一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体而言，本发明涉及一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法。

背景技术

致密砂岩气因其具有储量巨大，分布广泛的特点而成为非常规天然气中最重要的一种类型，由于气藏的成藏动力学机制和成藏过程存在根本差异，因此可将致密砂岩气藏的特征分为两种，一种是流体在剖面上表现为不服从重力分异原理的气、水倒置关系，气藏的形态、大小和边界不受构造等高线的控制，即Masters所提出的深盆气藏；另一种是圈闭类型主要为背斜型气藏或地层岩性气藏，气藏的形态和气水分布通常与构造密切相关的致密砂岩。目前有“先成型”和“后成型”两种致密砂岩气藏的概念来解释上述两种特征的差异。先成型是指储层先致密化后才发生大规模的天然气聚集，成藏的根本原因是在致密储层中气藏底部缺少自由流动的地层水，致使储层中缺少对于气的浮力作用，气体在低渗砂岩中上浮受毛细管力的阻碍而导致对气的封闭，这就使得在勘探部署时需寻找储层的甜点；后成型是指天然气大规模运移发生在储层致密化之前，而后期构造作用和成岩作用才导致储层致密，气藏的成藏动力来自早期储层物性较好时的浮力作用，这就使得在勘探部署时需同时兼顾古、今构造特征。因此，在对某一气藏进行勘探部署时需要先判断其成因类型，这就需要研究成藏期致密砂岩气的古孔隙度是否已达到致密化储层的标准，到目前为止国内外学者提出了多种孔隙演化的预测方法和模型。Athy（1930）最早提出根据储层埋藏深度来预测孔隙度的关系式，Maxwell等根据实验数据推导了温度和时间对孔隙度演化的影响，Scherer考虑了储层的埋藏深度、石英颗粒的体积分数、颗粒分选性、地温梯度和沉积物年龄。Athy、Maxwell和Scherer等提出的孔隙度预测方法均只考虑了压实作用的影响，对于溶解作用、胶结作用和自生矿物的生长引起的孔隙度的变化在定量与储层的孔隙度变化模型中均没有加以讨论。以上研究均未给出基于成岩演化分析的以地质历史为背景的孔隙度演化史科学的定量化模型，很难从地质历史时期上将致密砂岩气的成藏期与储层孔隙度的演化相匹配起来，因此无法准确判断成藏期致密砂岩的古孔隙度。

发明内容

为了解决现有技术中无法准确判断成藏期致密砂岩气的古孔隙度的问题，提出了一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法。

本发明实施例提供了一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法，包括：

获取储层岩性、分选系数和成岩作用特征；

根据所述成岩序列中不同成岩作用特征的组合，利用初始孔隙度、孔隙度损失模型、孔隙度增加模型和裂缝孔隙度模型生成储层的孔隙度综合演化模型；

根据储层成岩作用阶段，结合储层初始孔隙度和储层孔隙度综合演化模型建立储层孔隙度演化史模型；

将待测的致密砂岩气藏的成藏时期与储层孔隙度演化模型进行匹配进而确定成藏期致密砂岩古孔隙度。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的一个进一步的方面，所述成岩作用特征包括，压实和压溶作用、胶结作用和溶蚀作用、压实压溶产生微裂缝作用。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的再一个进一步的方面，所述孔隙度损失模型中包括压实损失和胶结损失，其中压实损失通过以下公式得到：

Φ_C=Ф₀*e^（-C*Z）               （2）

其中，C为压实因子，Z为埋藏深度，Ф₀为初始孔隙度，Ф₀=20.91+（22.9/S₀），其中，S₀是Trask分选系数；

胶结损失是由于胶结作用所导致的孔隙度损失，其孔隙度损失量Φ_Ce大体与胶结物的含量相当。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的另一个进一步的方面，所述孔隙度增加模型中，溶蚀增加孔隙度Φ_d是指总储集空间中溶蚀孔所占据的那部分储集空间：

溶蚀增加孔隙度Φ_d=溶蚀孔面孔率/总面孔率×实测孔隙度           （3）。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的另一个进一步的方面，所述裂缝孔隙度是指在单位体积的岩石中裂缝体积所占的比例：

Φ_f=W_f*A_f*Q_f/V                     (4)

式中，Φ_f为裂缝孔隙度；W_f为平均裂缝宽度；A_f为平均裂缝面面积；Q_f为岩石内裂缝的数量；V为岩石体积。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的另一个进一步的方面，所述储层孔隙度综合演化模型如下：

