致密砂巖儲(chǔ)層形成條件及其表征方法課件

致密砂巖儲(chǔ)層形成的條件與其

表征技術(shù)與方法小組成員：李曉路王博王哲徐丹林易兵致密砂巖儲(chǔ)層形成的條件與其

表征技術(shù)與方法小組成員：李曉路匯報(bào)綱要一、前言二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法六、總結(jié)匯報(bào)綱要一、前言1927年在美國(guó)的圣胡安盆地發(fā)現(xiàn)致密砂巖氣藏。1976年，加拿大阿爾伯達(dá)盆地西部發(fā)現(xiàn)了大型的埃爾姆沃斯致密砂巖氣田，標(biāo)志著北美致密砂巖氣勘探開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段。90年代以后隨著三維地震、鉆井及完井技術(shù)、壓裂技術(shù)的發(fā)展，致密砂巖氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，已成為全球天然氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域之一。全球已發(fā)現(xiàn)或推測(cè)發(fā)育致密氣的盆地達(dá)到70余個(gè)，最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)全球致密砂巖氣的儲(chǔ)量為209.6×1012m3。其中北美和拉丁美洲的儲(chǔ)量最高據(jù)金正縱橫油氣資源網(wǎng)整理一、前言發(fā)展歷程1927年在美國(guó)的圣胡安盆地發(fā)現(xiàn)致密砂巖氣藏。全球已發(fā)現(xiàn)或推

美國(guó)是全球致密砂巖氣工業(yè)發(fā)展最早、開發(fā)利用最成功的國(guó)家，已在23個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了致密砂巖氣，主要分布于落基山盆地群和墨西哥灣沿岸地區(qū)，剩余探明可采儲(chǔ)量超過5×1012m3，2012年致密砂巖氣產(chǎn)量達(dá)1754×108m3，約占美國(guó)天然氣產(chǎn)量的26%，在天然氣產(chǎn)量構(gòu)成中占有重要地位。

一、前言美國(guó)地區(qū)美國(guó)是全球致密砂巖氣工業(yè)發(fā)展最早、開發(fā)利用最成功的國(guó)1990~2011年我國(guó)致密砂巖地質(zhì)儲(chǔ)量產(chǎn)量增長(zhǎng)形勢(shì)圖（據(jù)戴金星2012）2020年全致密砂巖氣年產(chǎn)量有可能達(dá)到800×108m3以上，產(chǎn)量將主要集中在鄂爾多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地

