储集层的论述及方法

摘要储集层和盖层是油气聚集成藏所必需的两个基本要素。从理论上讲，任何岩石都可以作为油气储层，在组成地壳的沉积岩、火成岩和变质岩中都已发现有油气田，但99％以上的油气储量集中在沉积岩中，其中又以砂岩和碳酸盐岩储集层为主。这些具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石均称为储集岩。由储集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。油气储层是油气藏的核心，储集层的层位、类型、发育特征、内部结构、分布范围以及物性变化规律等，与油气储量、产能、产量密切相关，直接影响到油气勘探、开发的部署。覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层称为盖层，它之所以能够封盖油气，是由于它们具备相对低的孔隙度和渗透率。盖层的类型、分布范围对油气聚集和保存有重要控制作用。所以，盖层研究同样是油气勘探开发工作中的重要课题。关键词:储集层,岩石物性,碎屑岩,碳酸岩,渗透特性第一章石油的形成和储集层的概念一.什么是石油石油是一种黑色、呈粘稠状的可流动液体，它是由碳(C)、氢(H)和少量的氧(0)、硫(S)、氮(N)等元素构成的一种复杂的有机化合物。在岩层的孔隙内，经常以液体或气态存在，有时部份凝结成固态。石油三相态的相对体积，随着地下温度和压力的不同而有所变化。当石油以气态存在，称为“天然气”，主要成份为每个分子含3个碳原子以下的碳氢化合物，如甲烷、乙烷、丙烷、并有少量含4个碳原子以上的碳氢化合物。液态石油的主要成份为含碳原子在4到3O个之间的碳氢化合物。而固态的石油以含高碳的石腊及沥青为主。二.石油的形成人类对于石油生成的认识，是在勘探和开发石油矿藏的实践中逐步加深的。从18世纪7O年代到现在，人们对石油生成问题，先后提出了几十种假说。按照生成石油的物质的不同，可以把许多种假说归纳为两大学派，即无机生成学派和有机生成学派。无机学派认为层。石油是无机物变成的。有机学派则认为石油是有机物变成的，即由动物和植物的尸体在适当的环境下变成的。长期以来；两大学派展开了激烈的争论。从18世纪末到19世纪中叶，无机学派曾盛行一时，到了2O世纪以来，有机学派则占了优势。目前，大体上可以说生成石油的物质既有动物也有植物，而以低等微体动、植物为主。生成石油的环境既可以是海相沉积，即石油是在海洋环境下的沉积物中生成的,也可以是陆相识积，就是在陆地上的湖泊环境下的沉积物中生成石油。生成石油的原始材料是有机物质，这种有机物质既有陆生的，也有水生的。既包括动物，也包括植物，而以繁殖量最大的低等生物为主。石油的生成过程大体是：在几千万年甚至上亿年以前，有机物质从陆地上搬运下来，或从水体中沉积下来，同泥砂和其他矿物质一起，在低洼的浅海或湖泊中沉积下来，形成了淤泥，称为有机淤泥，这就是生成石油和天然气的“原料”。但是，仅有这些生物遗体还不能形成石油和天然气，还需要一定的条件和过程这种有机淤泥被新的沉积物覆盖，造成了氧气不能自由进入的还原环境。随着低洼地区的不断沉降，堆积的沉积物和掩埋的生物遗体便越来越厚。被埋藏的生物遗体与空气隔绝，处在缺氧的环境中，再加上厚厚岩层的压力、温度的升高和细菌的作用，便开始慢慢分解，经过漫长的地质时期，这些生物遗体就逐渐变成了分散的石油和天然气。三.储集层的概念生成的油气还需要有储集它们的地层和防止它们跑掉的盖层。由于上面地层的压力，分散的油滴被挤到四周多孔晾的岩层中。这些藏有油的岩层就成为储油地层。有的岩层孔晾很小，石油。挤”不进去，不能储积石油。但是，正因为它们孔隙很小，却是不让石油逃逸的“保护壳”。如果这样的岩层处在储油层的顶部和底部，它们就会把石油封闭在里面，成为保护石油的盖层。第二章储集层的岩石物性参数储集岩必备的两个特性为孔隙性和渗透性。岩石的孔渗性是反映岩石储存流体和运输流体的能力的重要参数。一、储集岩（层）的孔隙性岩石的孔隙性即岩石具备由各种孔隙、孔洞、裂隙及各种成岩缝所形成的储集空间，其中能储存流体。