02第二章储集层和盖层-2014

第二章储集层和盖层（Chapter2ReservoirandCapRock）《石油地质学》水油气储层盆参2井,4440.31m,J1s,粗中砂岩,粒间孔发育,φ:15.82%（×50）储集层塔河油田油气藏分布特征奥陶系岩溶逢洞型油气藏储集层储集层：具连通孔隙，能使流体储存并在其中渗滤的岩层(石)。盖层：位于储集层上方，能够阻止油气向上逸散的岩层。内容框架储集层盖层物理性质类型影响因素评价类型孔隙性渗透性碎屑岩碳酸盐内容提纲第一节储集层的岩石物理特性第二节储集层的类型第三节储集层的模式第四节盖层第一节储集层的岩石物理特性1.1储集层的孔隙性1.2储集层的渗透性1.3储集层的孔隙结构1.4流体饱和度储集层(Reservoir)：具连通孔隙，能使流体储存并在其中渗滤的岩层(石)。孔隙性渗透性1.1孔隙性（Porosity）（一）概念：储集层的孔隙性：是指孔隙的形状、大小、连通性与发育程度。按形状可分为：孔、洞、缝孔隙是三维发育的，裂缝是二维延展；裂缝：岩石因破坏作用产生的面状孔隙（裂隙）双重孔隙：岩石内同时发育上述两种孔隙（狭义的孔隙和裂缝）分类方法分类标准分类结果按孔隙与颗粒的接触关系孔隙在岩石中分布的位置粒间孔隙粒内孔隙填隙物内孔隙按孔隙成因成岩作用前或中原生孔隙成岩作用后次生孔隙按孔径大小和裂缝宽度孔径0.5mm超毛细管孔隙0.0002mm-0.5mm毛细管孔隙孔径0.0002mm微毛细管孔隙按孔隙对流体的渗流情况孔隙连通有效孔隙孔隙孤立无效孔隙（二）分类：不同的研究内容和目的，不同的分类结果孔缝大小分类：超毛细管孔隙（Supercapillarypore）：孔径大于0.5mm，或裂隙宽度大于0.25mm。自然条件下，流体在重力作用下可在其间自由流动。岩石中大裂缝、溶洞及胶结疏松砂岩的孔隙多属于此类。毛细管孔隙（Capillarypore）：孔径在0.0002-0.5mm之间，裂隙宽度在0.0001-0.25mm之间。在这种孔隙中，无论是在流体质点间还是流体和孔隙壁间均处于分子引力的作用下。流体不能自由流动，只有在外力大于本身的毛细管力时，流体才能在其中流动。按照孔隙大小和裂缝宽度可分为三种类型：超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙。按孔缝大小分3类：微毛细管孔隙（Microscopiccapillarypore）：孔径小于0.0002mm，裂隙宽度小于0.0001mm。此类孔隙中，分子引力很大，正常地层条件下流体不易流动，因此人们常将孔隙半径大于或小于0.01um作为流体能否在其中流动的一个分界线。泥、页岩一般属于此类孔隙。类型孔隙直径裂缝备注超毛细管孔隙0.5mm0.25mm大的超毛细管称为洞毛细管孔隙2×10-4～0.5mm1×10-4～0.25mm微毛细管孔隙2×10-4mm1×10-4mm按照孔隙大小和裂缝宽度可分为三种类型：超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙。级别砂岩孔隙度（％）评价120很好215~20好310~15中等45~10差55无价值%100tbtVV＝%100eebVV＝有效孔隙度（三）度量：孔隙度（Porosity）：岩石孔隙的发育程度（φ）；可分为总孔隙度（绝对孔隙度）和有效孔隙度（连通孔隙度）。总孔隙度：岩石中全部孔隙体积与岩石体积的比值。（TotalPorosity）有效孔隙度：岩石中相互连通的孔隙体积和岩石体积的比值。（EffectivePorosity）裂缝孔隙度（fractureporosity）：表征岩石的裂缝发育程度。岩石内裂缝体积（Vf）与岩石总体积（Vr）之比。%100ffrVV＝Φf＝裂缝孔隙度；∑Vf＝岩样内裂缝孔隙体积之和，cm3；Vr＝岩样全部体积，cm3；裂缝孔隙度的值一般小于0.5％，最大值不超过2％。溶蚀裂缝孔隙度可大于2％。岩石孔隙度主要可通过岩石样品实测和孔隙度测井解释获得，即实测孔隙度和测井解释孔隙度。1.2渗透性（Permeability）（一）概念：储集层的渗透性：在一定的压差下，岩石允许流体通过其连通孔隙的性能。