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石油地质学资料235214491

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石油 地质学 资料 235214491
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第三章储集层和盖层凡具有一定的连通孔隙,能使液体储存,并在其中渗滤的岩层,称为储集层。储集层中储集了油气称含油气层。投入开采后称产层。§§1储集层的物性参数储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性,其孔隙渗透性的好坏、分布规律是控制地下油气分布状况、油气储量及产量的主要因素。储集层和盖层一、一、储集层的孔隙性绝对孔隙度(岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值。是衡量岩石孔隙的发育程度。φ=t*100%按孔隙(小,有超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙三类。径>应裂缝宽度>体在重力作用下自由流动。于毛细管力的作用,液体不能自由流动。细粒砂岩,孔隙度随 粒和极细粒砂岩, 隙度基本不变。立方体排列:堆积最松,孔隙度最大,渗透率最高;斜方体排列:孔隙直径较小,渗透率低。磨圆度增高,储集物性变好。储集层和盖层(3)杂基含量对原生孔隙的影响杂基: 指颗粒直径小于 表沉积环境能量,在沉积作用的影响因素中最重要的因素是杂基含量。杂基含量高,一般代表分选差,平均粒径也较小,喉道小,多为杂基支撑,孔隙结构差,其孔隙、渗透性也差。储集层和盖层2、成岩后生作用对砂岩储层物性的影响压实作用:包括早期的机械压实和晚期的化学压溶作用。压实作用结果使原生孔隙度降低。胶结作用:胶结物的含量、成份、类型对储集性有影响。含量高,粒间孔隙被充填,减少原生孔隙,连通性变差,物性变差。泥质、钙 性较好;纯钙质、硅质或铁质胶结的岩石致密,物性差。胶结类型由接触式→接触→孔隙式→孔隙→基底式→基底式物性逐渐变差。溶解作用:粗粒、孔隙水多或含有有机酸的砂岩,能溶解孔喉中的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐,改善储层物性。交代作用和重结晶作用:物性的改变要视被交代物和重结晶结果而定。储集层和盖层三、碎屑岩储集层的形成环境及分布碎屑岩储集层的形成和分布,受 古沉积条件 及 古构造条件 的控制。一个沉积盆地内碎屑岩储集层发育情况,受沉积旋回的控制,一般在一个完整旋回的中后期所沉积的砂质岩,分布广,厚度大,储集物性好,常常形成良好的碎屑岩储集层。古构造条件对碎屑岩储集层的形成和分布也有影响。一般在盆地的斜坡带,碎屑物质经过机械分异作用,颗粒较均匀,圆度好,胶结物含量少,储集物性甚佳。在水下大型古隆起的顶部和翼部,由于湖水的冲洗作用,形成物性良好的碎屑岩储集层。储集层和盖层储集层和盖层横向上碎屑岩储集层的分布主要是受沉积环境的控制,主要分布于砂岩体中。砂岩体:是指在一定的地质时期,某一沉积环境下形成的,具有一定形态、岩性和分布特征,并以砂质为主的沉积岩体。储集层和盖层舌状砂岩体平面、剖面分布特征图舌状砂岩体可分为四个带: 主体:近沉积物部分;核部:砂岩体中部、砂岩最发育的地段;前缘带:砂岩体最前方和两侧边缘的砂岩体尖灭带,连通性较差。断续分布带:介于砂岩体沉积区与泥岩沉积区之间的透镜体砂岩,以泥质粉砂岩为主。