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第3章储层和盖层-石油与天然气地质学= 西北大学

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第三章 储集层与盖层•盖层•储集层的物理性质•常见的储集层类型油气在地下是储存在一些岩石的孔、洞、缝之中的,其储集方式与 水充满在海绵里 有一定相似之处。§ 1 储集层的物理性质凡是能够存储和渗滤流体(油、气 、水)的岩层都可以称之为 储集层 。 油气层 ——储层之所以能够储集油气,是因为具备了两个特征:孔隙性 —— 直接决定岩层储集油气的 数量 ;渗透性 —— 控制了储层内所含油气的 产能 。决定孔、渗性好坏的基本因素是岩石的 孔隙结构 ,这些构成了储层物性分析的主要内容。岩石中的孔隙(红色)一.孔隙性储集层中的孔隙:总孔隙度 /绝对孔隙度 ( φ t):%100V孔隙通常可分为三类 :① 超毛细管孔隙( d> 500m)② 毛细管孔隙( 500~ 2 m)③ 微毛细管孔隙( d< 2 m)连通孔隙 /有效孔隙有效孔隙度( φ e): %100V砂岩: φ e=5~ 30%,一般 10~ 20%;碳酸盐岩, φ e< 5%。裂缝系统砂岩储层的孔隙度评价分级级别 砂岩孔隙度(%) 评价等级1 20- 25 很好2 15- 20 好3 10- 15 中等4 5- 10 差5 < 5 无价值二.渗透性岩石的 渗透性 是指在一定压力差下,岩石允许流体通过的能力。 一般情况下 ,砂岩、砾岩、多孔的石灰岩、白云岩等都是 渗透性岩石 ;而泥岩、膏盐、泥灰岩等则属于 非渗透性岩石 。 (相对的 ) 岩石渗透性的好坏用 渗透率 表示 。当单相流体通过孔隙介质并沿孔隙通道呈层状流动时,服从达西直线渗透定律:按 D)和毫达西 (换算关系为:187× 1010层的 ~ 1000 上式中的 透率 :级别 渗透率( 渗透性评价Ⅰ 级 > 1000 极好Ⅱ 级 1000- 100 好Ⅲ 级 100- 10 中等Ⅳ 级 10- 1 低渗Ⅴ 级 1- 低渗Ⅵ 级 < 密层根据储层的渗透率大小可将储集层分为 6级:绝对渗透率 — 单相流体有效渗透率 /相渗透率 : 0~ 1。有效渗透率和相对渗透率取决于:岩石性质、流体性质及其数量比例( 饱和度 )有关。%100 隙结构储集岩的 孔隙结构 是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。岩石的孔隙结构由 孔隙和喉道 组成。 孔隙主要起储存流体的作用,而喉道主要影响岩石的渗透性。•了解岩石孔隙结构的方法:压汞法、铸体法及铸体薄片法。•压汞法研究岩石孔隙结构的理论根据是 毛细管原理 。cc c 大部分沉积岩 亲水 ,当油气通过孔隙介质时一般作为非润湿相,都要面临毛细管压力的作用。实验时,汞作为非润湿相,其属性可 近似代表油、气通过岩石孔隙介质时的情形。从外界向岩样注入汞时,随外界压力由小逐渐增大,汞最先进入的是一些大的孔隙,然后才是小的孔隙和喉道。不同孔隙结构的毛细管压力曲线 /压汞曲线某一阶段进汞量 /总进汞量=隙-喉道的分选性不同类型孔隙结构的毛细管压力曲线孔隙-喉道的分选性研究孔隙结构的其它方法铸体薄片法 : 将液体有机玻璃(红、蓝)单体在常温下注入岩样,经高温聚合成有机玻璃,磨片后在镜下观察,可分辨岩石中的孔、喉分布。铸体法 : 在注入有机玻璃后,将岩样在 掉岩石骨架部分后,可观察孔隙的空间展布、立体构架。