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1、石油天然气地质与勘探,任课人：逄 雯山东胜利职业学院,石油天然气地质与勘探,绪论第一章 石油、天然气、油田水的基本特征第二章 石油和天然气的成因第三章 储集层和盖层第四章 石油和天然气的运移第五章 油气聚集与油气藏的形成第六章 油气藏的类型及特征 第七章 油气聚集单元与油气分布第八章 油气资源评价与勘探理论技术 第九章 油气田勘探的程序和任务,2,第一节 储集层的岩石物性参数第二节 碎屑岩储集层第三节 碳酸盐岩储集层第四节 特殊岩类储集层第五节 盖层的类型及其封盖机制,第三章 储集层和盖层,石油天然气地质与勘探,孔隙性：储存流体的数量渗透性：流体的渗滤能力,具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体
2、的岩石称为储集岩。由储集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。,基本特性：,储集岩(层),第三章 储集层和盖层,若储集层中含有商业数量的油气含油气层；或简称油层、气层已投入开采的含油气层产层。,第三章 储集层和盖层,按岩类分为：碎屑岩储层、碳酸盐岩储层、特殊岩类储层（岩浆岩、变质岩、泥质岩等）按储集空间类型分为：孔隙型储层、裂缝型储层、孔洞型储层、缝洞型储层、孔缝型储层、孔缝洞复合型储层按渗透率的大小分为：高渗储层、中渗储层、低渗储层,储集层的分类,油气储层是油气藏的核心。储集层的层位、类型、发育特征、内部结构、分布范围以及物性变化规律等，与油气储量、产能、产量密切相关，直接影响到油气勘探、开发
3、的部署。,第三章 储集层和盖层,在油气进入储集层之前，其孔隙（或裂缝）空间首先是被地下水饱和的，由于石油天然气通常比油气田水的密度小，在地下岩石孔隙中，由于油气与水存在密度差而产生净浮力，在静水条件下净浮力驱使油气向上方运移，若储集层上方存在致密岩层，则油气向上的渗透逸散将被阻止。,第三章 储集层和盖层,覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层称为盖层。盖层之所以能够封盖油气，是由于它们具备相对低的孔隙度和渗透率。蒸发岩类、泥页岩类。,盖层,第三章 储集层和盖层,储集层和盖层是油气聚集成藏所必需的两个基本要素。从理论上讲，任何岩石都可以作为油气储层，在组成地壳的沉积岩、火成岩和变质
4、岩中都已发现有油气田，但99以上的油气储量集中在沉积岩中，其中又以砂岩和碳酸盐岩储集层为主。,第三章 储集层和盖层,第一节 储集层的岩石物性参数,储集岩必备的两个特性为孔隙性和渗透性。反映岩石储存流体和运输流体的能力的重要参数。岩石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，流体饱和度是反映储层有效性和油气储量计算的重要参数之一。因此，在油气勘探和开发过程中，潜在储集层的孔隙性、渗透性、含油（气）饱和度是必须要研究的几个方面，也是石油地质学研究的重要课题。,第一节 储集层的岩石物性参数,一、储集岩（层）的孔隙性二、储集岩（层）的渗透性三、岩石孔隙度与渗透
5、率的关系四、流体饱和度五、储集层的孔隙结构,一、储集岩（层）的孔隙性,1.岩石中的孔隙：广义：岩石中未被固体物质充满的空间。包括孔隙（狭义）、孔洞和裂缝。狭义：岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙物内的空隙。岩石中的孔隙，有大孔隙也有小孔隙；孔隙的形状有的很简单、有的很复杂。,第一节 储集层的岩石物性参数,孔隙（Pore）：孔隙系统中的膨大部分，既影响储存流体的数量，也影响岩石渗滤能力；喉道（Throat）连通孔隙的细小部分，主要影响岩石渗滤流体能力。,根据不同部位在流体储存和流动过程所起作用的差异将孔隙系统分：,孔隙 和 喉道,油气水在储集层的复杂孔隙系统中渗流时，要经历一系列交替着的
