Compactación de lutitas, agua, transformación de minerales arcillosos y migración primaria de petróleo y gas
Bajo la acción de la presión de la tierra, el efecto de migración de agua de cualquier sistema acuífero en una cuenca sedimentaria tiene dos formas básicas: una es que la lutita compuesta de materiales de grano fino se compacta bajo la acción de capas superpuestas. Al mismo tiempo, el agua compactada se libera y se mueve verticalmente hacia los depósitos (areniscas) suprayacentes y subyacentes compuestos de materiales de grano grueso, que pueden transportar e impulsar el microaceite disperso, suspendido o soluble en agua generado en La roca madre de la misma formación que migra hacia el yacimiento se llama petróleo y gas. La otra es una zona hidrostática de alta presión formada en la zona cóncava profunda con el mayor hundimiento y la capa sedimentaria más gruesa de la cuenca, es decir, la zona de formación de presión de agua, mientras que la zona convexa con el menor hundimiento y la capa sedimentaria más delgada forma una zona hidrostática de baja presión, es decir, la zona de presión de agua. Drene (drene) la correa de presión. El flujo lateral de agua en yacimientos de arenisca desde áreas de alta presión a áreas de baja presión causado por diferencias de presión estática puede impulsar la migración de petróleo y gas, y la migración secundaria de petróleo y gas puede ocurrir bajo condiciones adecuadas (como estructura, litología, hidrodinámica). , etc.). Las dos formas de migración son obviamente diferentes, pero son un todo integral vinculado orgánicamente al proceso migratorio.
1. Curva de compactación de lutitas
(1) Curva de compactación natural de lutitas
La curva de compactación de lutitas de la cuenca del rift de Hebei (Figura 4-5) muestra que , la porosidad de la lutita disminuye con el aumento de la profundidad del entierro, y su tendencia cambiante se puede dividir en tres etapas:
La primera es la etapa de compresión lenta, la profundidad del entierro está entre 1000 ~ 2200 m, que es manifestado como poros La densidad disminuyó de manera relativamente uniforme con el aumento de la profundidad del entierro, del 25,1% al 16%, con una tasa de disminución promedio de 0,76 por 100 m; la densidad de lutita aumentó de 2,08 a 2,15, con una tasa de crecimiento promedio de 0,006 por 100 m; . La temperatura del suelo en este rango está entre 32°C y 85°C. La combinación de minerales arcillosos y lutitas está dominada por la montmorillonita, seguida de la illita y la caolinita, y no hay una capa de minerales mixtos. La curva térmica diferencial tiene dos valles térmicos entre 100 y 200°C, lo que indica que el agua unida a la montmorillonita se descarga (Figura 7-28).
Figura 7-28 Patrón de difracción de rayos X de minerales arcillosos en el tercer y cuarto miembro de la Formación Shahejie en el Pozo An 29.
La segunda es la etapa de compresión de cambio pronunciado. La profundidad del enterramiento está entre 2200 y 3200 m. La porosidad de la lutita disminuye del 16 % a aproximadamente el 6 %. La tasa de disminución promedio es de 1,0 por 100 m. aumenta de 2,15 a 2,46, la tasa de crecimiento promedio es de 0,03/100 m. Dentro de este rango, la temperatura del suelo está entre 95 y 110 ℃, la combinación de minerales arcillosos está dominada por la illita, seguida de la montmorillonita. A partir de 2835 metros, aparece una serie de picos de difusión entre esmectita e illita (14,58 nm) e illita (10,03 nm) en el patrón de difracción de rayos X, lo que indica la transformación de esmectita en illita. La curva de calor diferencial tiene un valle endotérmico entre 350 y 540 °C. La temperatura del valle aumenta con la profundidad del entierro y la deformación del valle es más amplia, lo que indica minerales arcillosos.
