成岩“耗水”对低渗透油藏勘探中的作用探析

王卓然

【摘 要】胜利探区济阳坳陷低渗透储层主要有浊积岩、滩坝砂、砂砾岩体三种类型，层位上主要位于深部层系，次生孔隙的发育和异常高压是控制深部储层成藏的重要条件，但局部低渗透浊积砂岩储层表现出的低压和非油即干（出油不出水、出水不出油）的现象则主要受控于成岩矿物转化过程中的耗水作用。本文通过耗水作用机理分析确定了耗水作用的有效区间，结合典型低渗透砂岩油藏解剖，明确了耗水作用对于改善低渗透储层物性、提高油气充注动力的重要作用，并对低渗透油藏有利勘探区的预测提供理论指导。

【关键词】耗水作用;低渗透;浊积砂体;储层物性;运聚动力

1、前言

低渗透油藏具有埋藏深、孔渗差的特点。胜利探区各凹陷中深层普遍发育异常高压是低渗透储层成藏的有利条件，研究表明，这与成岩过程中的耗水作用密切相关。本文从成岩耗水（长石矿物溶蚀等成岩作用过程中流体体积变化）的角度，通过成岩耗水机理的探讨及其对低渗透储层物性和储层流体压力的控制作用的剖析，明确了成岩耗水作用是控制低渗透油藏成藏的重要因素，这对低渗透油藏有利勘探区的预测具有重要理论指导意义。

2、成岩耗水的机理

2.1成岩过程中矿物转化

矿物转化过程中既有耗水也有增水，主要增水反应有：蒙脱石伊利石化、高岭石伊利石化;主要耗水反应有：长石类矿物高岭石化、高岭石绿泥石化等。根据矿物转化自由能变化特征，在微酸性环境下，由长石蚀变为高岭石反应自由能较小，为-21.192×4.1868KJ×mol-1;通常情况下，化学反应向自由能减小的方向进行，因此在早成岩B期—晚成岩A期有机质成熟并向层间水排放形成的酸性溶液条件下长石蚀变为高岭石的反应能自动进行。

因此，济阳坳陷在早成岩B期—晚成岩A期砂岩储层中具有耗水作用，主要耗水反应为长石高岭石化，即主要耗水矿物为长石。

2.2耗水模拟试验

（1）成岩矿物模拟实验

为解决长石溶蚀产物如何、溶蚀过程是否耗水及耗水量多少的问题，开展了成岩矿物模拟实验。模拟不同温度环境条件下长石溶蚀过程，进一步验证长石溶蚀产物，认识成岩耗水反应特征。实验结果显示长石颗粒溶蚀形成微孔，表面新生成的高岭石晶体形态较差，进而证明中深部砂岩储层确实存在“耗水作用”。而且溶液pH值降低，长石溶蚀的耗水量增高;相同质量的长石溶蚀形成绿泥石耗水量最大，其次是高岭石，耗水量最少的是伊利石;相同实验条件下，斜长石耗水量大于钾长石，有机酸的耗水能力强于无机酸。同时，确定济阳坳陷存有2类主要的成巖耗水反应（高岭石化及绿泥石化）及4种耗水成岩矿物组合（高岭石+自生石英，高岭石+方解石，绿泥石+方解石及绿泥石+自生石英）。

（2）泥岩成烃模拟实验：

研究表明，泥岩成烃演化也需要水的参与。对此，开展相应模拟实验证实：①有机质在主要降解区间结合水的机制;②有机质结合水量。从200℃开始，随着实验温度的提高，样品成熟度增加、有机碳含量降低的同时产烃潜率逐渐增大。其中增加的氢应来自于实验中的水，证实只有生烃过程中水的消耗才能提供氢离子。350℃大量生气，生烃潜率又回到原始状态。东营凹陷烃源岩随演化程度增大，产率指数[（S1+S2）/TOC]先增大后降低，在2000～2500m之后增大，在3000m之后降低。表明先加氢生烃，后脱氢并发生运移。模拟实验结果与自然趋势有明显相似之处。

2.3成岩耗水有效区间

据以上成岩耗水理论，沉积物沉积埋藏之后，随着埋藏深度的增加和成岩作用的加强，发生消耗孔隙水的“耗水作用”。根据耗水规模定量评价，确定济阳坳陷砂岩有效成岩耗水区间在2500m～3500m之间，处于封闭的内循环地下水系统。烃源岩镜质体反射率一般为0.5%～0.7%，进入成熟阶段，油气大量生成，储层有效耗水阶段与盆地油气大量生成时期是相匹配的。

