油气储层地质学基础

March5,2009BillYuBillYu油气储层地质学基础BasisofHydrocarbonReservoirGeologyBasisofHydrocarbonReservoirGeology于兴河于兴河教授教授博士生导师博士生导师中国地质大学（北京）能源学院石油教研室Tel:82320109或82321857(O)Email:[e-mail]2March5,2009BillYuBillYu第二章第二章碎屑岩储层的基本特征碎屑岩储层的基本特征第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性第二节第二节储层的几何特性储层的几何特性第三节第三节储层的岩石学特征储层的岩石学特征3March5,2009BillYuBillYu碎屑岩储层与碳酸盐岩和其它岩类储层相比具有四个优点：①孔隙以粒间孔为主，而碳酸盐岩多为粒内孔；②沉积作用控制强；③粒度的粗细对孔、渗的影响通常具有较好的规律性；④压实过程比较清楚，并易进行定量分析。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性一、储集岩的孔隙性一、储集岩的孔隙性岩石的孔隙广义上讲是指岩石中未被固体物质所充填的空间部分，也称储集空间或空隙；它包括粒间孔、粒内孔、裂缝、溶洞等。而狭义的孔隙则是指岩石中颗粒间、颗粒内和填隙物内的空隙。第二章第二章碎屑岩储层的基本特征碎屑岩储层的基本特征4March5,2009BillYuBillYu表2—1碎屑岩的常见孔隙分类方案分类方法分类标准分类结果粒间孔隙粒内孔隙填隙物内孔隙成岩作用前或中原生孔隙成岩作用后次生孔隙孔径＞0.5mm超毛细管孔隙0.5mm＞孔径＞0.0002mm毛细管孔隙孔径＜0.0002mm微毛细管孔隙孔隙连通有效孔隙孔隙孤立无效孔隙按孔隙对流体的渗流情况按孔径大小和裂缝宽度按孔隙成因按孔隙与颗粒的接触关系孔隙在岩石中分布的位置第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性5March5,2009BillYuBillYu11、按照孔隙的成因可将孔隙分为两大类：、按照孔隙的成因可将孔隙分为两大类：①原生孔隙：指沉积物沉积后，成岩作用之前或同时所形成的孔隙；②次生孔隙：指在成岩作用之后，由于溶解、重结晶和白云岩化作用等产生的孔隙。22、按孔隙对流体的渗流情况分类：、按孔隙对流体的渗流情况分类：①有效孔隙：②无效孔隙：33、依据孔隙直径和裂缝或裂隙宽度及对流体的作用，将孔隙分、依据孔隙直径和裂缝或裂隙宽度及对流体的作用，将孔隙分为三类：为三类：①超毛细管孔隙：②毛细管孔隙：③微毛细管孔隙：第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性6March5,2009BillYuBillYu（二）孔隙度（二）孔隙度孔隙度是控制油气储量及储能的重要物理参数，它是储层研究、评价及预测过程中的重要研究对象。通常依据孔隙的大小和连通情况，孔隙度可分为绝对孔隙度和有效孔隙度两类：11、绝对孔隙度、绝对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。%100t×=∑rpVVφ22、有效孔隙度、有效孔隙度是指那些互相连通的、且在一定压差下允许流体在其中流动的孔隙总体积（即有效孔隙体积）与岩石总体积的比值。%100×=∑reeVVφ第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性7March5,2009BillYuBillYu储层的有效孔隙度一般在5～30%之间。最常见的为10～25%，根据储层有效孔隙度的大小，可以粗略地评价储层性能的好坏。Φ≥3025≤Φ3015≤Φ2510≤Φ155≤Φ10Φ5特高孔高孔中孔低孔特低孔超低孔Φ≥2012≤Φ204≤Φ12Φ4高孔中孔低孔特低孔碳酸盐岩碎屑岩我国碎屑岩与碳酸盐储层孔隙度评价标准无价值5VI较差10～5V中等15～10IV较好20～15III好25～20II极好25I评价范围（%）级别表2—2我国东部碎屑岩储层孔隙度的常用标准第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性8March5,2009BillYuBillYuzz连通孔隙度:是总孔隙减去死孔隙的含量；z流动孔隙度:则表示总孔隙减去死孔隙和微毛细管孔隙的含量。