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第3章-储集层(已改)

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储集层
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第 三 章储 集 层 和 盖 层上一章讨论了 油气成因问题 。油气不断生成之后,因生油岩容纳油气空间有限,将有一部分油气要运移出去 , 这些离开生油岩的油气,将进入了地下活动空间更为广阔的另一种环境 —— 储集层 。 储集层 是本章要讨论的 问题之一 。储集层是油气聚集的场所,同时也是油气活动更为广阔的空间。油气进入储集层后并不安份,有 “ 力争上游 ” 的趋势,一但有机会就要往高处走,如果不受约束,它将一直 “走 ” 到地表,跑到空气中去。那样就无油气藏可言了。要使生成的油气留在地下,聚集起来形成油气藏,盖层条件必不可少。 盖层 是本章要讨论的另一个问题。第三章 储集层和盖层第一节 概 述第二节 储集层的物理性质第三节 碎屑岩储集层第四节 碳酸盐岩储集层第五节 储集层研究方法第六节 盖 层复 习 思 考 题第一节 概 述什么是储集层? 什么是盖层?储集岩 —— 凡是具有一定的 连通孔隙 , 能使流体储存并在其中 渗滤 的岩石 ( 层 ) 称为 储集岩 (层 )。孔 隙 —— 岩石中未被固体物质占据 , 而被流体充满的空间 。 孔隙包括 孔 、 洞 和 裂隙 。严格地说 , 地壳上不存在没有孔隙的岩石 , 各种类型的岩石均具有一定的孔隙 。 岩石中有彼此 连通的孔隙 , 也有 孤立的 互不连通的 孔隙 。 石油和天然气就储存在地下岩石的孔隙之中 。 它们的储集方式就像水充满在海绵里一样 。 勘探实践表明:地下并不存在 “ 石油河 ” 、 “ 石油湖 ” 之类的东西。储集层 ( 或称储层) 是地下石油和天然气储存的场所 ,是形成油气藏的基本要素之一。第一章提到,油气存在于地下岩石的孔隙之中。实际上,我们找到的油气是存在于地下 储集层的孔隙 之中。按照储集层的定义,并非所有的储集层中都储存有油气,储集层只强调了 具备 储存“流体” 和 允许流体渗滤 的能力 。如果储集层中储存了油气 —— 称为 含油气层 。业已开采的含油气层 —— 称为 产层 。世界上绝大多数油气藏的含油气层是沉积岩(主要是砂岩、石灰岩和白云岩),只有少数油气层是 岩浆岩 和 变质岩 。近年来,随着油气地质理论的发展和油气田勘探技术水平的提高,人们在火成岩、变质岩及泥页岩(非常规储层)中找到油气藏的数量越来越多,相信在不久的将来,人们可望在上述 “ 非常规储层” 岩类中找到更多的油气储量。没有储集层 —— 就没有油气藏。储集层的储集性能是控制地下油气分布、 油气储量 及 产能的重要因素。从油气勘探到油气田开发的全过程,实际上就是寻找储层、认识储层、保护储层和改造储层的过程, 所以在油气勘探开发中对储集层都十分重视,常设专题进行研究。可见储集层在石油及天然气地质学中占有十分重要的地位。认识和了解储集层的特征,是石油及天然气地质学的一项基本任务。储集层也是油气勘探、开发研究的主要对象。储集层的物理性质通常包括其 孔隙性 、 渗透性 、 孔隙结构以及 非均质性 等 。 其中孔隙性和渗透性是储集层的两大基本特性 , 也是衡量储集层储集性能好坏的基本参数 。盖层 —— 是位于储集层上方 , 能够阻止油气向上逸散的岩层 。 盖层也是形成油气藏的基本要素之一 。盖层对趋于往高处走的油气主要起垂向上的封闭作用 ,其封闭作用通常是针对其下伏储集层中的油气 。 盖层封盖性能的好坏通常是相对于其下伏的储集层而言的 。天然气藏对盖层的要求比油藏更严格 。盖层对于圈闭的形成具有重要的意义 。第二节 储集层的物理性质储集层的物理性质通常包括其 孔隙性、渗透性、孔隙结构 以及 非均质性 等。其中 孔隙性 和 渗透性 是储集层的 两大基本特性 ,也是衡量储集层储集性能好坏的基本参数。