我國(guó)致密砂巖資源潛力也比較大，分布廣泛。自1971年以來，相繼發(fā)現(xiàn)了許多致密砂巖氣田。目前，致密砂巖氣的產(chǎn)量也在不斷的增加。一、前言中國(guó)地區(qū)長(zhǎng)慶油田天然氣年產(chǎn)量及發(fā)展趨勢(shì)據(jù)（楊華2012）1990~2011年我國(guó)致密砂巖地質(zhì)儲(chǔ)量產(chǎn)量增長(zhǎng)形勢(shì)圖（據(jù)戴匯報(bào)綱要一、前言二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法六、總結(jié)匯報(bào)綱要一、前言1973年，美國(guó)能源部對(duì)可進(jìn)行工業(yè)開采的致密含氣層標(biāo)準(zhǔn)作了如下界定：①用常規(guī)手段不能進(jìn)行工業(yè)性開采，無法獲得工業(yè)規(guī)模可采儲(chǔ)量；②含氣砂層的有效厚度下限30.48m（100英尺），含水飽和度低于65％，孔隙度5%～15%；③目的層埋深1500～4500m（5000～15000英尺）；④產(chǎn)層總厚度中至少有15%為有效厚度；⑤可供勘探面積不少于31km2（12平方英里）；⑥位于邊遠(yuǎn)地區(qū)（當(dāng)時(shí)考慮到要使用核爆炸壓裂法，因此要遠(yuǎn)離居民稠密區(qū)）；⑦產(chǎn)氣砂巖不與高滲透的含水層互層。致密砂巖儲(chǔ)層通常為儲(chǔ)層滲透率低的砂巖儲(chǔ)層。致密低滲透儲(chǔ)層是一個(gè)相對(duì)概念，世界上并無一固定的標(biāo)準(zhǔn)和界限，它是由不同國(guó)家不同時(shí)期的資源和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和世界油氣價(jià)格而決定的。20世紀(jì)70年代，美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)將致密含氣砂巖定義為空氣滲透率小于0.1×10-3μm2的砂巖，這也是目前國(guó)際上一般采用的標(biāo)準(zhǔn)。二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念致密儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)的劃分標(biāo)準(zhǔn)1973年，美國(guó)能源部對(duì)可進(jìn)行工業(yè)開采的致密含氣層標(biāo)準(zhǔn)作了如中國(guó)的劃分標(biāo)準(zhǔn)1、關(guān)德師（1995）把致密砂巖氣藏定義為孔隙度低（小于12%）、滲透率比較低（1×10-3μm2）、含氣飽和度低（小于60%）、含水飽和度高（大于40%）、天然氣在其中流動(dòng)速度較為緩慢的砂巖層中的非常規(guī)天然氣藏。2、王允誠(chéng)等（2004）根據(jù)儲(chǔ)層物性，將低滲透性儲(chǔ)層的孔隙度劃分為8%~15%、滲透率為10×10-3~0.1×10-3μm2，致密儲(chǔ)層的孔隙度為2%~8%、滲透率為0.1×10-3~0.001×10-3μm2。3、中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院在“致密砂巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法”研究（2010）中，提出了致密砂巖儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：孔隙度<10%、原地滲透率<0.1×10-3μm2或空氣滲透率<1×10-3μm2，孔喉半徑<1μm、含氣飽和度<60%。該評(píng)價(jià)方法于2011年經(jīng)國(guó)家能源局頒布實(shí)施，成為中國(guó)第一個(gè)關(guān)于致密砂巖氣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T6832-2011），對(duì)中國(guó)致密砂巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)和勘探部署具有重要的指導(dǎo)作用。

二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念致密儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)的劃分標(biāo)準(zhǔn)二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念致密儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)采用致密氣藏的概念，主要是為了享受特殊稅費(fèi)政策，一次分壓10層以上的直井壓裂與大型壓裂技術(shù)的進(jìn)步不斷降低開發(fā)下限。中國(guó)以滲透率為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行儲(chǔ)層分類，主要考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素，目前以低滲儲(chǔ)層開發(fā)為主體，但儲(chǔ)層下限已經(jīng)延伸到致密儲(chǔ)層范圍。國(guó)內(nèi)分類油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法SY/T6285-1997美國(guó)Elkins高滲＞500常規(guī)儲(chǔ)層＞1.0中滲10～500低滲0.1～10近致密層0.1～1.0致密＜0.1致密層0.005～0.1很致密層0.001～0.005超致密層＜0.001單位：mD二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念中國(guó)與美國(guó)的差異致密儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)采用致密氣藏的概念，主要是為了享受特殊稅費(fèi)政策，一匯報(bào)綱要一、前言二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法六、總結(jié)匯報(bào)綱要一、前言三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征致密砂巖與常規(guī)儲(chǔ)層在孔隙度、滲透率、及儲(chǔ)層壓力等方面差異顯著，兩者的研究?jī)?nèi)容及分布規(guī)律也存在區(qū)別。特征對(duì)比（據(jù)湯達(dá)禎等2012）三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征致密砂巖與常規(guī)儲(chǔ)層在孔隙度、滲透率、及鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組為例三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征巖石學(xué)特征

盆地西南緣延長(zhǎng)組巖屑長(zhǎng)石和長(zhǎng)石巖屑砂巖

盆地東北部延長(zhǎng)組長(zhǎng)石砂巖，含少量的巖屑長(zhǎng)石砂巖

（據(jù)張哨楠2010）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組為例三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征巖石學(xué)特征特低孔隙度和超低滲透率滲透率對(duì)應(yīng)力敏感束縛水飽和度高氣水關(guān)系復(fù)雜延長(zhǎng)組孔隙度分布頻率圖（據(jù)張哨楠2010）延長(zhǎng)組滲透率分布頻率圖（據(jù)張哨楠2010）物性特征三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征（據(jù)湯達(dá)禎等2012）

