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第3章 储层质量

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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储层质量储层质量第三章层质量孔隙度渗透率1. 宏观储层质量参数宏观参数微观孔隙结构裂缝回顾总孔隙度有效孔隙度测定手段 : 岩心测井地震(1) 孔隙度特高孔隙度高孔隙度中孔隙度低孔隙度特低孔隙度≥ 25%≥ 30%25%>≥ 15%15%>≥ 10%10%(2) 渗透率绝对渗透率有效渗透率相对渗透率测定手段 : 岩心测井试井特高渗高渗中渗低渗特低渗2000> k ≥ 50050 > k ≥ 10< 10 ≥ 2000 k ≥ 50 孔隙结构 :岩石中所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。孔隙 : 岩石颗粒包围着的较大空间喉道 : 两个颗粒间连通的狭窄部分粒间孔粒内孔微孔隙裂缝2. 微观储层质量参数(1) 孔隙与喉道类型碎屑岩喉道类型A:孔隙缩小型; B:缩颈型; C:片状; D:弯片状; E:管束状碳酸盐岩喉道类型微裂缝型晶间隙型孔隙缩小型管状解理缝型(2)岩心孔隙结构的表征铸体方法:三维铸体铸体薄片状、大小及分布小、填隙物特征毛管压力曲线 2 σ 毛管压力曲线定性分析孔喉大小孔喉分选最大连通孔喉半径孔喉半径中值最小非连通孔隙体积百分数排驱压力中值压力毛管压力曲线定量分析喉道半径中值喉道半径均值主要流动喉道半径平均值难流动喉道半径3. 储层裂缝(简介)裂缝成因构造裂缝区域裂缝收缩裂缝卸载裂缝风化裂缝层理缝其它张裂缝剪裂缝张剪缝裂缝成因裂缝参数裂缝预测裂缝宽度裂缝大小裂缝间距裂缝产状裂缝性质裂缝网络裂缝密度裂缝孔隙度裂缝渗透率裂缝参数岩石成分、粒度、孔隙度、层厚、构造位置影响因素井眼裂缝的探测方法岩心观察分析测井解释裂缝预测方法统计分析方法曲率法现今地应力方法古应力场数值模拟地震方法裂缝探测与预测二、二、储层质量的控制因素储层质量的控制因素不同类型储集体的质量差异?同一储集体内部的质量差异?•等大球体立方体排列:孔隙度 ?斜方体排列:孔隙度 ?•不等大且分选差:孔隙度 ?•不均一排列时:孔隙度 ?对于 两个砂体 ,不同粒度、等大球体、同一排列时:孔隙度比较 ?渗透率比较 ?粒度、分选粒度、分选(包括(包括泥质含量泥质含量))、排列方式、排列方式1. 度和分选与原始孔渗性的关系图版7525然堤砂体?决口扇砂体?河道上部?河道下部?河口坝?远砂坝?分流河道砂体?砂坝上部?砂坝下部?冲积扇砾岩?河流底砾岩?海滨砾岩?葡北地区 胜北地区 连木沁地区 K( φ(%) K( φ(%) K( φ(%) 七克台组 间房组 山窑组 类沉积相的储层物性差异同为有利沉积相,储层性质相差悬殊问题砂体十分发育,但优质储层分布少压实、胶结、溶解压实、胶结、溶解岩溶作用次生孔隙发育规律2. 成岩因素•宏观上控制沉积、成岩;•形成裂缝3. 构造因素孔隙破坏机制次生孔隙的形成机制古岩溶作用与古岩溶储层成岩储集相与岩石物理相第二节第二节储层孔隙破坏与形成机制储层孔隙破坏与形成机制碎屑沉积物 沉积岩一、孔隙破坏机制压实作用 : 缩小粒间体积胶结作用: 堵塞孔喉,但不减小粒间体积破坏孔隙的主控成岩作用压实作用及其控制因素图版:台参 2井 4164米压实作用强,石英颗粒之间呈缝合线接触Φ= Φ)深度(2)沉积物组分弹性形变组分 :石英、石英岩、碳酸盐岩、硬石膏等塑性形变组分 :云母、泥岩、喷出岩、杂基等。