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石油天然气地质-3-2碎屑岩、碳酸盐储集层

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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石油天然气地质与勘探主讲人:张传河中国石油大学胜利学院第三章 储集层和盖层第一节 储集层的岩石物性参数第二节 碎屑岩储集层第三节 碳酸盐岩储集层第四节 特殊岩类储集层第五节 盖层的类型及其封盖机制第二节 碎屑岩储集层一、碎屑岩储层储集空间类型二、影响碎屑岩储层储集物性的主要因素三、碎屑岩储集体类型类型:砂岩、砾岩、粉砂岩第二节 碎屑岩储集层占世界总储量的 60%左右我国多为碎屑岩储层。中、细砂岩常见。一、储集空间类型按形态:孔、缝、洞三大类。按孔隙成因:原生孔隙和次生孔隙两大类原生粒间孔隙为主 ,其次为 溶蚀孔隙 。• 原生孔隙:粒间(内)孔隙、矿物解理缝、层理层间缝等,以粒间孔隙为主。• 次生孔隙:粒间溶孔、组分内溶孔、铸模孔、超粒孔、晶间孔等;构造裂缝、成岩裂缝、溶洞等。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 >2 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,1 间缝亚类孔原生粒间孔孔原生孔隙次生孔隙1. 般认为砂岩孔隙主要是原生的,现在认为, 砂岩中的孔隙至少三分之一是次生的。次生孔隙与原生孔隙在结构上很相似,常错把次生孔隙当成原生的。孔隙垂向分布 深度 10 20 30 40 505001000150020002500300035004000原生孔隙次生孔隙压缩原生孔隙胶余原生孔隙混合孔隙东营凹陷次生孔隙纵向分布孔隙正常演化趋势胶结物含量次生孔隙孔隙度 %井深0 10 20 30 4018 0020 0022 0024 0026 0028 0030 0032 0034 00 1 0 1 2 3 418 0020 0022 0024 0026 0028 0030 0032 0034 00车镇东部溶解作用 :非硅酸盐组分(以碳酸盐矿物为主)溶解。岩石组分的破裂和收缩。( 1)次生孔隙的形成机制成 岩 作 用 形成的次生孔隙岩石破裂作用 较少颗粒破裂作用 较少收 缩 作 用 较少溶解作用方解石的 较多白云石的 较多菱铁矿的 较多硫酸盐的 较少其它蒸发岩的 较少硅酸盐的 很少其它非硅酸盐的 很少使砂岩产生次生孔隙的成岩作用形成砂岩次生孔隙的溶解作用主要包括三种 :( 1)有机酸对岩石组分的溶解( 2)碳酸对岩石组分的溶解( 3)大气降水的淋滤作用后生阶段的中期形成大量溶蚀孔隙 ,早期和晚期形成较少。晚期主要为裂缝。表生作用阶段是次生孔隙形成的重要阶段,风化剥蚀和大气渗水的淋滤作用可形成区域性分布的风化壳次生孔隙发育带。( 2)鉴别砂岩次生孔隙的岩石学标志二、影响碎屑岩储层储集物性的主要因素1、沉积条件•相同情况下,石英砂岩储性比长石砂岩好( 1)碎屑颗粒的矿物成分:矿物颗粒的耐风化性,坚硬程度和遇水溶解及膨胀程度;矿物颗粒与流体的吸附力大小( 2)选程度好, 度一定时,分选越好,物性越好。