储集层是《油层物理》研究的主要对象一 、 储集层的孔隙性在石油及天然气地质学中 , 储集层的孔隙性 是指储集层的 孔隙空间形状 、 大小 、 连通性 和 发育程度 。地壳中不存在没有孔隙的岩石 , 可是不同岩石其孔隙大小 、 形状和发育程度是不同的 。 石油和天然气在地下就是储存在岩石孔隙中的 。 因此 , 岩石的孔隙发育程度将直接影响岩石中储存油气的数量 。孔隙性的度量为了度量岩石孔隙的发育程度 , 人们提出了孔隙度 (率 )的概念 。 孔隙度 —— 是指岩石孔隙体积与岩石总体积之比值 (以百分数表示 ) 。 根据研究目的不同 , 孔隙度又分为: 绝对孔隙度 、 有效孔隙度 及 流动孔隙度 。 绝对孔隙度 —— 是指岩石中 总孔隙 ( 与岩石总体积 ( 之比 , (以百分数表示 ) 。 绝对孔隙度 ( 又称总孔隙度 ) , 用 Φ计算公式如下:Φt=t× 100%式中: 岩石中全部孔隙体积; 岩石总体积。绝对孔隙度反映储层储集流体的能力。储集岩的绝对孔隙度越大,说明岩石中孔隙空间越多,储集流体的能力越强。绝对孔隙度只反映岩石中孔隙空间总量的多少,它不能说明连通情况及流体能否在其中有效流动等问题。岩石中孔隙类型 、 大小不同 , 对流体 ( 特别是对油气 ) 的储集性能也完全不同 。 岩石的孔隙系统 , 按 形态分类 可分为 孔隙 和 裂缝 ;按孔隙大小 ( 孔径或裂缝的宽度 ) 可将孔隙分为三种 类型 ( 孔隙大小分类 ) :孔隙类型 孔隙直径 裂缝宽度 特 征超毛细管孔隙 ≻体可在重力作用下自由流动毛细管孔隙 001力大于毛管阻力时液体能流动微毛细管孔隙 Φe。 对未胶结的砂层和胶结不甚致密的砂岩 , 二者相差不大;而对于胶结致密的砂岩和碳酸盐岩 , 二者可有很大的差异 。 一般有效孔隙度占总孔隙度的 40%~75%( 据 诺斯, 1984) 。 在对含油气层进行评价时 , 只有有效孔隙度才有真正的意义 , 因此生产单位一般所用的都是有效孔隙度 。 习惯上把有效孔隙度简称为孔隙度 。岩石中的连通孔隙虽然彼此相互连通 , 但是连通的孔隙未必都是有效的 。 有些孔隙 , 由于其喉道半径极小 , 在通常的开采压差下 , 仍然难以使液体渗过 。此外 , 亲水的岩石孔壁表面常存在着水膜 , 相应亦缩小了孔隙通道 。 为此 , 从油气田开发实践出发 , 又提出了流动孔隙度的概念 。φ f) —— 是指在一定压差下,流体可以在其中流动的孔隙体积( 与岩石总体积( 的比值(以百分数表示)。 用公式表示为:φ f=t× 100%流动孔隙度在概念上不同于连通孔隙度 。 它不仅不考虑无效孔隙 , 亦不考虑那些被毛细管所俘留的束缚液体所占据的毛细管孔隙 , 以及 岩石颗粒表面上液体薄膜 的体积 。 此外, 流动孔隙度还 随地层中的压力梯度 和 液体的物理 显然 , 同一岩石的流动孔隙度大小是不确定的。 尽管如此 , 流动孔隙度在油气田开发工程分析中却具有十分重要的实用价值 。岩石的裂缝发育程度用裂缝孔隙度表示 。 裂缝孔隙度 又称 裂隙率 ( φ c) , 它是指岩石中裂缝体积与岩石总体积之比值 ( 以百分数表示 ) 。 裂缝性储集层的裂隙率可用裂缝宽度和裂缝间距表示 ( 1985) , 可表示如下:φ c=e/(d+e)× 100%式中 对于以构造成因为主的裂缝 , 可根据地层曲率半径和地层厚度来计算其裂隙率 (T. D.,1982) 。用下式表示:式中 为曲率 ( 为倾角 ) 。裂缝孔隙度的值一般小于 最大值不超过 2%。 溶蚀裂缝孔隙度可大于 2%。 裂缝孔隙度虽然不大 , 但它对岩石渗透率的贡献是十分重要的 。φ c × 100% = × 100%综上所述,显然(同一岩石) 绝对孔隙度 >有效孔隙度 ≥流动孔隙度 。砂岩储集层的有效孔隙度变化在 5间,一般为10碳酸盐岩储集层的孔隙度一般小于 5%。莱复生按孔隙度的大小将砂岩储集岩分为五级( 表 )必需指出, 孔隙度的大小 与 孔隙个体的大小 是两个截然不同的概念。孔隙度只说明岩石中孔隙或有效孔隙在岩石中所占的比例,并不涉及孔隙本身个体的大小。