淺析有效碎屑巖深層儲層的形成

(西安石油大學地球科學與工程學院， 西安 710065)

0 引 言

近年來，有關深層儲層形成機理的研究不斷深入，進行深層油氣勘測的實踐不斷增多，有效儲層在深層仍然可以發育形成得到驗證。我國于上世紀七十年代在渤海灣開始實施深層勘探，后來在塔里木盆地、四川盆地等均發現存在重大油氣儲藏。而國外已有30多個埋深超過5 000 m的碎屑巖油氣藏處于生產狀態。文中基于已有研究的基礎上，對沉積、成巖、構造等作用以及深層儲層形成中環境條件的影響及意義進行了系統分析。

1 影響有效儲層形成的因素

1.1 沉積作用對有效儲層形成的影響

在沉積環境下，有效儲層形成的基礎與前提即為原始的沉積條件。通常來講，沉積環境對沉積相帶展布、儲集砂體的形成等影響較大。相同的沉積體，其相帶不同，則砂體分布規模、特征、疊置形狀均不相同。微觀分析，沉積物原始組分、粒度、成熟度、磨圓、雜基含量、分選等均受沉積環境的影響，而以上物質非均質性決定了儲層物質的基礎，并對后期成巖演化產生重要影響。

1.2 儲層形成受構造作用的影響

通過研究分析可知，相比于結構較低的應變區域，砂巖在高應變區域內，受側向擠壓的影響生成孔隙度減少， 5%～8%，同時實現了原來的低應變區域內的孔隙儲層向高應變區孔隙裂隙儲層的轉變。在側向擠壓的作用下，儲層結構發生對沖變化，構造的托舉減壓對核部地層產生作用，對其儲層物性起到保護作用；在構造應力的作用下形成壓碎縫和構造縫，導致儲層孔隙的滲流能力和溝通能力增強。此外，流體壓力和流體活動的變化受構造應力的影響，主要驅動流體流動，構造應力首先對多孔介質有效應力產生影響，進而對巖層滲流場的產生以及深層儲層的孔隙生成產生影響。

2 影響形成有效儲層的因素

2.1 地層壓力

2.1.1 延緩巖石壓實及抑制巖石壓溶

在地層流體不能順暢排出的情況下，增加埋深，則上覆地層的壓力變大，阻滯流體運動，在巖層儲層內產生異常高壓，對上覆巖體部分重力起到支撐作用，避免壓實對與成形孔隙造成破壞。巖石組分也對異常高壓的儲層原生孔隙的保存機制產生影響，當砂巖含有豐富塑性顆粒時，通常在廣泛出現壓實作用前產生異常高壓，對于保存原生孔隙的作用比較明顯；當砂巖含有豐富剛性顆粒時，由于本身具有較強的抗壓能力，其受到異常壓力較小。

2.1.2 導致裂縫形成

在異常高壓超過巖層的破裂壓力值時，將會導致巖層出現斷裂變形出現裂縫，不僅使儲層有效儲集的空間增加，同時處于異常高壓環境下的儲層連通性得到改善，儲層滲流能力大大增強。當孔隙壓力升至70%～90%上覆地層的靜壓力時，裂縫將會在異常壓力的體系內產生。

2.1.3 導致次生孔隙形成

異常高壓環境下，由于流體泄漏而產生溶蝕，可帶出溶蝕物質，增強長石的溶蝕作用，同時異常高壓可抑制有機質的演化及油氣的生成，盆地內釋放有機酸的時間延長，擴大砂巖成巖受其影響的范圍，導致化學反應轉向有機酸的生成，有機酸可溶蝕碎屑顆粒及砂巖膠結物，次生孔隙生成。

2.1.4 油氣運聚力增強

在致密性儲層的滲透率較低的情況下，流體以低速非達西流的形式進行滲流，并且在滿足需要啟動的壓力梯度時，才會發生滲流。由此可見，在致密儲層的滲透率較低時，異常高壓利于其相有效儲層的轉化。

2.2 地溫

當盆地內具有較低地溫梯度時，明顯降低砂巖中流巖作用的速率，同時減緩其機械壓實的速度。地溫梯度較低區域內孔隙度的減小速率為地溫梯度較高區域內的1/2。 屬于低溫冷盆的塔里木盆地，在地溫梯度18～28 ℃/km，深埋5 500～6 000 m條件下，孔隙度10%～25%，松遼盆地，在地溫梯度35～40 ℃/km，深埋3 500～4 000 m條件下，孔隙度3%～8%。由此可見，地溫環境的不同，是導致儲層孔隙保存與演化差異的重要原因。