选一定时: 度粗, 选程度好, 度一定时,分选越好,物性越好。( 3) 碎屑颗粒的排列方式及磨圆度颗粒形状不规则,堆积时相互镶嵌,粒间孔隙减小,物性差。碎屑颗粒磨圆度越好,碎屑岩储集物性越好。→ 立方体排列,堆积越疏松, 菱面体排列,堆积越紧密, 2、成岩后生作用( 1)压实作用:—— 岩层由松散 → 致密、储性变差 。( 2)溶解作用碎屑颗粒或胶结物溶解 → 次生溶蚀孔隙,储性 → 好 。( 3)胶结作用泥质、泥-钙质胶结的岩石较疏松,储性好;纯钙质、铁质、硅质 ― 较差。较少:好;多:差。( 3)胶结作用胶结类型成岩作用受岩性、流体、温度和压力等介质及环境的影响。3.成岩环境① 影响矿物溶解度 , 多数矿物的溶解度随 T↑ 而 ↑ ;② 影响矿物的转化;③ 影响孔隙流体和岩石的反应 , T↑ , 成岩反应速率 ↑ ;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( 1994)具有较高地温梯度的井相对较低地温梯度的井孔隙度低,在 7000者孔隙度相差 10%① 超压减缓压实作用 , 有效保护已形成的孔隙 。( 2)超压对储层物性的影响② 超压可延缓或抑制石英加大等胶结作用的进行 。流体压力与石英加大的关系(据 1999)③ 超压可产生裂缝,并维持已有的裂缝。流体压力与压实作用的关系① 年代效应 —— 砂岩孔隙度随地质年代增大而降低 。② 埋藏史对储层性质的影响相同深度 , 低热成熟度地区的孔隙度比高热成熟度地区的高 。长期浅埋后期快速深埋的储层可以保存大量的原生孔隙 。( 3)埋藏时代及埋藏史埋藏史与孔隙演化( 994)① 构造变动剧烈地区易产生裂隙 , 有利于储集性能的改善 。② 断裂作用对储层的储集性有重要的影响 。( 4)构造因素控制碎屑岩储集性能的最主要的地质因素是沉积因素,其次是成岩作用(在部分储层中可以成为主要控制因素),而构造改造作用的影响相对较小。三、碎屑岩储集体类型砂岩体 : 在某一沉积环境下形成的具有一定形态、岩性和分布特征,并以砂质为主的沉积岩体。席状、树枝状、带状、豆夹状2、以沉积环境为主要依据的砂岩成因分类:1、 以平面形态为主要依据的 砂岩体分类:浊积砂岩体滨浅湖砂岩体海岸砂岩体三角洲砂岩体河流砂岩体冲积扇砂砾岩体冲积扇 砂砾岩体平面上呈扇形,纵剖面呈楔状,横剖面呈透镜状;分选磨园差;孔隙直径变化范围大;扇根和扇中储集性好;主槽、侧缘槽、辫流线和辫流岛渗透率较高。克拉玛依油田三叠系、大港枣园油田孔店组、胜利王家岗油田丁家屋子孔店组河流 分为曲流河、辫状河、顺直河和网状河四种类型。包括河道、心滩、边滩(点砂坝)、决口扇等砂体,剖面呈透镜状。河床砂体呈狭长不规则状,可分叉,剖面上平下凹,近河心厚度大;结构、粒度变化大,分选差。非均质性严重,孔渗性变化大,河道砂岩的原生孔隙发育、孔渗性较好。阿拉斯加普鲁霍湾油田二叠、利比亚苏尔特盆地 庆油田侏罗系、渤海湾盆地胜利油田等新近系风成砂 沙丘和沙席砂体是砂质纯净、分选极好、磨园好、细 透性稳定,一般形成优质储层和区域性输导层。沙丘间为分选较差的砂岩、粉砂岩、泥岩、蒸发岩、灰岩等。北海格罗宁根气田赤底统砂岩、美国阿拉巴马 布在湖盆缓坡带,包括分流河道砂、河口砂坝、前缘席状砂等。平面上呈鸟足状、朵状。剖面透镜状,砂质纯净、分选好,物性好。