两块具有相同孔隙度的岩石,其孔隙个体大小可以很不相同。孔隙个体大小对储集岩的储集性能(储存油气的集中程度,储集岩的渗透性)有重要影响。二 、 储集层的渗透性储集层的 渗透性 是指在一定的压差下 , 岩石允许流体通过其连通孔隙的性质 。 换言之 , 渗透性是指岩石对流体的传导性能 。 严格地讲 , 自然界所有岩石都具有相互连通的孔隙, 在漫长的地质年代里 , 在足够大的压差条件下都具有一定的渗透性 。通常我们所说的渗透性岩石与非渗透性岩石是相对的 。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 、 砾岩 、 裂缝灰岩 、 白云岩等等 。 如果流体通过的速度很慢 , 通过的数量有限 , 那就叫非渗透性岩石, 如泥页岩 、 石膏 、 岩盐 、 致密灰岩等等 。储集层的渗透性决定了油气在其中渗滤的难易程度。它是评价 储层产能的主要参数之一 。岩石渗透性的好坏是用 渗透率 来表示的 。渗透率是一个具有方向性的向量,也就是说,从不同方向测得的岩石渗透率是不同的。根据生产实践需要,人们提出了 绝对渗透率 、 有效渗透率 和 相对渗透率 的概念。相流体饱和 时 , 岩石与流体之间不发生任何物理 在一定压差下 , 流体呈水平线性稳定流动状态时所测得的岩石对流体的渗透率 , 称为该岩石的 绝对渗透率。 研究表明 , 当单相流体通过多孔介质沿孔隙通道呈层状流动时 , 遵循达西直线渗滤定律 ( 图 ) , 其表达式如下:式中: Q——液体的体积流量; K——渗透率; F——岩样的横截面积; Δ P——岩样两端压差; μ ——液体粘度; L—— 岩样的长度 。 因此有:  对于 气体而言 ,由于气体的体积流量随温度和压力的变化而变化。因此,用达西公式计算气测渗透率时要作适当的变换。若假定气体是在恒温情况下通过岩样的,则岩石气测渗透率的表达式为:式中, 岩样进口处压力; 岩样出口处压力; 通过岩样后,在出口压力( 下,气体的体积流量; μg—— 气体的粘度; 分别为岩样的横截面积和长度。g)(2222122 单位 :在法定计量 (位 (国际单位制) 中, 渗透率的单位为微米平方 (μ 按照 K=Q·μ·L/F·ΔQ( 流量)=1m3/s, μ( 粘度) =1, L( 长度) =1m, F( 截面积)=1ΔP( 压力差) =1K=1012μ公制( C·G·S) 单位中,渗透率的单位是达西( D),并规定:粘度为 1厘泊的均质液体,在压力差为 1个大气压下,通过横截面积为 1平方厘米,长度为 1厘米的孔隙介质,液体流量为 1立方厘米 /秒时,这种孔隙介质的渗透率就是 1达西( D)。 由于用达西作为含油气层岩石渗透率的单位有时太大,故一般取其千分之一作单位,称为毫达西( 按上述规定, 1达西( D) =毫达西( =10论上 , 岩石的绝对渗透率只反映 岩石本身的特性 , 而与测定所用流体性质及测定条件无关 。 但在实际测定工作中 , 人们发现同一岩样 , 同一种气体 , 在不同平均压力下 , 所测得的绝对渗透率不同 。 同一岩样在相同的平均压力下 , 用不同气体测得的绝对渗透率也不同 。 通常用密度大的气体测得的渗透率值偏低;用液体为介质测得的渗透率总是低于用气体测得的渗透率 ( 据戴启德等 , 1996) 。 目前主要用空气或氦气测定岩石的绝对渗透率 , 故又称气体渗透率 。储集层的渗透率无论在垂向上或横向上都有很大差别 , 一般变化在 最高可达几个 μКалинко( 1983)按渗透率大小将储集层分为 7级 ( 表 ) 。有单相流体 充满时岩石的渗透率 。 但在自然界 , 储集层孔隙中的流体往往不是单相的, 而是 两相 ( 油 油 气 , 甚至 三相 ( 油 水 ) 同时存在 。 各相流体之间存在着互相干扰和影响 , 因而岩石对其中每一相流体的渗流作用 , 与单相流体饱和时的渗流作用有很大区别 。 为此 , 又提出了有效渗透率和相对渗透率的概念 。有效渗透率 —— 是指储集层中有多相流体共存时 , 岩石对其中每一单相流体的渗透率 , 又称 相渗透率 。 