岩石孔隙性的好坏直接决定岩层储存油气的数量。广义的孔隙：是指岩石中的空隙空间，即未被固体物质所充填的空间，包括孔隙（狭义）、溶洞和裂缝。狭义的孔隙：是指岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙物内的空隙。1.孔隙和喉道孔隙（Pore）：空隙中的粗大部分，既影响储存流体的数量，也影响岩石渗滤能力；喉道（Throat）：沟通孔隙的通道，主要影响岩石渗滤流体能力。2.孔隙的类型（1）依据孔隙成因，将沉积岩石的孔隙划分为原生孔和次生孔两种。原生孔是沉积岩经受沉积和压实作用后保存下来的孔隙空间；次生孔是指岩层埋藏后受构造挤压或地层水循环作用而形成的孔隙。（2）依据孔隙相互之间关系，将储层孔隙分为相互联通的孔隙和孤立孔隙。（3）根据岩石中的孔隙大小及其对流体作用的不同，可将孔隙划分为三种类型：超毛细管孔隙、毛细管孔隙、微毛细管孔隙。（4）按其对流体渗流的影响，岩石中的孔隙可分为二类：有效孔隙和无效孔隙。其中有效孔隙为连通的毛细管孔隙和超毛细管孔隙，而无效孔隙有二种，一为微毛细管孔隙，另一为死孔隙或孤立的孔隙。3.总孔隙度与有效孔隙度岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值，称为总孔隙度(率)，又称为绝对孔隙度。储集岩总孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越大。岩样中能够储集和渗滤流体的连通孔隙体积（有效孔隙度体积）与岩样总体积的比值称为有效孔隙度(率)或连通孔隙度。在生产实践中，连通孔隙度才具有实际意义，因为它们不仅能储存油气，而且在一般压力条件下可以允许流体在其中流动。对同一岩样，在相同条件下，其总孔隙度大于有效孔隙度。4.孔隙度的测定（1）直接法：岩心实测孔隙度——实验室中常规孔隙度测定方法，利用从岩心上取来的小岩心柱样品在实验室中直接测定而得。测：岩石体积、颗粒体积和孔隙体积（三个中测二个）。抽提法：根据从岩心样品中抽提流体量或吸入岩心孔隙中的流体量测定相互连通的孔隙体积——可得有效孔隙度。最常用的流体是在岩石表面不被吸收的气体：氮气、氦气。颗粒体积测试法：在测量岩样总体积的基础上再测量碾碎颗粒的体积。实验测定的岩石孔隙度通常是在地表条件下进行的，测量结果往往大于地层中原始状态下的岩石孔隙度。（2）间接法：解释孔隙度利用各种地球物理参数，通过相应的公式计算地层中原始状态下的岩石孔隙度。测井法、地震法、试井法。测井解释孔隙度：通过测试储层的某些物理性质间接有效地提供储层孔隙度，包括传统的孔隙度测井（声波、中子和密度测井）和现代测井（脉冲中子测井和核磁共振测井）等。二、储集岩（层）的渗透性一定压力差下，岩石本身允许流体通过的能力称为岩石的渗透性。渗透性的好坏控制了储集层内所含油气的产能。岩石渗透性的好坏，以渗透率的数值大小来表示，有绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率三种表示方式。1.绝对渗透率：K当单相流体通过横截面积为、长度为、压力差为的一段孔隙介质呈层状流动时，流体粘度为，则单位时间内通过这段岩石孔隙的流体量为：当单相流体通过孔隙介质呈层状流动时，单位时间内通过岩石截面积的液体流量与压力差和截面积的大小成正比，而与液体通过岩石的长度以及液体的粘度成反比：LFPPKQ)(21（3-1）2.相渗透率（有效渗透率）岩石孔隙中多相流体共存时，岩石对其中每相流体的渗透率，称相渗透率。分别用Ko、Kg、Kw表示。相渗透率不仅与岩石本身性质有关，而且与其中的流体性质及它们的数量比例也有关。3.相对渗透率：Ko/K、Kg/K、Kw/K有效渗透率与绝对渗透率的比值即相对渗透率，变化值在0～1之间。渗透率是一个有方向的向量，从不同方向测得的岩石渗透率是不同的。按渗流方向与地层层理面的关系，分为垂直渗透率与水平渗透率。垂直渗透率反映地层纵向的渗透性，水平渗透率反映了流体顺层渗滤的能力。