《石油天然氣地質(zhì)與勘探》第3章儲集層和蓋層

1、? ?石油天然氣地質(zhì)與勘探石油天然氣地質(zhì)與勘探? ?第第3 3章章 儲集層和蓋層儲集層和蓋層(suo)(suo)巖石中相互連通的巖石中相互連通的、且在一定壓力差下且在一定壓力差下、可以允許流體在其中流動(dòng)的孔隙體積（即有效可以允許流體在其中流動(dòng)的孔隙體積（即有效孔隙體積）與巖石孔隙體積）與巖石總總體積的比值。體積的比值。（2 2）有效孔隙度（率）有效孔隙度（率）%100VtVee同一巖石同一巖石的有效孔隙度總是小于總孔隙度的有效孔隙度總是小于總孔隙度。第二節(jié)第二節(jié) 儲集層的巖石物性參數(shù)儲集層的巖石物性參數(shù)一、儲集巖層的孔隙性一、儲集巖層的孔隙性一、碎屑巖類儲集層一、碎屑巖類儲集層主主要要儲儲集集

2、空空間間儲儲層層連連通通孔孔隙隙（一一）儲儲集集空空間間： 孔孔隙隙 、裂裂縫縫碎碎屑屑巖巖儲儲層層的的孔孔隙隙主主要要為為原原生生粒粒間間孔孔隙隙，其其次次為為溶溶蝕蝕孔孔隙隙。第三節(jié)第三節(jié) 儲集層的巖石類型儲集層的巖石類型三影響碎屑巖儲層儲集物性的主要因素三影響碎屑巖儲層儲集物性的主要因素1）沉積條件沉積條件相同成巖作用下，石英砂巖儲性比長石砂巖好。相同成巖作用下，石英砂巖儲性比長石砂巖好。相同成巖作用下，石英砂巖儲性比長石砂巖好。相同成巖作用下，石英砂巖儲性比長石砂巖好。碎屑顆粒的礦物成分：碎屑顆粒的礦物成分：碎屑顆粒的粒度及分選性：碎屑顆粒的粒度及分選性：a.粒度越大，粒度越大，e 、

3、K大；分選程度好，大；分選程度好，e 、K大大粒度一定時(shí)，分選越好，物性越好。粒度一定時(shí)，分選越好，物性越好。b.分選一定時(shí)：分選一定時(shí)：K與粒度中值成正比。與粒度中值成正比。1、沉積條件沉積條件碎碎屑屑顆顆粒粒的的排排列列方方式式及及磨磨圓圓度度碎碎屑屑顆顆粒粒的的排排列列方方式式及及磨磨圓圓度度a.理理論論上上：立立方方體體排排列列，堆堆積積越越疏疏松松，、K大大；菱菱面面體體排排列列，堆堆積積越越緊緊密密，、K小?。籦.碎碎屑屑顆顆粒粒磨磨圓圓度度越越好好，碎碎屑屑巖巖儲儲集集物物性性越越好好雜雜基基含含量量多多，孔孔滲滲性性較較低低。雜雜基基含含量量對對砂砂體體原原始始孔孔滲滲性性影影

4、響響總 的 說 來 ，巖巖 石石 顆顆 粒粒 的的 粒粒 度度 適適 中中 、 分分 選選 好好 、 圓圓 球球巖巖 石石 顆顆 粒粒 的的 粒粒 度度 適適 中中 、 分分 選選 好好 、 圓圓 球球度度 較較 高高 ， 雜雜 基基 含含 量量 低低 ， 則則 孔孔 滲滲 性性 較較 好好 。度度 較較 高高 ， 雜雜 基基 含含 量量 低低 ， 則則 孔孔 滲滲 性性 較較 好好 。而 顆 粒 粒 徑 、 分 選 、 圓 球 度 和 雜 基 含 量 均受 控 于 沉 積 環(huán) 境 和 沉 積 作 用 。水平層理、波狀層理水平層理、波狀層理粉粉- -細(xì)砂巖、泥質(zhì)巖細(xì)砂巖、泥質(zhì)巖：儲集性質(zhì)差；滲