特低孔隙度和超低滲透率延長(zhǎng)組孔隙度分布頻率圖（據(jù)張哨楠201致密砂巖儲(chǔ)層孔隙類型包括縮小粒間孔、粒間溶孔、溶蝕擴(kuò)大粒間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？缀途чg微孔；孔隙喉道以片狀、彎片狀和管束狀喉道為主；發(fā)育構(gòu)造微裂縫、解理縫及層面縫等裂縫結(jié)構(gòu)。研究區(qū)盒8、山1儲(chǔ)層孔隙類型統(tǒng)計(jì)表層位盒8山1粒間孔（%）0.19360.0309粒間溶孔（%）0.24860.1016長(zhǎng)石溶孔（%）0.07420.0600巖屑溶孔（%）0.88230.6945晶間孔（%）0.53470.7872雜基溶孔（%）0.10280.0917微裂隙（%）0.04310.0438面孔率（%）2.0791.81平均孔徑（μm）76.593418.6167蘇里格氣田東二區(qū)山1段與盒8段的主要的儲(chǔ)集空間孔喉特征據(jù)楊仁超等（2012）三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征致密砂巖儲(chǔ)層孔隙類型包括縮小粒間孔、粒間溶孔、溶蝕擴(kuò)大粒間孔匯報(bào)綱要一、前言二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法六、總結(jié)匯報(bào)綱要一、前言致密儲(chǔ)層成因機(jī)理四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素控制因素自生粘土礦物大量沉淀膠結(jié)物的晶出改變?cè)紫陡吆克苄运樾級(jí)簩?shí)變形粒間孔隙泥質(zhì)充填沉積環(huán)境成巖作用構(gòu)造環(huán)境壓實(shí)作用膠結(jié)作用溶蝕作用致密儲(chǔ)層成因機(jī)理四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素控制因素自生自生粘土礦物的大量沉淀膠結(jié)物的晶出改變?cè)紫陡吆克苄运樾級(jí)簩?shí)變形粒間孔隙被碎屑沉積時(shí)的泥質(zhì)充填成因機(jī)理四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素自生的伊利石堵塞了顆粒間的喉道，喉道間的連通主要依靠伊利石礦物間的微孔隙，這使得巖石的滲透率極低石英和方解石以膠結(jié)物的形式存在于碎屑顆粒之間，極大地降低了儲(chǔ)層的孔隙度，儲(chǔ)層的滲透率也隨之降低，形成低孔、低滲的致密儲(chǔ)層。

塑性和不穩(wěn)定碎屑（如云母、千枚巖屑）因壓實(shí)作用使塑性碎屑變形從而呈假雜基狀充填于碎屑顆粒之間，導(dǎo)致砂巖儲(chǔ)層成為致密儲(chǔ)層。

低能條件下或者在濁流條件下，由于沉積水體渾濁或者因水體能量不高，碎屑顆粒間雜基。含量比較高，成為泥質(zhì)砂巖（以上四副圖片據(jù)張哨楠2008）自生粘土礦物的大量沉淀成因機(jī)理四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因1、沉積環(huán)境

不同的沉積環(huán)境具有不同的水動(dòng)力特征，所形成的砂體在巖相組成、厚度、內(nèi)部非均質(zhì)性以及砂巖碎屑成分組成、泥質(zhì)含量、顆粒的粒度、分選等多方面各具特色，造成不同沉積環(huán)境所形成的砂體具有不同的原始孔隙度和滲透率。

成巖作用是在沉積作用的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因而早期的成巖作用也受到沉積環(huán)境的影響，從而影響進(jìn)一步成巖作用的類型、強(qiáng)度，對(duì)砂巖的孔隙演化起一定的控制作用。

不管致密砂巖的成因如何，沉積環(huán)境依然是控制儲(chǔ)層發(fā)育的主要因素

控制因素一四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素1、沉積環(huán)境控制因素一四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素2.1壓實(shí)作用沉積顆粒接觸形式的變化：

