、断裂作用、底辟作用影响的地区,该区地层所经历的最高地温大于现今地温,即受到“异常热”影响的储层;(2)地质历史上未受到过岩浆作用、断裂作用、底辟作用影响的地区,即受“正常热”影响的储层。再根据地温梯度将后者区分为:低地温梯度(4℃/100m)区和高地温梯度(4℃/100m)区。针对研究区存在的上述问题,本文通过常规薄片,荧光薄片,阴极发光薄片和铸体薄片的显微镜下观察鉴定与定量统计为基础,结合扫描电镜、XRD矿物成分分析、孔隙度与渗透率、图像孔喉观察与测定、电子探针成分分析、地震剖面解释等多种分析测试手段。做了下列三方面的对比研究:(1)高、低地温梯度区砂岩原始组构的差异;(2)高、低地温梯度区成岩作用和储层质量的差异;(3)受CO_2充注影响的储层与不含CO_2储层的物性差异的对比研究。然后综合受“正常热”和“异常热”影响区储层的特征,总结高热背景影响储层质量的机制。首先,认识到不同地温梯度区相同地层组由砂岩原始组构造成的储层物性的差异不显著。即在高、低地温梯度区,同一地层组砂岩岩石类型基本一致,储层的孔隙度和渗透率均随着刚性颗粒含量增加的而增大,随着塑性颗粒含量的增加而减小,随着斜长石含量的减少孔隙度有所增加。高、低地温梯度区,同一地层组砂岩粒度参数与物性的关系基本一致。在高、低地温梯度区,储层中杂基含量与最大面孔率均呈反相关关系。其次,受“正常热”影响的储层,高地温梯度区砂岩的最大孔隙度和最大渗透率随着埋藏深度和地层温度的增加而迅速减少,而低地温梯度区则缓慢减小。地层温度是通过改变颗粒的抗压强度,改变矿物的溶解度,改变粘土矿物的转化速率,影响碳酸盐胶结物的形成等方式来影响成岩作用的进程,从而影响储层的储集性能。结合研究区不同地温梯度区的埋藏史和地壳拉张减薄历史的对比,提出了温度-时间控制了储层物性随埋深/温度增加而减小的速率,合理解释了不同地温梯度区储层物性演变的差异。再次,白云凹陷及其周缘地区发现的大部分CO_2属于无机成因,少量为有机成因CO_2气体。导致“异常热”的岩浆、底辟和断裂活动使深部物质穿层流动到上部储层中,深部物质及其携带的热量对砂岩储层进行改造,其中CO_2是深部物质的典型代表。底辟构造对于白云凹陷CO_2的分布具有一定的控制作用。深部热流体与CO_2注入储层后引起片钠铝石、铁白云石和高岭石等矿物的沉淀,以及长石等硅酸盐矿物和方解石等碳酸盐矿物的溶蚀溶解是影响受“异常热”区储层质量的直接原因。总之,在沉积作用条件基本一致的情况下,较低的地温梯度有利于储层孔隙的保存,使得深部地层中形成并保存有较高孔隙度和渗透率的有利储层;地层温度越高越不利于孔隙的保存;“异常热”造成的CO_2充注产生的建设性作用主要是长石和方解石等矿物的溶蚀作用,其破坏性作用主要是铁白云石、片钠铝石和高岭石等矿物的的胶结作用,本研究区CO_2充注对储层的建设性作用大于破坏性作用。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.13
【图文】：

关系图,白云凹陷,渗透率,孔隙度

孔低渗情况。低地温梯度区总体孔隙度相对偏小，孔隙度-渗透率关系相对简单（图3-8）。高地温梯度区个别砂岩存在高孔、低渗情况。经薄片观察，个别高孔低渗数据主要来自于由生物体腔孔为主要孔隙类型的岩石，生物体腔孔相对独立不联通造成渗透率低。图3-8珠江口盆地白云凹陷孔隙度-渗透率关系图（左图：高地温梯度区；右图：低地温梯度区）3.2.2深部恩平组和文昌组砂岩高孔低渗由于研究区仅在个别井位钻遇恩平组地层，因而在只有极少量钻井和样品的情况下，对于深部储层的预测、探究深部是否发育优质储层至关重要。本次研究获得的恩平组砂岩孔隙度和渗透率数据显示，深部地层具有高孔低渗的特征，样品孔隙度可达21.3%-23%，渗透率却只有0.064-0.082毫达西。根据铸体薄片显微观察鉴定并结合扫描电镜观察，发现存在以下不利于渗流的现象：（1）孔隙类型以次生孔隙为主

散点图,孔隙度,梯度,低地

经过大量不同分类方法的尝试和作图，本研究发现了研究区砂岩储层物性随温度变化的重要规律：即高地温梯度区砂岩最大孔隙度/最大渗透率随埋深/地层温度减小速率比低地温梯度区大。可见，储层物性除了与埋藏深度有关，还与所处的地层温度以及地温梯度相关。以埋藏深度为纵坐标的孔隙度变化散点图中（图3-10），无论地温梯度高或者低，孔隙度总体变化趋势都是随着埋深和温度的增加而降低。这与实验模拟和传统理论（Atwater and Miller, 1965；Ehrenberg, 1990）关于砂岩的物性随温度变化的规律相符。然而，该趋势背后存在以下特殊现象：在低地温梯度区，最大孔隙度随深度的增加而逐渐缓慢地减小；而在高地温梯度区，最大孔隙度随深度的增大急剧快速地减小（图3-9）。在图中表现为不同地温梯度区最大孔隙度包络线斜率的差异（图3-9）。高地温梯度区，孔隙度从829米的36.1%减少到2736米的11.1%，平均每百米减少1.3110%；低地温梯度区，孔隙度从1633米的33.7%减少到3928米的13.5%，平均每百米减少0.9051%（图3-9）。

梯度,低地,渗透率,埋藏深度

西北大学博士学位论文深因素，也包含了地温梯度因素），发现高、低地温梯度区最大孔隙度随温度减少的速率仍有差异，但是比以深度为纵坐标图上的差异略小。即在高地温梯度区，孔隙度随着地层温度减小的速率相对于低地温梯度区仍然较大（图3-10）。总之，无论以埋藏深度或是现今地温梯度作为纵坐标，高地温梯度区最大孔隙度减少速率总是大于低地温梯度区。在渗透率随地层温度变化图中（图3-11），在相同地层温度下，温度大于114℃的区域，高地温梯度区岩样渗透率明显低于低地温梯度区的岩样渗透率。该温度下处于低地温梯度区样品的埋深大于高地温梯度区。按照一般理论，埋藏深度大其压实作用一般会强于埋深浅的区域，即高地温梯度区渗透率本应该高于低地温梯度区。然而，事实正好相反（图3-11）：高地温梯度区埋深浅的储层的渗透率较低。图3-11左图中，当温度为T1时，高地温梯度区砂岩样品A的最大渗透率PA 明显小于低地温梯度区砂岩样品B的最大渗透率PB。其中A点的埋藏深度小于B点。

【参考文献】