La tercera es la etapa de compresión constante: la profundidad del enterramiento está por debajo de los 3200 m, la temperatura del suelo es superior a 110 °C, la porosidad de la lutita cae del 6 % a aproximadamente el 5 % y la tasa de disminución promedio es. 0,1/100 m; la densidad de lutitas aumenta de 2,46 a 2,51. Hay un mineral de capa mixta de clorita-illita en la combinación de minerales arcillosos, con una serie de picos de difusión entre 14,26 nm y 9,96 nm. En esta etapa, el volumen de la lutita no cambia mucho, el flujo de líquido es difícil y un. Se descarga una pequeña cantidad de agua intergranular.
(2) Prueba de la curva de compactación de mudstone
Condiciones de la prueba de compactación: coloque la muestra de arcilla intacta (peso de la muestra 300 g) en un compresor con un diámetro de 4 cm y cúbralo con un tapón. , colóquelo de manera constante en la prensa, encienda el interruptor, presurice lentamente a 600 MPa y presurice durante 5 a 7 días.
Fenómenos del proceso de compactación: La arcilla se compacta bajo una carga cada vez mayor y, con la liberación de agua, la cantidad de agua liberada disminuye gradualmente a medida que aumenta la presión. El peso del agua compactada debe ser igual a la pérdida de peso de la arcilla después de la compactación, pero existe una diferencia de peso entre los dos y algunas diferencias son bastante grandes. La razón es que el agua comprimida fluye hacia el tubo de ensayo y se evapora en la superficie del líquido, y el tiempo de extrusión es de 5 a 7 días. En verano, cuando las temperaturas son más altas, la evaporación es la principal forma de pérdida de agua. En segundo lugar, durante el proceso de exprimido, el agua se filtra a lo largo del espacio entre el tapón superior y la pared del recipiente y se consume antes de entrar en el tubo de ensayo. Las gotas de agua que cuelgan de los contenedores también son evidencia de pérdida de agua.
Resultados de la prueba de compactación (Tabla 7-12, Figura 7-29):
Tabla 7-12 Tabla de datos de la prueba de compactación de arcilla
Nota: El peso de la muestra es en gramos; el espesor de la muestra está en centímetros.
Figura 7-29 Curva experimental de la relación entre el agua de compactación y la carga de arcilla en la cuenca del valle del Rift de Jizhong
(3) Según las curvas de compactación experimental y natural, es demostró que:
A medida que aumenta la presión, la lutita se compacta continuamente, acompañada de la liberación de agua, que es continua.
Durante el proceso de compactación, los poros de la lutita se vuelven gradualmente más pequeños, la densidad aumenta gradualmente y la cantidad de agua liberada tiene tres etapas: cambio uniforme, cambio pronunciado y cambio pequeño.
El agua exprimida de la lutita no se mueve en una dirección, sino que sube y baja por el depósito.
Se midió el contenido de agua de la lutita compactada. La parte media de la muestra tenía el contenido de agua más pequeño, mientras que las partes superior e inferior tenían contenidos de agua relativamente más altos.
Cuando aumenta la presión de la arcilla y la lutita, el agua compactada es agua por gravedad, agua débilmente unida, agua fuertemente unida y agua cristalina, que se exprimen a su vez.
2. El papel del agua de compactación de lutitas en la migración inicial de petróleo y gas.
Sobre la base de la demostración de la migración vertical del agua de compactación de la lutita, la división de las etapas de compactación natural de la lutita en el área de estudio y la transformación de los minerales arcillosos, el miembro Sha4 y el miembro Sha3 se recuperaron y calcularon en Se cita la sección 4. Los datos de altura de compactación, volumen de agua de compactación e intensidad alterna del agua de compresión en cada período de estudio de la sección Es1 se combinaron e integraron con parámetros relevantes para evaluar la migración inicial de petróleo y gas, y su papel e importancia en. Se discutió la migración inicial de petróleo y gas.