5、透性具明顯方向性，平行于層面儲集性質(zhì)差；滲透性具明顯方向性，平行于層面的水平滲透率較大，垂直于層面的垂直滲透率較小。的水平滲透率較大，垂直于層面的垂直滲透率較小。斜層理砂巖：斜層理砂巖：平行于斜層層面方向的滲透率最大，垂直方向的平行于斜層層面方向的滲透率最大，垂直方向的滲透率最小。滲透率最小。平行層理砂巖：平行層理砂巖：物性好。物性好。（5 5）沉積構(gòu)造）沉積構(gòu)造2 2、成巖后生作用、成巖后生作用2 2）成成巖巖后后生生作作用用壓壓實(shí)實(shí)作作用用壓壓實(shí)實(shí)作作用用致致密密、儲儲性性變變差差。溶溶解解作作用用溶溶解解作作用用次次生生溶溶蝕蝕孔孔隙隙，儲儲性性好好次次生生溶溶蝕蝕孔孔隙隙，儲儲性性好好

6、。膠膠結(jié)結(jié)作作用用膠膠結(jié)結(jié)作作用用a a. .膠膠結(jié)結(jié)物物成成分分：泥泥質(zhì)質(zhì)、泥泥鈣鈣質(zhì)質(zhì)膠膠結(jié)結(jié)的的巖巖石石較較疏疏松松，儲儲性性好好；純純鈣鈣質(zhì)質(zhì)、鐵鐵質(zhì)質(zhì)、硅硅質(zhì)質(zhì)相相反反。b b. .膠膠結(jié)結(jié)物物數(shù)數(shù)量量：較較少少好好；多多差差c c. .膠膠結(jié)結(jié)類類型型：接接觸觸式式好好，孔孔隙隙式式中中等等膠膠結(jié)結(jié)類類型型示示意意圖圖膠膠結(jié)結(jié)類類型型示示意意圖圖3 3成巖環(huán)境成巖環(huán)境影影響響礦礦物物溶溶解解度度，多數(shù)礦物的溶解度隨T而；影影響響礦礦物物的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化；影影響響孔孔隙隙流流體體和和巖巖石石的的反反應(yīng)應(yīng)，T，成巖反應(yīng)速率；控控制制有有機(jī)機(jī)質(zhì)質(zhì)的的成成巖巖演演化化。（1 1）地地溫溫其其中

7、中：沉沉積積物物骨骨架架支支撐撐的的壓壓力力；S S：靜靜巖巖壓壓力力； g g- - -重重力力加加速速度度； H H：上上覆覆沉沉積積物物的的厚厚度度； r r- - -上上覆覆沉沉積積物物的的平平均均總總體體密密度度； Pf：巖巖層層中中孔孔隙隙流流體體壓壓力力，又又稱稱地地層層壓壓力力地地靜靜壓壓力力（S S）：是是地地層層剖剖面面中中，某某層層沉沉積積物物受受到到的的由由上上覆覆巖巖層層重重力力負(fù)負(fù)荷荷引引起起的的壓壓力力，又又稱稱上上覆覆巖巖層層壓壓力力，積積土土壓壓力力。地層封閉條件下，S由兩部分組成：SPf g HrPfZ(m)PHSP（ 2 ）異異常常高高地地層層壓壓力力地層

8、壓力：地層壓力：是指作用于地層孔隙空間里流體上的是指作用于地層孔隙空間里流體上的壓力，又稱壓力，又稱孔隙流體壓力孔隙流體壓力或或孔隙壓力孔隙壓力。靜水壓力靜水壓力靜水壓力靜水壓力：是是由靜水柱重量所造成的壓力。即由由靜水柱重量所造成的壓力。即由連通在地層孔隙中的水柱所產(chǎn)生的壓力。連通在地層孔隙中的水柱所產(chǎn)生的壓力。P wP w = H= H w w g g式中：p w-靜水壓力； H-上覆水柱的高度； w-水的密度； g-重力加速度異異常?？卓紫断秹簤毫αΓ焊吒哂谟诨蚧虻偷陀谟陟o靜水水壓壓力力值值的的地地層層壓壓力力。Pf PH：異異常常高高壓壓，超超壓壓Pf PH：異異常常低低壓壓超壓通過減

9、緩壓實(shí)作用，有效保護(hù)已形成的孔隙。超壓通過減緩壓實(shí)作用，有效保護(hù)已形成的孔隙。2 2）超壓對儲層物性的影響）超壓對儲層物性的影響正正常常壓壓實(shí)實(shí)帶帶（NC）和和欠欠壓壓實(shí)實(shí)帶帶（UC）上上伏伏沉沉積積物物負(fù)負(fù)荷荷壓壓力力（S）流流體體壓壓力力（p）及及顆顆粒粒支支撐撐的的有有效效應(yīng)應(yīng)力力（）關(guān)關(guān)系系圖圖超壓可以延緩或抑制石英加大等膠結(jié)作用的進(jìn)行。超壓可以延緩或抑制石英加大等膠結(jié)作用的進(jìn)行。流體壓力與石英加大的關(guān)系（據(jù)Osborne MJ等，1999）超壓可以導(dǎo)致產(chǎn)生超壓裂縫，并維持已有的裂縫，超壓可以導(dǎo)致產(chǎn)生超壓裂縫，并維持已有的裂縫，為烴類聚集提供良好的滲流通道及儲集空間。為烴類聚集提供良好