1、冲积扇砂砾岩体在干旱、半干旱气候区,山地河流进入平原,在山的出口堆积而形成的扇形砂砾沉积体。岩性为砾、砂和泥质组成的混杂堆积,粒度粗,分选差,成份复杂,圆度不好。物性特征:孔隙结构中等,各亚相带的岩性特征有差别,因此其渗透性和储油潜能也有变化。其中以扇中的辫状河道砂砾岩体物性较好,若邻近油源,可形成油气藏。储集层和盖层洪积锥(或冲积扇)沉积模式图2、河流砂岩体岩性由砾、砂、粉砂和粘土组成,以砂质为主,成分复杂,分选差 —中等。边滩砂岩体(属称点砂坝):发育于河流中、下游弯曲河道内侧(凸岸),为透镜状,由下到上,粒度由粗到细的正粒序。中部储油物性较好,向上、向两侧逐渐变差。储集层和盖层河曲内侧点砂坝的沉积模式图河床砂砾岩体(属称心滩):沿河道底部沉积。平面呈狭长不规则条带状,走向一般与海岸线垂直或斜交;剖面上呈透镜状,顶平底凸。物性一般中部好,向顶、向两侧变差。渗透率变化较大。储集层和盖层3、三角洲砂岩体三角洲是河流入湖或入海口流速降低而形成的扇形沉积体,以砂岩为主,岩性偏细。可分三个亚相带,各亚相带主要的砂体有:三角洲平原:分流河道砂岩体,以粉砂岩、砂岩为主,偏细。三角洲前缘:水下分流河道;河口砂坝:细、粉砂,分选好;远砂坝:粉砂、细砂和少量粘土。储集层和盖层三角洲沉积平面及垂相分布带前三角洲:席状砂:砂质纯,分选好。以前缘带的砂坝砂岩体和前三角洲的席状砂岩体,分选好,粒度适中,为三角洲储集层最发育的相带。储集层和盖层美国两个典型三角洲砂岩体分布图4、湖泊砂岩体平行湖岸成环带状分布滨湖相、浅湖相、深湖相,砂体集中于滨湖区和浅湖区,这两区颗粒受波浪的淘洗,粒度适中,分选、磨圆好,胶结物多为泥质,浅湖区为泥质和钙质混合,相对来讲,浅湖区砂体物性优于滨湖区。湖泊砂岩体为我国多数油田的储集层类型。储集层和盖层5、滨海砂岩体滨海区由于波浪、沿岸流、潮汐、风的作用,破坏附近的三角洲可形成沿岸线呈带状、串珠状分布的砂坝;由于海水的频繁进退可形成超覆与退覆砂岩体。超覆和退覆砂岩体:海进海退的频繁交替形成。海进砂岩体:下覆三角洲平原或其它海岸沉积物,不利生油。海退砂岩体:下伏海相页岩,是很好的生油岩,形成较好的生储组合。储集层和盖层超覆退覆砂岩体与海滩砂岩体滨海砂洲:平行海岸线分布。平面上呈狭长带状,形成较好的生储组合。剖面上呈底平顶拱的透镜状,由下到上粒度变粗。向上物性变好,向海一侧砂岩与页岩分界明显 ,渗透性好;向陆一侧砂岩渐变为页岩和粘土 ,富含泥质,渗透性变差。走向谷砂岩体:在海进过程中的海岸上,沿单面山古地形陡崖或断层陡阶走向分布的滨海砂岩体,岩性以中、细砂为主,分选磨圆好,松散,物性好。储集层和盖层滨海砂洲地图7、浊流砂岩体浊流携带大量的泥砂在大陆斜坡到深海平原形成的扇形堆积体。由根部到前缘,由下部到上部,沉积物由粗变细,分选由差变好,前方和上部是分选较好的砂质沉积,可构成良好的储集层,浊积砂岩体发育在深水泥岩之中,有丰富的油源,构成了油气藏面积不大,但油层厚,储量大。储集层和盖层浊流砂岩体沉积环境模拟图8、风成砂岩体在大陆沙漠区、河岸附近,可形成风成砂丘。由成份纯、圆度好、分选佳、胶结弱的砂粒组成,无泥质夹层,厚度大,孔隙渗透性好,最有利的碎屑岩储集体。在陆相沉积中,湖成(海岸)砂岩体往往同河床、三角洲、冲积扇、风成砂体混在一起,不同时期,不同成因的砂岩体有时连成一片,形成一个历时层状砂岩体。储集层和盖层§§3 碳酸岩盐储集层碳酸岩盐储集层现在,从碳酸盐岩储集层中发现的油气储量已接近世界油气储量的一半,产量则已达总产量的 60%以上。碳酸盐岩储集层的类型很多,岩性以粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩为主。