评价指标 :1、排驱压力( 、饱和度中值压力( 、最小非饱和的孔隙体积百分数( 4、孔喉半径集中范围和频数我国部分油区砂岩储集层的物性特征地区 层系 孔隙度 % 渗透率 毫达西 排驱压力 ( 汞 ) 大气压 饱和度中值 毛管压力 ( 汞 ) 大气压 产能 主要孔隙类型 松辽 葡Ⅰ - Ⅲ层 20 — 30 100 — 300 0 . 1 — 1 . 5 0 . 7 — 3 高 粒间孔隙 好 20 — 25 30 — 100 1 — 4 3 — 10 中 充填未满孔、胶结物晶间 孔,粒间孔、构造裂缝 中 17 — 20 10 — 30 4 — 8 0 — 80 中一低 充填未满孔、杂基内微孔隙 玉门 M 层 差 10 — 17 0 . 5 — 10 10 — 20 > 100 低 杂基内微孔隙、晶间隙 好 20 — 30 20 — 400 0 . 2 — 4 1 — 6 中 粒间孔、溶蚀孔隙 苏北 阜宁组 上段 差 10 — 20 0 . 3 — 20 3 — 15 6 — 40 低 杂基内微孔隙 好 16 — 23 60 — 1000 0 . 2 — 1 1 — 6 中 粒间孔、杂基内微孔隙 河南 沙河街组 二、三段 差 7 — 16 0. 3 — 40 2 — 7 1 5 — 50 无自然产能 杂基内微孔隙 川中 香溪群 好 中 差 5 — 9 < 0. 1 — 5 7 — 10 9 — 14 15 — 45 3 0 — 50 40 — 90 > 100 产微气 晶间孔 川西北 须家河组 1 — 5 < 0 . 1 > 20 > 70 如裂缝发 育可产气 晶间孔 鄂尔多斯 延长组 9 — 15 0 . 1 — 5 3 — 30 10 一 > 50 无自然产能 杂基内微孔隙 鄂尔多斯 延安组 15 — 25 5 — 300 < l 一 4 8 — 20 中 杂基内微孔隙、拉间孔 华北 沙河街 15 — 25 2 — 500 0. 2 — 6 2 — 25 中一高 粒间孔、杂基内微孔隙 § 2 常见的储集层类型按组成储集层的岩石类型可将其分为三大类:1、碎屑岩储集层2、碳酸盐岩储集层3、其它岩类储集层一.碎屑岩储集层岩石类型包括各种砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等。(一)孔隙特征及影响物性的主要因素储集空间主要是碎屑颗粒之间的 原生粒间孔隙 ;其次是 溶孔 (粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等);另外还有 裂缝 、解理缝、层理缝和层间缝。砂岩储层的孔隙(据罗蛰潭,王允诚, 1986)影响碎屑岩储集层物性的主要因素有以下几个方面:1. 岩石的矿物组分石英好于长石 ,原因有二:2. 颗粒的排列方式和大小立方体 (( 颗粒大小3. 颗粒的分选和磨圆程度颗粒的分选和磨圆度越高,即杂质越少,颗粒越接近球形,越有利于形成较高的孔、渗性。砂岩的孔、渗间一般具有良好的半对数关系。4.成岩后生作用压实作用 : 使物性变差,但在高压带仍可保持很高的孔隙度(欠压实作用)。溶解作用 :使物性变好,可产生溶蚀孔隙。特别是有机质热成熟产生的有机酸和 而有助于次生孔隙的形成。胶结作用 : 胶结物的数量、类型和成分对物性也起一定作用。“ 消极因素 ”颗粒接触与胶结类型的关系(二)碎屑岩储集层的成因类型砂岩体 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,并以砂质岩为主的沉积岩体,其形状有席状、带状和树枝状等。各种沉积环境分布示意图从成因看,与油气有关的常见类型有:1.河流砂岩体平面常呈带状,可分叉,剖面上呈下凹上凸形状,规模可大可小。