分别用 g、 气 、 水的有效渗透率 。相对渗透率 ——是指岩石中多相流体共存时 , 岩石对某一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率之比值 。 通常用 、、 分别表示油 、 气 、 水相的相对渗透率 。由于岩石中有多相流体渗流时 , 必然会相互影响和干扰 ,因此 , 岩石的有效渗透率总是小于绝对渗透率 。 故其 相对渗透率总是变化在 0有效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 , 有效渗透率和相对渗透率为零 ; 当其饱和度达到临界值时 , 才能渗流 , 且随着饱和度的增加 , 其有效渗透率和相对渗透率也增加 , 直到全部被它饱和 , 有效渗透率等于绝对渗透率 , 相对渗透率等于 1为止 ( 图 ) 。3、渗透率的影响因素1)岩石孔隙度,特别是有效孔隙度与渗透率呈正相关关系2)岩石的性质(结构、构造、成分)及胶结物的含量。3)流体的性质及数量(对有效渗透率和相对渗透率的影响)4)喉道(连通孔隙间的狭窄部分)对渗透率的影响,越细越复杂,渗透率越低。5)孔隙、喉道的复杂程度,即孔隙结构对渗透率的影响。4、孔隙度与渗透率的关系1)岩石的绝对孔隙度与渗透率之间通常没有严格的函数关系,如粘土岩的绝对孔隙度可以很大,但渗透率却很小;裂缝灰岩的绝对孔隙度很小,但渗透率却很大。裂缝对渗透率有很大影响2)岩石的有效孔隙度通常与渗透率呈正相关关系。三、储集层的孔隙结构孔隙性和渗透性是储集层的两大基本特性 。 也是决定储集层储集性能好坏的两个基本因素 , 但是孔 、 渗间并非简单的正相关关系 , 这主要与岩石的孔隙结构有关 。储集层的 孔隙结构 —— 是指岩石所具有的孔隙和喉道的大小 、 几何形状 、 分布 及其相互 连通情况 ( 图 ) 。 岩石的孔隙系统由孔隙和喉道两部分组成 。孔隙 :指岩石空隙空间系统中的膨大部分;喉道 :连通孔隙的细小部分 ( 通道 ) 称为喉道 ( 图 ) 。油 — 气 — 水在储集层复杂的孔隙系统中渗流时 , 将要经过一系列交替的孔隙与喉道 。 无论在二次运移中石油驱替岩石中的水 , 还是在开采过程中石油从孔隙介质中被排驱出来 , 其渗流均受到通道中 狭窄 部分 ( 即 喉道 ) 的 控制 。 显然 , 喉道的大小和分布 , 以及它们的几何形态是影响储集岩的储集能力和渗透特征的主要因素 。 孔隙结构实质上是岩石的微观物理性质 。它能较深入而细致地揭示岩石的储渗特征 。 确定喉道的大小和分布是研究岩石孔隙结构的 中心问题 。测定岩石孔隙结构的方法很多 , 有 压汞法 、 孔隙铸体法 、半渗透隔板法 、 离心机法 、 蒸气压力法等等 。 目前我国主要采用 压汞法 , 并取得了较好的效果 。由于岩石孔喉细小 , 当两种或两种以上互不相溶的流体同处于岩石孔隙系统中 , 或通过岩石孔隙系统渗流时 , 必然会发生毛细管现象 , 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 ( 的大小与毛细管 ( 喉道 ) 半径 ( 、 界面张力 ( σ) 和润湿角 ( θ) 有关 , 简单数学表达式: ( 图 )σ 是根据这种毛细管现象的原理设计的 。 在不同的压力下 , 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 , 该曲线称为 毛细管压力曲线 或 压汞曲线 ( 图 ) 。再按上述公式可计算岩石孔喉等效半径 , 结合事先测得的岩石总孔隙度资料 , 就可作出孔喉等效半径分布图 ( 图 ) 。※ 定量描述岩石 孔隙结构 和用之进行储层分类的 主要参数 有:( 1) 排驱 ( 替 ) 压力 ( : 是指压汞实验中汞开始大量注入岩样的压力 。 即非润湿相开始注入岩样中最大的连通喉道的毛细管压力 。 岩石 排驱压力越小 , 说明大孔喉越多 , 孔隙结构越好 ;反之 , 孔隙结构就越差 。