石油天然氣地質(zhì)學(xué)-第4章儲層孔隙結(jié)構(gòu)新進(jìn)展

第四章儲層研究方法第四節(jié)壓汞數(shù)據(jù)的孔隙結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

第一節(jié)儲層孔隙結(jié)構(gòu)概述第二節(jié)碎屑巖類儲層孔隙類型第三節(jié)碳酸鹽巖儲層微觀結(jié)構(gòu)特征第五節(jié)PIA技術(shù)的孔隙結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展1基本概念一、儲集巖與儲層1．儲集巖：2．儲層：凡是能夠儲存和滲濾流體的巖層（reservoirrock）。（但不一定含有油氣）以儲集巖為主的一套巖層組合。3．含油氣層：儲集層中儲集了一定數(shù)量的石油或天然氣，稱含油氣層（oil-bearingrock）。4．產(chǎn)層（pay）：已經(jīng)開采的具有工業(yè)價(jià)值的含油氣層。二、儲層地質(zhì)學(xué)

儲層地質(zhì)學(xué)（ReservoirGeology）：研究儲層成因類型、特性、形成、演化、幾何形態(tài)、分布規(guī)律，及儲層的研究方法、描述技術(shù)和儲層評價(jià)和預(yù)測的綜合性地質(zhì)學(xué)科。具有孔隙空間并能儲滲流體的巖石。2第一節(jié)儲層孔隙結(jié)構(gòu)概述一、孔隙結(jié)構(gòu)的基本概念及組成

1、孔隙結(jié)構(gòu)：2、儲集層巖石內(nèi)部的組成（1）巖石的骨架顆粒（2）孔隙:顆粒間的空隙部分

（3）喉道:連接孔洞縫的狹窄部分（4）填隙物：充填在孔洞縫和喉道中的沉積物（基質(zhì)）和成巖物（膠結(jié)物）。指儲集層巖石中的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及相互連通配置關(guān)系。3第一節(jié)儲層孔隙結(jié)構(gòu)概述2、儲集層巖石內(nèi)部的組成喉道：僅僅指某一點(diǎn)處的通道大小,它沒有長度和體積概念,只有面積概念。喉道可用直徑確定?？紫叮嚎捎弥睆胶腕w積確定。實(shí)際上流體在孔隙系統(tǒng)中流動關(guān)鍵就在于必須克服這個(gè)喉道大小產(chǎn)生的毛細(xì)管阻力。應(yīng)將兩連通孔隙之間最窄的部位稱為喉道,而介于最狹窄部位左右部分均稱為孔隙。Wardlaw(1990)對孔隙、喉道的觀點(diǎn)：4二、儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)

1、儲集空間類型：2、喉道類型控制孔洞縫的大小、形狀、分布。（1）原生孔隙（primaryporosity）：沉積時(shí)保留下來（2）次生孔隙（secondaryporosity）：成巖次生作用形成（3）裂縫5三、孔隙結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)方法