储集层和盖层一、碳酸盐岩储集层的孔隙类型(一)原生孔隙1、粒间孔隙多存在于粒屑灰岩,特征与砂岩的相似,不同之处是,易受成岩后生作用的改变,常具有较高的孔隙度。另外,有的由较大的生物壳体、碎片或其它颗粒遮蔽之下形成的孔隙,称遮蔽孔隙,也属粒间孔隙。储集层和盖层孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)2、粒内孔隙是颗粒内部的孔隙,沉积前颗粒在生长过程中形成的,有两种:生物体腔孔隙:生物死亡之后生物体内的软体腐烂分解,体腔内未被灰泥充填或部分充填而保留下来的空间。多存在于生物灰岩,孔隙度很高,但必须有粒间或其它孔隙使它相通才有效。鲕内孔隙:原始鲕的核心为气泡而形成。储集层和盖层孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)3、生物骨架孔隙4、生物钻孔孔隙5、鸟眼孔隙储集层和盖层孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)(二)次生孔隙1、晶间孔隙2、角砾孔隙3、溶蚀孔隙4、裂缝储集层和盖层孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)孔隙类型示意图(黑影部分代表孔隙)3、溶蚀孔隙根据成因和大小,包括以下几种:粒内溶孔或溶模孔: 由于选择性溶解作用而部分被溶解掉所形成的孔隙,称粒内溶孔。整个颗粒被溶掉而保留原颗粒形态的孔隙称溶模孔。粒间溶孔: 胶结物或杂基被溶解而形成。晶间溶孔: 碳酸盐晶体间的物质选择性溶解而形成。岩溶溶孔洞:上述溶蚀进一步扩大或与不整合面淋滤溶解有关的岩溶带所形成的较大或大规模溶洞。孔径5溶洞。储集层和盖层4、裂缝依成因可分为:①构造裂缝:边缘平直,延伸远,成组出现,具有明显的方向性、穿层。②非构造裂缝:包括:成岩裂缝:压实、失水收缩、重结晶而形成。不穿层,平行层面,裂缝面弯曲,形状不规则,延伸短。风化裂缝:地表水淋滤和地下水渗滤溶蚀改造形成。大小不均,形态奇特,边缘具明显的氧化晕圈。压溶裂缝:压溶作用,选择性溶解而形成的头盖骨接缝似的缝合线。在实际工作中,常把裂缝性碳酸盐岩储层的孔隙空间系统分为:裂缝孔隙系统:油气渗流通道,是成为高产井的重要条件之一。基块孔隙系统:是油气的主要储集空间,也是获得稳产的关键。储集层和盖层二、碳酸盐岩储集层的类型根据碳酸盐岩储集层储集空间的类型来划分,可将储集层类型分为:1. 孔隙型储集层(包括孔隙性: 主要为颗粒石灰岩:鲕粒、碎屑、生物碎屑、粒晶灰岩及白云岩等。储集空间: 原生和次生的粒间、粒内、晶间孔隙发育;裂缝次之。2. 溶蚀型储集层储集空间: 以溶蚀孔隙、洞,连成一个洞穴系统。分布: 不整合面及大断裂带附近。特别是古风化壳、古岩溶带。储集层和盖层3. 裂缝型储集层岩性: 主要为白云岩、白云岩化灰岩。储集空间: 裂缝为主,尤其纵横交错构成的裂缝网。其特征是:岩性测定其物性极低,与油气实际产能不适应。4. 复合型储集层储集空间: 孔、洞、缝同时或出现两种。有利于形成储量大、产量高的大型油气田。储集层和盖层三、影响碳酸盐岩储集层的因素由于碳酸盐岩储集层储集空间多样,尤其是次生改造作用,使得其物性的影响因素及分布规律较为复杂,要视不同的储集层类型而不同。1、孔隙型储集层发育的影响因素孔隙型储集层 储集空间 多以原生粒间 影响 其发育的因素取决于原来岩石的沉积特征(沉积环境),即类似于碎屑岩储集层,其孔隙度、渗透率大小与粒度、分选、磨圆、杂基含量以及造礁生物发育程度。