6、孔隙和喉道，但主要受流通通道中最小的喉道控制。显然，喉道的大小、分布及其几何形状是影响储集层储集能力和渗透特征的主要因素。,原生孔隙在沉积成岩过程中与岩石本身同时生成的孔隙。包括粒间孔隙、岩层层理、层面间的层间孔隙和喷发岩中的气孔等。碎屑岩类储层主要储集空间。次生孔隙沉积成岩之后的后生变化过程中，由于化学、物理等作用，使岩石组分溶解、收缩、破裂等产生的孔隙。溶蚀孔隙、收缩孔、裂隙。,2、孔隙的类型,（1）根据成因：,粒间孔隙、粒内孔隙、微孔隙1）大部分粒间孔隙是原生孔隙2）大部分粒内孔隙为次生孔隙3）微孔隙就是小孔隙，包括杂基内的微孔隙和与粘土矿物等自生矿物相关的晶间孔隙。,2、孔隙的类型,砂
7、岩储集层：,2、孔隙的类型,据孔隙相互间关系：,相互连通的孔隙,孤立的孔隙,超毛细管孔隙孔隙直径大于0.5mm，裂缝宽度大于0.25mm，重力 作用下流体在其中自由流动。毛细管孔隙 孔径0.5-0.0002mm，裂缝宽0.25-0.0001mm，外力大于毛细管阻力时，流体可流动。微毛细管孔隙 孔径小于0.0002mm，裂缝宽度小于0.0001mm，流体在其中不能流动。,（2）根据岩石中孔隙的大小：,根据岩石中的孔隙大小及其对流体作用的不同，将孔隙分为三种类型：(1)超毛细管孔隙 孔隙直径0.5mm，裂缝宽度0.25mm。在自然条件下，流体在其中可以自由流动。岩石中一些大的裂缝、溶洞及胶结疏松的
8、砂层孔隙属此类型。,根据岩石中的孔隙大小及其对流体作用的不同，将孔隙分为三种类型：(2)毛细管孔隙 孔隙直径介于0.50.0002mm之间，裂缝宽度介于0.250.0001mm之间。受毛细管力的作用，流体在这种孔隙中不能自由流动，只有在外力大于毛细管阻力的情况下，流体才能在其中流动。一般砂岩中的孔隙多属此类型。,根据岩石中的孔隙大小及其对流体作用的不同，将孔隙分为三种类型：(3)微毛细管孔隙 孔隙直径0.0002mm，裂缝宽度0.0001mm。在这种孔隙中，流体与周围介质分子之间的巨大引力，在通常温度和压力条件下，流体在其中不能流动。泥、页岩中的孔隙即属此类型,有效孔隙：连通的毛细管孔隙和超毛
9、细管孔隙；无效孔隙：微毛细管孔隙，死孔隙或孤立的孔隙。,（3）按其对流体渗流的影响：,总孔隙度越大，能容纳的流体量越多,岩石中全部孔隙体积占岩石总体积（Vt）的百分数。,（1）总孔隙度(绝对孔隙度),3、孔隙度,岩石中相互连通的、在一定压差下允许流体在其中渗滤的孔隙体积占岩石总体积（Vt）的百分数。,有效孔隙度小于或等于总孔隙度。,（2）有效孔隙度（连通孔隙度）具有实际意义,（1）直接法：岩心实测孔隙度 实验室中常规孔隙度测定方法，利用从岩心上取来的小岩心柱样品在实验室中直接测定而得测：岩石体积、颗粒体积和孔隙体积三个中测二个。抽提法：根据从岩心样品中抽提流体量或吸入岩心孔隙中的流体量测定相互
10、连通的孔隙体积可得有效孔隙度。最常用的流体是在岩石表面不被吸收的气体：氮气、氦气。颗粒体积测试法：在测量岩样总体积的基础上再测量碾碎颗粒的体积。实验测定的岩石孔隙度通常是在地表条件下进行的，测量结果往往大于地层中原始状态下的岩石孔隙度。,4孔隙度的测定,（2）间接法：解释孔隙度 利用各种地球物理参数，通过相应的公式计算地层中原始状态下的岩石孔隙度。测井法、地震法、试井法 测井解释孔隙度：通过测试储层的某些物理性质间接有效地提供储层孔隙度，包括传统的孔隙度测井（声波、中子和密度测井）和现代测井（脉冲中子测井和核磁共振测井）等。,4孔隙度的测定,在实际工作中，常常将直接法和间接法所求取的结果相互验