中国大庆油田白垩系、胜利东营凹陷沙三段、美国尤他州 砂体层薄、席状,坝砂层厚、带状或透镜状,砂质纯净、分选好,物性好胜利纯化油田沙四段胜利王家岗油田沙四段扇三角洲 发育在湖盆陡岸,前缘水下辫状河道砂体发育,物性较好 辽河曙光油田沙四段水下扇 发育在近岸陡坡带,以扇中辫状沟道、扇端席状砂为主 胜利渤南油田古近系等浊积砂体 包括远岸浊积、断槽浊积、滑塌浊积等,砂体形态为扇形、带状、透镜状等胜利梁家楼油田沙三段、胜利五号桩油田沙三段等三角洲 包括河道砂、分支河道砂、河口砂坝、前缘席状砂。三角洲前缘相带砂体发育。在不同动力作用下可呈鸟足状、朵状和弧形席状。砂质纯净、分选好,储集物性好。沙特阿拉伯 威特巴尔干白垩系、西西伯利亚乌连戈伊气田白垩系滨海 包括超覆与退覆砂岩体、滨海砂堤、潮道砂砂体。成分和结构成熟度高,分选和磨园好,储集物性好。滨海砂堤狭长,平行海岸线,剖面透镜状,底平顶凸,分选好,储集物性好。东得克萨斯油田古新世 胡安盆地 海的状水道砂体发育。成分和结构成熟度差、分选差。 储集物性变化大。英国北海盆地 杉矶盆地中新世、巴西 半干旱气候区 , 当山区河 ( 洪 ) 流携带大量砂 、砾 、 泥质碎屑物进入平原时 , 在出口处堆积的扇形沉积体 。主要是由砂 、 砾 、 泥质组成的混杂堆积 、 粒粗 、 分选差 、 物性变化大 , 横向连续性差 。扇中常有储性较好的辫状河道砂砾岩体 。( 1)冲积扇砂砾岩体:长期沉降的气候潮湿区 , 河流发育并横向摆动 , 形成广阔的冲积平原 , 河流砂岩体发育 , 平面上呈带状 , 剖面上下凸上平 。沉积物以砂质为主 , 其次为砾 、 粉砂 、 粘土 , 分选中等为主 , 为较好储集体 。以河床边滩和心滩砂岩分选好 , 物性好 , 为良好储层 。例:孤东 2)河流砂岩体( 3)三角砂岩体砂坝、水下分流河道、前缘席状砂等砂岩体,都是常见的良好储层我国最重要,物性最好的一种砂岩体。三角洲是河流入海(湖)处由于坡度减缓,沉积速度突降,水流分散,河流所携带的砂、泥在河口附近堆积下来,形成平面上略似尖顶朝向陆地的三角洲沉积体,大者可达几十 一步可分为三个亚环境:A、三角洲平原; 角洲前缘; C、前三角洲例:大庆油田主力储层。东营 海岸带(波浪基准面之上)由于反复海进海退,可破坏附近三角洲沉积而形成一系列海岸砂岩体,一般呈带状或者串珠状沿海岸线分布,因它们经过了反复冲洗,一般 ——分选磨圆好,岩性以中细砂岩为主,较疏松、孔渗高,储性好 。它包括 海退砂岩体 和 海进砂岩体 ,前者下伏海相页岩生油条件好;后者下伏三角洲平原或者其它海岸沉积物,生油条件差。故目前世界上发现的海岸砂岩体油气田多属海退型砂岩体 。( 4)海岸砂岩体( 5)浊积砂岩体在海岸或者滨浅湖堆积的大量未固结的砂泥沉积物,在地震、海啸等突发因素作用下,以悬浮的高密度底流的方式顺坡搬运至深湖或者较深海堆积起来,形成 浊积岩 。这种高密度流即浊流,所形成的砂岩体称浊积砂岩体。平面上:扇形,又称湖底扇、海底扇。沿浊流前进方向,分扇根、扇中、扇端三部分,沉积由粗 → 细。由于浊积砂岩发育在深水泥质岩中,有丰富的油源,因此尽管有时面积很小,但油层厚,储量丰度大 。例:东营凹陷梁家楼油田。包括 —— 湖成三角洲砂岩体 、 滨浅湖砂岩体 、近源湖边扇砂砾岩体 、 深湖湖底扇砂岩体以砾质砂 ~砂岩为主,分选磨圆中等-较好,储性较好。