实例:北方侏罗系(3) 碎屑分选性粒粗而分选好者抗压实(4)异常压力抗压实(5) 早期胶结及溶解作用(?)(物源差异)(相差异)2. 胶结作用及其控制因素(1) 胶结物类型碳酸盐、石英、粘土矿物、沸石、其他(长石、石膏、硬石膏、黄铁矿等)(2)胶结产状孔隙充填孔隙衬边孔隙桥塞加大式孔隙充填 (?)孔隙衬边孔隙桥塞胶结带分布形式(3)胶结作用对孔渗的影响胶结物含量含量 Φ )胶结作用的控制因素1)孔隙水介质+离子类型、含量、物理化学性质酸性水:石英、高岭石碱性水:方解石,其它粘土矿物+不同成岩阶段2)岩性碎屑成分原始孔渗性粘土矿物含量3)温度4)异常压力5)油气侵位伊利石 石组合厚层砂体顶底薄层砂体二、次生孔隙的形成及分布规律二、次生孔隙的形成及分布规律1. 次生孔隙的类型粒间溶孔组分内溶孔铸模孔超粒孔贴粒孔粒间溶孔组分内溶孔裂缝裂缝、粒间孔隙2. 可溶组分沉积组分自生胶结物自生交代物3. 无机个温度窗)6. 成岩阶段与孔隙演化有机质热成熟度 成岩阶段 划分方案 I/S 混层 粘土矿物 转化带 热成熟阶段 镜质组 反射率(%) 最大热解 峰温 C)孢粉颜色和热变指数 温度 (°C) A 蒙脱石带 (S 层>70%) 未成熟65 ~85 S 层50%~35%) 低成熟 ~440 桔黄一棕 ~85~110± S 层 ±20%)成熟 ~460 桔黄一棕 ~110~140± B 第三转化带( 40 170± 晚成岩C 混层消失带 (伊利石带 ) 过成熟2~00± 黑 >170 ~200 表生成岩同生成岩晚成岩中成岩成岩阶段与孔隙演化晚成岩中成岩7. 次生孔隙发育的控制因素(1)砂体与富含有机质的烃源岩相邻——沉积相的控制三角洲 浊积岩 煤系地层(2) 烃源岩有机质类型及丰度?(3)源岩需达到一定的成岩温度——温度窗控制 (埋深、地温梯度)(4)运载流体压实水及粘土转化脱水(5) 流体运载通道断层、裂缝、储层孔隙(6)大规模流体渗流交替上升流下降流热对流(7)油气早期侵位三、三、古岩溶作用及古岩溶储层古岩溶作用及古岩溶储层岩溶作用 :地表水和地下水对可溶性岩石的溶解、淋滤、侵蚀、搬运、沉积等一系列地质作用的综合。古岩溶作用 :1) 垂直渗滤带位置 :地表以下,最高潜水面之上水流特征 :向下垂直渗流岩溶形态 :地表:石芽、石沟、峰丛、浅洼地下:溶孔、溶缝、落水洞岩溶岩 :落水洞内:泥质角砾岩、砂泥充填物孔缝内:泥、方解石等( 2)季节变动带潜水面随季节而升降(最高潜水面与最低潜水面之间)具有 垂直渗流 和 水平潜流 的双重特征( 3) 水平潜流带位置 :最低潜水面之下水流特征 :水平渗流岩溶形态 :地下:水平溶洞、暗河岩溶岩 :岩溶角砾岩:角砾支撑岩溶角砾岩网缝镶嵌岩溶角砾岩(洞顶坍塌、假角砾化)溶积钙质砂泥岩溶积灰岩( 4)深部缓流带地下水流动缓慢岩溶作用微弱2. 岩溶作用分区岩溶高地 岩溶斜坡 岩溶盆地 岩溶分区特征岩溶高地 岩溶斜坡 岩溶盆地地貌形态组合 峰丛与溶洼 溶丘与谷地或洼地 残丘或孤峰与洼地地下岩溶 溶隙、孤立溶洞 溶隙、直立溶孔、水平溶孔、溶洞落水洞岩溶 以填隙泥质角砾岩为主顶部有泥质角砾岩,溶洞充填物以角砾支撑及网缝镶嵌角砾岩及溶积泥岩、溶积砂岩为主泥质支撑角砾岩、溶积泥岩、溶积石灰岩地下水动力分带 以垂直渗滤带为主,厚度大以垂直渗流及水平潜流为主,地下迳流区发育,渗流带厚度小,潜流带发育地下水动力分带不明显,以地表迳流或停滞水为主对储层性能影响 裂缝及未充填的孤立溶孔(洞)以裂缝及未充填或半充填溶孔(洞) 、1)储集空间: 溶孔、溶缝、溶洞、砾间孔缝( 2)储层具有垂向分带、平面分区的特点( 3)岩溶储层非均质强形成大量的孔、洞、缝大量的孔洞缝又被充填四、 成岩储集相与岩石物理相成岩 岩心到无井区1. 