11、证，补充、取长补短，以达综合使用之目的。但在碳酸盐岩储层中，孔隙度的解释仍然存在一定的挑战，因为在这类储层中次生孔隙所占的比重较大，特别是裂缝性储层，由于岩石本身孔隙度比较低，裂缝几乎成为唯一的孔隙类型，解释就成了关键问题。,渗透性用渗透率来表示：,在一定压差下，岩石本身允许流体通过的能力。,地层压力条件下流体能否通过渗透性岩石：砂岩非渗透性岩石：泥岩,绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率,二、储集岩（层）的渗透性,当单相流体通过横截面积为F、长度为L、压力差为（P1P2）的一段孔隙介质呈层状流动时，,1.绝对渗透率：K,流体粘度为，则单位时间内通过这段岩石孔隙的流体量为：,K绝对渗透率，与岩石
12、本身有关。岩石孔隙中只有一种流体（单相）存在，流体不与岩石起任何物理化学反应，且流体的流动符合达西直线渗率定律，所测得的渗透率。,Q：单位时间内流体通过岩石的流量，厘米3/秒；F：液体通过岩石的截面积，厘米2；：液体的粘度，厘泊；L：岩石的长度，厘米；(P1-P2)：液体通过岩石前后的压差，大气压；K：岩石的渗透率，达西，标准单位为2，1达西=0.987m2。K表示在一定压差下，液体能通过岩石的能力：K=QL/(P1-P2)F,对于气体来说，由于它与液体性质不同，受压力影响十分明显，当气体沿岩石由(高压力)流向(低压力)时，气体体积要发生膨胀，其体积流量通过各处截面积时都是变数，故达西公式中的
13、体积流量应是通过岩石的平均流量。于是渗透率的公式可写成：,岩石孔隙中多相流体共存时，岩石对其中每相流体的渗透率，称相渗透率。分别用Ko、Kg、Kw表示。,有效渗透率与绝对渗透率的比值即相对渗透率，变化值在01之间。,2.有效渗透率（相渗透率）,相渗透率不仅与岩石本身性质有关，而且与其中的流体性质及它们的数量比例也有关。,3.相对渗透率：Ko/K、Kg/K、Kw/K,油水饱和度与相对渗透率的关系曲线图,有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石有关，而且与流体的性质和饱和度关系密切，随着该相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为某种单向流体所饱和，其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透
14、率则等于1。相反，随着该相流体在岩石孔隙中的含量逐渐减少，有效渗透率则逐渐降低，直到某一极限含量，该相流体停止流动。,典型水湿性和油湿性油藏中油-水饱和度与相对渗透率的关系曲线(Luca Cosentino,2001),相对渗透率曲线与岩样的润湿性和岩心的非均质性密切相关。当岩石润湿性由亲水向亲油转化时，油的相对渗透率趋于降低，水的相对渗透率趋于升高,各相异性对相对渗透率的影响(Luca Cosentino,2001),如果岩样不均匀、取心的方向不同，相对渗透率曲线也不同。渗透率是一个向量，从不同方向测得的岩石渗透率是不同的。按渗流方向与地层层里面的关系，分为垂直渗透率和水平渗透率。垂直渗透率
15、反映地层纵向的渗透性，水平渗透率反映流体顺层渗滤的能力。,1、直接测定（实测渗透率）储层的岩样 实验室 渗透率测定仪 绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率 一般先将岩样抽提、洗净、烘干，制成一定的几何形状，在一定温压下，应用空气、氮气或水渗透岩样来直接测定。2、间接测定（解释渗透率）利用岩石渗透率与其它参数之间的关系，应用一些经验公式，利用地球物理测井资料、水动力学试井资料、地震资料等资料间接地计算出渗透率。,4渗透率的测定方法,三、岩石孔隙度与渗透率的关系,1、碎屑岩储层 有效孔隙度e 与绝对渗透率 K 有较好的正相关关系。e，K，大体呈指数函数关系。,碎屑岩储层评价标准表,岩石物性分级标准（
