石油地质-第三章-储集层、盖层

第三章 储集层和盖层第一节 第二节 第三节 第四节 储集层的基本性质 碎屑岩储集层 碳酸盐岩储集层 盖层

第三章 储集层和盖层

一.概述 储集层：具有连通孔隙，能储存流体，使流体在其中渗滤的岩层。 储集层是构成油气藏的基本要素之一。所有的储集层都具有储存油 气的能力，但并非储集层中一定有油气储存。 含油气层：储集层中储存了油气、 产层：已开采的含油气层。 世界上绝大多数油气藏的含油气层是沉积岩(砂岩、石灰岩和 白云岩),少数油气藏的含油气层是岩浆岩和变质岩。储集层特征 的好与坏是控制地下油气的分布状况、油气储量及产能的主要因素。 盖层：位于储油气层上方，能阻止油气向上逸散的岩层。

第一节 储集层的基本性质一.储集层的孔隙性 储集层的孔隙是指岩石中未被固体物质充满的空间。它们是岩 石的空隙、裂隙和溶洞等。地壳中的所有岩石都存在孔隙，但不同 的岩石其孔隙的大小、形状、发育程度是不同的，地下油气储存在

岩石中，故岩石孔隙的发育程度直接影响着储存油气的数量，人们 为了度量岩石孔隙的发育程度，提出了孔隙率的概念。 1.绝对孔隙度(总孔隙度) 绝对孔隙度：岩石总孔隙体积与岩石总体积之比。Pt Vp Vt 100%

岩石的孔隙按其大小分为三类： (1)超毛细管孔隙:孔隙直径>0.5mm;裂缝宽度>0.25mm。流体 在重力作用下可以自由的流动。裂缝、溶洞、未胶结或胶结疏松的 砂岩属此类孔隙类型。 (2) 毛 细 管 孔 隙 : 孔 隙 直 径 0.5 ~ 0.0002mm ; 裂 缝 宽 度 0.25 ~ 0.0001mm。液体质点间及液体与孔壁间均处于分子引力的作用下， 由于毛细管力的作用，液体不能流动，要使流体流动，必须有其它 外力去克服毛细管阻力。砂岩属于此类孔隙。 (3)微毛细管孔隙:孔隙直径<0.0002mm;裂缝宽度<0.0001mm。 分子间的引力往往很大，要使流体在其中流动,需要非常高的剩余压 力梯度 ,这在油层条件下一般是达不到的 . 石灰岩、泥岩属此类孔隙。

1.有效孔隙度：岩石中相互连通孔隙体积与岩石总体积之比。Pe Ve 100% Vt

同一岩石的Pt>Pe,对未胶结和胶结松散的砂岩二者相差不大， 对胶结致密的砂岩和碳酸盐岩二者可有很大的差别。生产中一般采 用有效孔隙度这个概念，因对那些不连通或微毛细管孔隙其中即使 储存有油气，在现代工艺条件下也不能开采出来。砂岩的孔隙度变 化在5~30%,一般为10~20%,碳酸盐岩的孔隙度一般<5%。 二.储集层的渗透性 渗透性：指的是岩石中流体的渗滤传导性。是在一定的压差下， 介质两点之间通过液体或气体的能力。是岩石允许流体通过其连通 性孔

隙的性质。 渗透性岩石：指在地层压力条件下，流体能较快地通过连通孔隙 的岩石：砂岩、砾岩、裂隙灰岩和白云岩等。 非渗透性岩石：指在地层压力条件下，流体通过的很慢，通过 的数量也有限的岩石：泥岩、石膏和硬石膏等。 岩石渗透性的好坏用渗透率来表示。

实验表明，单相流体通过孔隙介质沿孔隙通道呈层状流动时，服 从达西直线渗滤定律，简单表示为： Q L K f pQ

L

K

F P

在SI制单位中，渗透率的单位是二次方米(m2)。 在 C.G.S 制 中 渗 透 率 单 位 是 达 西 ( D ) 。 1D=1000md ; 1D = 0.987μm2。 绝对渗透率：单相流体通过岩石孔隙的渗透率值。 自然界含油层中常含二相或三相流体，它们彼此干扰，互相影响， 故岩石对其中每种相的渗流作用将与单相流有很大差别，为与岩石 的绝对渗透率相区别，提出了有效渗透率和相对渗透率概念。 有效渗透率：是多相流体存在时，岩石对其中每种相流体的渗 透率。用Ko、Kg、Kw表示。 相对渗透率：每一单相流体局部饱和时的有效渗透率与全部饱 和时的绝对渗透率之比。用Ko/K、Kg/K、Kw/K来表示。因K有<K 绝，K相值变化在0~1之间。