因此，总孔隙度＞连通孔隙度＞流动孔隙度；（三）孔隙度的测定（三）孔隙度的测定岩石孔隙度的测定一般有两类方法：z直接法：薄片、压汞及实验测试法，用岩石薄片进行镜下统计求取面孔率来代替孔隙度的方法，属直接法。z间接法：地震与测井的解释计算方法，在对油田井下储层，尤其是没有取芯的层段进行孔隙度测定和预测时，多采用间接的地球物理方法求取，包括测井和地震方法，还可用试井方法。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性9March5,2009BillYuBillYu（四）孔隙度的影响因素（四）孔隙度的影响因素碎屑岩是由母岩经破碎、搬运、胶结和压实而成，因此碎屑的类型、数量以及成岩后的压实作用就成为影响这类岩石孔隙度的主要因素。11、岩石的矿物成分、岩石的矿物成分在其它条件相同时，一般石英砂岩储油物性好，这主要是因为长石的亲油、亲水性比石英强。当被油、水润湿时，长石表面所形成的液膜一般是不移动的，它在一定程度上减少了孔隙的流动截面和储集体积。22、颗粒的排列方式及分选性、颗粒的排列方式及分选性不同的颗粒排列方式对孔隙空间的形态和大小有着很大的影响。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性10March5,2009BillYuBillYu图2—1典型的有序多孔介质结构及相应的孔隙度（引自何更生，1994）a—等大圆球的立方体排列，%64.47≈φ；b—等大圆球的斜方六面体排列，%96.25≈φ第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性11March5,2009BillYuBillYu除了粒径及排列方式外，颗粒的分选程度对孔隙度影响很大。岩石分选差时，小颗粒碎屑充填了颗粒间的孔隙和喉道，会降低孔隙度和渗透率（图2—2）。图2—2分选程度对孔隙度的影响（引自何更生，1994）a—分选好的物质，%32≈φ；b—分选差的物质，%17≈φ；第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性12March5,2009BillYuBillYu图2—3孔隙度与最大埋藏深度关系图（据Mayer-Curr，1978）①—泥质砂岩（含云母）；②—侏罗—白垩纪石英砂岩；③—第三纪石英砂岩33、埋藏深度、埋藏深度沉积岩随着上覆岩层的加厚、深埋的加大，地层静压力和温度的也随之增大，使得岩石排列更加紧密，颗粒间发生非弹性的、不可逆的移动，使孔隙度迅速下降。φ=Ae-BzA、B为常数；z为埋深44、成岩作用、成岩作用在一定温、压力条件下，不同的溶液对岩石矿物具有选择性溶解的特点，进而形成次生孔隙。一般而言，有机酸水溶液对硅酸盐矿物易溶，而对碳酸盐矿物难溶；无机酸水溶液则正好相反。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性13March5,2009BillYuBillYu储集岩的渗透性是指在一定的压差下，岩石本身允许流体通过的性能。同孔隙性一样，它是储层研究的最重要参数之一，它不但影响着油气的储能，而且更重要的是其控制着产能。渗透性的好坏常用渗透率来表示。（一）绝对渗透率（一）绝对渗透率它是在实验室内所测得的岩石对流体的渗透能力称之为该岩石的绝对渗透率，对液体来说，计算公式为：FtPPLQK)(21−=μ式中：K——岩样的绝对渗透率（达西）；Q——液体在t秒内通过岩样的体积（cm）；P1——岩样前端压力（大气压）；P2——岩样后端压力（大气压）；F——岩样的截面积（cm2）；L——岩样的长度（cm）；μ——液体的粘度（厘泊）；t——液体通过岩样的时间（秒）。渗透率单位为平方微米，即μm2，或×10-3μm2。1μm2=1.013达西；1×10-3μm2=1.013md第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性14March5,2009BillYuBillYu绝对渗透率是与流体性质无关而仅与岩石本身孔隙结构有关的物理参数。目前生产上使用的绝对渗透率一般是用空气测定的空气渗透率，渗透率单位常用10-3μm2来表示。