埋藏压实-侧向挤压过程对库车坳陷深层储层物理性质的改造机理

摘要/Abstract

摘要：

早期长期浅埋、后期快速深埋及晚期强烈的侧向挤压作用是西部前陆盆地共性的地质演化过程,埋藏(机械)压实-侧向挤压过程对深层砂岩储层岩石物理性质与储集性具有重要的改造作用。开展成岩物理模拟实验研究,并与实际地质分析相结合,探索改造作用机制的演化过程,认为持续的垂向压实作用使储层碎屑颗粒由松散状至紧密堆积。在晚期侧向挤压、持续垂向埋藏压实共同作用下,深层碎屑颗粒表现为明显的共轭双方向定向排列特征。在快速垂向压实和强烈的侧向挤压应力作用下,石英、长石等颗粒内出现明显的无定向微裂缝、共轭剪切微裂缝。微裂缝的出现可增强颗粒的可溶蚀性,提高储层渗透性。明确埋藏(机械)压实-侧向挤压过程对深层砂岩储层物理性质与储集性的改造作用机制,对评价与预测深层有利储层的分布具有积极作用。

关键词: 深层储层, 埋藏压实, 侧向挤压, 岩石物理性质, 成岩物理模拟, 库车坳陷

Abstract:

Early shallow buried for a long time, the late quickly buried deep and strong lateral compression in western foreland basin are common geological evolution process. Burial compaction (mechanical)-lateral extrusion process plays an important role to deep sandstone reservoir petrophysical properties and reservoir properties. Diagenetic physical modelling experiment is studied, and the process of the transformation mechanism is explored. It is considered that continuous vertical compaction makes reservoir clastic particles from loose to close packing. Under the joint action of the late lateral extrusion and continuous vertical burial compaction, astatic microfracture and conjugated shear fracture are evident in the granules of quartz, feldspar, etc. The emergence of micro-cracks can strengthen particles corrosion resistance, and improve the reservoir permeability. Clearing burial compaction (mechanical)-lateral extrusion process of deep sandstone reservoir physical properties and reservoir properties of transformation mechanism possesses a positive role for the distribution of favorable reservoir evaluation and prediction.

Key words: deep reservoir, burial compaction, lateral extrusion, rock physical property, diagenetic physical modelling, Kuqa Depression

中图分类号:

TE122.2

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图/表 12

图1 深层储层碎屑颗粒共轭双方向定向排列与长石颗粒破裂及溶蚀作用微观特征

Fig.1 Microscopic characteristics of clastic particles conjugating both sides, feldspar particle fracture and dissolution in deep reservoir of Kuqa depression

表1 成岩模拟克深井区储层所采用的实验样品碎屑岩组分统计表

Table 1 Clastic components for diagenetic physical modelling experiment

碎屑岩结构组分(砂质粒径为0.10~0.25 mm)
碎屑颗粒/%									填隙物/%					成岩流体/%wt
石英	长石		岩屑						填隙物/%					成岩流体/%wt
石英	钾长石	斜长石	石英岩	千枚岩	流纹岩	凝灰岩	硅质岩	云岩	泥质(铁)		方解石	硅质		CaCl₂	醋酸
48	17	8	9	5	6	5	1	1	4	4			1	2	0.5

图2 样品管与反应釜体壁接触产生擦痕与颗粒变化的特征

Fig.2 Scratch characteristics of sample tube in different stages

图3 压实作用下深层储层颗粒微观结构与孔隙变化特征

Fig.3 Microstructure of clastic particles and pore characteristics of deep reservoir in the influence of compaction

表2 物理模拟克深井区深层储层埋藏过程中孔隙演化特征统计表

Table 2 Pore evolution of deep reservoir of different sandstones under compaction of different buried stages

