[學習]定量儲層地質(zhì)學講稿chp1-2n

1、《定量儲層地質(zhì)學》第一章第二節(jié) 交代作用的定量評價,西南石油學院2006年4月,羅明高,主要內(nèi)容,一、交代作用的儲層模型二、交代作用儲層意義的定量評價方法三、常見的交代作用類型的定量評價,第二節(jié) 交代作用的定量評價,一、交代作用的儲層模型　　1.等體積交代模型　　 這種模型是在交代過程中巖石的體積沒有發(fā)生變化，僅僅是其成分發(fā)生了變化；這種交代作用通常作用在等大晶體的交代作用中，或者在局部選擇性交代作用中。,第二

2、節(jié) 交代作用的定量評價,一、交代作用的儲層模型　　2.增加礦物體積模型 這種模型是交代作用后的礦物體積較交代前礦物體積大。這類膠結(jié)作用通常發(fā)生在顆粒邊緣的交代作用，其結(jié)果表現(xiàn)為在顆粒邊緣交代強烈，形成交代物的完整成分，在顆粒中心仍殘留有被交代礦物。完全的交代作用也常屬這種模型。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,一、交代作用的儲層模型　　 3.減少礦物體積模　　 這種模型則是交代后的礦物體

3、積較前礦物體積小。這類作用多發(fā)生于顆粒內(nèi)部的選擇性交代作用中，其結(jié)果常形成交代礦物與未交代部分間存在大量孔隙（晶間孔）；也常發(fā)生在火山巖屑等不穩(wěn)定物質(zhì)的交代作用中，結(jié)晶程度差的礦物被結(jié)晶程度好的礦物交代。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 1.原理 交代作用是一種在地下進行的地球化學反應(yīng)，反應(yīng)前后質(zhì)量守衡，反應(yīng)前后的相態(tài)和各相的體積比將發(fā)生變化，固相體積的變化影響了儲層

4、的孔隙度，因此交代作用對孔隙度的影響可通過定量計算交代作用前后礦物體積的改變量來確定。交代作用參加反應(yīng)的有礦物和孔隙介質(zhì)中流體所含的離子，這些離子是溶解在水中，因此不占體積，故在計算交代前后的體積時，只計算礦物的體積。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法2.計算方法 設(shè)：交代前的體積為V1,交代后的體積為V2,則交代作用前的礦物體積為： N1 V1=ΣniVgi

5、 i=1 式中: ni─第i種礦物的克分子數(shù)， Vgi─第i種礦物的克分子體積 Mi Vgi= ── di Mi─第i種礦物的克分子量 di─第i種礦物的克分子體積,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法

6、 交代作用后的礦物體積為： N2 V2=ΣnjVj j=1 交代作用前后巖石體積改變率 V2 - V1fg=───×100% V1,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的

7、定量評價方法 3.計算實例 在鈉長石和高嶺石交代石英和斜長石的過程中，有4個克分子的石英(SiO2）和2個克分子的斜長石(CaAl2Si3O8)被2個克分子的鈉長石(NaAlSi3O8）和1個克分子的高嶺石(Al2Si2O5(OH)4 )交代，可分別計算出四種礦物的體積。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 3.計算實例 4SiO2+H2O+2H++2N

8、a++2CaAl2Si3O8─2NaAlSi3O8+Al2Si2O5(OH)4+2Ca++ 石英 鈣長石 鈉長石 高嶺石 反應(yīng)前兩種礦物（被交代礦物） 28+2×16　　　石英克分子體積

9、Vsio2 = ────── = 22.64cm3/克分子 2.65 258 V鈣長石= ─── =93.48cm3/克分子 2.76反應(yīng)前體積 V1=nsio2.

10、Vsio2+n斜長.V斜長 =4×22.64+2×93.48 =277.52cm3,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 3.計算實例 反應(yīng)后的礦物為鈉長石和高嶺石 鈉長石的比重：2.61克/cm3，克分子量：242克 242　V鈉長石= ─── =92.72cm3/克分子 2.6

11、1,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 3.計算實例 高嶺石 比重和克分子量可查得： V高嶺石=99.5cm3/克分子　　V2=2×92.72+99.5×1 　　 =284.94cm3 V2-V1 284.94 - 277.52 fg = ──── = ────────×100%

12、 V1 277.52 = 2.67%,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 4.應(yīng)用　　 ⑴交代作用性質(zhì)評價 利用相對改變量fg的大小即可定量評價交代作用的性質(zhì)，當fg>0時，巖石體積增加，孔隙體積減少，屬破壞性的交代作用；當fg<0時，巖石體積減少，孔隙體積增加，為建設(shè)性的交代作用。,第二節(jié) 交代作用的定