k≥2000500≤k200050≤k50010≤k501≤k100.1≤k1特高渗高渗中渗低渗特低渗超低渗k≥10010≤k1001≤k10k1高渗中渗低渗特低渗碳酸盐岩碎屑岩我国碎屑岩与碳酸盐储层渗透率评价标准第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性15March5,2009BillYuBillYu（二）有效渗透率（二）有效渗透率当有两种以上流体存在于岩石当中时，对其中一种流体所测得的渗透率为有效渗透率。它表示岩石在其他流体存在的条件下，传导某一种流体的能力，不但与岩石的孔隙结构有关，而且与流体的饱和度有关，通常用Ko、Kg、Kw来分别表示油、气、水的有效渗透率。（三）相对渗透率（三）相对渗透率岩石对各流体的有效渗透率与该岩石的绝对渗透率之比，它是衡量某一种流体通过岩石能力大小的直接指标。分别用符号有效渗透率和相对渗透率，不仅与岩石性质有关，而且与流体的性质以及饱和度有关（图2—4）。KKo、KKg、KKw表示油、气、水的相对渗透率。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性16March5,2009BillYuBillYu图2—4油水相对渗透率曲线（引自何更生，1994）17March5,2009BillYuBillYu根据绝对渗透率和相对渗透率的概念不难看出，绝对渗透率仅与岩石本身的孔隙结构有关，与流体性质无关，而相对渗透率则与两者均有密切关系。11、绝对渗透率的影响因素、绝对渗透率的影响因素影响岩石渗透率的因素很多，其中主要包括以下三个方面：11）岩石特征的影响）岩石特征的影响主要指岩石的粒度、分选、胶结物和层理等，它们对渗透率均有影响。22）孔隙结构的影响）孔隙结构的影响一般而言，绝对渗透率不仅与孔隙度有关，主要还取决于孔隙结构（图2—5）。凡影响岩石孔隙结构的因素都影响渗透率。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性18March5,2009BillYuBillYu图2—5孔隙度与渗透率的关系（据Timmerman，1982）①—清洁砂；②—分选好的细砂；③—分选极好的细砂；④—分选好的很细的砂；⑤—中等分选的很细的砂；⑥—分选差的细砂19March5,2009BillYuBillYu33）压力和温度的影响）压力和温度的影响z温度不变时，渗透率随静压力的增大而相应减小，当压力超过某一数值时，渗透率就急剧下降。z随温度升高，压力对渗透率的影响将减小，特别是在压力较小的情况下。这是由于温度升高，引起岩石骨架和孔隙中流体发生膨胀，阻碍了压实。2.2.相对渗透率的影响因素相对渗透率的影响因素11）润湿性的影响）润湿性的影响岩石润湿性对相对渗透率影响的总趋势是随着岩心由强亲水转化为强亲油，油的相对渗透率趋于降低。z亲水岩石，水常分布在细小孔隙、死孔隙或颗粒表面上，水的这种分布方式使得其对油的渗透率影响很小；z亲油岩石在同样的饱和度条件下，水既不在死孔隙，也不是水膜，而是以水滴，连续水流的形式分布在孔道中阻碍着油的渗流，油本身以油膜附着于颗粒表面或在小孔隙中，因而在相同的含油饱和度下，油的相对渗透率会降低。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性20March5,2009BillYuBillYu22）孔隙结构的影响）孔隙结构的影响由于流体饱和度分布及流体流动的渠道直接与孔隙大小和分布有关，因而反映岩石中各相流动阻力大小的相对渗透率曲线也必然受其影响。33）温度的影响）温度的影响束缚水饱和度随温度增大的变化是温度对相对渗透率影响的重要特征。此外，温度增高，会导致岩石热膨胀，使孔隙结构发生变化，渗透率也会随之改变。44）优势流体相饱和度的影响）优势流体相饱和度的影响除上述因素外，还有很多其它因素，如流体粘度等。当非润湿相粘度很高、且大大高于润湿相时，非润湿相的相对渗透率随两相粘度比增加而增加，而润湿相的相对渗透率与粘度比无关。第一节第一节储层的物理特性储层的物理特性21March5,2009BillYuBillYu含油饱和度%100×==fopooVVVVS；含气饱和度%100×==fgpggVVVVS；含水饱和度%100×==fwo