1、鑄體薄片分析（castthinsection）參數(shù)：孔洞縫的類型、形狀、大小及與喉道的配置，估算面孔率、孔喉配位數(shù)。6三、孔隙結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)方法2圖象分析法（PetrographicImageAnalysis，PIA）參數(shù)：定量計(jì)算分析面積內(nèi)的總孔個(gè)數(shù)，總孔面積，每個(gè)孔的六個(gè)參數(shù)（面積，周長，長軸，短軸，長短軸比，等效園面積），計(jì)算面孔率，作出孔分布直方圖。7三、孔隙結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)方法3毛管壓力分析--壓汞法（mercuryinjection）參數(shù)：反映喉道的分布及不同喉道大小連通的孔隙體積分布情況。8三、孔隙結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)方法4掃描電鏡（ScanningElectronicMicroscope—SEM）研究孔隙表面形態(tài)。9四、應(yīng)用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對儲層評價(jià)1.根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)對儲層定性分類2.根據(jù)毛管壓力曲線參數(shù)對儲層定量評價(jià)（1）大孔粗喉型儲層目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，主要由于儲層類型不同，孔洞縫的成因不同，巖性不同等等，評價(jià)參數(shù)的界限值的變化幅度較大。（2）小孔粗喉型儲層（3）大孔細(xì)喉型儲層（4）小孔細(xì)喉型儲層10第二節(jié)碎屑巖類儲層孔隙類型一原生孔隙（primaryporosity）1、粒間孔隙（intergranularporosity）2、雜基內(nèi)原生孔隙11第二節(jié)碎屑巖類儲層孔隙類型一原生孔隙（primaryporosity）1、粒間孔隙（intergranularporosity）12第二節(jié)碎屑巖類儲層孔隙類型二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蝕孔隙（1）粒間溶孔（2）粒內(nèi)溶孔（3）填隙物內(nèi)溶孔注意：目前人們已認(rèn)識到次生孔隙在砂巖孔隙中占較大比例，至少有1/3是次生的。13二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蝕孔隙（1）粒間溶孔14二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蝕孔隙（1）粒間溶孔15二、次生孔隙（secondaryporosity）（2）粒內(nèi)溶孔16二、次生孔隙（secondaryporosity）（2）粒內(nèi)溶孔17二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂縫（fracture）18二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂縫（fracture）19二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂縫（fracture）20二、次生孔隙（secondaryporosity）3、晶間孔隙---重結(jié)晶作用晶間孔為主21二、次生孔隙（secondaryporosity）薄片鏡下鑒別砂巖次生孔隙的巖石學(xué)標(biāo)志：1部分溶蝕作用；2印模；3排列不均一性；4特大孔隙；5伸長狀孔隙；6溶蝕的顆粒邊緣；7組分內(nèi)孔隙；8破裂的顆粒；22二、次生孔隙（secondaryporosity）形成時(shí)期：一般后生階段中期可以形成大量次生孔隙（溶蝕孔隙）后生階段晚期主要為裂縫。易溶解礦物：方解石白云石菱鐵礦長石巖屑形成機(jī)制：大量酸性水介質(zhì)來源于（1）有機(jī)質(zhì)熱成熟作用產(chǎn)生大量油氣、CO2和水，進(jìn)而產(chǎn)生大量HCO3-，有助顆粒溶解；（2）混層粘土礦物轉(zhuǎn)化生成大量層間水，正是次生孔隙發(fā)育帶。（3）粘土與碳酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生CO2；（4）不整合帶長石易風(fēng)化成高嶺石，產(chǎn)生大量HCO3-

；

表生作用階段，風(fēng)化剝蝕和大氣滲水的淋濾可形成區(qū)域性分布的風(fēng)化殼次生孔隙發(fā)育帶。（不整合面下，斷裂帶附近23二、次生孔隙（secondaryporosity）粘土礦物迅速轉(zhuǎn)化帶屬成巖后生作用中期，恰與生油窗、壓實(shí)突變、泥巖脫水排烴時(shí)期對應(yīng)，是次生孔隙總量占優(yōu)勢的發(fā)育階段，對油氣運(yùn)移、聚集十分有利。預(yù)測：故：綜合成巖作用、有機(jī)質(zhì)成熟度、混層粘土礦物轉(zhuǎn)化、泥巖壓實(shí)作用、泥巖脫水等資料，可預(yù)測砂巖次生孔隙發(fā)育帶的縱向分布。地球物理響應(yīng)特征：聲波測井和地震波傳播速度顯示低速異常－有效方法。242526第三節(jié)碳酸鹽巖儲層微觀特征一、總的特征1、儲集空間類型多

2、成巖次生變化大

3、孔洞縫在縱橫向上具有突變性在縱向上：沒有固定的產(chǎn)層層位在橫向上：高產(chǎn)井、低產(chǎn)井、干井交叉出現(xiàn)，井間干擾十分明顯。271建設(shè)性成巖作用（1）白云石化：華北、四川地區(qū)，晶粒大，孔隙度高。以“砂糖狀”白云巖孔隙性最好。成巖作用對儲層物性的影響