式中，Ф为某一时期孔隙度；Ф₀为初始孔隙度；C为压实因子；Z为埋藏深度；Z_A为成岩演化阶段初始埋藏深度；Z_B为成岩演化阶段最大埋藏深度；Φ_l为岩石中绿泥石含量导致的储层的孔隙度增加；Φ_Ce为胶结作用损失的孔隙度；Φ_d为溶蚀增加孔隙度；Φ_f为裂缝孔隙度。

根据本发明实施例所述的一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的另一个进一步的方面，在根据储层成岩作用阶段，结合储层初始孔隙度和储层孔隙度综合演化模型建立储层孔隙度演化史模型中具体包括：

针对早成岩作用的A期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Z/1500*Ф_l             (6)

Z：0-1500m；Z_B=1500m；

针对早成岩作用的B期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_Q+（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_d     (8)

Z：1500-2500m；Z_B=2500m；

针对晚成岩作用的A期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_Q+（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_d-（Z-2500）/（4800-2500）*ФA         (9)

Z：2500-4800m；Z_B=4800m；

针对晚成岩作用的B期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-Ф_Q+Ф_d-Ф_A+Ф_f          (10)

其中，Z=Z_B>4800m；

Ф为某一埋藏深度下的岩石的初始孔隙度；Ф₀为初始孔隙度；Z为埋藏深度；Z_B为成岩作用阶段的最大埋藏深度；C为压实因子；Ф_l为岩石中绿泥石含量导致的储层的孔隙度增加；Ф_Q为岩石中石英次生加大和自生石英的含量导致的孔隙度的减低量；Ф_d为溶蚀增加孔隙度；Ф_f为岩石晚期裂缝孔隙度；Ф_A为岩石中晚期碳酸盐胶结物的含量。

通过上述本发明实施例的方法，基于成岩演化分析而建立储层孔隙度演化史定量模型，在地质历史时期上与致密砂岩气藏的成藏期相匹配进而获得成藏期致密砂岩确切的古孔隙度，解决了目前不能准确获得成藏期致密砂岩古孔隙度的难题。

附图说明

结合以下附图阅读对实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点，以及额外的特征和优点，将会更加清楚。

图1所示为本发明实施例一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的流程图；

图2所示为本发明实施例川西坳陷上三叠统须家河组须二段储层成岩作用阶段的划分图；

图3所示为本发明实施例川西坳陷上三叠统须家河组须二段储层孔隙度演化史示意图。

具体实施方式

下面的描述可以使任何本领域技术人员利用本发明。具体实施例和应用中所提供的描述信息仅为示例。这里所描述的实施例的各种延伸和组合对于本领域的技术人员是显而易见的，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本发明定义的一般原则可以应用到其他实施例和应用中。因此，本发明不只限于所示的实施例，本发明涵盖与本文所示原理和特征相一致的最大范围。

如图1所示为本发明实施例一种确定成藏期致密砂岩古孔隙度方法的流程图。

包括步骤101，获取储层岩性、分选系数和成岩作用特征。

其中所述分选系数为，力度累计曲线上25%和75%处所对应的颗粒直径的比值。

所述成岩作用特征包括，压实和压溶作用、胶结作用和溶蚀作用、压实压溶产生微裂缝作用。

步骤102，根据所述成岩序列中不同成岩作用特征的组合，利用初始孔隙度、孔隙度损失模型、孔隙度增加模型和裂缝孔隙度模型生成储层的孔隙度综合演化模型。

所述孔隙度损失模型中包括压实损失和胶结损失，其中压实损失通过以下公式得到：

Φ_C=Ф₀*e^（-C*Z）               （2）

其中，C为压实因子，Z为埋藏深度，Ф₀为初始孔隙度，Ф₀=20.91+（22.9/S₀），其中，S₀是Trask分选系数；

胶结损失是由于胶结作用所导致的孔隙度损失，其孔隙度损失量（Φ_Ce）大体与胶结物的含量相当。

所述孔隙度增加模型中，次生溶蚀孔隙度即溶蚀增加孔隙度（Φ_d）是指总储集空间中溶蚀孔所占据的那部分储集空间：

溶蚀增加孔隙度（Φ_d）=溶蚀孔面孔率/总面孔率×实测孔隙度         （3）

所述裂缝孔隙度是指在单位体积的岩石中裂缝体积所占的比例：

Φ_f=W_f*A_f*Q_f/V                  (4)

