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1、第四讲 储层地质这些源源不断生成的大量石油储存在哪里呢？哪些岩石能作为储集油气的场所？它 们为什么能够储集油气？它们储集油气的能力又受什么因素控制？它们的分布规律如 何？等等问题，就是本章要阐述的主要内容。大量油气勘探及开发实践，改变了人们最初以为在地下有石油湖、石油河之类的错 误认识，逐渐知道石油和天然气在地下不是什么“油湖”、“油河”，而是储存在那些具有互相连通的孔隙、裂隙的岩层内，好像水充满于海绵里一样。凡是能够储存和渗滤流体的岩层，称为储集层。两个基本特性孔隙性和渗透性。孔隙性的好坏直接决定岩层储存油气的数量，渗透性的好坏则控制了储集层内所含 油气的产能。储集层的含义只强调了具备储存油
2、气和允许油气渗滤的能力，并不意味着其中一 定储存了油气。如果在储集层中含有了油气，则可将该储集层称为含油气层。最重要 的储集层是各类砂岩、砾岩、石灰岩、白云岩、礁灰岩，此外还有少量的火山岩、变 质岩、泥岩等。第一节 岩石的孔隙性和渗透性一、孔隙度（率）的概念及表示方法岩石中存在的孔洞和裂缝，便成了油气储存的场所和流动的通道。为 了衡量岩石中孔隙总体积的大小，以表示岩石中孔隙的发育程度，提 出了孔隙度（率）的概念。 岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值，称为该岩样的 总孔隙度（率）或绝对孔隙度（率），以百分数表示：储集岩的总孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越大。但是，岩石中不同大小的孔隙
3、 对流体的储存和流动所起的作用完全不同，现根据岩石中的孔隙大小及其对流体作用 的不同，可将孔隙划分为三种类型：（1）超毛细管孔隙管形孔隙直径0.5毫米（500），裂缝宽度0.25毫米（250）。（2）毛细管孔隙管形孔隙直径介于0.50.0002毫米（5000.2）之间，裂缝宽度介于0.250.001毫米（2500.1）之间。（3）微毛细管孔隙管形孔隙直径0.0002毫米（0.2），裂缝宽度0.0001毫米（0.1）。有效孔隙度（率）是指那些互相连通的，且在一般压力条件下，可以允许流体在 其中流动的孔隙体积之和与岩石总体积的比值 二、渗透率的概念及表示方法岩石的渗透性，是指在一定压力差下，岩石能
4、使流体通过的能力。严格地讲，自然 界的一切岩石在足够大的压力差下都具有一定的渗透性。通常我们所称的渗透性岩石 与非渗透性岩石，是指在地层压力条件下流体能否通过岩石而言。一般情况下砂岩、 砾岩、多孔的石灰岩、白云岩等储集层为渗透性岩层，而泥岩、石膏、硬石膏、泥灰 岩等为非渗透性岩层。储集岩的渗透性，只能说明流体在岩石中流动的能力，它仅仅反映了油气被采出的 难易程度，并不反映岩石内流体的含量。岩石渗透性的好坏，是以渗透率的数值大小来表示的。当单相流体通过孔隙介质呈 层状流动时，服从于达西公式达西直线渗滤定律。即单位时间内通过岩石截面积 的液体流量与压力差和截面积的大小成正比，而与液体通过岩石的长度
5、以及液体的粘 度成反比。系数 K 即为岩石的渗透率：它表示了在一定的压力差下，液体能通过岩石的能力。岩石的渗透率 K 的大小称为一个达西（D）。一般地说，在有效孔隙度相同的条件下，直径小的比直径大的孔隙的渗透率低，孔隙 形状复杂的比形状简单的渗透率低。孔隙孔道的复杂程度和弯曲程度，也影响着岩石的渗透性。沟道孔隙形成通道中却起着关键性作用，如象碎屑岩孔隙与孔隙间的狭窄部分，人们 将这部分孔隙称为孔隙喉道。正是这部分孔隙主要影响着岩石的渗透性。因为流体在 岩石中流动时必须要通过喉道，而喉道的粗、细特征必然要严重地影响岩石的渗透率 。以喉道较粗和孔隙直径较大为特征的储集层，一般表现为孔隙度大，渗透率