2.3 儲藏方式

儲藏方式對于有效儲層的形成產生較大影響。 緩慢淺埋及快速深埋等方式對儲層孔隙的保存非常有利。淺埋可降低上覆地層的壓力，部分孔隙還沒有被壓實的情況下保留了下來；深埋的孔隙被較好地保存了下來，深層有效儲層形成。較長深埋時間，成巖則具有較大的強度，孔隙的損失也越大，所以具有較短深埋時間的深層儲層其物性越好。

2.4 顆粒包殼

利用分隔孔隙水及石英顆粒的表面，顆粒包殼阻止在其表面有石英膠結物的成核現象生成，對石英膠結的狀況產生影響，機械的壓實作用產生有效抵抗，保存了儲層孔隙。有研究表明，早期的壓實作用產生后生產的綠泥石沉淀，對儲層的物性產生有利影響，對石英次生的加大起到一定的阻止作用，對機械的壓實作用下粒間的孔隙縮小起到抵制作用，對粒間空隙起到有效保護。此外，當綠泥石的含量較高的情況下，顆粒空間被密集充填時，其滲透性及原生孔隙大大降低或者被破壞。

2.5 深埋條件

受埋藏條件的影響，砂泥巖不同厚度組合，其砂巖物性存在較大差異。埋藏條件為淺一中等情況下，由于泥巖所生成的流體含有豐富的有機酸，且礦化度較低，對距離砂泥巖較近的砂巖產生溶蝕，界面較近的砂巖其物性不受影響；深埋情況下，大量離子由泥巖排出，并在泥砂巖的界面周圍進行強烈膠結，在砂巖的中部保持較好的物性。砂巖具有較大厚度或者砂夾泥時，在砂巖的中部且距離泥巖較遠位置，為有效儲層的生成提供有利條件。

2.6 成巖環境

深層流體熱量高，溶蝕性強，使不成熟的烴源巖逐漸成熟化，成熟了的烴源巖在強化作用下生成烴，對砂體顆粒、圍巖膠以及膠結物進行溶蝕，最終溶縫洞或者孔隙生成，深層儲層的物性得到改善，促進次生孔隙儲層生成；在地殼的深層流體內，導致異常高壓出現的主要因素為生排烴流體、巖漿、揮發組分以及變質流體等。流體活動為同非整合面或者斷層面有著密切關系的溶蝕及淡水淋濾，利于形成深層的有效儲層。

3 未來展望

3.1 宏微觀的有機結合

通過露頭及現代沉積等研究，同具有高分辨率的物理技術相結合，或者通過沉積水槽等試驗過程，得知沉積砂體分布的規律以其幾何形態，并對砂體實施預測、跟蹤，對非均質性予以明確。儲層物性均受膠結物性質、黏土分布以及形態、儲層喉道、孔隙特征等諸多因素的影響，同時驅油效率對其敏感性也具有一定的影響性。因此確定儲層的微觀非均質性尤為重要。目前在儲層的檢測分析中，多種技術得到廣泛應用，有關微觀儲層的研究得到保障。

3.2 形成的靜動態過程

在模擬成巖演化的試驗中，強化研究深層碎屑巖有效儲層的成巖作用，重視深層碎屑巖有效儲層的實例剖析、成巖演化的動力機械等研究，強化研究成巖的演化過程試驗模擬，對儲層成巖時的時空屬性進行還原。對影響儲層質量的主要因素進行優選，研究成巖相，對儲層的分均質性進行探索。深層儲層的孔隙演化的過程是沉積、成巖、構造綜合動態過程。

3.3 多學科綜合聯動

儲層地質的研究同其他多種地質學科有著密切關系，鑒于其影響因素復雜繁多，應當考慮與不同構造背景和沉積相結合，選取科學統計方法，對形成有效儲層的各種權重系數進行分析評價，對重要的影響因素進行明確，奠定預測儲層分布的良好基礎。在未來發展中，針對有效儲層機理形成的研究方向聚焦為有關多種學科理論交叉及相關技術的研究等。