泥岩化学压实作用的超压响应与孔隙压力预测
发布时间：2021-08-03 16:32
为探索泥岩化学压实作用的增压机制及其超压响应特征,结合国内外相关研究,对泥岩化学压实作用与超压发育关系、化学压实阶段超压响应特征以及孔隙压力预测方法进行了系统总结,分析了东营凹陷泥岩化学压实作用在孔隙压力预测中的意义.认为泥岩化学压实作用以黏土矿物转化为主导机制,通过改变泥岩的微观结构及岩石物理属性,化学压实作用影响了超压的发育及其测井响应,建立不同压实阶段正常压实趋势线是有效判识超压成因机制、准确预测孔隙压力的基础.研究结果表明:1)泥岩压实过程可以划分为机械压实阶段（<70℃）、过渡阶段（70～100℃）以及化学压实阶段（>100℃）,黏土矿物转化（尤其是蒙脱石向伊利石转化）控制了泥岩的化学压实行为;2)泥岩化学压实的增压效应主要包括3个方面:形成垂直于最大有效应力方向排列的黏土颗粒组构,促进泥岩压实、导致自生胶结物沉淀降低泥岩渗透率,增强体系封闭性、使得泥岩发生骨架弱化作用,引起有效应力转移;3)在有效应力-孔隙度/密度和声波时差/电阻率-密度交会图中,化学压实导致的超压表现出非弹性卸载特征,即随着有效应力减小,呈现出孔隙度降低,而声波时差和密度同时增大的测井响应;4...
【文章来源】：中国矿业大学学报. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：23 页
【部分图文】：
泥岩压实过程中微观结构变化和孔隙压力发育模式
泥岩中黏土矿物转化会导致黏土颗粒定向性显著增强,进而影响了泥岩的压实过程[4,42,60-61].近年来,基于高分辨率电镜(SEM,TEM)、高分辨率X射线测角仪(HRXTG)以及同步辐射X衍射(SXRD)等观测提供的证据表明纯粹的机械压实作用仅能够导致黏土颗粒呈现弱定向结构[42,46,60].而蒙-伊转化过程中自生伊利石垂直最大有效应力方向生长,则能够导致黏土颗粒的定向性显著增强,极大促进泥岩压实的进行[42,47-48,61].黏土矿物转化过程中释放的自由水可以作为润滑剂促进黏土颗粒旋转,进一步增强黏土颗粒的定向排列[47,62].根据世界范围内不同成岩阶段黏土颗粒定向性观察,研究人员建立了不同压实阶段泥岩压实过程中黏土颗粒定向性演化规律及其主控制因素(图2a)[63-64].黏土颗粒定向性增强促进了泥岩的压实进程,导致泥岩压实系数显著增大[51,58].微观结构的变化使得成岩转化后的富伊利石泥岩与富蒙脱石泥岩的有效应力-孔隙度关系具有明显差异[41,51].在相同的有效应力条件下,富伊利石泥岩孔隙度总是低于富蒙脱石泥岩,压实系数明显增大[43,51,65].泥岩的压实系数越大,孔隙度和渗透性随埋深增加而减小得越快,在相同时间内孔隙流体排出的量也就越大,从而更有利于机械压实不均衡的发育[29,57-58].考虑到黏土矿物转化对泥岩压实系数的影响,盆地数值模型中孔隙度-深度关系中的压实系数可以通过乘以以下校正因子Cf进行调整[57-58],即
蒙-伊转化初期,Sr接近于So,Cc近似为1,此时对泥岩渗透率没有影响.随着蒙-伊转化进行,Sr不断降低,胶结指数n逐渐增大,Cc逐渐减小,泥岩渗透率随之降低[57].校正因子Cc不仅反映了与蒙-伊转化有关的硅质胶结作用对压力演化的影响,而且反映了在成岩转化中蒙脱石比例变化的影响.基于此的数值模拟结果表明,化学压实过程中胶结作用导致的泥岩封闭性增强能够显著提高各种增压机制的作用效率,增加压力异常的程度(图3c)[57-58,72].1.3 骨架弱化及伴随的应力转移
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantitative reconstruction of formation paleo-pressure in sedimentary basins and case studies[J]. Nansheng QIU,Yifeng LIU,Wen LIU,Jingkun JIA. Science China（Earth Sciences）. 2020(06)
[2]中国页岩气勘探开发现状与优选方向[J]. 聂海宽,何治亮,刘光祥,张光荣,卢志远,李东晖,孙川翔. 中国矿业大学学报. 2020(01)
[3]中国南方富有机质海相页岩弹性各向异性特征和影响因素[J]. 刘子淳,张峰,李向阳. 中国科学:地球科学. 2019(11)
[4]泥页岩盖层研究进展:类型、微孔特征与封盖机理[J]. 胡文瑄,陆现彩,范明,张殿伟,曹剑. 矿物岩石地球化学通报. 2019(05)
[5]泥岩化学压实作用研究进展[J]. 李超,罗晓容. 地球科学与环境学报. 2017(06)
[6]沉积盆地超压成因研究进展[J]. 赵靖舟,李军,徐泽阳. 石油学报. 2017(09)
[7]高孔隙性砂岩中变形带类型、特征及成因机制[J]. 刘志达,付晓飞,孟令东,杜庆龙,孙永河,王升. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[8]富油凹陷洼槽区古压力演化特征及影响因素——以冀中坳陷饶阳凹陷为例[J]. 王鑫,蒋有录,曹兰柱,刘华,张文杰. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[9]深层油气成藏动力学研究进展[J]. 罗晓容,张立宽,付晓飞,庞宏,周波,王兆明. 矿物岩石地球化学通报. 2016(05)
