第三章储层和盖层石油天然气地质与勘探中石油华东

第三章第三章储集层和盖层储集层和盖层第一节概述第二节储集层的岩石物性参数第三节储集层的岩石类型第四节盖层的类型及其封盖机制石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探第一节概述具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石称为储集岩。由储集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。一、储集岩和储集层的含义孔隙性孔隙性——直接决定了岩层能储存油气的数量；渗透性渗透性——控制着流体在其中流动的难易程度。基本特性：储集层(岩)中含有工业价值油(气)流——油(气)层；已投入开采的油(气)层——产层。根据研究目的及油田生产实践的需要，对储集层有各种分类方案。按岩类分为：碎屑岩储层、碳酸盐岩储层、特殊岩类储层（包括岩浆岩、变质岩、泥质岩等）按储集空间类型分为：孔隙型储层、裂缝型储层、孔缝型储层、缝洞型储层、孔洞型储层、孔缝洞复合型储层按渗透率的大小分为：高渗储层、中渗储层、低渗储层二、储集层的分类覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层称为盖层。最重要的盖层：蒸发岩类、泥页岩类等。三、盖层第二节储集层的岩石物性参数一、储集岩（层）的孔隙性二、储集岩（层）的渗透性三、岩层的孔隙度与渗透率的关系四、流体饱和度五、储集岩（层）的孔隙结构一、储集岩（层）的孔隙性1.岩石中的孔隙：岩石中未被固体物质充满的空间。①成因上：原生孔隙和次生孔隙。（一）孔隙性②根据其不同部位在流体储存和流动过程所起作用的差异分：孔隙和喉道《岩石孔隙系统示意图》③根据大小，岩石孔隙分三类——◆超毛细管孔隙——管形孔隙直径0.5mm，裂缝宽度0.25mm，重力作用下流体在其中可以自由流动。◆毛细管孔隙——管形孔径0.5-0.0002mm，裂缝宽0.25-0.0001mm，只有当外力大于毛细管阻力时，流体才能在其中流动。◆微毛细管孔隙——管形孔隙直径0.0002mm，裂缝宽度0.0001mm，在通常温压条件下，流体在其中不能流动。又称束缚孔隙束缚孔隙。有效孔隙㈩无效孔隙净砂岩的连通孔隙度、孤立孔隙度和总孔隙度示意图④按其对流体渗流的影响：有效孔隙无效孔隙净砂岩的连通孔隙度、孤立孔隙度和总孔隙度示意图2、孔隙度岩石中全部孔隙体积占岩石总体积（Vt）的百分数，叫做总孔隙度。%100VtVpt（1）总孔隙度★岩石中相互连通的、且在一定压力差下、可以允许流体在其中流动的孔隙体积（即有效孔隙体积）与岩石总体积的比值。（2）有效孔隙度（率）%100VtVee——同一岩石的有效孔隙度总是小于总孔隙度。二、储集岩（层）的渗透性1.岩石的渗透性：一定压差下，岩石允许流体通过其连通孔隙的性质。•三种表示岩石的渗透性的方式：绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率2.绝对渗透率：K21PPPP1P2FFL单相流体沿孔隙通道呈层状流动时，服从达西直线渗滤定律：LFPPK21）－（液＝Q假设流体粘度为μ，则单位时间内通过这段岩石孔隙的流体量为：比例系数比例系数KK：：岩样的绝对渗透率。岩样的绝对渗透率。实验室测量渗透率的基本装置示意图P1＞P2，Q1＜Q2岩石孔隙中多相流体共存时，岩石对其中每相流体的渗透率，称相渗透率相渗透率。Ko、Kg、Kw3.有效渗透率（相渗透率）有效渗透率与绝对渗透率的比值即相对渗透率相对渗透率，其变化值在0～1之间。4.相对渗透率：Ko/K、Kg/K、Kw/K01020304050607090100含水饱和度（%）相对渗透率KoKKwK油水《油水饱和度与相对渗透率的关系曲线》《油气饱和度与相对渗透率的关系曲线》典型水湿性和油湿性油藏中油-水饱和度与相对渗透率的关系曲线(LucaCosentino,2001)相对渗透率曲线与岩样的润湿性和岩心的非均质性密切相关。