换言之，渗透性是指岩石对流体的传导性能。通常所谓的渗透性岩石是指在地层条件下，流体能较快地通过其连通孔隙的岩石，如砂岩、砂砾岩、粉砂岩、裂缝灰岩、白云岩等。如果流体通过的速度很慢，通过的数量有限，就称非渗透性岩石，如泥页岩、石膏、岩盐、致密灰岩等。所谓的渗透性与非渗透性是相对的。1.2渗透性（Permeability）（二）度量：渗透性好坏用渗透率(Permeability)的大小表示，可分为绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率。实验表明，当单相流体通过多孔介质沿孔隙通道呈层状流动时，遵循直线渗透定律。可用达西定律来描述，即单位时间内的体积流量与通过岩石的截面积和两端的压差成正比，而与通过岩石的长度和液体粘度成反比，表达式如下：LPAQvK＝PALQv＝K单位：cm2μm21md≈10-3μm2渗透率表示在一定的压差下，流体通过岩石的能力。1.2渗透性（Permeability）（二）度量：绝对渗透率（AbsolutePermeability）：单相流体充满孔隙并且流体不与岩石发生任何物理或化学反应时所测得的岩石渗透率称为绝对渗透率。绝对渗透率与流体的性质无关，只反映岩石本身的特性。由于目前主要采用空气或氦气测定储层的绝对渗透率，故又称气体（空气或氦气）渗透率。储集层的渗透率值一般变化在0.001～1μm2之间，最高可达几μm2。1.2渗透性（Permeability）级别渗透率(10-3μm2)评价油层气层11000极好常规储层21000~500好3500~100中等4100~10较差510~1差低渗透储层61~0.1可能不渗透70.1致密储层储集层渗透率分级表按渗透率大小将储集层分为7级，对石油和天然气储集层评价的标准是不一样的。1.2渗透性（Permeability）（二）度量：有效（相）渗透率（EffectivePermeability）：在多相流体共存时，岩石对其中某一相流体的渗透率叫做该相流体的有效(相)渗透率。油、气、水的有效相渗透率分别用Ko、Kg、Kw表示。相对渗透率（RelativePermeability）：是指多相流体共存时某一相流体的有效相渗透率与岩石绝对渗透率之比，通常用Ko/K、Kc/K、Kw/K分别表示油、气、水相的相对渗透率。相对渗透率变化在0～1之间。1.2渗透性（Permeability）流体饱和度（FluidSaturation）：岩石内某相流体体积与孔隙总体积之比，称为该相流体的饱和度。有效相渗透率和相对渗透率不仅与岩石的结构有关，而且还与流体的性质和饱和度有密切关系。一般地说，每一相流体发生渗流时都有一个临界饱和度值，当其饱和度低于其临界饱和度时，不发生渗流，有效相渗透率和相对渗透率为零；饱和度达到临界值时，才能渗流，而且随着饱和度的增加，其有效相渗透率和相对渗透率增加，直至全部被它饱和时，其有效相渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率等于1为止。实验室里用松散砂子测得的油、气、水相对渗透率与它们的饱和度的关系曲线。1.3孔隙结构（Poretexture）（一）概念：储集层的孔隙结构是指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。由孔隙和喉道两部分组成。孔隙为系统中的膨大部分，连通孔隙的细小部分称为喉道。油气水在储集层复杂的孔隙系统中渗流时，要经历一系列交替着的孔隙和喉道，但主要受流动通道中最小的截面(即喉道断面)的控制。显然，喉道的大小、分布及其几何形状是影响储集层储集能力和渗透特征的主要因素。岩石孔隙系统示意图1．岩石颗粒；2．胶结物；3．孔隙系统1.3孔隙结构（Poretexture）1.3孔隙结构（Poretexture）岩石颗粒胶结物孔隙系统rcos2θσcP（二）研究方法测定岩石孔隙结构的方法较常用的有压汞法、孔隙铸体法等。