石油地质学第3章储集层与盖层

砂岩储集性能
物源
沉积环境
沉积后作用
碎屑颗粒成分
结构
第二节 碎屑岩储集层
1、物源及沉积环境
受物源和沉积环境控制的因素主要包括：碎屑颗粒的矿物成分、碎 屑颗粒的粒度与分选、碎屑颗粒的排列方式与圆球度、基质含量
1）碎屑颗粒的矿物成分 碎屑颗粒的构成：石英、长石、云母、重矿物、岩屑 （ 石英＋长石 >95% ) • 耐风化性: 石英 > 长石 • 亲水/亲油性: 长石 > 石英
“正常情况” “煤”
孔隙结构的主要变量
（据Wardlaw，1990）
（a）孔隙形状
（b）孔－喉连通性
（c）不相关的孔－喉结构 （d）相关的孔－喉结构
（e）空间无序的孔隙结构 （f）空间有序的孔隙结构
第一节 储集层 2、孔隙结构的研究方法
（1）压汞法（mercury porosimetry）
A、原理：模拟地层条件下，油气的运移--是非润湿相流体 （油气）不断排驱储层孔洞缝中的润湿相流体（水）的过程。
(Photograph by R.L. Kugler)
第二节 碎屑岩储集层
2、化学压实作用 发生在颗粒接触点上,即应力集中点上明显的溶解作用。
• 造成颗粒镶嵌接触或缝合接触,使粒间孔变小 • 溶解物质的再沉淀, 进一步使 Ø、K 降低
压溶造成的硅质胶结
孔隙空间缩小
石英增生 压溶接触
第二节 碎屑岩储集层
3、胶结作用
• 胶结物的含量是影响储集物性重要因素
e＝VVcrp 100％
• 常简称为“孔隙度” • 储量计算的重要参数 • 储集层大多在10－20％
第一节 储集层
按孔隙度对储集层的评价
孔隙度 (100％)
评价
20 - 25 15 - 20 10 - 15
极好
好
中等
5 - 10 差
0-5 无价值
第一节 储集层
孔隙度的实验室测定
• 饱和煤油法
抽提
We＝Smax－SR 100% Smax
e.束缚水饱和度（Swi）
毛细管压力曲线图(据罗蛰潭等，1986) I:注入曲线; W:退出曲线
第一节 储集层
（2）图像分析法（petrographic image analysis，PIA） A、原理及方法 应用储层岩样的铸体薄片通过摄像装置，把图像送入计算机
第三章 储集层和盖层
第一节 储集层 储集层: 能够储存和渗滤油气的岩层
• 两个基本特征: 孔隙性- 具有能够储存油气的孔隙空间的性质 渗透性- 在有压差存在的条件下,岩石本身容
许流体通过的性能
• 度量参数:
孔隙性 渗透性
孔隙度 渗透率
第一节 储集层
• 孔隙的成因类型:
原生孔隙：岩石中至今保存下来的、在沉积期形成或业已存在的孔隙。 次生孔隙：形成于沉积期后（包括成岩后生期、表生期）的一切孔隙。
C
>2000
D
大孔
( 据 D. Bellveau, 1993 )
使1M3 岩石具有11％孔隙度的方法
孔隙数量 孔隙直径
106
6 mm
表面积 (m2)
100
1012 1018 1024
60 m 0.6 m
60 Å
10000 1百万 1亿
1027
6Å
( 据 D. Bellveau, 1993 )
10亿
2）最重要的参数
a.排驱压力（Pd） 指压汞过程中非润湿相流体开始大量排
驱孔喉中润湿相流体所需的最低压力。与 排驱压力Pd相对应的孔喉半径即是最大连 通孔喉半径Rd。
b.饱和度中值压力（Pc50） 既能反映孔喉的连通性好坏，又能反映
储集层产油能力的大小。
c.最大进汞饱和度SHgmax d.退出效率 We（一次采收率）
第一节 储集层
孔隙度的实验室测定
• 气体测定法
抽提
烘干
( Vt) 量取总体积
V1
P1
N2
V2
P2
根据玻-玛定律,有: P1V1 = P2 V1+(V2- Vm) 则岩样的孔隙度为: = ( Vt – Vm)/Vt
第一节 储集层
二、渗透率 (permeability)
1、绝对渗透率（absolute permeability)
第一节 储集层
渗透率的单位： m2
以往的文献中常以达西（D）或毫达西（md）为单位。 三者的关系为：
1 D ＝ 0.986923 m2 1 m2 1 D ＝ 1000 md 1md 110-3 m2
第一节 储集层
储集层渗透率分级