281建設(shè)性成巖作用（2）古巖溶：在長期沉積間斷面發(fā)生大規(guī)模巖溶作用，形成孔洞發(fā)育的侵蝕面，具良好的儲集空間。一般順縫、順層、沿風(fēng)化殼分布。291建設(shè)性成巖作用（3）巖溶：沉積物固結(jié)成巖后，暴露在大氣環(huán)境中，易發(fā)生溶蝕作用，空隙周圍無充填物，形態(tài)不規(guī)則，較嚴(yán)格受巖性控制。301建設(shè)性成巖作用（3）構(gòu)造應(yīng)力：地層褶皺斷裂和巖漿活動，產(chǎn)生大量的構(gòu)造縫。312破壞性成巖作用（1）世代膠結(jié)：膠結(jié)物取決于水化學(xué)成分和濃度。322破壞性成巖作用（2）空隙充填：充填物有內(nèi)源物和外來物。332破壞性成巖作用（3）壓實(shí)、壓溶作用：孔隙度變小，厚度變薄。342破壞性成巖作用（4）膏化：石膏、硬石膏交代其他礦物—膏化作用；石膏、硬石膏被其他礦物交代—去膏化作用。（5）熱液作用：伴生成巖礦物搬運(yùn)，－熱液礦化作用。353雙重影響作用（1）硅化：我國非常發(fā)育，華北的寒武系和奧陶系，華南的石炭、二疊系。形成硅質(zhì)巖。363雙重影響作用（2）重結(jié)晶：尤其是白云巖的重結(jié)晶，晶粒變粗，孔隙喉道增大且規(guī)則，增加有效孔隙，儲集性能變好。也可發(fā)展到晶間孔基本填滿，孔隙度大大降低。37第三節(jié)碳酸鹽巖儲層微觀特征二、碳酸鹽巖的儲集空間類型1孔或洞：長寬比1:1～1:10。粗孔：D=2~0.1mm；細(xì)孔：D=0.1~0.01mm；微孔：D<0.01mm2裂縫：長寬比大于1:10。大洞：D>10mm；中洞：D=10~5mm；小洞：D=5~2mm；大縫：D>3mm；中裂縫：D＝1~3mm；小裂縫：D=0.1~1mm；微裂縫：D<0.1mm38三、碳酸鹽巖的孔隙成因類型及特征1．原生孔隙（1）粒間孔（2）粒內(nèi)孔（3）生物骨架孔

（4）生物鉆孔（5）鳥眼孔隙2．次生孔隙（1）粒內(nèi)溶孔（2）粒間溶孔（3）其它溶孔溶洞3940414243444546四、碳酸鹽巖儲層的喉道類型1顆粒碳酸鹽巖的喉道類型：與砂巖儲層類似2碳酸鹽巖基塊的喉道類型：管狀喉道孔隙縮頸喉道片狀喉道五、碳酸鹽巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)1孔隙空間由孔隙及相當(dāng)孤立的近乎狹窄的連通喉道組成。3孔隙由細(xì)?？紫缎赃B通帶所連通，鏡下可見連通支脈。2孔隙空間的縮小部分為連通喉道，喉道變寬即成孔隙。4孔隙系統(tǒng)在白云巖的主體或膠結(jié)物的顆粒之間發(fā)育，孔隙大部分反映了顆粒外形。5孔隙主要由裂縫溝通。6由兩種以上基本孔隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成。47六、我國碳酸鹽巖儲層特點(diǎn)1油氣層多：以年代老的層系為主，古生界居多，中生界和元古界次之，新生界居末位；

2海陸相兼具：以海相居多，元古界和古生界的碳酸鹽巖儲層均屬海相沉積，中生界以海相為主，新生界以陸相為主；4成巖作用強(qiáng)：儲滲空間以次生孔隙為主。3巖類多樣：以質(zhì)純、具顆粒、骨架、藻粘結(jié)、晶粒較大等結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖最為重要；5空隙類型多樣：儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常常是孔洞縫兼具，成因各異，多種組合類型，儲滲體形態(tài)多樣。6巖塊基質(zhì)物性差：裂縫起重要作用，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)；7具生成油氣的能力：形成自生自儲的油氣層。48第四節(jié)壓汞數(shù)據(jù)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)研究進(jìn)展