1、压汞法研究孔隙结构毛细管现象原理：由于孔喉细小，当两种或两种以上互不相溶的流体处于岩石孔隙系统中或通过岩石孔隙系统渗流时，必然发生毛细管现象，产生一个指向非润湿相流体内部的毛细管压力。毛细管压力(Pc)的大小与毛细管内径(r)、界面张力(σ)、润湿角(θ)之间的简单数学关系如下：式中，Pc—毛细管压力，N/m2或Pa；σ—界面张力，N/m；θ—润湿角；r－毛细管半径，m表面张力（σ）：它的大小取决于两相性质和外界条件（温度、压力）。吸附作用：一种物质吸引另一种物质以减少自身表面能的现象。润湿相、非润湿相和润湿性：一种固相与两种流体相接触时，当固相对其中一种流体相有较大的吸附作用时，称为该流体相为固体的润湿相，另一种流体相称为固体的非润湿相。换言之，（接触）润湿角（θ）小于90度的流体相为润湿相（固体亲此种流体），大于90度的流体相为非润湿相（固体憎此种流体）。流体相润湿作用的性质称为流体润湿性。Pc润湿性：吸附能的一种作用，在固体上分子润湿流体所需要的功。θ＝0：称完全润湿θ90：称润湿θ90：称非润湿润湿角：（流体附着固体的性质）润湿流体：易附着在固体上的流体，又称为润湿相非润湿流体：不易附着在固体的流体，又称非润湿相①水润湿的（water-wet）：油水两相共存的孔隙系统中，如果水附着在岩石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相，这时称岩石为水润湿的或亲水的。岩石的润湿性②油润湿的（oil-wet）：油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，这时称岩石为油润湿的或亲油的。③中间润湿的（mixed-wet）：部分亲油，部分亲水的岩石由于沉积岩大部分形成于水成环境，故岩石一般都是亲水的，油气通过孔隙介质时一般都是作为非润湿相的，都要面临毛细管压力的作用。压汞法就是根据这种毛细管现象的原理设计的。在不同压力下，把非润湿相的汞压入岩石孔隙系统中，根据所加压力(相当于毛细管压力)与注入岩石的汞量，绘出压力与汞饱和度关系曲线，这种曲线称为毛细管压力曲线或压汞曲线。1、压汞法研究孔隙结构通过压汞曲线可以得到孔隙、吼道、孔吼连通性等许多储集层物性参数，这些参数直接反映了储集层储集性能特征。1、压汞法研究孔隙结构累计饱和度％压力值Mpa孔喉半径μm频率值％00.0163000.02540000.0525000.07516000.110000.26.3000.3404.14760.42.5010.19120.51.65.63515.40530.6113.76524.2930.80.6313.12233.47691.10.48.97939.1651.40.258.58542.30531.70.165.76746.57142.10.15.09953.44453.10.0633.90257.23664.10.044.00259.42895.10.0254.58663.22097.10.0160.67566.242710.10.01069.797815.174.537925.176.789432.10.010.1110100020406080100汞饱和度,%压力,MPa02040608010063251041.60.630.250.10.040.016半径,um频率,%C.作孔喉半径分布图不同半径范围的孔喉半径百分比图（1）压汞法具体步骤：A.逐渐加压将汞压入研究的岩石样品，依次记录压力值（Pc）和被压入汞体积。B.作毛细管压力曲线（或压汞曲线）。图中横坐标为在压力Pi时，已压入汞体积与最终能压入汞的总体积（有效孔隙体积）之比（汞饱和度）。A.排驱压力（Pd）：压汞实验中汞开始大量进入岩石样品时所对应的压力，或压汞曲线上最小压力拐点对应的压力。B.孔喉半径集中范围：曲线的平坦段位置越低，说明孔喉半径越粗；平坦段越长，说明集中的孔喉百分含量越大。孔喉越粗，分选性越好，孔隙结构越好。(2)孔隙结构评价参数PdAC.饱和度中值压力（Pc50）：毛细管压力曲线上非润湿相（汞）饱和度为50%所对应的毛细管压力。所对应的孔喉半径称为饱和度值喉道半径(r50)。当孔喉半径