10、的滲流通道及儲集空間。3 3埋藏時(shí)代及埋藏史埋藏時(shí)代及埋藏史年代效應(yīng)年代效應(yīng)砂巖孔隙度隨地質(zhì)年代損失。埋藏史對儲層性質(zhì)的影響埋藏史對儲層性質(zhì)的影響在一定的深度，低熱成熟度地區(qū)的孔隙度比高熱在一定的深度，低熱成熟度地區(qū)的孔隙度比高熱成熟度地區(qū)的高得多。成熟度地區(qū)的高得多。長期淺埋后期快速深埋的儲層可以保存大量的原長期淺埋后期快速深埋的儲層可以保存大量的原生孔隙生孔隙。4 4構(gòu)造因素構(gòu)造因素（1 1）構(gòu)造作用控制著沉積環(huán)境和成巖作用，宏觀）構(gòu)造作用控制著沉積環(huán)境和成巖作用，宏觀上控制著巖石的儲集性能；上控制著巖石的儲集性能；（2 2）構(gòu)造變動(dòng)劇烈地區(qū)易產(chǎn)生裂隙，有利于儲集）構(gòu)造變動(dòng)劇烈地區(qū)易產(chǎn)生裂

11、隙，有利于儲集性能的改善。性能的改善。（3 3）斷裂作用對儲層的儲集性有重要的影響。）斷裂作用對儲層的儲集性有重要的影響。四碎屑巖儲層沉積環(huán)境及分布四碎屑巖儲層沉積環(huán)境及分布碎屑巖儲層的主體是碎屑巖儲層的主體是砂巖體砂巖體砂巖體砂巖體。砂巖體砂巖體砂巖體砂巖體：在某一沉積環(huán)境下形成的具有一定形態(tài)、在某一沉積環(huán)境下形成的具有一定形態(tài)、巖性和分布特征，并以砂質(zhì)為主的沉積巖體。巖性和分布特征，并以砂質(zhì)為主的沉積巖體。席狀、樹枝狀、帶狀、豆夾狀席狀、樹枝狀、帶狀、豆夾狀A(yù)、以以平面形態(tài)平面形態(tài)為主要依據(jù)的為主要依據(jù)的砂巖體分類：B、以沉積環(huán)境為主要依據(jù)的砂巖以沉積環(huán)境為主要依據(jù)的砂巖體體成因分類成因分

12、類：與油氣關(guān)系較為與油氣關(guān)系較為密切的主要為密切的主要為：濁積砂巖體濁積砂巖體濱淺湖砂巖體濱淺湖砂巖體海岸砂巖體海岸砂巖體三角洲砂巖體三角洲砂巖體河流砂巖體河流砂巖體沖積扇砂礫巖體沖積扇砂礫巖體儲集空間：孔隙、溶孔洞、裂縫。其中儲集空間：孔隙、溶孔洞、裂縫。其中二、碳酸鹽巖儲集層二、碳酸鹽巖儲集層一儲集空間和滲濾通道一儲集空間和滲濾通道孔隙包括溶洞孔隙包括溶洞孔徑孔徑5mm主要儲集主要儲集空間空間裂縫裂縫主要滲濾通道主要滲濾通道二二 碳酸鹽巖儲集物性的影響因素碳酸鹽巖儲集物性的影響因素1、孔隙（洞）發(fā)育的主要影響因素孔隙（洞）發(fā)育的主要影響因素（1）原生孔隙）原生孔隙沉積條件（環(huán)境）沉積條件（