河流相2.三角洲砂岩体三角洲平原 :分流河道砂岩体;三角洲前缘 :水下分流河道、河口坝、远坝、前缘席状砂等砂岩体;前三角洲 :以泥岩为主。3.海岸砂岩体主要有海滩砂、砂坝、堤岛、风成砂丘等砂岩体,一般呈带状或串珠状沿岸线分布,分选好。4.浊积砂岩体平面呈扇形,成因有海底扇、深海扇、湖底扇等。扇中部分一般有分选较好的砂质沉积,可构成良好储层。5.湖泊砂岩体砂岩体类型多种多样,其中以滨浅湖的湖滩砂岩和湖成三角洲砂岩体最为发育,储集物性也好。我国同类碎屑岩砂体产油状况表砂体类型 油田名称 储量规模河流陕甘宁 (、东营孤东 (N) 、黄骅大港 (N) 、冀东南堡 (N ) 、东濮文留 (万吨级三角洲辽河 ( E s) 、东营胜坨 ( 、松辽大庆 ( 、柴达木尕斯库勒 (E)亿吨级扇三角洲 辽河西部 ( 、南阳双河 ( 、东濮濮城 (千万吨级水下扇 南堡冀东 ( 、黄骅羊二庄、沈青庄、北塘 (百万—千万吨级滩、坝 东濮文留 ( 、黄骅南大港 ( 、东营平方王 (E s) 千万吨级冲 ( 洪 ) 积扇 准噶尔西北缘克拉玛依 (T) 、鸭儿峡 亿吨级湖底扇 辽河 (、黄骅大港 ( 、东濮白庙 ( 千万吨级二.碳酸盐岩储集层(一) 孔隙空间特征碳酸盐岩储集层主要是一些 多孔 的粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩等。其孔隙类型可分为:原生孔隙、次生孔隙和裂缝三类。碳酸盐岩孔隙类型示意图黑色为孔隙孔隙类型1.受组构控制的原生孔隙① 粒间孔隙;② 遮蔽孔隙;③ 粒内孔隙;④ 生物骨架孔隙;⑤ 生物钻孔(潜穴) 孔隙;⑥ 鸟眼孔隙;⑦ 收缩孔隙;⑧ 晶间孔隙。2.溶解作用形成的次生孔隙① 粒内溶孔和印模孔;② 粒间溶孔;③ 溶孔、溶洞、溶沟;④ 角砾孔隙。3.裂隙成岩裂缝 :构造裂缝 :成组分布、具一定方向性,可分为张、压、扭性。碳酸盐岩溶解作用与喀斯特地貌㈡ .影响碳酸盐岩储层物性的因素① 沉积环境 :水动力条件强有助于原生孔隙的形成。② 成岩后生作用 :溶解作用 :地下水带走了易溶矿物形成次生孔隙。胶结作用 : 可发生在沉积物堆积之后的任何阶段,并可多次进行,多世代的胶结对孔隙系统的破坏作用更为严重。主要胶结物是亮晶方解石、石膏、硬石膏。成岩作用对碳酸盐岩空隙的影响重结晶作用 —— 随 T、 物成分不变,而晶体大小、形状和排列方位发生了变化,使得原本致密、细粒结构的岩石 → 粗粒、疏松、多晶间孔隙的岩石,从而改善了储层物性;白云岩化作用 —— 即白云石取代方解石、硬石膏和其它矿物的作用。一般对孔、渗性有好的作用。(三)常见碳酸盐岩储层的类型及其特征1、 孔隙型储集层 (包括礁型 ):沙特加瓦尔油田: 溶蚀型储集层: 岩溶发育地区3、 裂缝型储集层: 伊朗 奇沙兰油田4、复合型储集层: 任丘古潜山中国碳酸盐岩油气储层类型3 储层类型 控型 亚型 沉积相 主要成岩作用 主要储集岩 储渗空间 典型油气田 层位 膏溶 台地蒸发海膏云坪 风化、淋滤、塌陷 膏溶孔洞白云岩 膏溶、塌裂孔、洞、缝 四川相国寺气田 陕西靖边气田 台地陆表海蒸发潮坪 风化、淋滤 隐藻白云片 多种岩镕孔、洞、缝 河北任丘油田 J 洞穴 台地陆表海蒸发潮坪 风化、淋滤 洞穴填集角砾岩 洞穴及其填集物之间,砾内的多种孔、洞、缝 山东孤北油田 台地蒸发海潮间藻坪 溶蚀、破裂 隐藻 白云岩、粘结白云岩 藻架孔洞、晶问孔、溶孔粘结腔孔 四川威远气田 台地局限海潮间灰云坪 云化、破裂 粉晶白云岩 晶间孔、裂缝 四川卧龙河气田 台地局限海浅滩 云化、淋滤、溶蚀 颗粒白云岩 粒间及轮内溶孔 