通过对东营凹陷低渗透浊积砂体统计，结果表明该类型低渗透储层集中发育于2500m～3500m的范围内，与成岩耗水作用的有效区间范围是一致的，而且深部储层（3000m～3500m）以含油为主，中深部储层（2000m～2500m）以含水为主。可见，耗水作用与低渗透浊积砂岩储层的成藏密切相关。

3、成岩耗水对低渗透油藏的作用

在明确成岩过程中有效耗水阶段与油气成藏阶段匹配关系的基础上，通过研究认为，成岩耗水对低渗透浊积砂体储层的成藏具有重要作用，主要表现在耗水作用能够改善储层物性，降低储层流体压力、从而增加油气运聚动力两方面。

3.1 耗水作用使矿物体积减少，改善低渗透储层物性。

从上述耗水反应式可以看到，耗水矿物的转化能够引起矿物体积的变化。矿物转化过程中，由于一批离子和矿物被移去，体积发生减小，因而能在地层中产生一定量的孔隙空间。结合模拟实验，钾长石的含量为18%，经酸溶蚀达到5.56%的转化率，此类储层由于钾长石蚀变高岭石对岩石体积减小贡献率为0.12%;同样，斜长石含量为37%，经酸溶蚀达到33.33%的转化率，此类储层由于斜长石蚀变高岭石对岩石体积减小贡献率为0.74%。两者相加高达0.86%。其结果将极大增加砂岩孔隙度的量值。

实际计算东营凹陷埋深在1200m～4300m的钾、钠长石的体积缩小量分别为254.34亿立方米及327.00亿立方米，进一步证实耗水作用不同区带不同深度所引起是的储层储集空间的变化。针对以上理论，以低渗透砂体中浊积砂体为例，选取不同种类型典型砂体，计算其单位体积耗水量，并分析单位体积耗水量与砂体孔隙度的关系，结果显示随着单位体积耗水量的增加，其对应的砂体孔隙度也增加。矿物蚀变后体积减小，在其它条件不变的条件下，必然导致孔隙度的增加，改善储层物性。深层次生孔隙发育带与矿物的耗水作用紧密相关，耗水作用对于沉积盆地内部储集空间的分配具有深刻的影响。

3.2 耗水作用降低储层压力，为油气充注提供动力，提高低渗透油藏含油性。

（1）耗水作用降低储层压力，为油气充注提供动力

主生烃期的储层成岩耗水，特别是在封闭体系条件下，巨大的耗水量使岩层中的孔隙发生“亏空”，在没有或没有足够外部流体补充的情况下，这些“空”孔隙的集中带必将出现低压。

参照地层压力下降的理论计算原理，对储集层在成岩过程中总耗水量累计引起地层压力理论下降进行了计算。计算结果显示单位体积耗水量与砂体成岩耗水压降理论值具明显的正相关关系，即随着单位体积耗水量的增加，储层耗水压降理论值也随之降低。

通过分析低渗透浊积砂体单位体积耗水量与耗水后地层压力关系，可以看出随着耗水作用的增强，地层压力系数逐渐减小，甚至为异常低压，这些低压地层必然与外界形成一定的压力差，提高油气进入储集层的动力差。

可见，耗水作用降低储层压力，提高油气充注的动力。

（2）耗水作用提高储层含油性

通过典型低渗透油藏解剖，在含油的低渗透浊积砂岩储层中，选取储层孔隙度相同但耗水强度不同的砂体，分析成岩耗水强度与低渗透浊积砂岩储层含油饱和度及油气充满度的关系，结果显示其含油饱和度呈现出随耗水强度逐渐增加而增加的趋势，而油气充满度也具有相类似的变化规律。当砂体埋深和储层物性相近时，砂体单位体积耗水量越大，即耗水强度越大时，储层含油程度越好。

4、结束语

综上所述，通过耗水机理、有效耗水区间的分析及耗水强度对低渗透油藏的作用，明确了耗水作用强度主要受控于不同深度段耗水矿物的含量变化，因此可对低渗透浊积砂岩油藏从平面上和深度上进行预测，有效耗水作用深度段内耗水矿物发育的地区为低渗透浊积砂岩油藏的有利勘探区。

【参考文献】

[1] 张善文.成岩过程中的“耗水”作用及其石油地质意义[J].油气地球物理，2006，4（4）：1-6.