式中，Φ_f为裂缝孔隙度；W_f为平均裂缝宽度；A_f为平均裂缝面面积；Q_f为岩石内裂缝的数量；V为岩石体积。

所述储层孔隙度综合演化模型如下：

式中，Ф为某一时期孔隙度；Ф₀为初始孔隙度；C为压实因子；Z为埋藏深度；Z_A为成岩演化阶段初始埋藏深度；Z_B为成岩演化阶段终止埋藏深度；Φ_l为岩石中绿泥石含量导致的储层的孔隙度增加；Φ_Ce为胶结作用损失的孔隙度；Φ_d为溶蚀增加孔隙度；Φ_f为裂缝孔隙度。

步骤103，根据储层成岩作用阶段，结合储层初始孔隙度和储层孔隙度综合演化模型建立储层孔隙度演化史模型。

具体的，针对早成岩作用的A期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Z/1500*（Ф_l）            (6)

其中，Z：0-1500m；Z_B=1500m；

针对早成岩作用的B期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_Q+（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_d         (8)

其中，Z：1500-2500m；Z_B=2500m；

针对晚成岩作用的A期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_Q+（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_d-（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_A               (9)

针对晚成岩作用的B期的储层孔隙度演化史模型为：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-Ф_Q+Ф_d-Ф_A+Ф_f                     (10)

其中，Z=Z_B>4800m。

Ф为某一埋藏深度下的岩石的初始孔隙度；Ф₀为岩石的初始孔隙度；Z为埋藏深度，m；Z_B为成岩作用阶段的最大埋藏深度，m；C为压实因子；Ф_l为岩石中绿泥石含量导致的储层的孔隙度变化；Ф_Q为岩石中石英次生加大和自生石英的含量导致的孔隙度的减低量；Ф_d为溶蚀增加孔隙度；Ф_f为岩石晚期因构造作用产生裂缝而增加的孔隙度；C_A为岩石中晚期碳酸盐胶结物的含量。公式中的Ф_Q和Ф_A是不同类型胶结作用导致的孔隙度减少，相当于公式（5）中的Ф_Ce，所述Ф_Q和Ф_A可以通过测试岩石样品获得，只不过Ф_Q和Ф_A是具体的胶结类型，而Ф_Ce是所有胶结类型的总称。

步骤104，将待测的致密砂岩气藏的成藏时期与储层孔隙度演化模型进行匹配进而确定成藏期致密砂岩古孔隙度。

通过上述实施例，通过建立致密砂岩气藏储层的孔隙度演化史可以得出各个地质历史时期致密砂岩的古孔隙度，在已知致密砂岩气的成藏期的情况下，可获得确切的成藏期致密砂岩的古孔隙度，对判断致密砂岩气藏的类型具有很大的帮助，进而可以确定有利钻探部位，提高了油气钻探的成功率，具有广泛的适用性。

以下为本发明的具体实施例：

步骤201，获得储层的岩性、分选系数及成岩作用特征。

利用显微镜观察，扫描电镜分析，阴极发光分析可以认识到研究区须二段储层的岩石学特征和成岩作用特征。主要岩石类型为岩屑砂岩（35.9%）、岩屑石英砂岩（24.9%）和长石岩屑石英砂岩（14.1%）。储层成岩作用主要有压实和压溶作用、胶结作用和溶蚀作用。

表1川西坳陷须二段成岩矿物均一化温度

表1为通过流体包裹体分析测试获得的川西坳陷须二段成岩矿物均一化温度，显示须二段自生石英矿物平均均一化温度从63℃变化到299.5℃，表现出多期次的特点，从T₃x₄末期到K₂中期均有发育。早期方解石和白云石胶结物在T₃x₄早期即形成，晚期胶结物主要在J₃中期以后。方解石脉和裂缝中充填的方解石形成时间为为K₂末期以后，可能一直持续到E₃。充填粒间溶蚀孔的半自形石英均一化温度平均达到134～165.2℃，形成于J₃晚期—K₁时期，表明须二段储层的溶蚀时间较晚。

该地区的古地温平均为3.5℃/100m结合川西前陆盆地上三叠统须家河组成岩作用特点和成岩演化序列、自生矿物类型、成岩温度、粘土矿物特征以及有机质热成熟度等标志可将须二段储层的成岩作用阶段划分为早成岩作用A期、早成岩作用B期、晚成岩作用A期和晚成岩作用B期（如图2所示为本发明实施例川西坳陷上三叠统须家河组须二段储层成岩作用阶段的划分图）。早成岩作用A期，成岩作用以压实作用为主，有少量方解石胶结。早成岩作用B期，仍以压实作用为主，伴随I级石英次生加大，溶解作用开始发生。晚成岩作用A期，压实作用和溶解作用继续，石英次生加大以II级为主，晚期方解石和白云石胶结物发育。晚成岩作用B期，压实作用减弱，并导致压实压溶微裂缝出现，成岩作用主要以石英次生加大为主。