四川卧龙河、阳高寺气田 四川磨溪气田 台缘礁、水下低隆礁 云化、溶蚀 砂糖状内云岩 晶间溶蚀孔、洞 四川板东气田 台缘瞧、水下低隆破 淋滤、溶蚀 礁灰岩、颗粒灰岩 生物壳粒间、粒内溶孔 广东流花油田 湖泊缓坡 颗粒坪 破裂、溶蚀 介壳灰岩 层间缝及其溶孔、构造缝 四川八角场油田 、成岩 坡积 台缘缓坡 溶蚀 塌积角砾碳酸盐岩 晶间、砾内溶孔,垮塌大型洞穴 宁夏天环构造 湖泊水下低隆礁 云化、淋滤、溶蚀 藻骨架白云岩、球粒白云岩 骨架孔 山东平方王油田 湖泊陡坡礁丘 云化、淋滤、溶蚀 骨架、颗粒、泥品碳酸盐岩 骨架孔、粒间孔、体腔孔 山东平方工油田 浅滩 湖泊近岸浅滩 淋滤、溶蚀 颗粒灰岩 粒间溶孔、粒内孔 天津王徐庄油田 山东垦利油田 台 地局限海、潮坪泥灰坪 破裂 泥质灰岩 构造缝 四川永安场气田 裂缝 裂缝 — 深岩溶 台地开阔海水下生屑坪 破裂、溶蚀 生屑灰岩 构造缝、沿缝溶洞 四川纳溪气田 古风化壳型、沉积成岩型、沉积相型、构造裂缝型(四)碳酸盐岩与砂岩储集性质的比较特征 砂岩 碳酸盐岩沉积物原始孔隙度一般 25 ~ 4 0 % 一般 40 ~ 70%岩石的最终孔隙度一般为原始孔隙度的一半或一半以上,储集层普遍为 15 ~ 30%一般是原始孔隙度的很小一部分或近于零,储集层中普遍为 5 ~ 1 5 %孔隙类型 几乎全为粒间孔隙初始粒间孔隙较多,但由于沉积以后的改造,溶洞、裂缝发育,变化很大孔隙大小与沉积的关系与颗粒直径和分选作用密切有关与颗粒分选作用和直径关系较小,受次生作用影响较大孔隙形状 主要取决于颗粒形状 变化很大成岩作用对物性的影响由于压实作用和胶结作用,原始孔隙有所减小影响很大,能够形成、消失或完全改变孔隙。胶结作用和溶解作用很重要裂隙的影响对储集层性质的影响一般不重要 影响很大孔隙性与渗透性之间的关系比较一致,一般决定于颗粒大小和分选情况两者关系变化很大,一般与颗粒大小、分选情况无关三.其它岩类的储集层我国目前已探明储量中约有 15%的储量由于油气藏或储层类型比较复杂,而作为边际油田尚未动用。其中包括岩浆岩、变质岩、泥岩、低渗透等特殊类型储层。其 重要意义 是扩大了油气储集层研究的视野。隙,以及构造裂缝。构造应力作用下产生了较密集的裂缝,或含有易溶成分,经地下水溶蚀形成溶孔、溶洞时,才能作为储集层。*四、)通过区域性相分析,找出有利相带的部位,并确定其类型、展布和规模;(微相)(2)查明该地质体 (如砂岩体 )中孔隙发育的层段、厚度、储集空间的类型与成因及孔隙结构特征;(3)确定孔隙空间的分布规律及其连通性情况;(4)研究油气水在其中的分布规律。2. 综合研究(1)野外地质调查,盆地四周出露地层;(2)地层录井资料分析 (气泡 );(3)测井资料解释 (解释 φ 、 K、 (4)实验室岩心分析 (直接分析孔渗性、孔隙类型大小 );(5)开发动态资料分析(产液量井间干扰、放空、井漏)。五、我国主要油气区储集层的类型和时代分布时代油区Q N E K J T P C S O ∈ Z A ▲ ▲ ▲ ★准噶尔 ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆吐哈 ▲柴达木 ▲ ▲ ▲ ▲玉门 ▲ ◆鄂尔多斯 ▲ ▲ ▲ ▲ ★ ★四川 ▲ ★ ★ ★ ★江汉 ▲苏北 ▲南襄 ▲渤海湾 ▲ ▲ ◆ ◆ ★ ★ ★ ◆松辽 ▲二连 ▲ ▲海洋 ▲ ▲台湾 ▲(▲ — 碎屑岩储层, ★ — 碳酸盐岩储层, ◆ — 其它岩类储层)盖层 —— 位于储集层之上,能封隔储集层,阻止其中的油气向上逸散的岩层。)11()(2 一、膜封闭,与盖层的厚度关系不大。