各相异性对相对渗透率的影响(LucaCosentino,2001)三、岩石孔隙度与渗透率的关系—有一定的内在联系，但通常无严格的函数关系。有效孔隙度φe大，则绝对渗透率K也高；孔隙和喉道的配置特点，影响储层性质；φe相同的条件下，孔径大、喉道粗、孔隙形状简单者：K大。不同储层孔隙度与渗透率的关系图（Selley,1988）（黑色为孔隙）图：砂岩有效孔隙度与气体渗透率的关系图1-粉砂岩，2-细砂岩，3-粗-中粒砂岩孔隙度和渗透率的关系（据Coalson等,1990）四、流体饱和度四、流体饱和度1.油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。式中：So、Sw、Sg——分别为油、水、气的饱和度,％。Vo、Vw、Vg——分别为油、水、气在储集空间中所占的体积，cm3；Vr、Vp——分别为岩样和岩样中储集空间的体积，cm3；φ——岩石的总孔隙度，％；%100ropooVVVVS%100rwpwwVVVVS%100rgpggVVVVS束缚水：亲水岩石颗粒表面的薄膜滞水微细毛管孔道中的毛管滞水……2．束缚水饱和度——储层孔隙结构、泥质含量、流体性质影响束缚水的主要因素：当被工作剂驱洗过或油藏能量枯竭，不能够继续产出工业油流的时候，油层中仍滞留的石油体积占油层孔隙总体积的百分数，称残余油饱和度。目前尚未采出、并且尚未经工作剂驱洗或波及到的，通过加深对地下储层的认识、改善开发方案或开采工艺水平等措施可以采出的油，称剩余油；剩余油占油层孔隙总体积的百分数，为剩余油饱和度。3．残余油饱和度和剩余油饱和度五、储集岩（层）的孔隙结构——岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系。《毛细管压力曲线图》压汞法测岩石孔隙结构：最小非饱和的孔隙体系百分数Smin%排驱压力排驱压力Pd孔隙等效半径r饱和度中值压力Pc50毛细管压力,MPa孔喉半径，um750.075PbS饱汞注入量,%100050SmaxSminPc毛细管压力,MPa孔喉半径，um750.075PbS饱汞注入量,%100050SmaxSminPc毛细管压力曲线与孔隙吼道分布直方图毛细管压力曲线与孔隙吼道分布直方图A、排驱压力排驱压力（Pd）：润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力。——按一定范围计算r百分含量，并作孔喉等效半径分布图。r越集中越大，孔隙结构越好。rCosPc2B.利用孔隙等效半径r毛细管压力,MPa孔喉半径，um750.075PbS饱汞注入量,%100050SmaxSminPc毛细管压力,MPa孔喉半径，um750.075PbS饱汞注入量,%100050SmaxSminPcC、汞饱和度50%时的Pc：饱和度中值压力（Pc50）D、Pc50对应的孔喉半径≈平均喉道半径不同毛细管曲线形态反映不同孔隙大小和分布。不同分选和歪度下的毛细管压力曲线：1-未分选；2-分选好；3-分选好，粗歪度；4-分选好，细歪度；5-分选不好，略细歪度；6-分选不好，略粗歪度。第一节概述第二节储集层的岩石物性参数第三节储集层的岩石类型第四节盖层的类型及其封盖机制第三章储集层和盖层碎屑岩类储集层碎屑岩类储集层：砂岩、砾岩、粉砂岩碳酸盐岩储集层碳酸盐岩储集层：灰岩、白云岩、礁灰岩其它岩类储集层其它岩类储集层：岩浆岩、变质岩、裂缝性泥岩目前发现的含有油气的储集层可归为三类：一、碎屑岩类储集层主要储集空间——储层连通孔隙（一）储集空间：孔隙、裂缝碎屑岩储层的孔隙主要为原生粒间孔隙，其次为溶蚀孔隙。碎屑岩储层孔隙类型及其特征类空间大小特征原生粒间或残留孔隙岩屑粒内微孔、喷出岩岩屑内的气孔等、杂基内微孔缝颗粒边缘溶解长石、岩屑等颗粒边缘、局部溶解胶结物及晶内局部溶解如方解石等胶结物局部溶解杂基溶解粘土杂基的局部溶解颗粒粒内溶孔如长石、岩屑等粒内溶解杂基内溶孔粘土杂基的局部溶解胶结物内溶孔方解石等胶结物或其晶体内的局部溶解由胶结物及颗粒一起被溶解所致粒模颗粒溶解而保留外形晶模晶体溶解而保留外形生物模生物屑溶解而保留外形晚期形成的高岭石、白云石等晶间的孔隙洞2mm多与表生淋滤作用有关成岩收缩作用无方向性，缝细、延伸范围小平整延伸，组系分明，相互切割缝收缩缝0.01～1mm成岩缝及其溶蚀构造缝及其溶蚀2mm超大孔晶间孔溶洞粒间溶孔组分内溶孔铸模孔2mm原生粒内孔矿物解理缝、层间缝亚类孔原生粒间孔孔原生孔隙次生孔隙1.