基本概念压实率胶结率成岩系数成岩储集相岩石物理相压实率 =———————————中, 始孔隙体积质填隙物中微孔隙体积结物含量间孔含量( c+间体积)胶结率定量描述胶结作用对储层孔隙网络的影响程度。胶结率 =———————— 胶结物体积粒间体积成岩系数定量描述各类成岩作用对储集性能的综合影响,即成岩作用的综合效应。成岩系数 C= ———————————— 中,微孔隙率 = ——————————孔率压实率 +胶结率 +微孔隙率物性孔隙度 —面孔率物性孔隙度影响储层性质的某种或某几种主控成岩作用及其特有的储集空间的组合。(岩储集相如: 强溶解中孔中高渗成岩储集相具有一定岩石物理性质的储层成因单元,是沉积作用、成岩作用和后期构造改造作用的综合效应。岩石物理相成岩沉积构造储层岩石物理相有利的沉积相及有利的成岩储集相是形成高质量储层的必要条件。(熊琦华, 1992)( 1)岩石学及储集特征( 2)成岩作用定量研究( 3)成岩储集相研究( 4)岩石物理相研究2. 研究方法 (实例分析)吐哈盆地台北凹陷匍北-连木沁地区岩石物理相研究第三节第三节储层质量差异储层质量差异层间储层质量差异平面储层质量差异层内储层质量差异微观孔隙结构差异一、 层间储层质量差异间渗透率非均质程度层间渗透率变异系数 ( 层间渗透率突进系数 ( 层间渗透率级差 (间渗透率级差(突进系数、变异系数)平面等值线图−=−∑−=(−= 层间干扰,单层突进层间非均质对剩余油分布的控制作用层间非均质与剩余油层的定量关系(产吸剖面井、检查井、加密井、生产测井)港76Ⅲ 6Ⅲ 7Ⅲ 8Ⅲ 8Ⅲ 堵水后 井号 生产 层位 渗透率104μ d 含水 % 堵水 时间 月 /年 卡堵 层位 日产油t/d 含水 % 3 2807 浅 2876 0/1989 4 1794 浅 4 724 0/1983 6 0 5 5660 港 3 10000 2/1994 7 2 8058 18 4124 港 9196 8/1991 12 层堵水开发效果分析表面储层质量差异砂体 平面孔隙度和渗透率的非均质程度及方向性。1. 渗透率和孔隙度的平面变化•高渗层分布编制储层孔隙度与渗透率平面分布图孔隙度渗透率沉积成因: 不同微相同一微相不同部位成岩非均质裂缝 (开启与封闭)断层 (开启与封闭) 亚地震断层 (制因素2. 平面渗透率的方向性古水道与渗透率各向异性•渗透率各向异性平面非均质对剩余油分布的控制作用平面非均质与优势水驱通道及剩余油标定信息的定量关系(检查井、加密井、生产测井、井间示踪剂、干扰试井等)→ 平面舌进河道边部点坝点坝拼接带与河道边部剩余油分布主砂体边部剩余油分布( 6、层内储层质量差异•渗透率韵律及高渗层位置•层内渗透率非均质程度•渗透率各向异性与沉积微相的对应关系?1. 砂体韵律性粒度韵律渗透率韵律2. 层内渗透率非均质程度渗透率变异系数 ( 渗透率突进系数 ( 渗透率级差 (=−∑−=(−=与层间的差别?岩心分析与测井解释 ?)层内渗透率级差 (突进系数、变异系数)平面等值线图3. 