( 2) 孔喉半径集中范围与百分含量: 利用孔隙等效半径分布图 , 可计算出孔喉半径集中范围的百分含量 。 在毛细管压力曲线上 , 曲线 平坦段位置越低 , 说明 集中的孔喉越粗 ; 平坦段越长 , 说明 集中的孔喉百分含量越大 。 孔喉半径集中范围与百分含量反映了孔喉半径粗细程度和分选性 。 孔喉越粗, 分选性越好 , 孔隙结构越好 。( 3) 饱和度中值压力 ( : 是指非润湿相饱和度为 50%时对应的毛细管压力 。 与 ( 对应的喉道半径 , 称为饱和度中值喉道半径 ( , 简称 中值半径 。 则岩石 孔隙结构越好 ;反之 , 则越差 。( 4) 最小非饱和孔隙体积百分数 ( : 当注入汞的压力达到仪器的最高压力时 , 仍没有被汞侵入的孔隙体积百分数 , 称为最小非饱和孔隙体积百分数 。 试值 ( 条件不同 ) 可在 0变化 。 为了便于对比 , 一般将 小于 称为 束缚孔隙 , 束缚孔隙一般为水所占据 。 束缚孔隙含量愈小 , 孔隙结构越好 。孔喉分布大小均有,无分选性,储层物性较差孔喉半径较小 ,分选好细歪度 ,储层物性较差孔喉较细分选差,细歪度,储层物性较好孔喉大小分布呈双峰态,分选较好,储层物性较好典型毛细管压力曲线汞饱和度(%)压力压力汞饱和度(%)汞饱和度(%)汞饱和度(%)汞饱和度(%)压力压力压力孔喉半径较大 ,分选好粗歪度,储层物性好孔隙结构的应用1) 用于对储层进行分类评价 。例如用毛细管压力曲线特征参数和曲线形态划分储层类型;用结构参数划分储层下限,用于储量计算和资源量评价等。排替压力越低,孔喉半径越大,分选性越好,束缚孔隙百分含量越低,则说明岩石的孔隙结构越好,有利于油气的储集和渗滤;反之,孔隙结构越差,不利于油气渗滤。2) 孔隙结构与油气采收率关系密切 。储层中不连续油滴出现,将导致油井水淹和死油区,残余油的分布与储层孔喉大小、形态和分布有关,因为不同孔隙结构决定了毛细管压力和流体粘滞力。四 、 储集层的非均质性1、 概念及分类储层非均质性 —— 是指储集层的基本性质 ( 包括岩性 、 物性 、 电性 、 含油气性及微观孔隙结构等 ) 在三维空间上分布的不均一性 ( 戴启德等 , 1995) 。无论是碎屑岩储层还是碳酸盐岩储层 , 其非均质性都是普遍存在的 。 研究储层非均质性 , 实际上就是要研究储层的各向异性 , 从而为定性定量地描述储层特征及其空间变化规律 , 为油藏模拟研究提供精确的地质模型 。 储层非均质性的研究对油气田勘探和开发具有指导作用 , 尤其是对弄清油气水的运动规律 , 提高油田采收率有重要的意义 。分类: 不同学者由于研究目的不同 , 对储层非均质性的规模和内容的研究也不相同 。 因而其分类方案也就不同 。 常见的储层非均质性的分类方案有:2) 按储层非均质性的规模大小划分 。 1973年由 这个分类方案是一个由大到小的储层非均质性类型谱系图 ( 右图 ) , 这个谱系图比较实用 。1) 按储层非均质性内容划分 : 可分为储层 岩石非均质性 和流体非均质性 两种 。 这两者是相互联系又相互制约的 , 但岩石非均质性是首要的 、 主导的因素 。图 储层非均质性分类(规模划分)3) 按储层非均质性的规模及成因划分 。在 1973)划分方案的基础上 , 封闭 、 未封闭 、 半封闭断层引起的非均质性 。 ② 成因单元边界引起的非均质性 。 ③ 成因单元内部渗透带的变化引起的非均质性 。 ④ 成因单元内部隔层的存在引起的非均质性 。 ⑤ 层理的变化引起的非均质性。 ⑥ 孔隙类型和孔隙间相互关系引起的微观非均质性 。 ⑦ 封闭 、 开启裂缝造成的非均市 。 此外还有: ⑧原油的粘度变化和沥青垫引起的非均质性 。 图 储层非均质分类4) 河流沉积学领域内近年出现的结构要素分析方法中所采用的界面系列分析法,把砂体层内非均质性和平面非均质性分成若干小的级别,其中各级别间有界面分开。 