地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法

摘要

本发明涉及一种地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法，其步骤为：(1)建立砂岩储层成岩作用演化序列及成岩作用发生时储层相应的古埋深；(2)建立正常压实图版；(3)建立孔隙度与面孔率之间的函数关系；(4)成岩序列约束下的砂岩储层孔隙度反演回剥；(5)机械压实作用和热压实作用校正；(6)在上述步骤的基础上，确定各主要成岩阶段真实孔隙度，建立地质历史时期砂岩储层孔隙度演化曲线。本发明重点解决了现有地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法中各成岩作用发生的时间及古埋深确定、孔隙度与面孔率之间关系以及压实作用校正等关键问题，能够有效预测油气成藏时期砂岩储层的孔隙度，为储层有效性评价提供指导。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探与开发领域，特别是一种地质历史时期砂岩储层孔隙度演化 恢复方法。

背景技术

随着中浅层油气勘探程度的不断提高和对油气储量增长的需求，油气勘探目标已逐渐转 向深层，我国深层油气资源潜力巨大，并且油气勘探已取得了可喜的成果。但是，深层油气 富集规律极其复杂、储层表现出“忽油忽水”、“忽储忽干”等复杂特点，导致深层油气探勘 难度大、风险高、成功率低。中深层砂岩储层在埋藏过程中经历了复杂的成岩作用改造，地 质历史时期储层孔隙度也经历了复杂的演化过程，储层孔隙度演化史和烃源岩生排烃史的匹 配关系的复杂性是导致中深层油气富集规律复杂、勘探成功率低的重要原因。目前国内外学 者主要利用“反演回剥法”原理，以成岩演化序列为约束，根据各种自生矿物和溶孔的面积 百分比，定量计算分析各种成岩作用对砂岩储层孔隙度的影响，最终恢复地质历史时期砂岩 储层孔隙度演化。但是，现有技术只考虑各种成岩作用对储层孔隙度的贡献量，仍然存在以 下问题：1)未确定各成岩作用发生的绝对时间及发生时的古埋深；2)多数学者简单的将铸 体薄片中面孔率等同于孔隙度，并且尚无人开展人眼能辨别明视的显孔隙度与面孔率之间函 数关系的研究；3)恢复结果没有进行压实作用校正，而是将压实作用损失的所有孔隙度全部 归结到早成岩期。随着油气勘探程度的不断提高，对孔隙度演化预测精度要求越来越高，现 有技术方法已经不能满足要求，需要发展更为精确的地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复 方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法中存在的3个问 题，建立更加精确的地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法。该方法以地质历史时期砂 岩储层孔隙度演化恢复方法为目标，采用薄片观察、扫描电镜分析、图像分析、流体包裹体 分析、孔隙度测试多种技术方法，在沉积特征、成岩演化序列研究的基础上，重点解决现有 地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法中各成岩作用发生的时间及古埋深的确定、孔隙 度与面孔率之间关系以及压实校正等关键问题，以铸体薄片现今孔隙面貌为基础，以成岩演 化序列为约束，定量分析各种成岩作用对砂岩储层孔隙度的影响，恢复地质历史时期砂岩储 层孔隙度演化，

本发明的技术方案为：一种地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法，具体步骤如下：

第一步：建立砂岩储层成岩作用演化序列及成岩作用发生时储层相应的古埋深

对现今铸体薄片进行观察、扫描电镜分析和流体包裹体分析，结合成岩环境演化分析， 建立砂岩储层成岩作用演化序列，根据建立的成岩演化序列，确定各成岩作用开始及结束的 时间，将这些时间投影到所要恢复样品点的单井埋藏史上，获得成岩作用发生时储层相应的 古埋深；

第二步：建立正常压实图版

第一，分析沉积物粒径、分选及刚性颗粒含量对压实作用的影响程度，确定影响压实作 用的主控因素；第二，从研究区现有实测物性的样品中，挑选符合地层正常压力、胶结物含 量小于5％、次生孔隙含量小于1％的样品，作为正常压实条件下的样品；第三，将所选的正常 压实条件下的样品，分不同主控因素进行深度与孔隙度拟合，建立孔隙度演化曲线，即可作 为研究区储层正常压实图版；第四，结合本地区地温梯度演化史，确定目的层演化到现今经 历的平均地温梯度，建立的正常压实图版可认为是该平均地温梯度控制下的正常压实图版；