13、環(huán)境）發(fā)育與巖性有關(guān)。巖性受主要沉積環(huán)境控制，發(fā)育與巖性有關(guān)。巖性受主要沉積環(huán)境控制，決定于沉積環(huán)境水動(dòng)力的高低。決定于沉積環(huán)境水動(dòng)力的高低。儲性主要取決于儲集空間和滲濾通道的發(fā)育程度2次生孔隙次生孔隙成巖后生作用成巖后生作用使孔滲性能降低的成巖作用：使孔滲性能降低的成巖作用：膠結(jié)作用、壓實(shí)作用、壓溶作用和充填作用膠結(jié)作用、壓實(shí)作用、壓溶作用和充填作用有利于孔隙形成的成巖作用：有利于孔隙形成的成巖作用：白云石化作用、溶解作用白云石化作用、溶解作用高壓異常同樣有利于原生孔隙的保存。高壓異常同樣有利于原生孔隙的保存。溶蝕作用次生溶孔溶蝕作用次生溶孔A.A.碳酸鹽巖溶解度：碳酸鹽巖溶解度：a、富含富

14、含富含富含COCO2 2水中水中水中水中，碳酸鹽巖溶解度與碳酸鹽巖溶解度與Ca2+/Mg2+成正比，成正比，即即石灰?guī)r比白云巖易溶解石灰?guī)r比白云巖易溶解石灰?guī)r比白云巖易溶解石灰?guī)r比白云巖易溶解。富含富含富含富含SOSO4 42 2水中水中水中水中：與上：與上相反相反相反相反。b、質(zhì)純者易溶解質(zhì)純者易溶解質(zhì)純者易溶解質(zhì)純者易溶解。B.B.地下水溶解能力：地下水溶解能力：水中富含水中富含CO2或溫度升高時(shí)，地下水溶解能力增大?；驕囟壬邥r(shí)，地下水溶解能力增大。C.C.氣候、地貌、構(gòu)造條件：氣候、地貌、構(gòu)造條件：碳酸鹽巖出露于氣候溫暖的河谷近湖（海）岸、剝蝕區(qū)、碳酸鹽巖出露于氣候溫暖的河谷近湖（海）

15、岸、剝蝕區(qū)、多裂縫或斷層區(qū)時(shí)，更易被溶蝕。多裂縫或斷層區(qū)時(shí)，更易被溶蝕。重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用晶體變粗，孔徑增大，使晶間孔隙變大，晶體變粗，孔徑增大，使晶間孔隙變大，有利于形成溶蝕孔隙。有利于形成溶蝕孔隙。去白云石化作用：去白云石化作用：去白云石化作用：去白云石化作用：方解石晶粒變粗，孔隙度增大，方解石晶粒變粗，孔隙度增大，但分布較局限。2、碳酸鹽巖碳酸鹽巖裂縫發(fā)育的影響因素裂縫發(fā)育的影響因素（1）裂縫發(fā)育的巖性因素）裂縫發(fā)育的巖性因素內(nèi)因：巖石的脆性內(nèi)因：巖石的脆性a a、泥質(zhì)含量高者脆性小，硅質(zhì)含量高者脆性大；泥質(zhì)含量高者脆性小，硅質(zhì)含量高者脆性大；b b、質(zhì)純粒粗者更易

16、產(chǎn)生裂縫；質(zhì)純粒粗者更易產(chǎn)生裂縫；c c、層厚者裂縫密度小但規(guī)模大，層薄者相反。層厚者裂縫密度小但規(guī)模大，層薄者相反。受力強(qiáng)、張力大、受力次數(shù)多的構(gòu)造部位裂縫發(fā)育受力強(qiáng)、張力大、受力次數(shù)多的構(gòu)造部位裂縫發(fā)育。同一碳酸鹽巖同一碳酸鹽巖中：常溫常壓應(yīng)力環(huán)境下裂縫發(fā)育，常溫常壓應(yīng)力環(huán)境下裂縫發(fā)育，在高溫在高溫高壓環(huán)境下則發(fā)育較差高壓環(huán)境下則發(fā)育較差。一次一次受力變形的后期階段：裂縫密度大、組系多，受力變形的后期階段：裂縫密度大、組系多，前期階段前期階段相應(yīng)的較小或少。相應(yīng)的較小或少。（2）裂縫發(fā)育的構(gòu)造因素）裂縫發(fā)育的構(gòu)造因素 蓋層：蓋層：是指位于儲集層上方，能阻止油氣是指位于儲集層上方，能阻止油氣