川西須2、須4砂巖膠結(jié)物含量與負(fù)膠結(jié)物孔隙度關(guān)系圖（據(jù)呂正祥2009）控制因素二四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素成巖作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的改造是非常明顯的。對(duì)于相同沉積環(huán)境的砂巖儲(chǔ)層來講，儲(chǔ)層性質(zhì)由常規(guī)變?yōu)榉浅Ｒ?guī)（致密）的主要原因是由成巖作用所造成的。2、成巖作用深度未接觸點(diǎn)接觸線接觸凹凸接觸孔隙度滲透率2.1壓實(shí)作用川西須2、須4砂巖膠結(jié)物含量與負(fù)膠結(jié)物孔隙2.2膠結(jié)作用

膠結(jié)作用一般都是對(duì)孔隙起破壞作用；但是當(dāng)膠結(jié)作用不太強(qiáng)時(shí)，則對(duì)孔隙起到保護(hù)作用，抵抗壓實(shí)作用的影響。石英和方解石膠結(jié)等充填膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞作用最為明顯。綠皂石、伊利石、綠泥石等呈環(huán)邊膠結(jié)產(chǎn)出，學(xué)者認(rèn)為環(huán)邊綠泥石的形成一方面阻礙了石英的次生加大，另一方面也可有效地抵抗上覆地層壓力，從而使粒間孔隙保存下來，同時(shí)也有利于后期溶蝕作用的發(fā)生。榆57井（據(jù)張曉峰2010）榆64井

（據(jù)張曉峰2010）綠泥石包殼石英具有III級(jí)次生加大現(xiàn)象控制因素二四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素2.2膠結(jié)作用榆57井（據(jù)張曉峰2010）榆64井（據(jù)

弱碳酸溶蝕V.Shimidt等人認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)演化過程中釋放出的二氧化碳在一定的壓力條件下在地層中形成弱碳酸，從而使砂巖中方解石膠結(jié)物發(fā)生溶解，形成次生孔隙有機(jī)酸溶蝕Sudam等人（1989，1993）和Meshri（1986）等提出了有機(jī)質(zhì)在演化過程所形成的羧酸、酯、醚類衍生物，這些物質(zhì)在孔隙溶液中具有極強(qiáng)的酸性，使得砂巖中不穩(wěn)定的鋁硅酸鹽礦物發(fā)生溶解，形成次生孔隙。

淡水溶蝕由于大氣淡水對(duì)大部分碎屑沉積顆粒都是不飽和的，因此大氣淡水的溶蝕作用一樣可以形成大量的次生孔隙。

2.3

溶蝕作用控制因素二四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素溶蝕作用可以產(chǎn)生大量次生孔隙，從而使儲(chǔ)層物性改善，成為有效儲(chǔ)層

V.Shimidt等人認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)演化過程中釋放出的二氧3、構(gòu)造活動(dòng)

構(gòu)造活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層的影響也是雙重的，一方面構(gòu)造的擠壓可以增加壓實(shí)作用的強(qiáng)度；另一方面構(gòu)造活動(dòng)可以使致密的脆性較大的巖石發(fā)生脆性破裂，產(chǎn)生大量構(gòu)造裂縫，以及在伸展或擠壓作用下，由于剪切應(yīng)力作用形成的大致平行層面的滑脫裂縫。裂縫在致密砂巖儲(chǔ)層中的作用主要表現(xiàn)為提高儲(chǔ)層的滲透率和增加儲(chǔ)層非均質(zhì)性的作用

圖中右側(cè)上部分顯示為低角度縫與網(wǎng)狀裂縫，下部分顯示為斜交裂縫。裂縫在圖像上表現(xiàn)為深紋控制因素三四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素川西地區(qū)須二段致密砂巖儲(chǔ)層FMI成像測(cè)井圖（據(jù)王亮國(guó)等2012