第三步：建立孔隙度与面孔率之间的函数关系

根据物理学原理，人眼可分辨明视距处的最小直线距离为约0.1mm，因此，在显微镜下0.5 μm的直线距离放大200倍时即可被人眼分辨明视，即200倍镜下人眼能分辨明视的孔隙半 径为0.25μm，基于上述情况，将200倍镜下孔隙半径小于0.25μm的孔隙视为微孔隙，在 统计面孔率与孔隙度的关系时不予考虑；借助于压汞资料确定出实测孔隙度中半径大于 0.25μm的孔隙含量，便可求取200倍镜下人眼能分辨明视孔隙度，称为显孔隙度，然后借 助现今铸体薄片，利用偏光显微镜及计算机图像分析技术统计其对应的面孔率，将面孔率与 对应的显孔隙度进行拟合，就可以建立面孔率与显孔隙度之间的函数关系；

第四步：成岩序列约束下的砂岩储层孔隙度反演回剥

以现今铸体薄片孔隙特征为基础，以成岩演化序列为约束，从最后一期成岩作用开始回 剥，恢复各期成岩作用开始前的孔隙特征，采用计算机图像分析技术，定量计算各期成岩作 用，压实作用除外，对储层面孔率影响变化量，并根据面孔率与显孔隙度之间的关系，将现 今铸体薄片中的面孔率转化为对应的显孔隙度，恢复各成岩作用开始、结束时的孔隙度，进 而获得各古埋深下的孔隙度；

第五步：机械压实作用和热压实作用校正

根据成岩演化序列，在主要胶结作用发生之前，样品为正常压实阶段，其在各埋深下的 压实损孔量可根据与样品具相同特征的正常压实图版读取；而在主要胶结时期开始后，胶结 作用抑制了压实作用的正常进行，各时期的压实减孔量可采用主要胶结作用开始后的压实总 减孔量按正常压实图版上各时期压实减孔量的比例对其进行分配而确定各成岩作用时期的压 实减孔校正量，对步骤四所得的反演回剥孔隙度进行机械压实作用校正；然后，根据研究区 埋藏史及地温梯度演化史，确定各成岩作用时期经历的平均地温梯度及古埋深，利用地温场 与砂岩孔隙度关系图，对步骤四所得的反演回剥孔隙度进行热压实作用校正；

第六步：在上述步骤的基础上，确定各主要成岩阶段真实孔隙度，建立地质历史时期砂 岩储层孔隙度演化曲线。

本发明的有益效果为：本发明在沉积特征、成岩演化序列研究的基础上，以铸体薄片现 今孔隙面貌为基础，以成岩演化序列为约束，定量分析了各种成岩作用对砂岩储层孔隙度的 影响，精确的恢复了地质历史时期砂岩储层孔隙度演化。重点解决了现有地质历史时期砂岩 储层孔隙度演化恢复方法中各成岩作用发生的时间及古埋深确定、孔隙度与面孔率之间关系 以及压实作用校正等关键问题，提高了地质历史时期砂岩储层孔演化恢复方法的精度，能够 有效预测油气成藏时期砂岩储层的孔隙度，从而为储层有效性评价提供指导。

附图说明

图1为恢复样品点的单井埋藏史。

图2为胜利油田某地区古近系砂岩不同分选下储层正常压实图版。

图3为胜利油田某地区面孔率与显孔隙度之间的函数关系。

图4为利用反演回剥法恢复的各成岩作用时期的物性状态示意图。

图5为胜利油田某地区机械压实校正示意图。

图6为地温场与砂岩的孔隙度关系图。

图7为某井3431.25m地质历史时期储层孔隙度演化曲线。

具体实施方式

以胜利油田某地区地质历史时期砂岩储层孔隙度演化恢复方法来说明该发明的具体技术 方案：

第一步：建立砂岩储层成岩作用演化序列及成岩作用发生时储层相应的古埋深

利用薄片观察、扫描电镜分析及流体包裹体分析等技术，结合成岩环境演化分析，认为 胜利油田某地区沙四段成岩演化序列为：距今44.5Ma-距今42.5Ma，成岩作用以压实作用为 主；距今42.5Ma-距今32Ma，压实作用/长石溶解/石英加大；距今32Ma-距今24.6Ma，压实 作用/石英溶解/碳酸盐胶结；距今24.6Ma-距今2Ma，压实作用/碳酸盐胶结物溶解；距今2Ma- 现今，压实作用/晚期黄铁矿。

根据上述建立的成岩演化序列，确定各成岩作用开始及结束的时间，将这些时间投影到 所要恢复样品点的单井埋藏史(图1)上，可获得各期成岩作用开始和结束的古埋深。以某 井3431.25m为例，距今约45Ma前，开始沉积，古埋深为0m；距今42.5Ma，埋深约1350m； 距今32Ma，埋深约2520m；距今24.6Ma，埋深约2800m；距今2Ma，埋深约3360m；现今埋深 3431.25m。