包括湖滩砂岩体和水下隆起上的浅滩砂岩体。例:大港部分油田产层:下第三系滨浅湖湖滩砂岩体( 6)滨浅湖砂岩体三角洲和滨浅湖砂岩体最重要。沙三中低位扇群沉积相模式平原主水道前缘辫状水道前缘席状砂前扇三角洲内扇中扇辫状水道外扇中扇席状砂新的叠覆扇近岸浊积扇扇三角洲扇三角洲 — 近岸浊积扇沉积模式低位扇沉积模式第三章 储集层和盖层第一节 储集层的岩石物性参数第二节 碎屑岩储集层第三节 碳酸盐岩储集层第四节 特殊岩类储集层第五节 盖层的类型及其封盖机制第三节 碳酸盐岩 储集层一、储集空间类型二、 碳酸盐岩储集物性的影响因素三、碳酸盐岩储层类型孔隙 、 溶孔 ( 洞 ) 、 裂缝 。第三节 碳酸盐岩储集层一、储集空间类型孔隙 、溶洞(孔径> 5—— 储集空间裂缝 —— 渗滤通道砂岩与碳酸盐岩储集空间比较(据 1970 修改)方面 砂岩 碳酸盐岩沉积物中的原始孔隙度 通常2 5 % ~ 40% 通常4 0 % ~ 70%岩石中最终孔隙度常为原生孔隙度的一半或更多,一般为1 5 % ~ 30%通常不是原生孔隙,储集岩内一般为5 % ~ 15%储集空间的类型粒间孔隙为主。裂缝较少,一般没有溶洞。类型多、变化大,发育大量的溶洞和裂缝储集空间的大小、形状及分布分布均匀、储集空间以组构选择性孔隙为主。变化很大,从完全取决于岩石组构要素(组构选择性),到毫不相关储集空间的成因 与沉积环境有关复杂、多期、多样。受到强烈的成岩作用和后期构造作用的影响。裂缝型储层、缝一洞型储层等与环境没有直接的关系。成岩作用的影响影响较小,压实、胶结作用使原生孔隙度降低影响大,能创造、消除或完全改变孔隙度,胶结作用和溶蚀作用重要裂缝作用的影响 一般不重要 在储集性质上很重要孔隙度与渗透率的相关性 相对一致,正相关关系 变化大,一般相关性差储集空间的大小、形状的影响因素与碎屑岩的粒度、分选等有关,孔隙形状依存于颗粒形状一般孔隙大小与粒度、分选等无关;形态变化大,从依存于颗粒形状到完全不依存于颗粒形状碳酸盐岩储层孔隙类型表1、孔隙类型类 亚 类受组构控制的粒间孔、粒内孔、壳体掩蔽孔隙、生物骨架孔隙、晶间孔非组构控制的 生物钻孔、砾间孔、鸟眼孔隙缝 受组构控制的 矿物解理缝、收缩缝粒间或晶间溶孔、粒内溶孔、晶间孔铸模孔(粒模、晶模、生物模)、窗格孔隙、岩溶角砾孔隙洞 非组构控制的 溶沟、溶洞、洞穴缝 非组构控制的古风化缝、成岩收缩缝、压溶缝、构造缝、区域裂缝孔 受组构控制的原生孔隙次生孔隙孔粒间孔隙 : 颗粒之间的孔隙 , 与颗粒大小 、 分选程度 、灰泥基质含量和亮晶胶结物的含量有关 。粒内孔隙 (生物体腔孔隙 ):颗粒内部的孔隙 , 生物灰岩常具有这种孔隙 。生物骨架孔隙: 由原地生长的造礁生物骨架之间所留下的孔隙 , 在骨架之间构成疏松多孔的结构 。鸟眼孔隙: 鸟眼构造留下的孔隙 , 多发育在潮上或潮间带 , 在成岩后期 , 由于气泡 、 干缩或藻席溶解而成 , 是网格状或窗孔状孔隙的一种类型 。 透镜状或不规则状孔隙 ,常成群出现 , 平行于纹层或层面分布 。晶间孔隙 : 矿物晶体之间的孔隙( 1)原生孔隙 — — 发育主要受沉积条件的控制晶间孔( 2)次生孔隙 : —— 溶孔包括溶蚀孔隙和溶洞、重结晶孔隙、白云岩化孔隙等,其中以 溶蚀孔隙 和 溶洞 最发育。