13、量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 4.應(yīng)用　 　⑵交代作用儲層意義的定量評價　通過定量計算可評價交代作用對儲層物性的影響，設(shè)交代程度(Ed)為： Ve 　　Ed = ─── ×100% Vm式中: Ve - 參加交代作用的礦物體積 Vm - 總礦物體積,第二

14、節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 4.應(yīng)用　 ?、平淮饔脙右饬x的定量評價　 交代作用對儲層的改造作用可用改造程度(Cd)來衡量，設(shè)Cd為： DV DV Ve Vm 　　Cd = ─── = ─── × ─── × ─── = f

15、g×Ed×fm Vt Ve Vm Vt式中: Vt -- 顆粒骨架體積 DV -- 骨架體積改變量 fg -- 交代作用相對改變量 Ed -- 交代程度 fm --

16、參加交代作用礦物的體積,第二節(jié) 交代作用的定量評價,二、交代作用儲層意義的定量評價方法 4.應(yīng)用　 ?、平淮饔脙右饬x的定量評價　 孔隙度的改變量DF為: DV DV Vt 　　DF = ─── = ─── × ─── = Cd×(1-F)

17、 VT Vt VT 式中: VT -- 巖石總體積(顆粒骨架體積與孔隙體積之和) F -- 交代作用前的孔隙度，小數(shù)　　由上式即可定量計算交代作用對孔隙度的貢獻。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,三、常見的交代作用類型的定量評價 （略） ……………………………… 白云巖化作用 　　 白云石

18、交代了碳酸鹽巖礦物（方解石或文石），其作用在碳酸鹽巖中是十分常見的，目前大多數(shù)學者相信在地層中出現(xiàn)的白云巖多數(shù)是由這種交代作用產(chǎn)生的，而不是直接化學沉淀形成的。 　　這種白云巖化作用對儲層孔隙度的影響在很多研究者的報告中均有論述，各抒己見，主要有三種：①白云巖化作用改善了儲集性（導致孔隙度的增加）；②白云巖化作用降低孔隙度；③白云巖化對孔隙度的影響視其程度的不同而異，當白云巖化程度比較低時，孔隙度有增加，而當白云巖化程度較高（

19、約80～90%以上）時孔隙度降低。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,三、常見的交代作用類型的定量評價 孔隙增加的化學反應(yīng)式： 2CaCO3+Mg++ ── CaMg(CO3)2+Ca++ 　 　當被交代礦物為文石時，礦物縮小的體積為5.76%，而如果是方解石時，礦物縮小的體積為12.96%，因此是增加了孔隙體積。　　

20、 從上述反應(yīng)可見，反應(yīng)前后是沒有改變?nèi)芤褐薪饘訇栯x子的數(shù)量，因此稱之為等離子交代作用。,第二節(jié) 交代作用的定量評價,三、常見的交代作用類型的定量評價　 減少孔隙的化學反應(yīng)式： CaCO3+Mg+++CO3-- ── CaMg(CO3)2 　　這一反應(yīng)中如果被交代礦物為文石則礦物的體積將增加88.5%，如果是方解石

21、，則體積增加74%，因此它是增加巖石體積，減少孔隙空間的過程?！?　　等體積交代的化學反應(yīng)式： (2-x)CaCO3+Mg+++xCO3-- ── CaMg(CO3)2+(1-x)Ca++　　　　　當被交代礦物為文石時，x取0.12，是方解石時x=0.26，此時反應(yīng)前后的巖石體積將不發(fā)生變化，而只有離子濃度的變化（減少）。,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,一、成巖作用的基本理論特征　　1.

22、熱力學定律 　　熱力學第二定律指出，任何自發(fā)過程都是不可逆過程，其實質(zhì)是使熵增加的過程，也是使自由能量減少的過程，據(jù)此可獲得熱力學第二定律的幾種不同數(shù)學表達式?！　?在孤立體系中有熵增加原理，即　　　　　　　　　　　 　?。荆啊　　∽詣舆^程　　　　　　?。ā鳎樱┕隆?＜０　　　不可能自動發(fā)生的過程　　　　　　　　　　　　?。剑啊　　】赡孢^程或平衡狀態(tài)的標志　　 當體系不作有用功時為向著自由能減少

23、的方向進行　　　　　　　　　　　　?。迹啊　　∽詣樱ㄗ园l(fā)）過程　　　　?。ā鳎牵校浴　　　　　　　　　　　　。剑啊　　∑胶鉅顟B(tài)的標志　　 由平衡常數(shù)與自由能改變量的關(guān)系式△Ｇ＝－ＲＴlnＫ可得平衡控制常數(shù)反應(yīng)方向的物理化學原理，即　　　　　　　　　　　　?。荆薄　　》磻?yīng)向右進行　　　　　　　?。恕　　　。迹薄　　》磻?yīng)向左進行　　　　　　　　　　　　?。剑薄　　∑胶鉅顟B(tài),第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,一、成巖作