(据Калинко,1983; 转引自陈荣书，1993)
级别
达西定律：单相流体饱和孔隙介质并通过该孔隙介质 作层状流动时，遵从以下关系：
Q＝
K
( P1－P2 ) S L
• 其他条件给定时，流体的
流量（Q）只与孔隙介质对 流体的传道性能（用渗透率 K 表示）有关。
即 K＝
Q L
( P1－P2 ) S
• K 只反映孔隙介质固有 的特性，与流体性质无关。
故也常称为固有渗透率 （intrinsic permeability）
碳酸盐岩
42.7%
其它岩类
0.2%
我国200多个油气田 70.5%＋ 28.7%＋ 0.12%
第二节 碎屑岩储集层 一、孔隙类型及储集物性的影响因素 （一）孔隙类型 原生粒间孔隙 和 次生溶蚀孔隙 构成主要的储渗空间； 裂缝 在少数情况下可对渗透性能的改善起重要作用。
第二节 碎屑岩储集层 （二）储集物性的影响因素
第一节 储集层
孔隙度与渗透率的关系曲线
(据Fijchtbauer,1967, 转引自潘钟祥，1986)
第一节 储集层 2、相渗透率（有效渗透率） 岩石中有多相流体存在时，岩石对其中每相流体的渗透率。 （ Ko、Kg、Kw ）
• 与岩石性质有关 • 与流体的性质及数量比例有关
3、相对渗透率 （relative permeability）
自生高岭石
Authigenic Kaolinite
Significant Permeability Reduction
High Irreducible Water Saturation
Migration of Fines Problem
Carter Sandstone North Blowhorn Creek Oil Unit Black Warrior Basin, Alabama, USA
1 2 3 4 5 6 7
渗透率 （10-3μm2）
>1000 1000-500 500-100
100-10 10-1 1-0.1 <0.1
评价
油层 极好 好 中等 较差
差-可能 不渗透
气层 常规储层
低渗透储层 致密储层
渗透率的测定
P1
P2
N2/He
Q
K ＝2 g*P2*Q*L (P12-p22)*S
（图像分析仪）进行计算和分析。
B、参数：总孔个数，总孔面积，每个孔的六个参数（面积， 周长，长轴，短轴，长短轴比，等效园面积），计算面孔率， 作出孔分布直方图。
储层图像分析
PT1
得到的二值图
PT4
• 孔隙类型
• 各类孔隙比例
PT2
• 面孔率
PT5
PT3 250
通过腐蚀－扩边循 环，得到二维孔隙 大小与孔隙形状的 信息
胶结物含量 ％ 5－13 15－20 20－30
孔隙度 ％ 20－10 6－3 2－1
渗透率 md 800－1000 100－500
10－50
（西西伯利亚地区砂岩）
• 胶结物的成分不同，影响程度不同。 泥质、钙泥质 vs 硅质、钙质
• 自生粘土胶结物的类型及其分布形式
砂岩中自生粘土矿物的存在形式
(a) 分散状颗粒 （b) 孔隙衬垫 （c）孔隙桥接
孔隙度 = 14%
砂岩颗粒的分选性
分选很好
分选好 分选中等 分选差 分选很差
Ø=30%
Ø=15%
孔隙度＝26.3%
孔隙度＝31.8%
人工混合沙的孔隙度
人工混合沙的渗透率(达西)
第二节 碎屑岩储集层
3）碎屑颗粒的排列方式和圆球度
孔隙度 = 48%
孔隙度= 26 %
砂岩颗粒的圆度与球度
高
低
Very Angular
相渗透率与绝对渗透率之比值。
Kor ＝Ko/K
Kg r ＝Kg/K
Kw r ＝Kw/K
相对渗透率曲线
第一节 储集层
三、储集层的孔隙结构 (pore structure)
储集层的孔隙系统是由相对较大的孔隙（pore）和位于孔隙之 间的狭窄喉道（pore throat）彼此连接而成。
孔隙结构：指储集层的孔隙和 喉道的几何形状、大小、分布 及相互连通配置关系。
碎屑岩的成岩过程
第二节 碎屑岩储集层
1、机械压实作用 发生在沉积物埋藏较浅的成岩期。
• 使碎屑颗粒排列渐趋纯净石英砂： 3500m Ø 31.8% (何炳俊,1975) • 原始孔隙度 40% 的分选好的砂: 单纯机械压实只能使孔隙度降至30% 左右. (Houseknecht,1987)