层内渗透率各向异性•层理构造•夹层垂直渗透率与水平渗透率比值 ( L)层内非均质对剩余油分布的控制作用层内水驱油实验层内非均质与水驱厚度的关系(检查井、加密井、生产测井)→ 层内指进正韵律储层,底部水淹反韵律储层,均匀水淹(级差变化情况?)不同韵律层组合的剩余油分布模式单韵律级差较大夹层遮挡界面上下渗透率级差不同夹层遮挡单韵律级差较小夹层遮挡界面之上富集型 界面上下富集型界面之下富集型观孔隙结构差异喉道半径中值喉道半径均值主要流动喉道半径平均值难流动喉道半径孔喉分选系数相对分选系数均质系数偏态峰态峰值退汞效率迂曲度孔喉体积比孔喉直径比孔喉配位数喉道大小 喉道分选性 孔喉连通性孔隙非均质岩石润湿性油水粘度差微观非均质对水驱油效率及剩余油分布的控制作用微观水驱油实验孔隙结构参数与水驱油效率的定量关系(检查井、加密井)→ 孔内指进(1) 残余油特征亲水岩石亲油岩石(2) 残余油捕集机理并联模型(双孔道模型)亲油岩石亲水岩石水驱力足够大:粘滞力大水驱力过小:毛管力占优势驱动力、毛管力、粘滞力串联模型(多孔道模型)孔喉配位数(3) 非均质参数的影响均质系数与驱油效率的关系∑∑==ΔΔ=+概念的提出概念的提出“of L, J, S ., 1984984一、基本概念一、基本概念第四节第四节储层流动单元储层流动单元 km in )&C)))积相不足以解释产能差异、开发特征流动单元is a is 流动单元是一个纵横向连续的,内部渗透率、孔隙度、层理特征相似的储集带。定义of is 987)流动单元是一个 影响流体流动的岩性和岩石物理性质在内部相似的储集岩体,并与其它岩体的岩石物理性质有一定的差别 。“of of +概念概念/其它其它 (1993)和 1996)基于孔隙几何学对流体渗流具有很大影响的认识,提出了水力流动单元的概念。水力流动单元“流动单元是给定岩石中水力特征相似的层段 ”+概念概念/其它其它Φ==11τ定义: 流动带指标( 2231)1(−Φ=令: 储层质量指标(=Φ1则: 动带指标(究现状标准化孔隙度指标:石孔隙结构 特征,具有相似而属于同一水力流动单元(993)。研究现状流动单元是砂体内部建筑结构(储层构型)的一部分(裘怿楠, 1994;焦养泉, 1995)。+概念概念/其它其它流动单元是指由于储层的非均质性,隔挡和窜流旁通条件,注入水沿着地质结构引起的一定途径驱油、自然形成的流体流动通道(裘怿楠,1996)。流动单元是一个相对的概念,应根据油田的地质、开发条件而定(裘怿楠, 1994;穆龙新, 1996)。流动层段指标岩石物理相或孔隙几何形状层内矛盾加剧厚层提高采收率细分沉积微相成因单元砂体平面矛盾加密井网沉积相研究成因单元砂体组合层间矛盾细分层系油层组划分油砂体合注合采确定方法流动单元生产中面临的矛盾开发条件?本质: 流动单元 是具有相似渗流特征的储集单元。•不同的单元具有不同的渗流特征,•单元间界面为储集体内 分隔若干连通体的 渗流屏障界面以及 连通体内部的 渗流差异 “界面 ”流动单元定义 :储层内部被 渗流屏障界面 及 渗流差异界面 所分隔的具有相似渗流特征 的 储集单元 。+概念概念/推荐推荐--对原始定义的进一步阐述渗流屏障界面:为确定的物理界面,包括 泥岩屏障 、 成岩胶结屏障 、封闭性断层屏障 等,界面的识别取决于资料丰富程度及人们的研究水平。渗流差异界面:可以是明确的物理界面 ,如复合体内单砂体间或韵律层间的边界;也可以是不具有物理意义的 “人为 ”边界 ,如在一个正韵律砂体内根据储层质量差异人为划分的几个相对均质段之间的边界。•渗流差异是一相对的概念,取决于研究者对渗流性能的分类。