第二步：建立正常压实图版

第一，分析胜利油田某地区沉积物粒径、分选及刚性颗粒含量等对压实作用的影响程度， 认为影响压实作用的主控因素为沉积物分选系数；第二，从研究区现有实测物性的样品中， 挑选符合地层正常压力、胶结物含量小于5％、次生孔隙含量少的样品小于1％，作为正常压实 条件下的样品；第三，将所选的正常压实条件下的样品，分不同主控因素进行深度与孔隙度 拟合，建立了分选系数为1.5-1.75、1.75-2、2-2.5及大于2.5的各种分选下的孔隙度演化曲 线，作为研究区储层正常压实图版(图2)；第四，结合本地区地温梯度演化史，确定目的层 演化到现今经历的平均地温梯度为3.87℃/100m。建立的正常压实图版可认为是该平均地温梯 度3.87℃/100m控制下的正常压实图版。

第三步：建立孔隙度与面孔率之间的函数关系

利用大量样品实测孔隙度，结合压汞资料分析实测孔隙度中人眼能分辨明视的显孔隙度 含量，求取显孔隙度，然后将显孔隙度与对应铸体薄片实测面孔率进行函数拟合，建立面孔 率与显孔隙度之间的函数关系(图3)。

第四步：成岩序列约束下的砂岩储层孔隙度反演回剥

以某井3431.25m为例(分选系数1.59)，选取典型视域，进行3行×3列共9个视域的 照片进行拼接(图4a)，现今实测孔隙度为11.7％；碳酸盐胶结物溶解产生1.26％的面孔率(转 化为孔隙度为3.06％)；碳酸盐胶结损失6.5％的面孔率(转化为孔隙度为12.27％)，石英溶解 产生0.15％的面孔率(转化为孔隙度为0.5％)，石英加大损失面孔率0.06％(0.23％)；长石和 岩屑溶解产生2.34％的面孔率(转化为孔隙度为5.17％)，各成岩作用时期面孔率特征见图4b 至4-14g。

第五步：机械压实作用和热压实作用校正

1.机械压实作用校正

以胜利油田某地区为例进行说明，假设反演回剥长石溶解/石英加大前(距今42.5Ma) 孔隙度为φ₁₁，此时正常压实情况下的孔隙度为φ₁，此时真实孔隙度为φ_a，这一阶段压实损 失孔隙度为φ_1压损；第一期酸性溶解结束时(距今32Ma)反演回剥孔隙度为φ₂₁，对应正常压 实孔隙度为φ₂，这一阶段压实损失孔隙度为φ_2压损，此时真实孔隙度为φ_b；碳酸盐胶结后及 第二期酸性溶解前(距今24.6Ma)通过反演回剥恢复的孔隙度为φ₃₁，对应相同深度正常压 实情况下孔隙度为φ₃，这一阶段压实损失孔隙度为φ_3压损，此时真实孔隙度为φ_c，第二期酸 性溶解结束(距今2Ma)通过反演回剥恢复的孔隙度为φ₄₁，对应相同深度正常压实情况下孔 隙度为φ₄，这一阶段压实损失孔隙度为φ_4压损，此时真实孔隙度为φ_d，距今2Ma至今压实损 失孔隙度为φ_5压损，对应真实孔隙度φ_e，即φ_e＝φ_现今(图5)。

由上述可知，由于反演回剥法得出的孔隙度是没有考虑压实损失的情况下得出的，此时 真实的孔隙度要大于这个值，即φ₁＞φ₁₁，由于这一时期没有经历胶结，基本为正常压实阶段。 因此，可认为φ_a＝φ₁，而经历了第一期酸性溶解后(长石溶解、石英加大)的真实孔隙度φ_b应该为该时期正常压实孔隙度φ₂加上该时期长石溶解孔隙度，减去石英加大损失孔隙度，这 一阶段基本也可以看作是正常压实。经历了碱性环境后，发生了碳酸盐的胶结，少量石英的 溶解，该时期由于碳酸盐胶结物一般含量较高，大多会抑制正常压实的进行，不能利用正常 压实曲线进行求取该时期的真实孔隙度。同时后期酸性溶解这一阶段也不能用正常压实曲线 求取该时期的真实孔隙度，从第一期酸性溶解结束、碱性环境开始到现今(距今32Ma-现今) 的压实损失的总孔隙度(φ_2-4压损)可以计算出来，即：