(1) Momento de la migración inicial de petróleo y gas: las investigaciones muestran que la evolución térmica de las rocas generadoras en los miembros Es4 y Es3 ha alcanzado la temperatura umbral de generación de petróleo al final del Período Terciario Temprano. pero el rango de distribución es muy pequeño; el Terciario tardío es el principal período de generación de petróleo para las rocas generadoras del Miembro Es4. El rango de generación de petróleo de las rocas generadoras de Es3 aumentó significativamente al final del Mioceno en el Terciario Tardío. El Plioceno es el principal período generador de petróleo. La roca madre de la capa Es1 maduró al final del Mioceno a finales del período Terciario, y el Plioceno fue el principal período generador de petróleo.
Según esto, el principal período de migración de petróleo y gas en cada capa estudiada se puede situar al final del Terciario Superior.
(2) La fuerza impulsora de la migración inicial de petróleo y gas: El micropetróleo generado en las rocas generadoras de cada capa de estudio Es4, Es3 y Es1, bajo la acción de la presión estática generada. por la capa sedimentaria al final del Período Terciario Tardío, debido a que la lutita de grano fino tiene baja resistencia a la compresión, alta resistencia a la compresión y el mayor efecto de compactación, lo que hace que las partículas de lutita tiendan a estar estrechamente dispuestas, cambiando en la dirección de aumento de la densidad de la roca y disminución de la porosidad, acompañado de almacenamiento en los poros. El fluido se mueve en la dirección de compresión.
(3) Características principales del cabezal de compactación de lutita y valores de parámetros relacionados: se calculan y se calculan los datos y gráficos del cabezal de compactación de lutita, el volumen de agua de compactación y la intensidad alterna de compresión de cada capa de estudio al final del Neógeno. El dibujo (Tabla 7-5, Figura 7-13) muestra:
El valor principal de la cabeza de compactación de lutita en Shahejie 4 es de 10 ~ 50 m, y el área de distribución representa aproximadamente 9/10 de la Área de distribución de la capa sedimentaria Por encima de 50 m Las áreas de alto valor compuestas por la cabeza de compactación se distribuyen principalmente entre Baxian y Yongqing en la parte norte de la cuenca y al este de Hejian en el medio de la cuenca. de 50 a 90 m, y el rango de distribución es muy pequeño. En Wuqiang, Shenxian, Shenze, Gaocheng, Zhaoxiandong y Hengshui, en la parte sur de la cuenca, el valor de la altura del agua está entre 50 y 110 m y el rango de distribución es amplio. En el amplio rango de la zona cerrada de altura alta, el valor de la altura de compactación varía entre 10~50m~50m.
El agua total de compactación de la lutita en Shahejie 4 Member es de 1.162,52 millones de m3, la capacidad total de agua de la arenisca es de 9.140,56 millones de m3 y la intensidad alterna del nivel de compresión promedio es de 1,02.
El valor principal de la cabeza de compactación de lutita en la capa Es3 es de 20 ~ 40 m, y el área de distribución representa aproximadamente 6/10 del área de distribución de esta capa sedimentaria. Las áreas de alto valor compuestas por alturas de compactación superiores a 60 m se distribuyen principalmente en las áreas de Gu'an, Yongqing y Baxian en la parte norte de la cuenca. Están distribuidas en un círculo irregular y los valores de altura de agua varían. de 60 a 180m. El área de Hengshui a Hejian en la parte sur de la cuenca es un área de alto valor, que es larga y estrecha en la dirección NE-SW. El valor de la altura hidráulica oscila entre 60 y 120 m. En Anguo y su zona oeste. es de 60 a 240 m y el rango de distribución es más pequeño. En el amplio rango de la zona de carga de alta presión, el valor de carga del agua compactada varía de 20 a 40 metros.
El agua total de compactación de la lutita en la tercera sección de Shahejie es 65.438+003.4878 mil millones de m3, la capacidad total de retención de agua de la arenisca es 76.5157 mil millones de m3 y la intensidad alterna promedio de presión-agua es 654.38+0.42 .