二、二、研究方法研究方法– 岩性与宏观岩石物理参数– 孔隙几何参数– 动态参数(一)分类参数与方法(一)分类参数与方法•分类参数与方法•国外学者的划分方法•推荐的研究方法孔隙度渗透率传导能力系数()储存系数(φ净砂岩含量非均质参数粒度……分类参数 分类方法截断方法聚类分析模糊综合判别……1. 宏观岩性与岩石物理参数2. 微观孔隙结构参数孔隙组合类型孔喉半径(中值、均值、 …..)流动带指标( …井间流动能力指数(层压力……3. )根据岩相与岩石物理参数划分流动单元984;988;989;996。(二)国外学者的划分方法(二)国外学者的划分方法989)美国蒙大拿州钟溪油田一障壁岛储层1996):南澳大利亚 田的辫状河三角洲储层.♦四个相带on in 类流动单元991), 993)针对某一白云岩体,根据孔隙类型、孔渗组合关系及岩石类型进行流动单元划分, 将具有同一孔隙组合类型的岩类归属于同一类流动单元。996)♦按照孔隙类型(据孔隙大小、形状、孔喉比、配位数)、孔喉分布等将储层分为八种岩类,每种岩类均具有一定的孔 种岩类在纵向上互层构成了 12个水力流动单元。(2)根据孔隙组合类型划分流动单元根据油田生产过程中流体流动能力资料对哥伦比亚 田一个曲流带砂岩储层进行了流动单元研究 ( 1994) 。♦井间流动能力指数( 应用两类数据求取 产井组实际井间流动速度;另一类数据:储层岩石物理性质数据。(3)应用井间流动能力指数(分流动单元12(Q Q )21⋅( )()12•2•1定量划分流动单元( i et 1995)as a : a : : in : a by of 0>Δ−0>Δ−0>ΔΦΦ−to Φto of : 存系数和净总比in a as a of 在取心井中确定流动单元of in 3076 3153 81 086181 18 21 89to ft/48/29/87/to 0>Δ−0>Δ−0>ΔΦΦ−1%评: 垂向定量、横向定性井间对比(三)推荐的研究方法(三)推荐的研究方法第一层次连通体与渗流屏障分析高分辨率等时地层对比储层构型分析成岩非均质性分析断层封闭性分析第二层次渗流差异分析渗流地质参数分析流动单元分类流动单元划分《沉积学报》 1999年第 2期态 +动态多学科信息 球物理、油藏地化、多井试井、测试等•高分辨率等时地层对比•储层构型分析在沉积微相的基础上,进一步确定不同级次储层结构单元的界面及其分布分流河道斜交泥岩层第一层次第一层次连通体与渗流屏障分析连通体与渗流屏障分析新疆风城油砂露头区下白垩统吐谷鲁组砂岩钙质胶结层分布特征•成岩非均质与成岩屏障温米油田温西一块•断层屏障分析静动态资料综合分析地面 — 地下 井位断 层 泥岩屏障 钙质屏障官 104 断块孔一段Ⅱ21单层连通体平面分布图205 00205 00 205 01 205 02 205 0342 2742 2642 25205 01 205 02 205 0342 2742 2642 250 300 4官 10 3王 33官 241411040497588王 28官 104图 例生 产 井注 水 井 取 心 井78京︶地球科学系66质和油藏工程的结合)影响流体渗流的地质参数: 如渗透率、储存系数、流动带指标、非均质参数等。第二层次第二层次渗流差异分析渗流差异分析结合动态资料(如产吸剖面资料),优选主控渗流地质参数。