• 当碎屑颗粒中有较多岩屑等软质成分时,压实影响可很大
胶结物 基质
(粘土等)
(据 Blatt, 1982,修改)
砂岩颗粒的填集
点接触 缝合接触 线接触
凹凸接触
4 种颗粒接触类型
填集近度
对沉积物颗粒与其相邻颗粒 接近程度的度量
填集密度
对沉积物颗粒占据岩石体积 程度的度量
本例: 填集近度= 40% 填集密度= 0.8
第一节 储集层 1、孔隙结构的主要变量
• 孔隙和喉道的大小
储层孔隙大小：一般10s －100s 喉道大小：常为 1 － 10
• 孔隙的形状 • 孔－喉连通性 • 孔隙和喉道的配置关系
孔隙大小分类
孔隙大小 （ m）
< 20
20 – 100
Archie
A B
Lucia
小孔 中孔
100 – 2000
故一般石英砂岩的储集物性比长石砂岩好
第二节 碎屑岩储集层
2）碎屑颗粒的粒度和分选
• 二者常密切联系：都取决于沉积介质的能量条件和搬运距离
－随着搬运距离加长，粒度变细、分选变好 －沉积介质的强烈扰动有助于提高分选性
• 理想条件下孔隙度的大小与粒度无关，但孔隙个体的大小与粒 度明显相关
孔隙度 = 48% 孔隙度 = 48%
Angular
SubAngular
SubRounded
Rounded
WellRounded
圆度
第二节 碎屑岩储集层
3）碎屑颗粒的排列方式和圆球度 (续) • 圆球度与搬运距离及沉积介质的能量条件密切相关 • 排列方式与沉积介质的能量条件及成岩前的埋藏深度有关
排列疏松、圆球度高者储集物性好
4）基质的含量 基质：随碎屑颗粒同时沉积的粘土级（d<3.9)颗粒 • 受沉积期水动力条件的控制：水动力较强时，基质不易沉淀 下来，岩石中基质含量少。 • 孔隙充填物；基质内的微粒间孔也很小
烘干
( Wa) 称重
( Vt) 量取总体积
饱和煤油
在 煤 油 中 称 重 ( Wk)
根据阿基米德原理,有: Vm* dk= Wa – Wk 即 Vm = ( Wa – Wk )/ ( Vm为岩样的颗粒骨d架k 体积, Vm* dk 为岩样在煤油中所受到的浮力)
则岩样的孔隙度为: = ( Vt – Vm)/Vt
第二节 碎屑岩储集层
基质含量与砂岩物性的关系
（据朱国华，1980，简化）
基质（水云母）含量 ％
孔隙度 %
0－2
15.8
3－4
15.4
5－6
13.9
7－8
13.3
9－11
11.5
渗透率 md 5.05 3.88 1.22 0.70 0.34
（62个样品；胶结物含量小于3％）
第二节 碎屑岩储集层
2、成岩后生作用 压实作用（机械压实作用、化学压实作用）、胶结作用、 溶解作用、破裂作用
B、测量方法：在实验室中，把非润湿相的汞（水银）应用提 高压力的方法把汞注入岩样中，排驱岩样中的汞蒸气，测定 压汞过程的各种数据，根据公式：
Pc＝ 2 cos 0.75
Rc
Rc
式中 为表面张力 为润湿角 Pc 为注入压力 Rc 为毛细管半径
C、毛管压力曲线孔隙结构参数
1）曲线定性分析—判断储层好坏 歪度：曲线平台段位置的高低 低：粗歪度—主要孔喉大－储层好 分选：平台段的斜率大小。斜率小则孔喉分选好—孔喉 大小较均匀
在腐蚀－扩边循环 中，大的孔隙元分 裂成小孔隙元，同 时提供了二维喉道 大小的信息
X-射线层析造影法
第二节 碎屑岩储集层
• 岩石类型: 砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩。 以中、细砂岩和粉砂岩储层最常见。
• 最重要的两类储集层类型之一：
世界上储量＞1亿bbl的油气田546个
碎屑岩
57.1%（个数百分比）
第一节 储集层
一、孔隙度 (porosity)
1、总孔隙度（绝对孔隙度） (total/absolute porosity) 岩样中所有孔隙空间总体积与该岩样总体积的比值，以百分数表示:
＝Vtp t Vr
100％
2、有效孔隙度 (effective porosity)
岩样中相互连通的、在一般压力条件下可以允许流体在其中流动的 孔隙空间总体积与该岩样总体积的比值，以百分数表示: