石油地质-第三章-储集层盖层

第三章储集层和盖层第一节储集层的基本性质第二节碎屑岩储集层第三节碳酸盐岩储集层第四节盖层第三章储集层和盖层一．概述储集层：具有连通孔隙，能储存流体，使流体在其中渗滤的岩层。储集层是构成油气藏的基本要素之一。所有的储集层都具有储存油气的能力，但并非储集层中一定有油气储存。含油气层：储集层中储存了油气、产层：已开采的含油气层。世界上绝大多数油气藏的含油气层是沉积岩（砂岩、石灰岩和白云岩），少数油气藏的含油气层是岩浆岩和变质岩。储集层特征的好与坏是控制地下油气的分布状况、油气储量及产能的主要因素。盖层：位于储油气层上方，能阻止油气向上逸散的岩层。第一节储集层的基本性质一．储集层的孔隙性储集层的孔隙是指岩石中未被固体物质充满的空间。它们是岩石的空隙、裂隙和溶洞等。地壳中的所有岩石都存在孔隙，但不同的岩石其孔隙的大小、形状、发育程度是不同的，地下油气储存在岩石中，故岩石孔隙的发育程度直接影响着储存油气的数量，人们为了度量岩石孔隙的发育程度，提出了孔隙率的概念。1．绝对孔隙度（总孔隙度）绝对孔隙度：岩石总孔隙体积与岩石总体积之比。岩石的孔隙按其大小分为三类：(1)超毛细管孔隙:孔隙直径0.5mm；裂缝宽度0.25mm。流体在重力作用下可以自由的流动。裂缝、溶洞、未胶结或胶结疏松的砂岩属此类孔隙类型。(2)毛细管孔隙:孔隙直径0.5～0.0002mm；裂缝宽度0.25～0.0001mm。液体质点间及液体与孔壁间均处于分子引力的作用下，由于毛细管力的作用，液体不能流动，要使流体流动，必须有其它外力去克服毛细管阻力。砂岩属于此类孔隙。(3)微毛细管孔隙:孔隙直径0.0002mm;裂缝宽度0.0001mm。分子间的引力往往很大，要使流体在其中流动,需要非常高的剩余压力梯度,这在油层条件下一般是达不到的.石灰岩、泥岩属此类孔隙。%100tptVVP1.有效孔隙度：岩石中相互连通孔隙体积与岩石总体积之比。同一岩石的PtPe，对未胶结和胶结松散的砂岩二者相差不大，对胶结致密的砂岩和碳酸盐岩二者可有很大的差别。生产中一般采用有效孔隙度这个概念，因对那些不连通或微毛细管孔隙其中即使储存有油气，在现代工艺条件下也不能开采出来。砂岩的孔隙度变化在5～30％，一般为10～20％，碳酸盐岩的孔隙度一般5％。二．储集层的渗透性渗透性：指的是岩石中流体的渗滤传导性。是在一定的压差下，介质两点之间通过液体或气体的能力。是岩石允许流体通过其连通性孔隙的性质。渗透性岩石：指在地层压力条件下，流体能较快地通过连通孔隙的岩石：砂岩、砾岩、裂隙灰岩和白云岩等。非渗透性岩石：指在地层压力条件下，流体通过的很慢，通过的数量也有限的岩石：泥岩、石膏和硬石膏等。岩石渗透性的好坏用渗透率来表示。%100teeVVP实验表明，单相流体通过孔隙介质沿孔隙通道呈层状流动时，服从达西直线渗滤定律，简单表示为：在SI制单位中，渗透率的单位是二次方米（m2）。在C.G.S制中渗透率单位是达西（D）。1D=1000md；1D＝0.987μm2。绝对渗透率：单相流体通过岩石孔隙的渗透率值。自然界含油层中常含二相或三相流体，它们彼此干扰，互相影响，故岩石对其中每种相的渗流作用将与单相流有很大差别，为与岩石的绝对渗透率相区别，提出了有效渗透率和相对渗透率概念。有效渗透率：是多相流体存在时，岩石对其中每种相流体的渗透率。用Ko、Kg、Kw表示。相对渗透率：每一单相流体局部饱和时的有效渗透率与全部饱和时的绝对渗透率之比。用Ko/K、Kg/K、Kw/K来表示。因K有K绝，K相值变化在0～1之间。LpfKQPFLQK岩石中流体的相对渗透率与油气、油水的饱和度（某一单相流体体积和孔隙体积之比）成正相关关系。随着该相流体饱和度的增加，有效渗透率在增加，相对渗透率值也在增加，直到有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率值等于1为止。KKgKKo1.00.80.60.40.20102030405060708090100含油饱和度（％）相对渗透率油、气饱和度与相对渗透率的关系曲线油气三．