6、高；以喉 道较粗，孔隙较上类偏小为特征的储集层，一般表现为孔隙度低中等，渗透率偏低 中等；以喉道较上两类细小，孔隙粗大为特征的储集层，一般表现为孔隙度中等；渗 透率低；以喉道细小，孔隙亦细小为特征的储集层，一般孔隙度及渗透率均低。假定岩石孔隙中只有一种流体（单相）存在，在这种条件下，流体的流动符合达西直 线渗滤定律，求得的“K”值就是岩石的绝对渗透率。为了与岩石的绝对渗透论相区别，在多相流体存在时，岩石对其中每种相流体的渗透 率称为有效渗透率或相渗透率。采用有效渗透率与绝对渗透率之比值，称相对渗透率。三、孔隙度与渗透率的关系虽然一些裂缝性石灰岩在实验室分析的孔隙度很低，只有56%，但由于裂缝发
7、育，其渗透率却很高，常常成 为高产油气层。凡具渗透性的岩石均具一定的孔隙度，特别是有效 孔隙度与渗透率的关系更为密切。对于碎屑岩储集层，一 般是有效孔隙度越大，其渗透率越高，渗透率随着有效孔 隙度的增加而有规律地增加。第二节 碎屑岩储集层碎屑岩储集层主要包括各种砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩 。油气田的主要储集层类型之一，也是我国目前最重要的储集层类型。一、碎屑岩储集层的孔隙成因及储集性质的影响因素（一）碎屑颗粒的矿物成分碎屑岩颗粒最常见的矿物有石英、长石、及云母重矿物，还有一些岩屑 。其中，前二者在碎屑岩中占95%以上，因此，石英和长石的含量多少对储集 性质的影响最显著。一般石英砂岩
8、比长石砂岩的储油物性好，主要原因：（1）长石比石英更易被石油和水所润湿。从而导致岩石的渗透率变小。由于长石碎屑颗粒表面所形成的液膜厚度 比石英大，因此，对渗透率的影响也较石英大。（2）石英和长石抵抗风化的能力不同。石英抵抗风化的能力较强，颗粒表面较光滑，油气容易流过，而长石不 耐风化，其颗粒表面常有一层次生高岭土或绢云母，它们一方会会吸附油气 ，另一方面易吸水膨胀，堵塞原来的孔隙或使其变小，长石砂岩的储集性质 比石英砂岩差。（二）碎屑颗粒的粒度和分选程度在一般情况下，颗粒的分选程度愈好，孔隙度和渗透率也愈大。（三）碎屑颗粒的排列方式和圆球度（a）最密排列型式；（c）最不密排列型式（c） 表示立
9、方体排列 堆积最疏松，孔隙度最大，理论孔隙度为47.6%；孔隙半径大，连通性好， 渗透率也大。岩石碎屑颗粒的排列方式，主要决定于沉积条件。若沉积时的水介质较 平静，如在闭塞的湖盆边缘斜坡带和浅海大陆架，颗粒多呈近立方体排列； 若水介质活动性较大，如在河流、山麓滨湖区、近岸浅海区，颗粒多呈斜方 体堆积。若在快速堆积、成岩过程中所受压力较小的情况下，棱角状颗粒未能相 互镶嵌，而是彼此支架起来，这样反而会使岩石储集性质变佳。（四）胶结物的性质和多少胶结物的成分、含量及胶结类型对储集性质的影响也较大。 我国油田碎屑岩储集层的胶结物成分，以泥质为主，而钙质较少，泥质胶结的砂 岩较为疏松，渗透性较好；而钙
10、质、硅质、铁质胶结则较差。可将碎屑岩胶结类型区分为下列四种：（1）基底式胶结 胶结物含量较多，占岩石成分总量的2550%，这种型式胶 结的碎屑岩一般储集性质较差。（2）孔隙式胶结 胶结物含量较少，充填于碎屑颗粒之间的孔隙中。碎屑颗 粒呈支架状接触。胶结物多为次生的，如方解石常呈结晶粒状充填于砂岩中 ，分布不均，多充填于较大孔隙中。一般储集性质较好。（3）接触式胶结 胶结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。碎屑 颗粒呈点状或状线接触胶结。最常见的是泥质。这种胶结类型一般储集性质 最佳。如：纯的石英砂岩。（4）杂乱式胶结 胶结物含量较多，常为泥质，也有其他化学成因物质；尤 其重要的，还有基质
11、。胶结物与基质混杂在一起，分布于碎屑颗粒之间的孔 隙中。它们多为原生沉积物质，此种胶结类型的碎屑岩储集性质较差。 二、碎屑岩储集层的形成条件及分布特征碎屑岩储集层的形成和分布，严格受古沉积条件及古构造条件的控制。世界各地的碎屑岩储集层，以砂岩为主，其次为砾岩。它们多属河流三角洲相、滨 海砂洲相、浅湖相、浅海相、近十年来，发现浊流沉积和风成沙丘也可形成良好的 碎屑岩储集层。目前，我国主要含油气盆地的陆相碎屑岩储集层，绝大部分属浅湖相、滨湖相及河 流三角洲相沉积。陆源碎屑沉积物从母岩风化区到堆积区的搬运沉积过程，是按沉积分异作用逐渐进 行的。在湖盆三角洲地区，大河入湖后，河水呈散流状态，流速骤减，