溶蚀孔隙 : 碳酸盐矿物或伴生的其它易溶矿物被地下水、地表水溶解后形成的孔隙, 包括 粒内溶孔、铸模孔隙、粒间溶孔、溶沟、溶洞。在溶孔或溶洞的内壁上,常沉淀有晶簇状的方解石或其它矿物的晶体,因此又称为 晶洞孔隙。( 1 ) 构造裂缝: 构造应力超过岩石弹性限度后破裂而成的裂缝 , 是最主要的裂缝类型 。 边缘平直 、 延伸较远 、 具有一定的方向和组系 。( 2 ) 成岩裂缝: 由于上覆岩层压力和本身失水收缩 、干裂或重结晶等形成的裂缝 。 分布受层理限制 , 不穿层 , 多平行层面 , 缝面弯曲 , 形状不规则 。(3)压溶裂缝: 上覆地层静压力下,富 缝合线。2、裂缝类型二、 碳酸盐岩储集物性的影响因素1、孔隙(洞)发育的主要影响因素( 1)原生孔隙 —— 沉积条件(环境)发育与岩性有关。岩性受主要沉积环境控制,决定于沉积环境水动力的高低粒间孔隙发育在颗粒石灰岩中 , 同砂岩相似 , 其孔渗性与颗粒大小 , 分选程度正相关 , 与基质含量负相关;晶间孔隙大小与晶粒大小及均匀性关系密切;各种生物孔隙的大小与生物个体大小和排列状况有关 。1、孔隙(洞)发育的主要影响因素( 2)次生孔隙 —— 成岩后生作用① 次生溶孔-溶蚀作用Ⅰ 、富含 酸盐岩溶解度与 正比。即石灰岩比白云岩易溶解。而在富含 水中则相反。Ⅱ 、质纯者易溶解。集层岩相沉积环境与平均渗透率关系图(野外露头)( 994)碳酸盐岩出露于气候温暖的河谷近湖(海)岸、剥蚀区、多裂缝或断层区时,更易被溶蚀。1、孔隙(洞)发育的主要影响因素① 次生溶孔-中富含 温度升高时,地下水的溶解能力增大。貌、构造条件:② 其它次生孔隙-白云岩化、重结晶作用半对数图解上孔隙度变化趋势(据 997)压实作用 对颗粒灰岩、白云岩影响较小,而对泥灰岩等细粒岩石的影响大。2、裂缝发育的影响因素① 裂缝发育的岩性因素: —— 内因:岩石的脆性脆性由大到小 顺序 :白云岩或泥质白云岩 —— 石灰岩、白云质灰岩—— 泥灰岩 —— 盐岩 —— 石膏A、泥质含量高者脆性小,硅质含量高者脆性大;B、质纯、粒粗者更易产生裂缝;C、层厚者裂缝密度小但规模大,层薄者相反。受 构造位置、作用力性质、强弱、受力次数、变形环境、阶段 等影响。受力强、张力大、受力次数多的构造部位裂缝发育,相反则差。在常温常压的应力环境下裂缝发育,在高温高压环境下则发育较差。2、裂缝发育的影响因素② 裂缝发育的构造因素裂缝发育的构造背景( 998)( 1) 孔隙型储层储集空间以各类原生孔为主 。 孔隙连通性好;裂缝不发育 。潮下带-开阔台地 、 浅滩和生物礁相等 。( 2) 裂缝型储层裂缝既为主要的油气储集空间 , 又是油气渗滤通道 。三、碳酸盐岩储层类型按照储集空间及其组合类型,可将碳酸盐岩储层大体分为五种基本类型:( 3) 裂缝-孔隙型储层储集空间为各类孔隙和裂缝 。 孔隙为主要的储集空间 ,裂缝主要为油气渗滤通道 。( 4) 裂缝-溶洞型储层溶洞是主要的储集空间 , 裂缝为渗流通道 。—— 常分布于不整合面及大断裂附近 。( 5) 孔洞缝复合型储层储集空间为各种成因的孔隙、溶蚀洞穴和裂缝。孔隙、溶洞为主要的油气储集空间,裂缝主要发挥渗流通道作用,构成统一的孔隙-溶洞-裂缝系统。
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