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1、石 油 地 质 学,Petroleum Geology,第三章 储集层和盖层,第三章 储集层和盖层,岩石的孔隙性和渗透性 碎屑岩类储集层 碳酸盐岩类储集层 其它岩类储集层 盖层的类型及其封盖机理,内容提要,第三章 储集层和盖层,由上章可知，石油和天然气生成于富含有机质的暗色粘土岩、碳酸盐岩等类型的烃源岩中。那么： 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? 哪些岩石能作为盖层? 它们为什么能盖住油气而不会跑掉?等等 就是本章要阐述的主要内容。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,一、基本概念： （一）储集层（reservoir rock） ：
2、凡是能够储存和渗滤流体的岩层。（但不一定含有油气） （二）含油气层（oil-bearing rock） ： 储集层中储集了一定数量的石油或者天然气，称含油气层。 （三）产层（pay）：已经开采的具有工业价值的含油气层。 研究意义： 储集层的岩性、层位、类型、发育特征、内部结构、分布范围、物性及变化规律等直接控制着地下油气的分布状况、油气层的储量和产量大小，在油田开发过程中，油气层的改造，变低产为高产的增产措施必须搞清楚储集层的发育特征及分布规律。故，储集层研究是油气勘探开发过程中非常重要的研究课题之一。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,二、储集层的基本特征 油气储集层共同具有孔隙性和渗透性两个基
3、本特征。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（一）储集层的孔隙性与孔隙度 孔隙：指岩石中未被固体物质所充填的空隙体积空间。孔隙+裂缝+溶洞。 总孔隙度：又称绝对孔隙度（absolute porosity），岩样中所有孔隙空间总体积与该岩样中总体积的比值，以百分数表示。 有效孔隙度（effective porosity）：又称连通孔隙度，指岩样中相互连通的，且在一定压力下允许流体在其中流动的孔隙总体积与该岩样总体积的比值。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,孔隙的类型 （1）按孔隙的成因分类 A 原生孔隙（primary porosity）：指沉积作用过程中碎屑颗粒与颗粒之
4、间的支撑作用形成的孔隙，如粒间孔隙（intergranular porosity）。 B 次生孔隙（secondary porosity）：指在成岩作用过程中或成岩以后形成的孔隙。如溶蚀孔隙（dissolved porosity）、晶间孔隙（intercrystalline porosity） C 裂缝（fracture）：岩石在成岩作用过程中，或在各种构造应力作用下使岩石破裂而形成的各种裂缝。如：构造裂缝，收缩裂缝。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（2）按孔隙的大小或裂缝的宽度，以及它们储存和渗滤流体的能力分为： A 超毛细管孔隙（supercapillary pore）：孔隙直径0.5mm
5、，裂缝宽度0.25mm，其中的流体在重力作用下可以自由流动。疏松砂岩中的孔隙（未胶结的大溶洞、大裂缝属此类） B 毛细管孔隙（capillary pore）：孔隙直径5000.2 um，裂缝宽度2500.1um。由于毛管阻力大，流体在其中不能自由流动，须在外力作用下克服毛细管阻力才能实现。一般砂岩孔隙属此类。 C 微毛细管孔隙（microcapillary pore）：孔隙直经0.2um，裂缝宽度0.1um。欲使流体在其中流动，必须施加非常高的压力，在油层条件下难以达到，故流体在这类孔缝中无法流动。泥岩、页岩中的孔隙属此类。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（二）储集层的渗透性和渗透率 1、基本