渗透率的方向性是研究储集层各向异性（或非均质性）的重要内容，对指导开发十分重要。4．渗透率的测定方法（1）直接测定（实测渗透率）一般先将岩样抽提、洗净、烘干，制成一定的几何形状，在一定温压下，应用空气、氮气或水渗透岩样来直接测定。（2）间接测定（解释渗透率）利用岩石渗透率与其它参数之间的关系，应用一些经验公式，利用地球物理测井资料、水动力学试井资料、地震资料等资料间接地计算出渗透率。三、岩石孔隙度与渗透率的关系岩石的孔隙度与渗透率之间通常没有严格的函数关系，渗透率一般随有效孔隙度的增大而增大，但具体情况视岩性、储层类型的不同而不同。碎屑岩储集层的有效孔隙度与渗透率的有较好的正相关关系。碳酸盐岩有效孔隙度与渗透率无明显关系。孔洞不发育者与碎屑岩具有相似的规律；裂缝发育者裂缝比孔隙对渗透率的影响大。岩浆岩、变质岩储层的储集空间以溶蚀孔、裂缝为主，裂缝对渗透率的影响较大，有效孔隙度与渗透率相关性差。四、流体饱和度油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度（So、Sw、Sg）。油藏投入开发前所测得油层岩石孔隙空间中的流体饱和度（原始含油、含气、含水饱和度）是储量计算最重要的参数，在开发阶段所测定的流体饱和度，是开发方案调整的重要参数。任何油气储层中均含有一定数量的不可动水，即通常所指的“束缚水”或“残余水”。束缚水主要有亲水岩石颗粒表面的薄膜滞水及微细毛管孔道中的毛管滞水等，相应的饱和度称为束缚水饱和度，用符号Swc表示。储层孔隙结构、泥质含量和流体性质是影响束缚水的重要因素。岩石的孔隙越小、泥质含量高、连通性愈差、微毛管孔隙愈发育，则渗透性愈差、束缚水饱和度愈高。一般水对岩石的润湿性愈好、油水界面张力愈大，则岩石的束缚水饱和度愈高。当被工作剂驱洗过或油藏能量枯竭，不能够继续产出工业油流的时候，油层中仍滞留有部分油气，这部分滞留的石油体积占油层孔隙总体积的百分数，称为残余油饱和度。目前尚未采出、并且尚未经工作剂驱洗或波及到的，通过加深对地下储层的认识、改善开发方案或开采工艺水平等措施可以采出的油，称剩余油；剩余油占油层孔隙总体积的百分数，为剩余油饱和度。第三章储集层分类一.碎屑岩储集层碎屑岩储集层主要包括各种砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩，是世界油气田的主要储集层类型之一，我国的大庆、胜利、大港、克拉玛依等油田主要储集层均属于此类。1.碎屑岩储集空间按形态分为孔、缝、洞三大类。按孔隙的成因，分为原生孔隙和次生孔隙两大类、12个亚类。2.碎屑岩储集层的孔隙结构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，称孔隙结构。通常用Pd、r、Smin%、Pc50作为定量描述孔隙结构的参数。孔隙结构是影响储集岩渗透能力的主要因素，喉道的形状、大小则控制着孔隙的储集和渗透能力。3.碎屑岩储集体类型及其特征表砂岩储集体形成环境与基本特征沉积体系砂体类型及特点油田实例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Sarir、Messla等油田白垩系；长庆油田侏罗系；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-中粒砂岩为主。渗透性稳定，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MaryAnn气田侏罗系Norphlet砂岩湖泊三角洲分布在湖盆缓坡带，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RedWash油田古新世滩坝滩砂体层薄、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和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