24、用的基本理論特征 2.物理化學實質(zhì)沉積物沉積、壓實、壓溶以后，在地下的地質(zhì)演化是一系列的物理化學過程。主要的成巖作用有膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用，膠結(jié)作用是地下水溶液中的物質(zhì)在過飽和狀態(tài)下析出、結(jié)晶形成礦物的過程，是多組分系統(tǒng)的相態(tài)轉(zhuǎn)變，形成新相態(tài)平衡的物理化學過程。交代作用是有其它物質(zhì)加入或帶出的礦物轉(zhuǎn)化地質(zhì)過程，為多組分系統(tǒng)中的固相相互轉(zhuǎn)化的物理化學過程。溶蝕作用是礦物在非飽和過程。綜上所述，這些過程都是在自然條件下，

25、自發(fā)產(chǎn)生的物理化學過程，每種地質(zhì)成巖作用都可用相應(yīng)的化學反應(yīng)方程式來描述，根據(jù)反應(yīng)物和生成物的熱力學參數(shù)可計算每一過程瓜前后熵、焓和自由能改變量，通過比較各不同過程的改變量可確定其相對發(fā)生的順序，這是確定自然界各種成巖事件發(fā)生相對順序的物理化學思想。,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,二、成巖作用順序模型　　1.同源模型　　 指各種不同的成巖作用順序事件在不同的時期都作用在相同的巖石上的特征模型。,,,圖1-32 異地成巖

26、作用模型,2.異地作用模型　　 指在各種不同時期的成巖作用事件發(fā)生在不同的巖石顆粒上的特征模型。,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,三、成巖作用順序的定量確定　　 確定方法包括寫出每種成巖作用的反應(yīng)方程式、定量計算反應(yīng)自由能、根據(jù)自由能定量排序三個基本步驟。1.化學反應(yīng)方程式的確定 2.計算反應(yīng)自由能　　 化學反應(yīng)的自由能是指其自由能改變量，等于生成物總自由能減去反應(yīng)物的總自由能。計算反

27、應(yīng)自由能的方法較多，使用較廣泛的是根據(jù)熱力學第三定律，利用熵和焓近似計算。,當DCp=0時有,當DCp為恒定時有,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,三、成巖作用順序的定量確定 3.根據(jù)反應(yīng)自由能確定順序成巖作用的環(huán)境可能為封閉體系，也可能為非封閉體系。無重大地質(zhì)事件（如構(gòu)造運動、火山、地震等）時，各種成巖作用過程可看成封閉體系；由于地質(zhì)事件而引起地表水或地殼深處水的滲入、熱液巖漿的侵入、生油層中油氣初次運移等

28、，使儲層內(nèi)的物理化學條件好生明顯變化，則這時的成巖作用可看成非封閉體系。熱力學第二定律均適合于這兩種體系，因此根據(jù)各種成巖作用反應(yīng)自由能的大小序列能的大小序列能確定其先后次序，即DGr＜０時，該成巖作用為為外部能量的加入而自發(fā)產(chǎn)生的地質(zhì)過程，DGr越小其發(fā)生的時間越早，DGr越大則發(fā)生的時間越晚；DGr≥０時必須有外部能量的加入才能產(chǎn)生。,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,四、應(yīng)用實例 1.白云巖化,據(jù)此可計算各反應(yīng)式的反

29、應(yīng)自由能:孔隙增加為 △Z=-(520.0+132.2)-(-2×269.8-109.0)≈-652.2+648.6= - 4.0(kcal/mol)孔隙減少為 △Z=-520.0+(269.8+109.0+126.2)=-5200+505.0= - 15.0孔隙不變?yōu)?交代文石時 △Z=-(520.0+0.88×132.2)+(1.88×269.5+109+0.12

30、×126.2) =-5.24 交代方解石時 △Z=-(520.0+0.74×132.2)+1.74×269.8+109+0.26×126.2) =-6.56,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,四、應(yīng)用實例 2.勝利油田第三系碎屑巖的成巖作用順序,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,四、應(yīng)用實例 2.勝利油田第三系碎屑巖的成巖作用順序

31、,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,四、應(yīng)用實例 3.Ｍａｘｏｎ砂巖的成巖作用順序,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評價,四、應(yīng)用實例 3.Ｍａｘｏｎ砂巖的成巖作用順序,第一章 作業(yè),1、試述成巖作用過程定量評價的儲層意義2、舉例說明定量評價交代作用的方法3、簡述確定成巖作用順序的原理4、已知儲層的膠結(jié)物和其他自生礦物的總含量為7%，目前有效孔隙度為22%，儲層的溶蝕作用微弱，試定量評價壓實壓溶作用和膠結(jié)作用分別減少的