6、概念： （1）渗透性：指储集层在一定的压力条件下，岩石允许流体通过孔隙的能力。它是衡量油气在岩石中的流动难易程度或传导性大小，是评价储层产能大小的主要参数。 （2）渗透率（permeability）：衡量流体在岩石中渗滤能力的大小的参数。 A 绝对渗透率：指单相流体（油、气或水）通过孔隙介质沿孔洞缝呈层状流动时，服从达西直线渗滤定律。 B 相渗透率（有效渗透率）-多相流体 指岩石孔隙中有多相流体共存时，岩石对其中每一相流体的渗透率称相渗透率 （有效渗透率），分别用Ko、Kg、Kw表示。 影响相渗透率的因素：岩石本身的性质，流体的性质，流体的饱和度。 C 相对渗透率（relative perme
7、ability） 指岩石对每一单相流体局部饱和时的有效（相）渗透率与全部饱和时的绝对渗透率的比值。 影响相对渗透率的因素：a、岩石本身的性质；b、流体的性质及其饱和度。,含油、气、水、疏松砂实测油气、油水饱和度与相对渗透率值的变化曲线。 （A）当含油饱和度60%），则只允许气体在孔洞缝中渗滤而油不能流动。为什么? 油润湿相饱和度太低，几乎被砂岩颗粒吸附，故无法流动。 气非润湿相饱和度高，故可以流动。 （B）两条曲线相交处，说明油和气的相对渗透率相等，故二者均可顺利流动。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,孔隙度和渗透率之间的关系 一般情况下，储层的孔隙度越大，则渗透率也越高。 但是，目前研究结果发
8、现，二者之间没有固定的函数关系。 例如： 粘土岩:孔隙度较大而渗透率极低； 裂缝性灰岩:孔隙度很小而K很大。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（三）、应用孔隙度和渗透率值对储层评价,中国石油天然气总公司储层分类标准（适用于砂岩）,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,三、储层的孔隙结构（pore structure） 1、孔隙结构概念：指储集层岩石中的孔洞缝的大小，形状及相互连通配置关系。 2、储集层岩石内部的组成 （1）岩石的骨架颗粒由无机矿物颗粒构成，是储集层岩石的骨架结构，对孔洞缝起支撑作用。 （2）孔隙储集岩的储集空间，指孔洞缝，是颗粒与颗粒之间的空隙部分，是油气的储集空间。,（3）喉道连接孔洞
9、缝的狭窄部分，是油气渗滤的通道。 （4）填隙物充填在孔洞缝和喉道中的沉积物（基质）和成岩物（胶结物）。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,3、储集层的孔隙结构 1）、储集空间类型 孔隙（pore） A 原生孔隙：沉积时颗粒之间未充填满的保留部分 特点：形状规则，大小相近，分布均匀。 B 次生孔隙：成岩作用过程中，颗粒、胶结物、基质被溶解后形成的粒间溶孔、粒内溶孔、胶结物内溶孔。 裂缝：成岩作用或构造作用下形成的。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,2、喉道类型 （1）、喉道（throat）的概念：指连通孔隙与孔隙之间的狭窄部分。 （2）喉道的类型 根据喉道的形成和对渗透率作用的大小划分为五种类型。 A
10、、缩颈喉道：喉道直经略小于它所连接的孔隙直径，长度较短，有时很难区分孔隙和喉道。由于喉道直径较宽，长度较短，流体在其中通过时，毛管阻力小，渗透率较高。 B、点状喉道：孔隙与孔隙之间的缩小部分很短且狭窄，喉道直径比孔隙直径小的多，具有较高的毛管阻力，流体通过喉道流动需要较高的压力差才能流动。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,C、片状喉道：喉道直径狭窄且长度较长，流体所受的毛管阻力更大，流体通过时所需的压力差更大才能流动。 D、弯片状喉道：在片状喉道的基础上，喉道更加狭窄、更长且发生弯曲，流体流动更加困难，不仅克服毛管阻力还要克服流体改变运动方向而产生的磨擦力。 E、管束状喉道：这类喉道多分布在杂基
11、内微孔或由于高岭石晶间孔所形成的孔隙内。由于粒间孔隙之间的狭窄部分充填有高岭石及杂基，高岭石的晶间微孔中又被杂基充填形成数量众多的毛细管交叉网络。 流体流动性强弱次序： 缩颈喉道和点状喉道 片状喉道和弯片状喉道 管束状喉道,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,4、孔隙结构参数及其测量方法 （1）铸体薄片分析（cast thin section） （2）图象分析法（petrographic image analysis，PIA） （3）毛管压力分析压汞法（mercury injection）,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（1）铸体薄片分析（cast thin section） A、原理及方法 将染有