储集层的孔隙度与渗透率之间的关系岩石的孔隙度和渗透率间无严格的函数关系，但有一定的内在联系，因孔隙度和渗透率取决于岩石本身的结构与组成，凡具有渗透性的岩石均具有一定的孔隙度，特别是有效孔隙度与渗透率的关系更为密切，对碎屑岩储集层来说，一般是Pe越大，K值越高，即K值随Pe的增加而有规律的增加。有效孔隙相同，直径小的孔隙比直径大的渗透率低。第二节碎屑岩储集层一．概述石油地质学中将储集岩分为三大类：碎屑岩储集层、碳酸盐岩储集层和其它岩类储集层。但沉积岩中的碎屑岩和碳酸盐岩储集层是世界上油气田的重要储集层。二．碎屑岩储集层类型及影响储油物性的因素碎屑岩储集层的岩石类型主要包括砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩。其中以中、细砂岩和粉砂岩储集层分布最广，储集物性最好。碎屑岩以孔隙空间储油为特征，Pe为10～20％，K在几十～几百md，一般良好的产油层Pe20％，K300md；产气层Pe10％，K在20～40md。碎屑岩储集层孔隙类型以原生的粒间孔隙为主。粒间孔隙：指碎屑颗粒支撑的碎屑岩，颗粒间未被杂基充填，胶结物含量少而留下的原始孔隙。影响碎屑岩储集层物性的主要因素：1.岩石的矿物成分碎屑岩的矿物成分主要是石英和长石，它们对储油物性的影响是不同的。一般石英砂岩比长石砂岩的储油物性好。其原因是：①亲水性不同，长石比石英强，当被水润湿时，长石表面形成的液体薄膜比石英厚，一般情况下，这些液体不能流动，因此，减少了孔隙流动的截面积；②抗风化能力不同，石英抗风化能力强，颗粒表面光滑，油气易通过；长石不耐风化，表面常有次生高岭土和绢云母，它们对油气有吸附作用，可吸水膨胀，堵塞原来的孔隙。2.岩石的结构构造沉积岩粒间孔隙的大小、形态和发育程度主要受碎屑岩颗粒的粒径、分选、磨圆度和填充程度的控制。岩石孔隙结构示意图岩石颗粒胶结物孔隙系统①粒径理想情况下孔隙的大小与粒径无关系，孔隙度最大为47.6%，最小为25.9％。cos21)cos1(61tPAB理想球体排列的端元模型②分选系数在粒度中值与概率分布图上：Q1－相当于25％处的粒径大小；Q2－相当于25％处的粒径大小。当分选系数一定时，渗透率的对数和粒度中值－Md成线性关系。砂岩的孔隙度和渗透率随着它的分选系数趋于1而增加。So1－1.11.1－1.21.3－1.41.4－2.02.0－2.72.7－5.71000100100渗透率mDMdφ渗透率对数和粒度中值成线性关系So=常数So1－1.11.1－1.21.3－1.41.4－2.02.0－2.72.7－5.71000100100渗透率mDMdφ渗透率对数和粒度中值成线性关系So=常数So1－1.11.1－1.21.3－1.41.4－2.02.0－2.72.7－5.71000100100渗透率mDMdφ渗透率对数和粒度中值成线性关系So=常数So1－1.11.1－1.21.3－1.41.4－2.02.0－2.72.7－5.71000100100渗透率mDMdφ渗透率对数和粒度中值成线性关系So=常数31QQSo当粒度中值一定时，分选系数和渗透率有如下关系：A：So2时，各种粒径砂岩的孔隙度均随So的增大而迅速降低。B：So2时，中细粒砂岩的孔隙度均随So的增大而缓慢下；粗粒和极细粒砂岩So的增大时，孔隙度基本上保持不变。1000100101分选系数与渗透率的关系图234渗透率mD（）31QQSoMdφ0-0.50.5-11-1.51.5-22-2.32.5-3有效孔隙度与和渗透率之间存在良好的正相关性。048121620242832100001000100100123452渗透率mD（）孔隙度(%)不同粒径的孔隙度与渗透率的关系图1－粗的和很粗的颗粒；2－粗的和中等的颗粒；3－细颗粒；4－淤泥；5粘土粒径与渗透率的关系:随着粒径的变小，孔隙度相同时渗透率在降低。