微观非均质性 (; 宏观非均质性(即传统的岩芯规模); 大型非均质性 (模拟模型中的大型网块 )和 巨型非均质性 ) 图 与孔隙平均状况有关的四级非均质性分类5)裘亦楠的分类裘亦楠( 1987, 1989)把碎屑岩储层非均质性由小到大分成五级,即①微观非均质性;②基本岩性物性非均质性;③层内非均质性;④平面非均质性;⑤层间非均质性。这种分类方案与 1973)的分类方案类似,但更加详细、全面和明确,适合在生产中应用。此外 , 还有宏观非均质性 ( ,中观非均质性 ( 和微观非均质性 (; 以及大型的 ( 中等的 ( 和小型的 ( 非均质性等分类方案 。 总之 , 规模大小是非均质性分类最重要的一个方面 , 这也是由非均质性与均质性的相对性决定的 。2、 储层非均质性的研究方法及内容定量描述储层非均质性十分重要而又很困难的 。 薛培华 (1991)曾对河流点砂坝相储层的非均质性及储层模式作过详细论述 。 1992) 认为直接测定孔隙形态 、孔隙度和渗透率及其变化是描述碳酸盐岩储层流体流动非均质性的有效方法 。储层非均质性研究内容有: ① 层内非均质性; ② 层间非均质性; ③ 平面非均质性和三维非均质性等 。储层非均质性的影响因素主要有:沉积因素 , 成岩因素和构造因素等 。总之,储层非均质性无论对油气勘探和开发均具有十分重要的影响。我国 陆相油气砂岩储层 占有重要地位。同海相沉积的碎屑岩储层相比较,陆相河湖相沉积条件,由于盆地规模相对较小,物源区近且多物源,一般不存在相对洁净的石英砂岩或长石石英砂岩, 而 主要类型是岩屑长石杂砂岩或岩屑长石砂岩 ,并且 砂岩体的非均质性比海相砂岩要强 (胡见义等, 1991)。因此,开展储层非均质性研究,定性定量描述储层非均质性,已是摆在石油地质工作者面前十分重要的任务。五 、 储集层的类型划分世界上已知油气储集层的岩石类型很多 , 迄今为止 , 在组成地壳的 沉积岩 、 火成岩 和 变质岩 中都发现有油气田 。 但勘探实践表明 , 世界上绝大多数油气藏的含油气层是沉积岩层 , 其中又以碎屑岩和碳酸盐岩最为重要 , 只有少数油气储集在其它岩类中 。 储集层的分类 ( 依据不同 ) 可有按 岩石类型 按 储集空间类型 按 孔隙度和渗透率碎屑储集层 孔隙型储集层 常规储集层碳酸盐岩储集层 裂缝型储集层 低渗透储集层其它岩类储集层 裂缝 密储集层第三节 碎屑岩 储集层碎屑岩储集层是目前世界上各主要含油气区的重要储集层之一 。 许多特大油气田 , 如科威特的布尔甘油田 、 委内瑞拉的波利瓦尔湖岸油田 、 荷兰的格罗宁根气田以及俄罗斯西西伯利亚含油气区等 , 我国大庆 、 胜利 、 大港 、 克拉玛依 、吐哈油田等 , 其储集层都是碎屑岩储集层 。碎屑岩储集层包括砂砾岩 、 粗砂岩 、 中砂岩 、 细砂岩 、粉砂岩以及没有胶结或胶结很松散的砂层 。 其中以中 、 细砂岩和粉砂岩储集层分布最广 , 储油物性亦好 。附:岩石碎屑大小粒级划分标准 ( 曾允孚等 )大于 2— 砾; 2~ — 砂;— 粉砂; 小于 — 泥一 、 碎屑岩储层的 孔隙类型碎屑岩储层的孔隙 , 按成因可分为原生孔隙 、 次生孔隙和混合孔隙 。—是指在沉积时期形成的 、 经成岩作用仍保留下来的孔隙 。 原生孔隙主要是 粒间孔隙 。 所谓粒间孔隙是指碎屑颗粒支撑的碎屑岩 , 在碎屑颗粒之间未被杂基充填 , 胶结物含量少而留下的原始孔隙 ( 图 )。 粒间孔隙在砂岩储层中最普遍 , 分布较稳定 。 具粒间孔隙的砂岩储集层其孔隙度为 5% 后者几乎是未固结的松散砂层 。 ( 照片 ) 。— 是在成岩作用过程中或成岩后生期产生的孔隙 。 砂岩的次生孔隙主要是其非硅酸盐组分 ( 以碳酸盐矿物为主 ) 溶解的产物 。 形成溶解孔隙的可溶物质可呈三种结构形式:沉积的物质 ( 颗粒和杂基 ) 、 自生胶结物以及自生交代产物 。 岩石组分的破裂和收缩也可使砂岩产生重要的次生孔隙 , 不过 , 通常在数量上都是居于次要地位 。 按次生孔隙的成因 , 可划分为五种基本类型 ( 图 ) 。 例如 , 砂岩 颗粒边缘 遭受 溶蚀 形成的次生孔隙与原生孔的组合;砂岩发生不完全的胶结作用 , 胶结物溶解 形成的次生孔隙与原生孔隙的组合;砂岩颗粒边缘的 交代物溶解 形成的次生孔隙与原生孔隙的组合等 。 