12、碎屑物大量 快速堆积下来，形成巨大的砂岩尖灭体和透镜体，平面上呈扇状向湖撒开，剖面上 呈楔状向河口收敛。砂岩碎屑颗粒分选中等，胶结物以钙质-泥质为主。在滨湖区 ，恰处于湖水进退交替地带，组成砂岩的碎屑颗粒往往圆球度和分选性较好，胶结 物多为泥质，但沉积时水体动荡，碎屑颗粒常呈斜方体排列。总的看来，滨湖相砂 岩的储集性质往往较好。浅湖区因距母岩剥蚀区较远。碎屑颗粒经过较充分的机械 分异和磨蚀作用，一般分选好、圆球度亦佳；沉积水介质流动性较小，颗粒多呈近 立方体排列；胶结物为泥质和钙质混合类型，含量一般较少；因此浅湖相砂岩的储 集性质更好。我国大多数油田的碎屑岩储集层属此相带沉积。我国中、新生代陆
13、相沉积盆地，往往周围环山，碎屑物质多来自盆地周缘老山，致 使滨湖-浅湖相碎屑岩储集层，常呈环状分布在盆地周缘。但对大多数盆地而言，仍可 辨别碎屑物质主要来自某一个或某几个方向，这时每一个剥蚀区自成一个独立的沉积 单元，碎屑岩储集层以舌状砂岩体的形态出现，可将这种舌状砂岩体分成四个带：主体：系指砂岩体近沉积物来源部分。分布面积大、颗粒组，砂岩单层厚度大，一 般可达1020米。砂岩百分含量高，横向连通性好。核部：位于砂岩体中部、砂岩最发育的地段。砂岩层数剧增，总厚度大。单层砂层 厚度一般26米，以细砂岩为主，层间连通性好。前缘带：是砂岩体最前方和两侧边缘的砂岩体尖灭带。砂岩厚度、层数突然减少。 单
14、层薄，一般14米。以粉砂岩为主，局部出现细砂岩。砂岩连通性较差。断续分布带：介于砂岩体沉积区与泥岩沉积区之间零星分布的透镜体砂岩，单层薄 ，一般12米。粒度细、层次少。岩性以泥质粉砂岩为主。如果一个盆地有几个长期稳定的碎屑物质来源区，常会造成几个砂岩 体定向分布，每个砂岩体都呈舌状指向盆地中心，而形成几个有利的 碎屑岩储集层发育带。从纵向上来考察一个沉积盆地内的碎屑岩储集层发育情况，则受沉积 旋回的控制。沉积时的古构造条件对碎屑岩储集层的形成和分布也有很大影响。一 般在盆地的斜坡带，由于碎屑物质途经山间河流、山麓地带及滨湖区 的机械分异作用，碎屑颗粒已较均匀，圆球度较好；且在斜坡带常受 陆源河
15、水注入，水介质含盐量较低，泥质也难大量沉淀，胶结物含量 少，储集性质甚佳。在水下大型古构造隆起的顶部和翼部，由于湖水 的冲洗作用，碎屑物质分选好，泥质多被湖水冲洗带走，也能形成物 性良好的碎屑岩储集层。最新储层认识发展“满盆皆砂”由于盆地存在洪水期和枯水期，海进和海退 ，湖进和湖退，在枯水期、海退和湖退时期，砂 岩可以分布在盆地的中部，形成满盆皆砂的特点 ，打破了盆地储层分布在边部和隆起附近的传统 认识。(2009年第四届中国石油地质大会）第三节 碳酸盐岩储集层从碳酸盐岩储集层中发现的油气储量已接近世界油气总储量的一 半，产量则已达总产量的60%以上。碳酸盐岩储集层的物性主要是受 孔隙、洞穴及
16、裂缝的控制，孔隙和洞穴是储存油气的良好空间，而裂 缝的发育又可将孔隙、洞穴互相沟通起来，成为统一的孔隙-洞穴-裂 缝系统，即可储存丰富的油气，又可造成便于油气流动的高渗透带， 因此碳酸盐岩储集层构成的油气田常常储量大、产量高，容易形成大 型油气田。所以碳酸盐岩储集层已成为一类重要的油气储集层。我国碳酸盐岩分布极为广泛，厚度大、时代多，具有大量油气显 示，并已找到了工业性油气藏。碳酸盐岩储集层具有下列特点：（1）孔隙大形状变化很大。从完全取决于岩石的组构要素直到完全无 关。组构要素是提岩石中原生和次生的实体组分，包括结构和较小的 构造（实体组分包括各种原生沉积物颗粒如内碎屑、鲕粒、生物碎屑 等和后来形成的成岩物质如重结晶矿物、白云石晶体、石膏晶体）。（2）孔隙成因复杂。骨骸碳酸盐岩的分泌作用、沉积物的填塞、收缩 和膨胀作用、岩石的破裂作用、沉积颗粒的选择性溶解或非选择性溶 解、生物钻孔或有机物分解等作用，皆可在碳酸盐岩中形成各种孔隙 。（3）孔隙分布与岩石组构要素之间的关系