岩石中流体的相对渗透率与油气、油水的饱和度(某一单相流 体体积和孔隙体积之比)成正相关关系。随着该相流体饱和度的 增加，有效渗透率在增加，相对渗透率值也在增加，直到有效渗 透率等于绝对渗透率，相对渗透率值等于1为止。相 1.0 对 渗 透 0.8 率0.6 0.4 0.2 0

Kg K

Ko K

气

油

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

含油饱和度(%)

油、气饱和度与相对渗透率的关系曲线

三.储集层的孔隙度与渗透率之间的关系 岩石的孔隙度和渗透率间无严格的函数关系，但有一定的内在 联系，因孔隙度和渗透率取决于岩石本身的结构与组成，凡具有 渗透性的岩石均具有一定的孔隙度，特别是有效孔隙度与渗透率 的关系更为密切，对碎屑岩储集层来说，一般是Pe越大，K值越高， 即K值随Pe的增加而有规律的增加。 有效孔隙相同，直径小的孔隙比直径大的渗透率低。

第二节 碎屑岩储集层一.概述 石油地质学中将储集岩分为三大类：碎屑岩储集层、碳酸盐岩 储集层和其它岩类储集层。但沉积岩中的碎屑岩和碳酸盐岩储集层 是世界上油气田的重要储集层。 二.碎屑岩储集层类型及影响储油物性的因素 碎屑岩储集层的岩石类型主要包括砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、 细砂岩和粉砂岩。其中以中、细砂岩和粉砂岩储集层分布最广，储 集物性最好。 碎屑岩以孔隙空间储油为特征，Pe为10~20%,K在几十~几百 md,一般良好的产油层Pe>20%,K>30

0md;产气层 Pe>10%, K在20~40md。 碎屑岩储集层孔隙类型以原生的粒间孔隙为主。 粒间孔隙：指碎屑颗粒支撑的碎屑岩，颗粒间未被杂基充填， 胶结物含量少而留下的原始孔隙。 影响碎屑岩储集层物性的主要因素：

1.岩石的矿物成分 碎屑岩的矿物成分主要是石英和长石，它们对储油物性的影响 是不同的。一般石英砂岩比长石砂岩的储油物性好。其原因是： ①亲水性不同，长石比石英强，当被水润湿时，长石表面形成 的液体薄膜比石英厚，一般情况下，这些液体不能流动，因此， 减少了孔隙流动的截面积； ②抗风化能力不同，石英抗风化 能力强，颗粒表面光滑，油气易 通过；长石不耐风化，表面常有 次生高岭土和绢云母，它们对油 气有吸附作用，可吸水膨胀，堵 塞原来的孔隙。 2.岩石的结构构造 沉积岩粒间孔隙的大小、形态和 发育程度主要受碎屑岩颗粒的粒 岩石颗粒 孔隙系统 胶结物 径、分选、磨圆度和填充程度的 岩石孔隙结构示意图 控制。

①粒径 理想情况下孔隙的 大小与粒径无关系，孔 隙度最大为47.6%,最 小为25.9%。Pt 1

A

B

6(1 cos ) 1 2 cos

理想球体排列的端元模型

②分选系数

Q1 So Q3

1000 渗 透 率 mD

在粒度中值与概率分布图上： Q1 -相当于 25 %处的粒径大小； Q2 -相当于 25 %处的粒径大小。 当分选系数一定时，渗透率的 对数和粒度中值- Md 成线性关系。 砂岩的孔隙度和渗透率随着它 的分选系数趋于1而增加。1000 渗 透 率 mD 100

10

0

So=常数

Mdφ

渗透率对数和粒度中值成线性关系

100

-1.1 1.4 So1 1.3-

-1.2 1.1 -2.0 1.4

-2.7 2.0

-5.7 2.7

- o1 S 1. 3-

1.

10

当粒度中值一定时，分选系 数和渗透率有如下关系： A:So<2时，各种粒径砂岩 的孔隙度均随 So 的增大而迅速 降低。 B:So>2时，中细粒砂岩的 孔隙度均随 So 的增大而缓慢下； 粗粒和极细粒砂岩 So 的增大时， 孔隙度基本上保持不变。

渗 1000 透 率) (100

mD

Md φ

00. 5-1

0.52 51.