(一)孔隙和喉道大小與毛管壓力的關(guān)系一、毛管壓力曲線的定性分析孔喉半徑：49(二)毛管壓力曲線的形態(tài)分析一、毛管壓力曲線的定性分析毛管壓力曲線的形態(tài)主要受孔喉分布的歪度(又稱偏斜度)及孔喉分選性兩個(gè)因素所控制。歪度就是指孔喉大小分布中偏于粗孔喉或細(xì)孔喉孔喉分選性則是指孔喉大小分布的均一程度50第四節(jié)壓汞數(shù)據(jù)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)研究進(jìn)展

(一)排驅(qū)壓力(displacementpressure)二、毛管壓力曲線常規(guī)定量分析Wardlaw和Taylor(1976):取飽和度為20%時(shí)對應(yīng)的壓力為排驅(qū)壓力。Schowalter(1979):把汞飽和度在10%的壓力定義為排驅(qū)壓力。

在毛管壓力曲線上,沿著曲線的平坦部分作切線與縱軸相交的壓力值就是排驅(qū)壓力(Pd)。(二)飽和中值壓力(Pc50)它對應(yīng)的孔喉半徑稱為中值孔喉半徑(r50)(三)最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)束縛水飽和度(Swi)5152(四)孔隙－喉道分選性二、毛管壓力曲線常規(guī)定量分析(五)儲層級別(Reservoirgrade)RG為毛管壓力曲線以下的面積占總坐標(biāo)軸范圍面積的百分?jǐn)?shù)

(六)用圖解法求特征參數(shù)(前提：服從正態(tài)分布）1.中值(D50)

2.平均值(DM)3.峰值(Dm)4.孔喉分選性(SP)5.歪度(SKP-)6.峰態(tài)(KP)3.變異系數(shù)(C)4.歪度(SK)(七)用矩法確定特征參數(shù)（地質(zhì)混合經(jīng)驗(yàn)分布）1.均值(X）2.標(biāo)準(zhǔn)差(

)（又稱為孔喉分選系數(shù)）53(八)反映孔喉大小分布百分?jǐn)?shù)的參數(shù)二、毛管壓力曲線常規(guī)定量分析美國巖心實(shí)驗(yàn)室4.極細(xì)微孔喉(<0.1

m)的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。（新增）(九)其他組合參數(shù)1.結(jié)構(gòu)優(yōu)度(GG)

2.孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)(

P)3.相對分選系數(shù)(Dr)4.特征結(jié)構(gòu)系數(shù)(1/Dr

P)5.孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)(Gs)6.均質(zhì)系數(shù)(

)1.大孔喉(>1.5

m)的孔隙體積百分?jǐn)?shù);2.粗微孔喉(0.5～1.5

m)的孔隙體積百分?jǐn)?shù);3.細(xì)微孔喉(<0.5

m)的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。54(一)不同坐標(biāo)系下的壓汞毛管壓力曲線三、壓汞數(shù)據(jù)的雙曲線擬合分析圖2-1不同坐標(biāo)系下的毛管壓力曲線A：普通直角坐標(biāo)系B：半對數(shù)坐標(biāo)系C：雙對數(shù)坐標(biāo)系D：占巖石體積的雙對數(shù)坐標(biāo)系55(二)毛管壓力與飽和度間的雙曲線關(guān)系三、壓汞數(shù)據(jù)的雙曲線擬合分析圖2-2壓汞雙曲線參數(shù)的確定1雙曲線數(shù)學(xué)模型及其物理意義（lgPC-lgPd）（lgSHg-lgSb）=-C2