储集层和盖层分布: 孔隙型储集层其物性受沉积环境的控制,因此,在高能环境或有利生物礁形成的环境,能形成好的粒间 此类储集层分布的主要相带。平面上主要分布在台地前缘斜坡相、浅滩相、盆地边缘生物礁相、潮坪相;剖面上储集层处于两次海进之间的海退层序,其下海进的细粒碳酸盐岩作为生油层,其上海进的细粒碳酸盐岩作为生油层和盖层。储集层和盖层2、溶蚀型储集层发育的影响因素碳酸盐岩溶解度: 其它条件相同时,成分越纯正,易溶,溶解度从大到小是石灰岩 >白云岩 >泥灰岩(即与 Ca/从结构构造来看,粗晶、厚层石灰岩比细晶、薄层灰岩易溶。地下水的溶蚀能力: 取决于地下水的 度、压力。水中含 呈酸性, 酸盐岩溶解度增大。储集层和盖层在不同因素影响下方解石和白云石溶解度的变化示意图储集层和盖层水中云岩溶解度增加,而方解石的溶解度下降,所以富含 云岩中的溶孔比石灰岩更为发育。温度、压力的影响是:开放体系中,温度升高导致 力降低, 碳酸盐岩的溶解度降低,不利于溶蚀孔隙的形成;封闭体系中,溶解度随温度增加而增加(不是自然条件)。京山-荆门 243省级公路采石场茅口组(灰色厚层状生物灰岩,见溶蚀孔洞储集层和盖层分布:主要分布在厚层、质纯、粗结构的碳酸盐岩层段,特别是白云岩。发育于富含 要在古风化壳带,岩石遭受风化剥蚀,孔隙发育,地下水沿裂缝渗流地下,形成岩溶带。分三带:垂直渗流带:水流特点以向下淋滤作用为主,流速快,溶蚀作用不太充分;溶孔以垂直孔缝为主,储集层分带性不明显,有时有地表渗入的沉积物所充填。地下水水位季节变化带:水流特点为水平与垂直流动的周期性交替。孔缝具有水平及垂直方向均发育,形成孔、洞均好的储层。厚度据地下渗流条件和岩溶作用不同而不同。潜流带:水流为水平方向,上述两带补充流缓慢与岩石作用时间长。发育良好的水平方向溶蚀孔洞,储层分带性明显。厚度与易溶岩层厚度有关。储集层和盖层3、裂缝型储集层发育的影响因素岩性控制因素成份较纯,脆性大,裂缝发育,泥质含量高,裂缝不发育。结构构造上,质纯粒粗、结晶粗的裂缝发育,薄层裂缝密度较大,但规模较小,易产生层间缝和层间脱空;厚层裂缝密度小,但规模较大,以立缝和高角度斜缝为主。构造的控制作用在构造强烈部位构造裂缝发育。长期持续上升的区域,局部构造高点、长轴、倾没端、断层及断裂带附近裂缝发育。地下水的控制作用地下水活跃的地区,构造裂缝溶解,扩大裂缝的作用。分布:在质纯、脆性大,构造强烈的部位,以及地下水活跃的地区。储集层和盖层储集层和盖层咸宁董家村晚寒武世娄山关组白云岩,裂缝发育荆门市京山县绿林镇灯影组 (部白云岩,风化节理发育四、碳酸盐岩与碎屑岩储层的区别碳酸盐岩与碎屑岩相比,由于其化学性质不稳定,容易遭受剧烈的次生变化,通常经受更为复杂的沉积环境及沉积后的变化。有以下几点区别:1、碳酸盐岩储集层储集空间的大小、形状变化很大,其原始孔隙度很大而最终孔隙度却较低。因易产生次生变化所决定。2、碳酸盐岩储集层储集空间的分布与岩石结构特征之间的关系变化很大。以粒间孔等原生孔隙为主的碳酸盐岩储层其空间分布受岩石结构控制,而以次生孔隙为主的碳酸盐岩储层其储集空间分布与岩石结构特征无关系或关系不密切。储集层和盖层3、碳酸盐岩储集层储集空间多样,且后生作用复杂。构成孔、洞、缝复合的孔隙空间系统。4、碳酸盐岩储集层孔隙度与渗透率无明显关系。孔隙大小主要影响孔隙容积。总之,碳酸盐岩储层的主要特点:储集空间发育具不均一性或突变性,也称各向异性。储集层和盖层§§4 其它类型储集层其它类型储集层一、火山岩储集层包括火山喷发岩和火山碎屑岩。火山岩含油性的影响因素:①与生油层的位置有关: 发育于生油层之中或邻近的火山岩,对含油有利。②与储油物性有关: 储油物性好,含油有利。