步骤202，根据储层成岩作用类型建立不同的储层孔隙度综合演化模型。

根据储层成岩序列中不同成岩作用的组合可以将储层的孔隙度演化模型分成孔隙度损失模型、孔隙度增加模型和裂缝孔隙度模型，将这三个模型与砂岩初始孔隙度综合到一起便可以得到储层孔隙度综合演化模型。

孔隙度损失模型中包括压实损失和胶结损失，其中压实损失是由于压实作用所导致的孔隙度损失，该条件下其孔隙度的变化可以用深度与孔隙度的指数关系来表达，据此可以获得压实后剩余孔隙度（Φ_C）的表达式：

Φ_C=Ф₀*e^（-C*Z）                （2）

式2其中，Ф₀为初始孔隙度，C为压实因子，粉砂岩和中细砂岩的压实因子分别为0.00033～0.0004，Z为埋藏深度，单位m。

胶结损失是由于胶结作用所导致的孔隙度损失，其孔隙度损失量（Φ_Ce）大体与胶结物的含量相当。

孔隙度增加模型中，其孔隙度的增加主要来自于溶蚀作用所形成的次生孔隙。溶蚀增加孔隙度（Φ_d）是指总储集空间中溶蚀孔所占据的那部分储集空间。

溶蚀增加孔隙度（Φ_d）=溶蚀孔面孔率/总面孔率×实测孔隙度             （3）

绿泥石的存在会降低压实作用对孔隙度的降低，相当于增加了孔隙度，在计算孔隙度增加模型时可以加入对所述绿泥石含量导致的孔隙度的增加。

构造产生的裂缝贡献的孔隙度是指在单位体积的岩石中裂缝体积所占的比例，在此称为裂缝孔隙度。

Φ_f=W_f*A_f*Q_f/V               (4)

式中，Φ_f为裂缝孔隙度，%；W_f为平均裂缝宽度，m；A_f为平均裂缝面面积，m²；Q_f为岩石内裂缝的数量，条；V为岩石体积，m³。

综合孔隙度损失模型、孔隙度增加模型和砂岩初始孔隙度得到的储层孔隙度综合演化模型如下：

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）-Φ_Ce+Φ_d+Φ_f          （5）

式中，Ф为某一时期孔隙度，%；Ф₀为初始孔隙度，%；C为压实因子，无量纲；Z为埋藏深度，m；Φ_Ce为胶结作用损失的孔隙度，%；Φ_d为溶蚀作用增加的孔隙度，%；Φ_f为裂缝孔隙度，%。

将初始孔隙度的计算公式Ф₀=20.91+（22.9/S₀）代入公式（5），得到孔隙度演化模型。

Ф=（20.91+22.9/S0）*e^（-C*Z）-Φ_Ce+Φ_d+Φ_f                 (6)

步骤203，根据储层成岩作用阶段，结合储层初始孔隙度和储层孔隙度综合演化模型建立储层孔隙度演化史模型。

根据不同成岩作用阶段其不同模型的组合，可以分别建立孔隙度演化史模型，最后将其综合起来。如图3所示为本发明实施例川西坳陷上三叠统须家河组须二段储层孔隙度演化史示意图，在早成岩作用的A期，对应的埋藏深度大致小于1500m，温度小于65℃，对应的地质历史时期约在三叠纪须四段沉积末期。统计显示须二段绿泥石含量部分井区0-8%，平均达4%，导致面孔率增加8%。本期压实作用是导致储层物性降低的主要原因，原生孔隙度由45%左右降低至22%（以分选好的细砂岩储层计算，初始孔隙度45%，压实因子0.004）。具体计算模型如下。

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Z/1500*（Ф_l）  （Z：0-1500m；Z_B=1500m）         (7)

在早成岩作用的B期，对应的埋藏深度大致介于1500m～2500m之间，温度为65～85℃，对应的地质历史时期约在三叠纪末。成岩作用仍以压实作用为主，伴随I级石英次生加大，溶解作用开始发生。经历了早成岩作用的A期和B期后，储层孔隙度大约为18%～22%。具体计算模型如下。

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_Q+（Z-1500）/（2500-1500）*Ф_d（Z：1500-2500m；Z_B=2500m）     (8)