）3、構(gòu)造活動(dòng)構(gòu)造活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層的影響也是雙重的，一方面構(gòu)造的擠匯報(bào)綱要一、前言二、致密砂巖儲(chǔ)層的概念三、致密砂巖儲(chǔ)層的特征四、致密儲(chǔ)層的成因機(jī)理及控制因素五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法六、總結(jié)匯報(bào)綱要一、前言五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法表征技術(shù)與方法地震技術(shù)測(cè)井技術(shù)地震巖石物理分析地震正演模擬多參數(shù)綜合判別測(cè)井相聚類分析法五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法表征技術(shù)與方法地震技術(shù)測(cè)井技術(shù)地當(dāng)孔隙度低于8.5%時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)更集中于擬合線附近；而當(dāng)孔隙度大于8.5%時(shí)，相對(duì)高孔隙有利儲(chǔ)層段數(shù)據(jù)點(diǎn)比較發(fā)散1、地震巖石物理分析由于橫波受流體的影響非常小，氣層與一般砂體的擬合趨勢(shì)一致，預(yù)測(cè)的砂體孔隙度應(yīng)該最能反映真實(shí)的儲(chǔ)層質(zhì)量?？v波速度隨含氣飽和度增大而降低的規(guī)律非常穩(wěn)定；孔隙度越高，縱波速度越低；孔隙度越高，縱波速度隨含氣飽和度變化的非線性特征越顯著，當(dāng)孔隙度小于5.0%時(shí)，可以認(rèn)為縱波速度與含氣飽和度基本呈線性關(guān)系

四川川中某研究區(qū)內(nèi)低孔低滲的致密砂巖儲(chǔ)層

地震技術(shù)一五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法（據(jù)李勇根2008）當(dāng)孔隙度低于8.5%時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)更集中于擬合線附近；而當(dāng)孔隙度2、地震正演模擬致密砂巖因?yàn)榈涂椎蜐B的原因，由參數(shù)變化引起的地層相對(duì)地球物理特征變化比較小，從而使得儲(chǔ)層預(yù)測(cè)更為困難。2.1變儲(chǔ)層厚度模型通過改變儲(chǔ)層厚度，其范圍從0~50m，用傳統(tǒng)的褶積模型方法得到的合成地震記錄地震技術(shù)二五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法在砂體厚度范圍0~32m內(nèi)，隨著厚度的增大，地震均方根振幅也增大，約32m（1/4λ）位置均方根振幅最大；而在32~50m之間，隨著厚度增大，均方根振幅卻隨之減少。

（據(jù)李勇根2008）2、地震正演模擬2.1變儲(chǔ)層厚度模型通過改變儲(chǔ)層厚度，其范變孔隙度模型正演剖面

地震技術(shù)二五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法孔隙度小于6%時(shí)，振幅變化不大；當(dāng)孔隙度大于6%時(shí)，均方根振幅隨孔隙度增大快速增大。

2.2

變孔隙度模型

（據(jù)李勇根2008）變孔隙度模型正演剖面地震技術(shù)二五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法均方根振幅與孔隙度和飽和度圖（據(jù)李勇根2008）地震技術(shù)小結(jié)：通過開展系統(tǒng)的地震巖石物理基礎(chǔ)研究和地震正演模擬研究，將地質(zhì)模型和地震模型有機(jī)地結(jié)合起來，探索出地層厚度、孔隙度、流體飽和變化引起地震響應(yīng)的一般性規(guī)律。地震技術(shù)二五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法2.3變飽和度模型均方根振幅與孔隙度和飽和度圖（據(jù)李勇根2008）地震技術(shù)小結(jié)測(cè)井相多參數(shù)成果圖（據(jù)林紹文等2006

）利用多參數(shù)判別法在某研究區(qū)致密層識(shí)別了3個(gè)氣層

多參數(shù)判別是根據(jù)測(cè)井曲線特征，突出儲(chǔ)層品質(zhì)和儲(chǔ)層含氣性的一項(xiàng)分析技術(shù)，能更有效地識(shí)別含氣儲(chǔ)層測(cè)井技術(shù)五、致密儲(chǔ)層的表征技術(shù)與方法1.多參數(shù)判別法測(cè)井相多參數(shù)成果圖（據(jù)林紹文等2006）利用多參數(shù)I類代表好儲(chǔ)層，Ⅱ類代表差儲(chǔ)層，Ⅲ類代表致密層、非儲(chǔ)層測(cè)井信息氣層差氣層干層純泥巖GR(A