以上这些孔隙都是混合成因的 ( 图 ) 。 它们可以具有次生孔隙的所有结构方式 , 但混合孔隙中原生孔隙和次生孔隙的相对含量往往难于估计 。二 、 影响 碎屑岩储层储集物性的主要 因素影响碎屑岩储层储集物性的主要因素有 : 沉积作用对碎屑岩的 矿物成分 、 岩石 结构 ( 粒度 、 分选 、 磨圆 、 填集的杂基含量 ) 等方面都起着明显的控制作用 。 而这些因素对储层物性都有不同程度的影响 。( 1) 碎屑岩的 矿物成分碎屑岩的矿物成分以石英和长石为主 , 它们对储层物性的影响不同 。 一般说来 , 石英砂岩比长石砂岩储集物性好 。 原因在于 : ( 吸附强 、 易风化 )① 长石的亲水性和亲油性比石英强 , 当被油或水润湿时 ,长石表面所形成的液体薄膜 ( 吸附 作用 ) 比石英表面厚 , 通常该液体薄膜是不能移动的 ( 类似固体 ) 。 这就意味着减少了孔隙的流动截面积 , 导致岩石孔 、 渗变小 。② 长石较石英的抗 风化 能力弱 , 颗粒表面常有次生高岭土和绢云母 , 可增加对油气有吸附作用 , 同时吸水膨胀还会堵塞孔隙和喉道 。 ( 石英抗风化能力强 , 颗粒表面光滑 , 油气易通过 ) 因而长石砂岩比石英砂岩储集物性差 ( 不绝对 ) 。( 2) 岩石结构碎屑岩沉积时所形成粒间孔隙的大小 、 形态和发育程度主受碎屑岩结构 ( 粒径 、 分选 、 磨圆和填集程度等 ) 的影响 。在假定碎屑岩碎屑颗粒为等大球体的前提下 , 碎屑岩的孔隙度值只与球体的排列方式有关 , 而与球体的大小无关 。 其绝对孔隙度 ( Фt) 可用公式表示:理想球体紧密排列的端元形式有两种 ( 图 ) : 堆积最疏松 , 孔隙度最大 , 孔径大 , 渗透率也大 。 排列最紧密 , 孔隙度小 , 孔径小 , 渗透率低 。这种理想情况在自然界是不存在的 。 自然界的实际情况比这种理想情况要复杂得多 。c o c o 1 屑岩储层储集物性不仅与粒径有关 , 而且与岩石颗粒的 分选程度 也有很大的关系 。一般来说 , 细粒碎屑磨圆度差 , 呈棱角状 , 颗粒支撑时比较松散 , 它比圆度好的较粗的砂质沉积物可能有更大的孔隙度 。 然而 , 细粒沉积物 ( 易压实 ) 孔喉小 ,毛细管压力大 , 流体渗滤的阻力大 , 因此细粒沉积物的渗透率比粗粒的小 ( 图 ) 。 砂岩储集层的孔隙度与渗透率间有较好的正相关关系 ( 图 )( 3) 杂基含量杂基 ——是指颗粒直径小于 杂基含量是沉积环境能量最重要标志之一 。 一般杂基含量高的碎屑岩 , 分选差 , 平均粒径较小 , 喉道也小 , 孔隙结构复杂 , 储集物性差 。 因此 , 杂基含量是影响孔隙性 、 渗透性的重要因素之一;也是与沉积作用有关的 影响碎屑岩储层物性 的诸因素中 最为重要的因素 。 它可以改造碎屑岩中的原生孔隙系统 , 其改造可以是堵塞这些原生孔隙甚至使原生孔隙完全消失;也可以是溶蚀可溶矿物成分形成次生溶蚀孔隙 。 在漫长的成岩历史过程中 , 这种改造可以反复进行 。 碎屑岩的成岩后生作用是相当复杂的 (《 沉积岩石学 》 中有章节专门论述 ) , 这里仅就对储层物性影响较大的成岩后生作用 ( 分 建设性 和 破坏性 ) 进行一些讨论 。( 1) 压实 和 压溶作用压实作用和压溶作用使碎屑岩储层的孔隙度和渗透率降低( 破坏性 ) 。 所谓 压实作用 ——就是沉积物在上覆负荷压力作用下脱出孔隙水的成岩作用 。 在此过程中孔隙缩小 , 渗透性降低。 压实作用主要发生在成岩作用的早期 , 3000 从成岩作用现象上来讲 , 压实作用可以造成泥岩和页岩等 泥质岩屑假杂基化 , 火山岩岩屑等 软颗粒塑性变形 , 还可以造成石英和长石等 刚性颗粒破裂 和 粒间接触程度提高 。 压实作用使岩石的孔隙度迅速减小 , 但不同类型的砂岩 ,其孔隙度衰减的速率不同 。 粘土杂基含量高的砂岩 , 其 孔隙度衰减速率大 , 而 纯净砂岩的孔隙度衰减速率小 。