在晚成岩作用的A期，对应的埋藏深度为2500m～4800m，对应的温度为85～125℃，对应的地质历史时期约在晚侏罗世末。压实作用和溶解作用继续，石英次生加大以II级为主，晚期方解石和白云石胶结物发育。压实作用、胶结作用和自生矿物的生长导致储层开始

致密化。由于本阶段压实作用持续（仍是导致储层孔隙度下降的主要原因），再加上较强烈的石英次生加大和晚期含铁的方解石和白云石，使得储层致密，石英次生加大导致硅质胶结物体积分数为2%～4%；晚期方解石和白云石含量一般5%～8%。尽管本期有长石和岩屑的溶解作用继续发生，但对储层的改造并不显著，须二段可增加平均2％的面孔率，在晚成岩作用Ａ期结束时，须二段储层孔隙度为6%～10%。具体计算模型如下。

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_Q+（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_d-（Z-2500）/（4800-2500）*Ф_A  （Z：2500-4800m；Z_B=4800m）     (9)

在晚成岩作用的B期，对应的埋藏深度大于4800m，对应温度大于125℃，部分地区达到160℃～180℃，时间为在白垩世至今。岩石呈固结状态,压实作用减弱，并导致压实压溶微裂缝出现。本阶段的成岩主要以石英次生加大和自生长石为主。压实作用和自生矿物的生长导致储层变得更加致密。研究区须家河组的须二段目前普遍已经进入晚成岩作用B期，须二段储层的孔隙度降低幅度减少，在埋深达5000m时，储层的孔隙度一般为2%～5%。

Ф=Ф₀*e^（-C*Z）+Ф_l-Ф_Q+Ф_d-Ф_A+Ф_f    （Z=Z_B>4800m）         (10)

在式（7）、（8）、（9）、（10）中，Ф为某一埋藏深度下的岩石的初始孔隙度，%；Ф₀为岩石的初始孔隙度，%；Z为埋藏深度，m；Z_B为成岩作用阶段最大埋藏深度，mC为压实因子，无量刚；Ф_l为岩石中绿泥石含量导致的储层的孔隙度变化，一般为0～8%；Ф_Q为岩石中石英次生加大和自生石英的含量导致的孔隙度的减低量，一般为2%～12%；Ф_d为岩石中长石和岩屑溶解作用导致的次生孔隙度的增加量，一般为2%～5%；Ф_f为岩石晚期因构造作用产生裂缝而增加的孔隙度；Ф_A为岩石中晚期碳酸盐胶结物的含量，一般为3%～8%。

步骤204，将致密砂岩气藏的成藏时期与储层孔隙度演化模型进行匹配进而确定成藏期致密砂岩古孔隙度。

在确定了致密砂岩气藏的成藏期后，将成藏期与储层孔隙度演化史在时间上相匹配，可以获得该地区成藏期致密砂岩的古孔隙度，通过研究发现在孝泉-新场-合兴场地区须二段其成藏期的古孔隙度已经达到致密化，属于先成型，因此该气藏的勘探重点应该在寻找储层的甜点上。

本发明实施首次提出了确定成藏期致密砂岩古孔隙度的定量回复方法，通过基于成岩演化分析而建立储层孔隙度演化史定量模型，在地质历史时期上与致密砂岩气藏的成藏期相匹配进而获得成藏期致密砂岩确切的古孔隙度，解决了目前不能准确获得成藏期致密砂岩古孔隙度的难题。

本发明可以以任何适当的形式实现，包括硬件、软件、固件或它们的任意组合。本发明可以根据情况有选择的部分实现，比如计算机软件执行于一个或多个数据处理器以及数字信号处理器。本文的每个实施例的元素和组件可以在物理上、功能上、逻辑上以任何适当的方式实现。事实上，一个功能可以在独立单元中、在一组单元中、或作为其他功能单元的一部分来实现。因此，该系统和方法既可以在独立单元中实现，也可以在物理上和功能上分布于不同的单元和处理器之间。

在相关领域中的技术人员将会认识到，本发明的实施例有许多可能的修改和组合，虽然形式略有不同，仍采用相同的基本机制和方法。为了解释的目的，前述描述参考了几个特定的实施例。然而，上述的说明性讨论不旨在穷举或限制本文所发明的精确形式。前文所示，许多修改和变化是可能的。所选和所描述的实施例，用以解释本发明的原理及其实际应用，用以使本领域技术人员能够最好地利用本发明和各个实施例的针对特定应用的修改、变形。