碎屑岩原生孔隙类型2.碎屑岩次生孔隙很少其它非硅酸盐的很少硅酸盐的较少其它蒸发岩的较少硫酸盐的较多菱铁矿的较多白云石的较多方解石的溶解作用较少收缩作用较少颗粒破裂作用较少岩石破裂作用形成的次生孔隙成岩作用很少其它非硅酸盐的很少硅酸盐的较少其它蒸发岩的较少硫酸盐的较多菱铁矿的较多白云石的较多方解石的溶解作用较少收缩作用较少颗粒破裂作用较少岩石破裂作用形成的次生孔隙成岩作用使砂岩产生次生孔隙的成岩作用鉴别碎屑岩次生孔隙的岩石学标志（二）碎屑岩储集层的喉道类型图3-10孔隙喉道的类型（据罗蛰潭，1986）a喉道是孔隙的缩小部分；b可变断面收缩部分是喉道；c片状喉道；d弯片状喉道；e管状喉道；1一喉道；2一孔隙（三）影响碎屑岩储层储集物性的主要因素1）沉积条件相同成岩作用下，石英砂岩储性比长石砂岩好。相同成岩作用下，石英砂岩储性比长石砂岩好。①碎屑颗粒的矿物成分：②碎屑颗粒的粒度及分选性：a.粒度越大，φe、K大；分选程度好，φe、K大粒度一定时，分选越好，物性越好。b.分选一定时：K与粒度中值成正比。1、沉积条件粒度、分选对孔隙度和渗透率的影响（Brayshaw,1996）岩石球体颗粒排列的理想型式(a)最密排列型式；(b)中等密度排列型式；(c)最不密排列型式。③碎屑颗粒的排列方式及磨圆度③碎屑颗粒的排列方式及磨圆度a.理论上：→立方体排列，堆积越疏松，、K大；→菱面体排列，堆积越紧密，、K小；b.碎屑颗粒磨圆度越好，碎屑岩储集物性越好杂基含量多，孔渗性较低。④杂基含量对砂体原始孔渗性影响总的说来，岩石颗粒的粒度适中、分选好、圆球岩石颗粒的粒度适中、分选好、圆球度较高，杂基含量低，则孔渗性较好。度较高，杂基含量低，则孔渗性较好。而颗粒粒径、分选、圆球度和杂基含量均受控于沉积环境和沉积作用。水平层理、波状层理——粉-细砂岩、泥质岩：储集性质差；渗透性具明显方向性，平行于层面的水平渗透率较大，垂直于层面的垂直渗透率较小。斜层理砂岩：平行于斜层层面方向的渗透率最大，垂直方向的渗透率最小。平行层理砂岩：物性好。（5）沉积构造2、成岩后生作用2）成岩后生作用①压实作用①压实作用→致密、储性变差。②溶解作用②溶解作用→次生溶蚀孔隙，储性→好→次生溶蚀孔隙，储性→好。③胶结作用③胶结作用a.胶结物成分：泥质、泥－钙质胶结的岩石较疏松，储性好；纯钙质、铁质、硅质――相反。b.胶结物数量：较少——好；多——差c.胶结类型：接触式——好，孔隙式——中等胶结类型示意图胶结类型示意图成岩作用带对储层特性的影响（据Surdam等，1989）保存或增加孔隙度破坏孔隙度浅部＜80℃颗粒薄膜作用（抑制后期石英加大）；碳酸盐胶结物不普遍，可能被后期溶蚀粘土充填作用；碳酸盐或硅质胶结物（在某些情况是不可逆的）；自生高岭石；塑性颗粒压实作用中部80－140℃碳酸盐胶结物溶蚀；长石颗粒溶蚀长石溶蚀引起的高岭石、绿泥石、伊利石沉淀；铁碳酸盐岩和石英胶结物深部＞140℃长石、碳酸盐岩和碳酸盐矿物溶蚀石英胶结物（主要破坏作用）；高岭石沉淀；长石溶蚀形成伊利石、绿泥石；黄铁矿沉淀成岩作用带温度主要成岩作用过程3．成岩环境①影响矿物溶解度，②影响矿物的转化；③影响孔隙流体和岩石的反应；④控制有机质的成岩演化。（1）地温地温梯度对孔隙度的影响（Wilson，1994）其中б：沉积物骨架支撑的压力；S：静岩压力；g--重力加速度；H：上覆沉积物的厚度；ρr--上覆沉积物的平均总体密度；Pf：岩层中孔隙流体压力，又称地层压力地静压力（S）：是地层剖面中，某层沉积物受到的由上覆岩层重力负荷引起的压力，又称上覆岩层压力，积土压力。地层封闭条件下，S由两部分组成：S＝б＋Pf＝gHρrPfZ(m)PHSP（2）异常高地层压力③地层压力：是指作用于地层孔隙空间里流体上的