薄片面孔率/%		剩余原生孔含量/%		溶蚀扩大孔/%		填隙物含量/%		视压实率/%		减孔率 /%		温度 /℃		压力/ MPa		模拟埋深/m	压实阶段
25.0	23.4		1.5		7.0		20.0		37.5		300		110		2 000		浅埋藏阶段 (垂向压实初期)
18.0	16.0		2.0		13.0		22.5		55.0		325		123.5		2 500
22.0	20.3		1.6		9.0		22.5		45.0		350		137.5		3 000
20.0	18.4		1.5		9.0		27.5		50.0		362.5		151.5		3 500		浅埋-深埋转换阶段 (垂向压实中期)
15.0	13.2		1.7		10.0		37.5		62.5		375		165		4 000
20.0	17.9		2.1		4.0		40.0		50.0		387.5		178.5		4 500
16.0	13.0		3.0		3.0		52.5		60.0		400		192.5		5 000		深埋藏早期 (垂向压实晚期)
17.0	12.0		5.0		3.0		50.0		57.5		425		220		6 000		深埋藏早期 (垂向压实晚期)
12.0		8.0		4.0		8.0		50.0		70.0		450		247.5		7 000	深埋藏晚期 (垂向过压实-侧向挤压期)
11.0		7.0		4.0		7.0		55.0		72.5		462.5		261.5		7 500
10.0		5.0		5.0		9.0		52.5		75.0		475		275		8 000

图4 深层储层碎屑颗粒共轭双方向定向排列所受作用力解释与显微特征

Fig.4 Clastic particles conjugating both sides explained to directional arrangement by force and the microstructure of clastic particles in deep reservoir

表3 深层储层中颗粒内裂纹(微裂缝)发育的颗粒数量变化统计表

Table 3 The statistics showing the number of changes of crack in clastic particles

序号	模拟埋深 /m	微裂缝发育的颗粒数/个	发育裂纹颗粒占总颗粒数比例/%	裂纹类型
1	5 000	3	6.7	无定向裂纹	深埋藏早期 (垂向压实晚期)
2	5 500	8	12.7
3	6 000	10	16.9
4	6 500	9	14.8
5	7 000	5	8.3	开始出现共轭剪切裂纹;两种类型裂纹共存	深埋藏晚期 (垂向过压实- 侧向挤压压实期)
6	8 000	10	14.9
7	9 000	6	12.0

图5 物理模拟的浅埋-深埋藏变化过程中深层储层中颗粒内裂纹发育特征

Fig.5 Laser confocal photos showing the crack development characteristics of the clastic particles in the diagenetic physical modelling

图6 模拟的颗粒内裂纹与实际岩心中裂纹特征对比图

Fig.6 Comparison of photos showing the crack characteristics of the clastic particles in the diagenetic physical modelling and the actual core samples

图7 模拟的深层储层中石英、长石矿物在压实作用下的破裂特征

Fig.7 Brittleness mineral burst characteristics of quartzes and feldspars in diagenetic physical modelling

表4 深层储层中石英、长石等脆性矿物破裂特征统计表

Table 4 The brittleness mineral burst characteristics of quartzes and feldspars in diagenetic physical modelling

成岩阶段	石英矿物	长石矿物	实验条件	模拟压实阶段
早成岩阶段	破裂,裂纹较少	局部破裂	200℃,82.5MPa—300℃,110MPa	浅埋藏阶段 (垂向压实初期)
早成岩阶段	挤压破裂,裂纹较少	/	325℃,123.5MPa	浅埋藏阶段 (垂向压实初期)
中成岩 A₁- A₂ 阶段	挤压破裂	局部破裂	350℃,137.5MPa	浅埋-深埋转换阶段 (垂向压实中期)
	挤压破裂	/	362.5℃,151.5MPa
	挤压破裂,出现无定向裂纹	/	375℃,165MPa
	无定向裂纹明显	/	387.5℃,178.5MPa
	/	无定向裂纹	412℃,179MPa	深埋藏早期 (垂向压实晚期)
	裂纹断穿颗粒	/	425℃,220MPa
	裂纹断穿颗粒	/	437.5℃,233.5MPa
中成岩 B阶段	/	出现共轭剪切裂纹	450℃,247.5MPa	深埋藏晚期 (垂向过压实- 侧向挤压压实期)
中成岩 B阶段	多条裂纹断穿颗粒	共轭剪切裂纹	462.5℃,261.5MPa
晚成岩阶段	多条裂纹断穿颗粒	/	475℃,275MPa

图8 埋藏压实-侧向挤压过程下深层储层颗粒堆积、产生破裂及改善储层质量作用机理示意图

Fig.8 The map showing mechanism of the particle accumulation, fracture generation, reservoir quality improvement from burial compaction to lateral extrusion

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