(连通体内)地面 — 地下 井位断 层 泥岩屏障 钙质屏障官 104 断块孔一段Ⅱ21单层连通体平面分布图205 00205 00 205 01 205 02 205 0342 2742 2642 25205 01 205 02 205 0342 2742 2642 250 300 4官 10 3王 33官 24141104010497558888王 28官 104图 例生 产 井注 水 井 取 心 井78京︶地球科学系66连通体2. 流动单元分类(具有相似流动特征的储层单元)应用数学方法,进行流动单元分类。★渗流差异分析聚类分析模糊综合判别……温米油田渗流单元类型官104断块枣Ⅱ、Ⅲ油组储层流动单元分类标准流动单元类型 Φ (%) K(× 10-3μ· 3. 1690. 726680. 5Ⅰ类F≥ 要分布范围>20 >500 >1500 类流动单元 Ⅱ类流动单元 Ⅲ类流动单元 Ⅳ类流动单元排驱压力Pd(05~ 16 10 8中值压力P50(~ 1最大进汞饱和度S)>7085~ 50 60~ 30 15050~ 230 10~ 100 0~ 30不同流动单元储层的微观孔隙结构特征(a)Ⅰ类流动单元(b)Ⅱ类流动单元(c)Ⅲ类流动单元(d)Ⅳ类流动单元3. 流动单元划分与建模以储层构型及渗流屏障分布模型为基础。井间预测 : 建立流动单元分布模型( 2D/3D)井内划分 : 应用主控参数在井内划分流动单元(以单砂体为单元;或单砂体内细分)方式 1温米油田温西一块储层流动单元剖面模型官 104 断块孔一段Ⅲ11储层流动单元平面分布图205 00205 00 205 01 205 02 205 03422742 264225205 01 205 02 205 034227422642 25030 4官 10 3王 33官 241411046691044975688王 28官 104图 例地面 — 地下井位生 产 井断 层 泥岩屏障 钙质屏障Ⅱ类流动单元 Ⅲ类流动单元 Ⅳ类流动单元注 水 井Ⅰ类流动单元取 心 井 设 计 井一九九九年四月石油大学︵北京︶地球科学系红色:一类流动单元绿色:二类流动单元绿色:二类流动单元兰色:渗流屏障应用标点过程随机模拟方法建立的流动单元三维模型应用 首先应用基于目标的随机模拟方法(标点过程)建立三维储层成因单元(沉积微相)的井间预测模型,以此为基础,应用序贯高斯模拟方法建立渗流主控参数(选用流动带指数 井间分布模型, 最后通过截断处理建立三维储层流动单元模型。方式 2 主控参数预测 断)开发过程中的动态变化开发过程中的动态变化水敏、盐敏、速敏、酸敏、碱敏、水锁不同开发阶段的渗透率有所变化,因此, 流动单元类型 会发生变化。但储层连通体及渗流屏障 是不变的。流动单元研究中尚存在争议的一些问题1. 概念问题连通体连通体内的储层质量差异地质体地质体 +开采动态(含剩余油饱和度、油藏压力等)2. 流动单元界面属性问题突变渐变3. 统一命名问题统一命名各研究区分别命名流动单元研究中尚存在争议的一些问题 (续)4. 类型数目问题划分几类流动单元比较合适5. 划分标准问题划分参数?具体标准?6. 全区研究与局部研究问题全区统一研究区内分块研究美国墨西哥湾下第三系增产措施: 2505% 250桶 /日 10桶 /日溶解: 富铁绿泥石、铁方解石、黄铁矿等沉淀: 胶状的 H)3第五节第五节储层敏感性储层敏感性配伍),将会发生各种物理、化学作用,导致储层渗流能力发生变化(主要是下降)。储层损害(伤害)地层损害(伤害)(层敏感性: 油气储层与外来流
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