El valor principal de la altura hidráulica de compactación de lutitas Es1 es de 15 ~ 75 m. Las áreas de alta altura hidráulica se distribuyen principalmente en Anci, Xiongxian, Renqiu, Hejian y otros lugares en la parte norte de la cuenca. con un rango de distribución NE-SW más largo, el valor de la altura de compactación oscila entre 75 y 15 y 75 m. Las áreas de alto valor de carga en el área de Zhuoxian en la esquina noroeste de la cuenca norte y el área de Shenxian en la esquina sureste de la cuenca sur son muy pequeñas. El valor de carga hidráulica del agua compactada fluctúa en el rango de 75 a 175. m En la vasta área fuera del área de alta altura, la presión El valor de la altura del agua real varía de 15 a 75 m.
El agua total de compactación de la capa de lutita Es1 es de 140 mil millones de m3, la capacidad total de agua de la arenisca es de 63,6 mil millones de m3 y la intensidad alterna promedio del nivel de extrusión es de 2,5.
(4) El papel del cabezal de compactación de lutita en la migración inicial de petróleo y gas: a partir de las características principales anteriores del valor del cabezal de compactación de lutita y su distribución, información que es beneficiosa para la migración inicial de petróleo y se puede extraer gas, incluyendo principalmente:
En primer lugar, el tiempo de compactación de cada capa de estudio bajo la acción de la presión del suelo es al final del Neógeno, que es posterior a la temperatura umbral de térmica. evolución de la materia orgánica en la roca madre de cada capa de estudio y el período principal de generación de petróleo. La coincidencia y combinación orgánica de la generación de petróleo y gas y el tiempo de migración es muy propicia para que el agua compactada transporte e impulse trazas de petróleo para que se descarguen de las rocas generadoras a los yacimientos. Es el papel y la contribución más eficaz para obtener petróleo y gas primarios. migración.
En segundo lugar, al final del Terciario Tardío, el valor principal del agua de compactación extruida por la compactación de lutitas y su volumen de agua de compactación estrechamente relacionado y los valores de intensidad alterna del agua de compactación fueron muy grandes. Cuanto mayor sea el valor, mayor será la cantidad de micropetróleo transportado e impulsado por el agua compactada, lo que favorece la maximización de la migración de micropetróleo en las rocas generadoras hacia el yacimiento.
En tercer lugar, las ubicaciones de distribución de las áreas de alto valor de la cabeza de compactación de lutitas (volumen de agua de compactación) en cada capa de estudio son consistentes con las rocas generadoras en la mayoría de las áreas.
Por ejemplo, las áreas de alto valor de cabeza de compactación de lutitas en el cuarto miembro del miembro Sha se distribuyen principalmente en Baxian y Yongqing en la parte norte de la cuenca, y Wuqiang, Shenxian, Shenze, Gaocheng, Zhaoxian y Hengshui en la parte sur. de la cuenca, todas las cuales son rocas generadoras. Las áreas de alto valor de cabeza de compactación de lutitas en el miembro Es3 se distribuyen principalmente en las áreas de Gu'an, Yongqing y Baxian en la parte norte de la cuenca y en el área de Hengshui-Hejian en la parte sur de la cuenca, básicamente consistente con la distribución de las rocas generadoras. Las áreas de alto valor del cabezal de compactación de lutita de la capa Es1 se distribuyen principalmente en las áreas de Anci, Xiongxian, Renqiu y Hejian en la parte norte de la cuenca y el área de Shenxian en la esquina sureste de la cuenca. dentro del área de distribución de la roca madre.
El emparejamiento orgánico y la combinación de la generación de petróleo y gas y el tiempo de migración de las rocas generadoras en cada capa de estudio, los altos valores de la cabeza de compactación y sus parámetros relacionados, la relación entre el área de alto valor de cabeza de compactación de lutitas y ubicación de distribución de las rocas generadoras El acuerdo es consistente, lo que indica que el final del Terciario Tardío es extremadamente propicio para que el agua compactada en cada capa de estudio transporte e impulse el petróleo microscópico para lograr la migración inicial, y es la migración principal. período de petróleo y gas.