[10]泥岩压实研究中有机质导致声波时差异常的定量校正方法[J]. 李超,张立宽,罗晓容,张立强,胡才志,杨鹏,邱桂强,马立元,雷裕红,程明. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(03)
本文编号：3319950
【文章来源】：中国矿业大学学报. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：23 页
【部分图文】：
泥岩压实过程中微观结构变化和孔隙压力发育模式
泥岩中黏土矿物转化会导致黏土颗粒定向性显著增强,进而影响了泥岩的压实过程[4,42,60-61].近年来,基于高分辨率电镜(SEM,TEM)、高分辨率X射线测角仪(HRXTG)以及同步辐射X衍射(SXRD)等观测提供的证据表明纯粹的机械压实作用仅能够导致黏土颗粒呈现弱定向结构[42,46,60].而蒙-伊转化过程中自生伊利石垂直最大有效应力方向生长,则能够导致黏土颗粒的定向性显著增强,极大促进泥岩压实的进行[42,47-48,61].黏土矿物转化过程中释放的自由水可以作为润滑剂促进黏土颗粒旋转,进一步增强黏土颗粒的定向排列[47,62].根据世界范围内不同成岩阶段黏土颗粒定向性观察,研究人员建立了不同压实阶段泥岩压实过程中黏土颗粒定向性演化规律及其主控制因素(图2a)[63-64].黏土颗粒定向性增强促进了泥岩的压实进程,导致泥岩压实系数显著增大[51,58].微观结构的变化使得成岩转化后的富伊利石泥岩与富蒙脱石泥岩的有效应力-孔隙度关系具有明显差异[41,51].在相同的有效应力条件下,富伊利石泥岩孔隙度总是低于富蒙脱石泥岩,压实系数明显增大[43,51,65].泥岩的压实系数越大,孔隙度和渗透性随埋深增加而减小得越快,在相同时间内孔隙流体排出的量也就越大,从而更有利于机械压实不均衡的发育[29,57-58].考虑到黏土矿物转化对泥岩压实系数的影响,盆地数值模型中孔隙度-深度关系中的压实系数可以通过乘以以下校正因子Cf进行调整[57-58],即
蒙-伊转化初期,Sr接近于So,Cc近似为1,此时对泥岩渗透率没有影响.随着蒙-伊转化进行,Sr不断降低,胶结指数n逐渐增大,Cc逐渐减小,泥岩渗透率随之降低[57].校正因子Cc不仅反映了与蒙-伊转化有关的硅质胶结作用对压力演化的影响,而且反映了在成岩转化中蒙脱石比例变化的影响.基于此的数值模拟结果表明,化学压实过程中胶结作用导致的泥岩封闭性增强能够显著提高各种增压机制的作用效率,增加压力异常的程度(图3c)[57-58,72].1.3 骨架弱化及伴随的应力转移
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantitative reconstruction of formation paleo-pressure in sedimentary basins and case studies[J]. Nansheng QIU,Yifeng LIU,Wen LIU,Jingkun JIA. Science China（Earth Sciences）. 2020(06)
[2]中国页岩气勘探开发现状与优选方向[J]. 聂海宽,何治亮,刘光祥,张光荣,卢志远,李东晖,孙川翔. 中国矿业大学学报. 2020(01)
[3]中国南方富有机质海相页岩弹性各向异性特征和影响因素[J]. 刘子淳,张峰,李向阳. 中国科学:地球科学. 2019(11)
[4]泥页岩盖层研究进展:类型、微孔特征与封盖机理[J]. 胡文瑄,陆现彩,范明,张殿伟,曹剑. 矿物岩石地球化学通报. 2019(05)
[5]泥岩化学压实作用研究进展[J]. 李超,罗晓容. 地球科学与环境学报. 2017(06)
[6]沉积盆地超压成因研究进展[J]. 赵靖舟,李军,徐泽阳. 石油学报. 2017(09)
[7]高孔隙性砂岩中变形带类型、特征及成因机制[J]. 刘志达,付晓飞,孟令东,杜庆龙,孙永河,王升. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[8]富油凹陷洼槽区古压力演化特征及影响因素——以冀中坳陷饶阳凹陷为例[J]. 王鑫,蒋有录,曹兰柱,刘华,张文杰. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[9]深层油气成藏动力学研究进展[J]. 罗晓容,张立宽,付晓飞,庞宏,周波,王兆明. 矿物岩石地球化学通报. 2016(05)
[10]泥岩压实研究中有机质导致声波时差异常的定量校正方法[J]. 李超,张立宽,罗晓容,张立强,胡才志,杨鹏,邱桂强,马立元,雷裕红,程明. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(03)
本文编号：3319950
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