17、向上逸散的巖層。向上逸散的巖層。細(xì)粒、致密、孔滲性差。按巖性按巖性主要有：主要有：泥巖、頁巖、膏（鹽）巖、致密灰?guī)r泥巖、頁巖、膏（鹽）巖、致密灰?guī)r另：另：飽水細(xì)砂巖、冰凍土層、固態(tài)氣水合物飽水細(xì)砂巖、冰凍土層、固態(tài)氣水合物按分布范圍大小按分布范圍大?。簠^(qū)域性蓋層區(qū)域性蓋層、局部性蓋層局部性蓋層依蓋層與油氣藏的位置關(guān)系依蓋層與油氣藏的位置關(guān)系: : 直接蓋層直接蓋層 上覆蓋層上覆蓋層一、一、蓋層的蓋層的類型類型特殊蓋層：特殊蓋層： 水合物蓋層水合物蓋層瀝青蓋層瀝青蓋層第四節(jié)第四節(jié) 蓋層的類型及其封蓋機(jī)制蓋層的類型及其封蓋機(jī)制二、蓋層封閉油氣的機(jī)理二、蓋層封閉油氣的機(jī)理1.毛細(xì)管壓力封閉：毛細(xì)管壓

18、力封閉：（物性封閉，薄膜封閉）Capillary seal有些巖石之所以能作為蓋層，主要是由有些巖石之所以能作為蓋層，主要是由于它于它粒細(xì)、致密、孔滲性差、毛細(xì)管阻力粒細(xì)、致密、孔滲性差、毛細(xì)管阻力粒細(xì)、致密、孔滲性差、毛細(xì)管阻力粒細(xì)、致密、孔滲性差、毛細(xì)管阻力（PcPcPcPc）大大大大。從排替壓力的角度看，即其從排替壓力的角度看，即其排替排替排替排替壓力（壓力（壓力（壓力（PdPdPdPd）高高高高。)11(2Prprtowdow向向下下儲儲層層油油要要進(jìn)進(jìn)入入蓋蓋層層必必須須克克服服的的最最小小壓壓力力:儲儲層層氣氣要要進(jìn)進(jìn)入入蓋蓋層層必必須須克克服服的的最最小小壓壓力力:)11(2Pr

19、prtgwdgw向向下下正常靜水條件正常靜水條件：蓋層所能封住的最大油柱高度為：蓋層所能封住的最大油柱高度為：grprtowZowo）（)11(2max)(相同條件下，相同條件下，氣藏比油藏對蓋層的要求更嚴(yán)格氣藏比油藏對蓋層的要求更嚴(yán)格氣藏比油藏對蓋層的要求更嚴(yán)格氣藏比油藏對蓋層的要求更嚴(yán)格)11(rprtpd蓋層孔徑越小，蓋層孔徑越小，越大，越大，越大，越大，封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng))11(rprtpd蓋層孔徑越小，蓋層孔徑越小，越大，越大，越大，越大，封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng)封閉能力越強(qiáng)PfPHPfPH時(shí)的時(shí)的時(shí)的時(shí)的PfPf異常高孔隙流體壓力異常高孔隙

20、流體壓力異常高孔隙流體壓力異常高孔隙流體壓力Pt=PfPt=Pf- -PHPH剩余孔隙流體壓力剩余孔隙流體壓力剩余孔隙流體壓力剩余孔隙流體壓力當(dāng)當(dāng)PtFPtF浮浮時(shí)，即可時(shí)，即可對下伏儲集層中油氣對下伏儲集層中油氣造成封閉。這就是造成封閉。這就是異異異異常高壓封閉常高壓封閉常高壓封閉常高壓封閉。PfZ(m)PHSP一些有一定生氣強(qiáng)度的巖層，可以阻滯下伏一些有一定生氣強(qiáng)度的巖層，可以阻滯下伏天然氣向上擴(kuò)散遷移，這就是天然氣向上擴(kuò)散遷移，這就是烴濃度封閉烴濃度封閉烴濃度封閉烴濃度封閉。這種封閉形成主要對以擴(kuò)散方式運(yùn)移的天然氣起這種封閉形成主要對以擴(kuò)散方式運(yùn)移的天然氣起作用。作用。天然氣擴(kuò)散運(yùn)移的天然氣擴(kuò)散運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ菨舛炔钪饕獎(jiǎng)恿κ菨舛炔?，即，即由高濃度向低由高濃度向低濃度擴(kuò)散運(yùn)移，以求達(dá)到濃度平衡濃度擴(kuò)散運(yùn)移，以求達(dá)到濃度平衡。這種封閉形式這種封閉形式常見于生烴期，并可造成異常高壓常見于生烴期，并可造成異常高壓，生烴，生烴停止后，這種烴濃度封閉逐漸衰減，異常高壓也隨之逐漸停止后，這種烴濃度封閉逐漸衰減，異常高壓也隨之逐漸消失。消失。三三、蓋層封閉性的影響因素探討蓋層封閉性的影響因