泥质岩类在压实过程中由于压实流体未能及时排出或排出受阻,孔隙体积不能随压力变大而变小,使其中流体也承受了上覆地层的负荷,出现孔隙流体压力高于相应静水压力的现象。产生该现象的过程叫欠压实作用。
泥质岩类在压实过程中由于压实流体未能及时排出或排出受阻,孔隙体积不能随压力变大而变小,使其中流体也承受了上覆地层的负荷,出现孔隙流体压力高于相应静水压力的现象。产生该现象的过程叫欠压实作用。
首先,欠压实是地质学中最荒谬的概念之一。
根据岩石的变形机制,把岩石孔隙度的变化过程划分为压实和压缩两个阶段,岩石压实阶段的孔隙度呈指数规律变化,岩石压缩阶段的孔隙度保持为常数。压实作用就是使骨架颗粒的排列方式不断趋于紧凑的过程。传统理论把压缩阶段称做欠压实阶段,是一个误解。根据固体力学和流体力学的有关理论,研究了岩石在压缩阶段的体积变化关系,得出了该阶段的岩石不可能排液、当然也就不可能排烃的结论。人们一直把岩石的压缩阶段,称做岩石的欠压实阶段,而把第Ⅰ曲线段称做岩石的正常压实阶段。欠压实理论认为,当岩石压实到一定深度后,由于岩石排水不畅,岩石的孔隙压力增高,岩石的孔隙度不再沿曲线Ⅰ段继续减小,而保持为一常数,即出现了欠压实现象。若不是因为欠压实,岩石的孔隙度将沿着曲线Ⅰ段继续减小,直至为0。实际上,这是对岩石孔隙度变化规律的误解。
在压实作用阶段,通常认为骨架体积不发生变化,由于紧凑排列的结果,使得孔隙体积大幅度减小,因而孔隙度也大幅度减小。在该阶段,由于流体体积的压缩幅度比岩石孔隙体积的减小幅度小,因此,压实排水的现象是不可避免的。
但是,在岩石的压缩阶段,由于岩石骨架已紧凑排列并且胶结,孔隙体积的减小是因为骨架体积的减小所致;若骨架体积不变,则孔隙体积不可能减小"&#。由于孔隙体积与骨架体积是同步减小的,因此,岩石的孔隙度是不发生变化的。
根据大量的实验研究结果,地层水的压缩系数比岩石的压缩系数高。也就是说,在岩石的压缩阶段,地层水体积的压缩量比孔隙体积的压缩量还要大,因此,地层岩石不可能排水。
因此,“欠压实现象”的解释是没有理论根据的。
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该观点出自非石油地质学专业人士,大家不要轻信,请参考国内外相关文献对欠压实的解释。
以上观点是静态的、脱离石油地质实际的理想物理模型,其最大的漏洞在于:只对原始流体的压缩系数进行探讨,但除了上覆地层的压力作用外,地温的增加导致的流体体积膨胀,以及粘土矿物脱水、干酪根排烃产生了新的流体,以上观点是没有考虑的。
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能指示泥页岩(烃源岩)存在欠压实的最直接的标志是该泥页岩(烃源岩)相对正常泥页岩存在异常高残余粒间孔及由此引起的异常高孔隙度,目前国内主要沉积盆地泥页岩(烃源岩)储层微观孔隙结构研究表明,泥页岩(烃源岩)孔隙空间以有机质孔、晶间孔为主,尺度极其微小,能指示欠压实存在的残余粒间孔不发育。泥页岩(烃源岩)段的高时差或低密度并不是孔隙空间的反应,而主要是有机质的反应。地质历史上是否存在欠压实已经没有确凿证据,目前的泥页岩(烃源岩)不存在欠压实。
欠压实的概念是对的,在理论上是成立的,而且也是被观察到的地质现象;不过要产生欠压实的条件是很严格的。它要求某个岩层体积单元从浅层(比如300m)沉降到深层(比如1500m)时一直处于封闭状态。实际上外文在对欠压实(under-compacted)定义时,很强调这个封闭状态(closed system)。
不过由欠压实而推导出的排烃机理却是不对的。
如果笼统的说“欠压实概念极其荒谬”难免会招来争议。
首先,看看压实作用,压实作用是沉积物最重要的成岩作用之一。指沉积物沉积后,由于上覆沉积物不断加厚,在重荷压力下所发生的作用。通过压实作用沉积物发生脱水,孔隙度降低,体积缩小,密度增大,松软的沉积物变成固结的岩石。例如泥炭,通过压实体积缩小(到1/20~1/30)后,便转变为坚硬的煤。研究资料表明,碎屑沉积物在300米深处,受压实作用影响,其所含75%以上的水已被排出,石英砂岩由40%左右的原始孔隙降低至30%~10%。
压实作用受有效应力的增加,压实速率(即可压缩性)强烈地受颗粒大小的影响。由于压实作用涉及孔隙度损失,以及由此引起孔隙流体的排替,所以,压实速率也受渗透率的控制。
欠压实和异常高压是伴随发生的,否定了欠压实就是否定了异常高压。
异常高压形成的主要原因是:
(1)沉积体中具有足够低的低渗透性岩石,使得流体流动速度相对沉积体压力恢复速度而言小得可以忽略,异常高压通常出现在以页岩为主的沉积环境。
(2)区域构造应力传递给流体所造成异常高压。
(3)由地质年代较新的沉积物在盆地中迅速沉积和埋藏过程中,低温增高,孔隙流体膨胀比压实膨胀要大得多,在这种情况下,在岩石流体中产生异常高压。
(4)当沉积物发生快速埋葬或者沉积物中有大量粘土矿物,使沉积物形成了一个层间水的,膨胀的粘土颗粒的疏松体系,而产生异常高压。
(5)粘土层上覆于异常压力地层之上的时间可达数百万年之久,而压力并没有应流体流过粘土层或页岩层而释放。当粘土被压实后,孔隙度和渗透率都非常低,以至于水无法流动,形成异常高压。
(6)在沉积物中大部分有机质在成岩过程中转化为液态和气态烃,在转化过程中,生成的流体会产生或加剧在压实的粘土沉积物的异常高压。
(7)埋藏在下覆地层中的烃类流体和盐度较低的淡水垂直运移造成异常高压。
(8)流体在高压差的渗透作用下可穿过一套互层的砂泥岩,从而出现异常高压。
钻井实践证实:在世界各地都发现了异常高压地层,且其形成机制各不相同,可能有物理的、化学的、物理化学的相互作用。但多数情况下,压力的增高是由于水不能从被压实的沉积物中排除所致。