Sin embargo, cabe señalar que algunos investigadores extranjeros utilizan el valor de la carga de agua de compactación (volumen de agua de compactación) para evaluar y predecir la ubicación de la acumulación de petróleo y gas. Esto es un malentendido. El valor de la cabeza hidráulica del agua compactada se puede utilizar para evaluar la cantidad de migración de petróleo y gas. Un valor de cabeza hidráulica grande indica que hay una migración más microscópica de petróleo y gas, y viceversa, ya que el petróleo y el gas no dejarán de fluir después de ingresar. En el yacimiento, el petróleo y el gas se generarán bajo la acción de la flotabilidad. El agua migrará lateralmente bajo la acción de la presión del agua y migrará con el agua hacia la zona de alivio de presión, provocando una migración secundaria de petróleo y gas. Sólo cuando el petróleo y el gas se bloquean en condiciones estructurales, litológicas e hidrodinámicas apropiadas se pueden formar yacimientos de petróleo y gas atrapados estructurales, litológicos e hidrodinámicos.
(5) La liberación de agua a partir de la transformación de minerales arcillosos de lutita y la migración inicial de petróleo y gas: la curva de compactación de lutita en la cuenca de la depresión de Hebei muestra que la profundidad del entierro es de 1000 ~ 2200 m, y la combinación de minerales arcillosos es principalmente montmorillonita, illita, le sigue caolinita; la profundidad de enterramiento es de 2200 ~ 3200 m, que es la etapa de compactación acelerada. A partir de 2835 metros, aparecen minerales de capas mixtas de montmorillonita e illita en el conjunto de minerales arcillosos, lo que indica la transformación de esmectita en illita. Cuando la profundidad del enterramiento es inferior a 3200 metros, es difícil compactarlo. A partir de 3515 m, aparecen minerales mixtos de clorita e illita en el conjunto de minerales arcillosos.
Según investigaciones nacionales y extranjeras, los cambios secundarios en los minerales arcillosos reflejan la naturaleza y el proceso de los cambios diagenéticos. Cuando los minerales arcillosos se someten a reacciones de hidromicitización y cloritización, no solo los cationes disueltos sino también las moléculas de agua se transfieren al agua. El agua media formada por la hidratación de la montmorillonita es más activa a una profundidad de 3000 a 6000 metros. En la capa de arcilla, el agua por gravedad cuando la montmorillonita se reemplaza por hidromica puede aumentar la cantidad de agua en la capa de acuitardo en más de 10 veces. . La arcilla montmorillonita se puede convertir en agua libre a 100°C, lo que puede reducir su volumen en un 15%. Cuando la illita se recristaliza a partir de montmorillonita, el agua equivalente al 5% del peso de la montmorillonita se descompone en iones y se combina y fija cuando se convierte en clorita, el agua equivalente a más del 3,5% del peso de la montmorillonita se descompone en iones. Y combinado con fijo. El agua unida a la montmorillonita forma parte de la matriz y el agua libre formada por su hidratación tiene diferentes valores de parámetros característicos. Excepto por el valor de pH, el valor de Eh y la constante dieléctrica más bajos, otras constantes características son más altas (Tabla 6-14). Cuando se convierte en agua libre, los poros de la arcilla aumentan, su densidad disminuye y su volumen aumenta, creando una alta presión.
La profundidad de formación del mineral arcilloso de lutita montmorillonita y minerales de capas mixtas de illita y clorita en la cuenca de la depresión de Hebei está entre 3000 y 3500 m, lo que excede la profundidad umbral para la generación de petróleo a través de la evolución térmica de la materia orgánica en rocas fuente. El petróleo y el gas generados en las rocas generadoras de cada capa de estudio se encuentran antes de que el mineral arcilloso montmorillonita se transforme en illita y clorita. Por lo tanto, la gran cantidad de agua libre liberada cuando la montmorillonita se convierte en ilita aumenta significativamente la escala de transporte y conducción de petróleo y gas, lo que favorece mucho la migración inicial (vertical) de petróleo microscópico al yacimiento.