.3 2.5-3 2-2

10

11. 5

1

2

3

4

So

Q1 Q3

分选系数与渗透率的关系图

有效孔隙度与和渗透率之间存在良好的正相关性。渗 透 率)10000

21000

mD

1 2 3 5 4

(100 10 0

0

4

8

12

16

20

24

28

32

孔隙度(%)

不同粒径的孔隙度与渗透率的关系图1-粗的和很粗的颗粒；2-粗的和中等的颗粒；3-细颗粒；4-淤泥；5粘土

粒径与渗透率的关系 :随着粒径的变小，孔隙度相同时渗透率 在降低。 1000 渗 10000 一般细粒碎 500 透 5000 率 屑岩磨圆度差， 100 mD 1000 呈棱角状，颗粒 50 500 支撑时比较松散， 10 100 似乎应比磨圆度 5 50 好的较粗的砂质 沉积可能有更大 10 1 5 0.5

的孔隙度。但是， 它的孔喉小，毛 1 0.1 细管压力大，流 0.5 0.05 体渗滤的阻力大， 0.1 0.1 因此，它的渗透 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 孔隙度(%) 率值小。( )

3.成岩后生作用 (1)压实作用 压溶作用使碎屑颗粒溶解 ， 引起物质的再分配 ，结果是石英 (500~1000m)和长石颗粒的次生加大和胶结。 (2)溶解作用 地下深处由于孔隙水成分的改变，使长石、火山岩屑、碳酸盐岩 屑和方解石胶结物产生大量溶解，形成次生溶蚀孔隙。 (3)胶结作用 使松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。泥质、钙- 泥质胶结的岩石储油物性较好；钙质、硅质和铁质胶结的岩石致密， 储油物性较差。 三.碎屑岩储集层的沉积环境及分布 砂岩体：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。

1.冲积扇砂砾岩体 在干旱、半干旱气候区，当洪水从狭窄的山谷进入平原时，在山 口处，由于坡度急剧变缓，洪水散流，使流速变慢，水中携带的泥 砂很快从山口堆积下来，形成以山口为顶点的扇形沉积体。沉积物 常呈现红色，并有蒸发岩质的古土壤。单个冲积扇锥斜交或垂直于 山岭分布，通常可发生多次迭合，形成较大的锲形体，面积最大可 达数百平方公里；累计厚度可达数千米。冲积扇主要是砂、砾和泥 质组成的混杂堆积，粒度粗，分选差，成分复杂，磨圆度不好，但 在冲积扇砂体的中部，有储集物性较好的辫状河道砂砾岩体，邻近 若有油源，一般油气可以在此聚集。我国新疆克拉玛依油田三叠系 储集层就是冲积扇砂岩体。

2.河流砂岩体 在长期沉降的气候 潮湿区，河流发育， 形 成广 阔 的 冲 积 平 原 ， 在冲积平原上河流砂 岩 体发 育 。 有 砂 、 砾 、 粉砂、粘土各类碎屑 沉积物，它们以砂质 为主，成分复杂，分 选差到中等。古河流 A 砂体一河床中边滩和 心滩砂岩储油物性最 好。此类砂岩体储存 B 油气并不多，但各地 均有发现。

油藏 砂体

4mi

B

580 620 660 560 6001mi

A A′ft

B′

A′

B′

3.三角洲砂岩体 三角洲砂岩体可进一步划分为三个亚环境： (1) 三角洲平原相 是河流入三角洲平原，呈放射状向海或湖方向伸展的大量分叉 的河道冲积，此处砂体粒度较细，河道较平直，常发生分流、废弃 现象，与大片沼泽沉积共生，并与海、湖相沉积紧邻，其中的分流 河道砂岩体储油物性最好。 (2)三角洲前缘相 这里河水与海水相互作用最强烈，沉积的大套砂质物，由于受 海水的冲刷和筛选作用，颗粒一般较纯净，分选、磨圆好。其中的 水下分流河道砂岩体、河口坝砂岩体、远坝砂岩体及前缘席状

砂岩 体等是极好的储集层。国外有关海相三角洲含油性的报导，认为前 缘砂是三角洲体系中最好的储集层；但我国对滨湖三角洲研究表明， 分流河道砂优于前缘砂。 (3)前三角洲相 沉积的泥岩是很好的生油岩相区。

相

三

角

角

洲洲

平

原相

三前

前

缘

相

三

角

洲

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