主要储集空间为构造裂缝或受溶解的构造裂缝,因此,在构造裂缝发育的小型断陷盆地边缘与隆起过度带,有火山岩储层。它往往发育于生油层之中或邻近的火山岩,对含油有利。储集层和盖层辽河盆地东部凹陷中段 ,火山岩储层主要为东营组和沙河街组,储层空间为裂缝、熔孔 (洞 )、气孔、斑晶裂纹和晶间孔等类型。沙三段火山岩成藏条件优越,其原因主要是由于沙三段火山岩临近或直接位于生油岩之中,周围源岩中生成的烃类可直接注入到火山岩储层之中。储集层和盖层二、结晶岩储集层包括各种变质岩,储集空间主要为风化孔、缝及构造缝。多发育在不整合带、盆地边缘斜坡及盆地古突起,以此为储集层的油气藏属称基岩油气藏。储集层和盖层酒西盆地前山背斜带剖面图三、泥质岩储集层储集空间主要为构造裂缝或泥岩中含有易溶成分石膏、盐岩等,经地下水溶蚀形成溶孔、溶洞等。储集层和盖层柴达木油泉子油田剖面图§§5 封盖条件封盖条件一、概念盖层( 指在储集层的上方,能够阻止油气向上逸散的岩层。常见的盖层有:石膏和盐岩占33%,泥岩、页岩占65%,致密灰岩占2%。盖层有两大类:区域盖层与局部盖层。前者覆盖了油气运移路径,后者限定了油气聚集。储集层和盖层二、石孔径小,渗透性差;无或少开启裂缝,即使产生裂缝,由于其可朔性较好,也容易弥合成为闭合裂缝;盖层具较高的排替压力。排替压力: 是指岩石中的润湿相流体被非润湿相流体开始排替所需的最低压力。通常把非润湿相流体饱和度达到10%时对应的毛细管压力规定为排替压力。层中孔隙流体由于承受了部分上覆地层的有效压应力,使得流体具有高于静水压力的异常压力,称为异常高地层压力。储集层和盖层正常压实带(欠压实带(覆沉积物负荷压力(S )、流体压力( P)及颗粒支撑的有效应力(σ)关系图异常压力带也能阻止油气向上逸散而成为盖层。是指具有一定的生烃能力的地层,以较高的烃浓度阻滞下伏油气向上扩散运移。储集层和盖层烃源岩烃浓度高,常常具有烃浓度封闭,也具有物性封闭,随生烃量的增大会产生超压封闭,作为盖层封闭性更好。储集层和盖层不同岩石类型盖层的物性参数突破压力/0扩散系数/7,0015>15>3Ⅱ/Ⅰ含粉砂泥岩5,9 0015>Ⅲ06Ⅱ00Ⅱ/Ⅲ铝土质泥岩16 05 >15 岩15 015 Ⅱ含鲕泥岩17 质泥岩1 05 泥粉砂岩4 015 机碳/%2+1三、粒碎屑岩及富含有机物的岩石,它们通常占整个盆地充填物的很大部分。岩性是决定封闭层的最重要的因素。酸盐岩及泥岩虽然排替压力很高,但它们形变时比盐层、石膏层、粘土页岩及富含有机质的岩石更易产生裂隙。储集层和盖层岩石韧性排列次序韧性 岩性最大最小盐层石膏层富干酪根页岩粉砂质页岩碳酸盐泥岩燧石层与温度、压力、埋深有关: 如蒸发盐岩上面的覆盖层超过几千米,则它是非常韧性的封闭层,但在浅部却很脆。细粒且韧性的岩石,是很好的封闭岩。富含有机质的岩石含有干酪根层,可以变形,褶皱时表现为塑性形变。松软的干酪根层在形变时的流动性,使残余孔隙的排替压力变得非常之高。厚的页岩就可以封闭很高的油柱。厚封闭层的好处是它可能含有许多互相邻接的小封闭层,从而保证了在整个含油区的整体连续性。厚封闭层是重要的,但其厚度并不直接影响它所保持的油柱高度。若圈闭是由储层的断层位移所造成,则顶部封闭层的厚度十分重要。这时,顶部封闭层可位移成侧向封闭层,其厚度将与其所封闭的油柱高度直接相关。要研究它在整个地质单元分布区内是否均匀。中等程度的岩性变化可能在其毛细性质上有极大的不同,利用电测物性及岩性柱状图来认定可能的封闭层在整个成油体系范围内是否均匀,是一个很好的起点。储集层和盖层
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