0510152025300510152025300.10.110.510.50.10.05105105100501005010005001000500100005000渗透率mD（）孔隙度(%)一般细粒碎屑岩磨圆度差，呈棱角状，颗粒支撑时比较松散，似乎应比磨圆度好的较粗的砂质沉积可能有更大的孔隙度。但是，它的孔喉小，毛细管压力大，流体渗滤的阻力大，因此，它的渗透率值小。3.成岩后生作用（1）压实作用压溶作用使碎屑颗粒溶解，引起物质的再分配，结果是石英（500～1000m）和长石颗粒的次生加大和胶结。（2）溶解作用地下深处由于孔隙水成分的改变，使长石、火山岩屑、碳酸盐岩屑和方解石胶结物产生大量溶解，形成次生溶蚀孔隙。（3）胶结作用使松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。泥质、钙－泥质胶结的岩石储油物性较好；钙质、硅质和铁质胶结的岩石致密，储油物性较差。三.碎屑岩储集层的沉积环境及分布砂岩体：某一沉积环境下形成的，具有一定形态、岩性和分布特征，并以砂质岩为主的沉积岩体。1．冲积扇砂砾岩体在干旱、半干旱气候区，当洪水从狭窄的山谷进入平原时，在山口处，由于坡度急剧变缓，洪水散流，使流速变慢，水中携带的泥砂很快从山口堆积下来，形成以山口为顶点的扇形沉积体。沉积物常呈现红色，并有蒸发岩质的古土壤。单个冲积扇锥斜交或垂直于山岭分布，通常可发生多次迭合，形成较大的锲形体，面积最大可达数百平方公里；累计厚度可达数千米。冲积扇主要是砂、砾和泥质组成的混杂堆积，粒度粗，分选差，成分复杂，磨圆度不好，但在冲积扇砂体的中部，有储集物性较好的辫状河道砂砾岩体，邻近若有油源，一般油气可以在此聚集。我国新疆克拉玛依油田三叠系储集层就是冲积扇砂岩体。2．河流砂岩体在长期沉降的气候潮湿区，河流发育，形成广阔的冲积平原，在冲积平原上河流砂岩体发育。有砂、砾、粉砂、粘土各类碎屑沉积物，它们以砂质为主，成分复杂，分选差到中等。古河流砂体一河床中边滩和心滩砂岩储油物性最好。此类砂岩体储存油气并不多，但各地均有发现。ABB′A′AA′B′B1mi4mift580620660560600油藏砂体3．三角洲砂岩体三角洲砂岩体可进一步划分为三个亚环境：(1)三角洲平原相是河流入三角洲平原，呈放射状向海或湖方向伸展的大量分叉的河道冲积，此处砂体粒度较细，河道较平直，常发生分流、废弃现象，与大片沼泽沉积共生，并与海、湖相沉积紧邻，其中的分流河道砂岩体储油物性最好。(2)三角洲前缘相这里河水与海水相互作用最强烈，沉积的大套砂质物，由于受海水的冲刷和筛选作用，颗粒一般较纯净，分选、磨圆好。其中的水下分流河道砂岩体、河口坝砂岩体、远坝砂岩体及前缘席状砂岩体等是极好的储集层。国外有关海相三角洲含油性的报导，认为前缘砂是三角洲体系中最好的储集层；但我国对滨湖三角洲研究表明，分流河道砂优于前缘砂。(3)前三角洲相沉积的泥岩是很好的生油岩相区。三角洲平原相三角洲前缘相前三角洲相4．沿岸堤坝砂岩体沿岸堤坝砂岩体形成在海洋的沿岸地带，三角洲前缘砂是其主要物源之一。堤坝是在海的作用相对增强的情况下，当河流改道，河口废弃时，已沉积的前缘砂与海底的侵蚀产物及风从陆地搬运来的物质一起，在波浪和岸流的作用下，搬运并重新堆积形成顺岸延伸的砂岩体。这类砂岩体有许多种，如与岸相隔一定距离的水域中，形成微露水面的砂坝，称岸外砂坝或滨外砂坝；如延伸较长成为堤坝，也可以发展形成堡岛、障壁岛（是由海浪造成的长条状的砂岛，它高出于高潮面之上，平行海岸分布）。此类砂体在剖面上呈底平顶凸的各种透镜状。砂岩体由于海水的多次冲洗簸扬，一般分选、磨圆好，岩性以中、细砂岩为主，向海一面砂岩与页岩分界明显，渗透性好，背海一侧，砂岩渐变为泥岩和粘土，渗透性较差。海岸砂岩体油气田多属于海退型砂岩体。5．浊积砂岩体是受地震、海啸等因素的影响，把河流携带至海岸堆积的大量未固结的沉积物，以悬浮的高密度底流的方式沿海底峡谷搬运至深海或深湖而形成的砂岩体。浊流是一种高密度流，由浊流形成的砂岩体成为浊流砂岩体，在平面上呈扇形，也称海底扇或湖底