压溶作用 —— 是指发生在 颗粒接触点 上 ,即在压力传递点上的 固态溶解作用 ,造成颗粒间互相嵌入的 凹凸接触 和 缝合线接触 (压溶现象)。由于碎屑颗粒在压力作用下溶解,使得 l、 为胶结作用的物质来源之一),引起物质再分配,造成在低压处石英和长石颗粒的 次生加大 形式的 胶结 。据费希特鲍尔对含油区砂岩的研究,石英在500随着埋深的增加,次生加大的石英颗粒增多。石英次生加大对岩石孔隙度有可观的影响(破坏),有时可以占满全部孔隙。( 2) 胶结作用胶结作用 ——是松散的碎屑沉积物颗粒相互粘接固结成岩的成岩作用 。 胶结作用是储层物性变差的重要因素 ( 破坏性 ) 。碎屑岩胶结物成分是多种多样的 , 有 泥质 、 钙质 、 硅质 、铁质 、 膏质 等 。 一般说来 , 泥质 、 钙 储油物性较好 ; 纯钙质 、 硅质 、 硅 储油物性较差 。据松辽盆地储集层钙质含量的统计资料 , 钙质含量大于 5%, 其储油物性明显下降 。 不同粘土矿物对岩石孔隙度和渗透率的影响是不同的 。 埋藏初期 , 从富含粘土质的孔隙水中沉淀出高岭石 、 绿泥石或伊利石形成碎屑颗粒周围的粘土膜 , 或充填孔隙 。 在酸性孔隙水中长石更易高岭石化 。 高岭石主要 降低岩石的孔隙度; 伊利石主要降低渗透率 。( 3) 溶解作用溶解作用是由于地下孔隙水成分及物化条件的改变 , 导致可溶性物质 ( 长石 、 火山岩屑 、 碳酸盐岩屑和方解石 、 硫酸盐等胶结物 ) 溶解的成岩作用 。 溶解作用常形成次生溶蚀孔隙 ,增加储层孔隙空间 。 这种次生溶蚀孔隙对改善碎屑岩储层物性的重要性已受到愈来愈多的重视 。影响 碎屑岩溶解作用的 因素 有: 粒度大小 ( 粗 ) 、 孔 好 ) 、 可溶性物质含量 ( 多 ) 、 地下水 酸性 ) 等 。 加之具有一定 流动速度 的地下水对次生空隙的形成是 有利的 。 其中尤以 酸性水的形成最为重要 。 普遍认为:干酷根热演化早期释放出大量 以及有机质演化成烃过程中形成的 有机酸 , 是地下形成酸性水的重要原因 , 此外 , 在较高温度下 , 碳酸盐矿物之间的无机反应 , 也能生成 硫酸盐在脱硫菌和有机质参与下能生成 必须指出 , 只有 溶解物质不断被带走 的条件下 , 才能使溶蚀作用朝 有利于形成次生孔隙 的方向发展 。 否则 , 随着溶质增加 , 溶蚀作用会减弱;在达到过饱和时还可以再沉淀 , 堵塞孔隙( 在同一储层内甲地溶解 , 乙地沉淀 , 正负相抵 ) 。三 、 碎屑岩储集层的沉积环境及分布碎屑岩储层的主体是砂岩体 , 研究碎屑岩储层必须从砂岩体着手 。 所谓 砂岩体 —— 是指在某一沉积环境下形成的 、 具有一定形态 、 岩性和分布特征 , 以砂质岩为主的沉积岩体 。 砂岩体的分布及特征受沉积环境控制 。 国内外研究发现 , 除冰川堆积的砂砾岩体尚未见到油气外 , 其它类型的砂岩体都已见到数量不等的油气 。 与油气关系较密切的砂岩体有: 冲积扇砂砾岩体 (图 ) ; 河流砂岩体 (图 ); 三角洲砂岩体 (图 ); 扇三角洲砂岩体 ; 海岸砂岩体 ; 湖泊砂岩体 ; 浊积砂岩体 (图 )。其中以海岸带附近的各种类型砂岩体与油气关系最为密切 。— 是指在干旱 、 半干旱气候地区 , 山间河流携带大量碎屑物质进入平原 , 在出山口处因流速变小 , 能量降低 , 而使碎屑物沉积下来形成的扇形锥积体 。冲积扇中的砂砾岩体称为冲积扇砂砾岩体 。 冲积扇在平面上的形态为扇形或圆锥形 ( 图 ) , 多个扇体在平面上组合形成裙边状碎屑堆积体 。 冲积扇主要由砾 、 砂和泥质组成的混杂堆积 , 粒度粗 , 分选差 , 成分复杂 , 圆度不好 。 但 在冲积扇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 , 油气一般可以在此聚集 。 如我
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本文标题:第3章-储集层(已改)
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