56(二)毛管壓力與飽和度間的雙曲線關(guān)系三、壓汞數(shù)據(jù)的雙曲線擬合分析圖2-3壓汞雙曲線擬合與實(shí)測點(diǎn)對比2雙曲線參數(shù)的確定方法（1）圖版法（2）回歸擬合法57三、壓汞數(shù)據(jù)的雙曲線擬合分析3雙曲線模型的有效性驗(yàn)證表2-2雙曲線擬合結(jié)果統(tǒng)計(jì)4孔隙幾何因子與孔隙分選系數(shù)的關(guān)系Fg集中在0～3之間。0～1:孔隙分選較好；1—3:一般；

Fg>3，分選性變得較差。

吐哈遼河勝利陜甘寧川南德陽加拿大合計(jì)總樣品數(shù)273323489224140531雙曲線樣品23128305083433414占百分?jǐn)?shù)%84.687.588.256.236.482.982.578.0Fg分布0.43-9.870.20-2.820.29-1.230.13-3.870.21-4.600.09-2.540.04-2.680.04-9.87585雙曲線的頂點(diǎn)及其物理意義圖2-6切線法的雙曲線頂點(diǎn)位置圖2-7SHg～SHg/PC的雙曲線頂點(diǎn)位置毛管壓力曲線上的拐點(diǎn)在雙對數(shù)坐標(biāo)下就是雙曲線頂點(diǎn)（apex）物理意義:指非潤濕相在巖石孔隙系統(tǒng)中完全占據(jù)能有效控制流體流動的那部分有效孔隙空間時(shí)的狀況。596rapex在儲層研究中的應(yīng)用（1）rapex在儲層評價(jià)中的應(yīng)用(表2-4)

層位馬五12馬五13馬五14馬五21馬五22馬五41統(tǒng)計(jì)樣數(shù)9311541338有頂點(diǎn)的樣數(shù)52772826平均（SHg）apex，%2423.5235.7132.5040.6330.39平均rapex，

m1.7053.2541.1400.2070.6821.318儲層評價(jià)IIIIIIIIIIII綜合評價(jià)IIIIIIIIIIII分層測試，m3/d2243781158.140297010039.513839.6606rapex在儲層研究中的應(yīng)用（2）rapex在單井油氣聚集有利部位分析中的應(yīng)用(表2-5)

層段射孔段厚度（m）樣號（SHg）apex（%）rapex-（

m）平均rapex

（

m）分層產(chǎn)量（104m3/d）

馬五13

4.03-71/1513-77/1513-61/1513-67/1513-65/1513-55/1511515301515155.65401.14800.23712.94002.37101.5980

2.3247

13.2420

馬五14

1.53-97/1513-98/1513-102/1513535450.09180.03500.0765

0.0678

0馬五2

3.04-27/1404-2-7/14040550.07000.3675

0.2188

0611滲透率K與位置和形狀參數(shù)（Pd，Sb，F(xiàn)g）間的關(guān)系（位置形狀估算法）

(三)滲透率估算模型的建立數(shù)學(xué)模型:對于砂巖儲集層:R=0.988對于碳酸鹽巖儲集層R=0.91862圖2-10樣品Kest與Ktrue關(guān)系圖（位置形狀估算法）632滲透率K與雙曲線頂點(diǎn)（SHg/Pc）apex間的關(guān)系（頂點(diǎn)估算法）

(三)滲透率估算模型的建立數(shù)學(xué)模型:對于砂巖儲集層:R=0.989對于碳酸鹽巖儲集層R=0.96964圖2-11砂巖的Ktrue與雙曲線頂點(diǎn)的關(guān)系（A.考慮孔隙度

B.不考慮孔隙度）

65圖2-12碳酸鹽巖的Ktrue與雙曲線頂點(diǎn)的關(guān)系（A.考慮孔隙度

B.不考慮孔隙度）

66表2-8A砂巖樣品的孔喉體積分布預(yù)測模型（基于

，K）(四)孔喉體積分布預(yù)測模型的建立經(jīng)驗(yàn)方程相關(guān)系數(shù)R均方根Slgr10=0.832－0.743lg

+0.5