§ 3 盖层 (盖能力 (烃柱高度)力的封闭性能还与排烃期、封闭期间的相对关系有关。过剩压力 ≥油气柱浮力3.烃浓度封闭分子扩散是物质传递的一种重要方式,“布朗运动”,进行自发的物质和能量传递,直至达到浓度平衡为止。如果盖层具有生烃能力,且又具有异常孔隙流体压力,厚度越大,泥岩盖层的烃浓度封天然气分子扩散示意图闭能力越强,反之则越弱。二、盖层的相对性盖层的封闭性是相对的、有条件的(祝总祺,1992),具体表现为:(1)盖层是 相对于储层而存在 的;(2)上覆岩层能否起盖层作用,单就毛细管封闭而言,关键在于它与下伏岩层间是否存在毛细管压差,而 岩石类型没有绝对意义 。砂岩作为盖层(3)因天然气密度 ρ g< ρ o,同样高度时具有的浮力更大,故封闭气层更加不易。因而, 一个岩层可能对油来说是很好的盖层,而对气则不一定有效。(4)由于岩层的毛管性质在空间(时间)上的变化, 在不同地区(时期)的同一个岩层,其封盖的有效性可发生很大变化。三、盖层的常见岩性类型—— 没有固定的类型,但从统计结果看,常见的有:1、盐岩、石膏层 :由于具可塑性和流变效应,封闭性最好,如中原 质岩层 :泥岩、页岩。如渤海湾盆地的主力产油层 区域盖层为 岩(自上而下,依次是 s 4)。渤海湾盆地盖层与天然气分布示意图渗透性较差的砂岩、石灰岩 :铝土岩和煤层 :如陕甘宁盆地中部大气田直接盖层区域盖层四、影响盖层有效性的因素 (、岩性最常见盖层是泥(页)岩、盐岩、膏岩。盖层泥质含量影响封闭性2、韧性韧性地层不易产生断裂和裂缝,其连续性较好。3、厚度一般几十-几百 m。越厚越有利于保存油气。4、连续性大范围的连续稳定分布 —— 区域性盖层。面积必须大于油气藏分布范围才能构成有效封闭。五、盖层评价排替压力 (Kg/ 类别 气体绝对渗透率 ( 空气 煤油 水 主要岩性 遮挡 能力 级别 1 10- 647 170 750 粉砂质泥岩 泥质粉砂岩 最好 Ⅰ 2 10- 520 90 380 粉砂质泥岩 泥质粉砂岩 好 Ⅱ 3 10- 46 27 200 粉砂质泥岩 泥质粉砂岩 较好 Ⅲ 4 10- 31 12 100 泥质粉、细砂岩 一般 Ⅳ 5 10- 2< 1 50 泥质细砂岩 差 Ⅴ 泥质岩封闭能力评价等级表 —— 以鄂尔多斯盆地上古生界为例(据王少昌等, 1987)评价的内容: 岩石学 → 机械性、渗滤性和扩散性等(定量)在封盖层方面的最新 研究进展 有:盖层的微观封盖机理及其定量研究盖层的封闭性形成史断层的封闭性利用地球物理信息研究盖层封盖条件的综合评价科研举例:准噶尔盆地南缘盖层封闭能力评价(据王震亮等, 1999)评价内容: 物性封闭异常压力封闭浓度封闭安6井异常压力与静岩、静水、破裂压力剖面图——现今呼 2井埋藏史、热史演化图0 20 40孔隙度 ( % )01 0 002 0 003 0 004 0 005 0 00深度( m )0 10 20 30排替压力 ( M P a )01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 00 . 5 1 . 0 1 . 5 2. 0地层压力系数01 0 002 0 003 0 004 0 005 0 00图 安 6 井泥岩盖层纵向封闭类型发育图排替压力封闭段异常压力封闭段排替压力封闭段安 6井 泥岩 盖层纵向发育的封闭类型示意图准噶尔盆地南缘有利封盖区分布图创新拓展思考题 :储层研究的方法和内容有哪些?如何理解储层与盖层的联系和区别?
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