12、一定颜色的有机玻璃（环氧树脂）注入储层岩样孔隙系统中，待注入物固化后，将岩样磨制成薄片，在显微镜下直接观察孔隙、喉道、裂缝的大小、形状、成因、分布进行统计，还可以观察颗粒的成分、形状、大小以及胶结类型。 B、参数 孔洞缝的类型、形状、大小及与喉道的配置，估算面孔率、孔喉配位数。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（2）图象分析法（petrographic image analysis，PIA） A、原理及方法 应用储层岩样的铸体薄片通过摄像装置，把图像送入计算机（图像分析仪）进行计算和分析。 B、参数 定量计算分析面积内的总孔个数，总孔面积，每个孔的六个参数（面积，周长，长轴，短轴，长短轴比，等效
13、园面积），计算面孔率，作出孔分布直方图。这种方法将孔隙结构的研究由定性向定量发展。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,（3）毛管压力分析压汞法（mercury injection） A、原理：模拟地层条件下，油气的运移是非润湿相流体（油气）不断排驱储层孔洞缝中的润湿相流体（水）的过程。 B、测量方法：在实验室中，把非润湿相的汞（水银）应用提高压力的方法把汞注入岩样中，排驱岩样中的汞蒸气，测定压汞过程的各种数据，根据公式： Pc = 式中 为表面张力（surface tension forces）； 为润湿角（wetting angle）； Pc 为注入压力（injection pressure）；
14、 Rc 为毛细管半径。 在实验中， 和 固定不变，则Pc与Rc呈反比。,记录 Pc（注入压力） Rc（孔喉半径） Shg（进汞量） Pc1 Rc1 Shg1 Pc2 Rc2 Shg2 Pci Rci Shgi 根据记录的数据，作出压汞曲线。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,C、毛管压力曲线孔隙结构参数 1）衡量孔隙大小参数 a、全孔喉平均半径（Dm） b、喉道均值半径（Rm） c、最大连通孔喉半径（Rd） d、饱和度中值半径（Rc50） 2）衡量孔喉分选性参数（孔喉大小的均匀程度） a、孔喉分选系数（SP）： 描述孔喉大小分布的均匀程度。 b、歪度（SKP）： 指孔
15、喉大小分布偏粗（大孔喉为主）， 偏细（小孔喉为主）。 c、峰态（KP）： 指储集层岩石最常出现的半径频率曲线峰。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,3）衡量孔喉连通性参数 a、排驱压力（Pd） 指压汞过程中非润湿相流体开始大量排驱孔喉中润湿相流体所需的最低压力 Pd（曲线水平段与陡段的拐点位置）。与排驱压力Pd相对应的孔喉半径即是最大孔喉连通半径Rd。 b、饱和度中值压力（Pc50） 指进汞饱和度达到50%时，相对应的注入压力。该值的大小既能反映孔喉的连通性好坏，又能反映储集层产油能力的大小。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,c、最大进汞饱和度SHgmax 指当岩样的注入压力Pc达到仪器最高压力时，
16、注入岩样水银的最终饱和度值。 d、退出效率 We 又称退汞效率，它代表了在压力降低时进入岩样水银的退出量占进汞量的百分数。该参数不仅能反映储层孔喉连通性的好坏，而且能反映储层产能的大小、采收率的高低。 e、束缚水饱和度（Swi） 注入压力无论加多大，汞都不能再进入岩样的孔隙中的剩余饱和度（被束缚水充填部分）称束缚水饱和度。在毛管压力曲线中，平行于纵坐标所指的饱和度。,第一节 岩石的孔隙性和渗透性,5、应用孔隙结构参数对储层评价 1）.根据毛管压力曲线形态对储层定性分类 （1）大孔粗喉型储层 特点：孔隙个体大，喉道粗，分选连通好，孔隙度、渗透率均好。 （2）小孔粗喉型储层 特点：喉道粗，孔隙个体小，分选连通较好，孔隙度低-中，渗透率中等-低。 （3）大孔细喉型储层 特点：孔隙个体大，喉道偏细，孔隙度中等，渗透率偏低。 （4）小孔细喉型储层 特点：孔隙个体小，喉