φ_2-4压损＝φ_b-φ_现今-φ_{碳酸盐胶结}+φ_石英溶解+φ_{碳酸盐胶结溶解}

而第一期酸性溶解结束-石英溶解/碳酸盐胶结结束(距今32Ma-距今24.6Ma)这一阶段 压实损失的孔隙度φ_2-3压损与碳酸盐胶结结束至距今2Ma(距今24.6Ma-2Ma)压实损失的孔隙 度φ_3-4压损，距今2Ma至现今压实损失的孔隙度φ_4-5压损，无法精确求出，根据正常压实曲线上 这两个阶段孔隙压实损失的比例对φ_2-5压损进行分配，求的φ_2-3压损、φ_3-4压损及φ_4-5压损进而求取 φ_c、φ_d、φ_e：

φ_c＝φ_b-φ_{碳酸盐胶结}+φ_石英溶解-φ_2-3压损

φ_d＝φ_b-φ_{碳酸盐胶结}+φ_石英溶解-φ_2-3压损-φ_3-4压损

φ_e＝φ_b-φ_{碳酸盐胶结}+φ_石英溶解-φ_2-3压损-φ_3-4压损-φ_4-5压损＝φ_现今

某井3431.25m沉积初期孔隙度为49.1％，长石溶解石英加大之前，主要为正常压实，此 时孔隙度为对应正常压实曲线上的孔隙度32.6％(埋深1350m)；长石溶解/石英加大之后碳 酸盐胶结/石英加大之时(埋深为2520m)对应正常压实曲线上孔隙度(19.3％)+长石溶解孔 隙度(5.17％)-石英加大孔隙度(0.23％)，即为24.24％；碳酸盐胶结/石英溶解结束后，由 于碳酸盐胶结抑制了压实作用的进行，各成岩阶段压实减孔量按正常压实图版上各时期压实 减孔量的比例对其进行分配，而确定各成岩作用时期的压实减孔校正量，碳酸盐胶结之后各 时期压实总减孔量为3.56％，按2.8∶5∶0.5的比例进行分配；碳酸盐胶结物溶解之前(埋深 2800m)的孔隙度为长石溶解/石英加大之后碳酸盐胶结/石英加大之前对应的孔隙度(24.24％) -碳酸盐胶结孔隙度(12.27％)-压实损失孔隙度(1.2％)，即为10.77％；碳酸盐胶结物溶 解之后(埋深3360m)的孔隙度为碳酸盐胶结物溶解之前孔隙度(10.77％)+碳酸盐胶结物溶 解孔隙度(3.06％)-压实损失孔隙度(2.14％)，即为11.69％；现今(埋深3431.25m)的孔 隙度为碳酸盐胶结物溶解之后孔隙度(11.69％)-压实损失孔隙度(0.22％)，即为11.47％。 由此恢复出各成岩作用开始(结束)时的孔隙度。

2.热压实作用校正

某井3431.25m在沉积后到长石溶解/石英加大之前(距今42.5Ma，埋深1350m)经历了 沙四上亚段-沙三下亚段沉积时期，经历的平均地温梯度为4.3℃/100m，在埋深为1350m时， 与地温梯度为3.87℃/100m的情况下，孔隙度将多压实3.5％左右(图6)，即此时真实的孔隙 度为，地温梯度为3.87℃/100m的情况下的32.6％-3.5％＝29.1％；同理，至碳酸盐胶结/石英 溶解之前(距今32Ma，埋深2520m左右)，经历的平均地温梯度为4.18℃/100m(沙四上亚段 -沙一段沉积时期的平均地温梯度)，与3.87℃/100m下相比，2520m埋深下需要较正的孔隙 度值为3％(图6)，即此时真实孔隙度应为24.24％-3％＝21.24％，其余各段平均地温梯度与建 立正常压实图版的平均地温梯度3.87℃/100m相差不大，因此，可以忽略热压实作用的影响， 不进行热压实作用校正。

第六步：建立地质历史时期砂岩储层孔隙度演化曲线

综上，最终恢复各主要成岩作用时期真实孔隙度(表1)，并建立了地质历史时期砂岩储 层孔隙度演化曲线(图7)。

表1某井3431.25m处各成岩作用时期储层孔隙度值恢复结果

  时间(距今Ma)   古埋深(m)   孔隙度(％)   44.5   0   49.1   42.5   1350   29.1   32   2520   21.24   24.6   2800   10.77   2   3360   11.69   0   3431.25   11.47