16、中国石油天然气行业标准，SY/T 571795）,图：砂岩有效孔隙度与气体渗透率的关系图 1-粉砂岩，2-细砂岩，3-粗-中粒砂岩,2、碳酸盐岩储层 一般孔隙度与渗透率无明显关系；缝洞不发育者的颗粒碳酸盐岩（如颗粒灰岩、晶粒白云岩），以粒间孔隙为主，e，K。裂缝发育者（如泥灰岩、致密石灰岩），裂缝比孔隙对 K 的影响大。,三、孔隙度与渗透率的关系,3.岩浆岩、变质岩储层 储集空间以溶蚀孔、裂缝为主，裂缝的影响较大，孔隙度与渗透率相关性差。裂缝发育，渗透率很高 裂缝不发育，为特低孔渗性储层,三、孔隙度与渗透率的关系,四、流体饱和度,储层岩石孔隙空间中，一般为水和烃类等流体所占据。油、气、水在储层
17、孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。,在油藏投入开发之前，所测得油层岩石孔隙空间中的流体饱和度称之为原始含油、含气、含水饱和度，是储量计算最重要的参数。在开发阶段所测定的流体饱和度，称之为目前的含油、含气、含水饱和度，是开发方案调整的重要参数。,1流体饱和度,式中：So、Sw、Sg分别为油、水、气的饱和度,。Vo、Vw、Vg分别为油、水、气在储集空间中所占的体积，cm3；Vr、Vp分别为岩样和岩样中储集空间的体积，cm3；岩石的总孔隙度，；,1流体饱和度,四、流体饱和度,储层岩石孔隙空间中，一般为水和烃类等流体所占据。油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数
18、称为油、气、水的饱和度。,1流体饱和度,如果油层中含油、水两相，则So+Sw=1如果油层中汉油、气、水三相，则So+Sw+Sg=1,任何油气储层中均含有一定数量的不可动水，即通常所指的“束缚水”或“残余水”。相应的饱和度称为束缚水饱和度，用符号Swc表示。亲水岩石颗粒表面的薄膜滞水 微细毛管孔道中的毛管滞水,2束缚水饱和度,储层孔隙结构、泥质含量、流体性质 岩石的孔隙越小、泥质含量高、连通性愈差、微毛管孔隙愈发育，则渗透性愈差、束缚水饱和度愈高。一般水对岩石的润湿性愈好、油水界面张力愈大，则岩石的束缚水饱和度愈高。,影响束缚水的主要因素：,实验室岩心测试：抽提法：直接测试岩心孔隙中的流体量毛细
19、管压力测试法矿场测试：以测井技术为基础的饱和度测定方法以油藏工程为基础的分析方法,3储层流体饱和度的测定方法,在应用流体饱和度时，必须注意以下因素：1.油气层内流体饱和度的分布是不均质的；2.油气层中，油、气、水的饱和度将随油气采出程度的不同而发生变化；3.油气层中，因束缚水为不可动水，所以在相对渗透率实验中，可将其看成是岩石的一部分。知道束缚水饱和度(Swc)就能计算出油藏的原始含油饱和度(Soi)。Soi=1-Swc,五、储集层的孔隙结构,岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系。,特征：,PcPd后，汞才开始大量注入岩石。排替压力。,排替压力（Pd）：非润湿相开始大量注入
20、岩样中最大连通喉道时所需克服的毛细管压力。润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力。,Pd越小，说明岩样中最大连通孔喉越大，大孔喉越多，孔隙结构越好。,残余水未被汞注入的孔隙体积百分数，称最小非饱和的孔隙体系百分数（Smin%）。,Pc达到Pb后，注入汞量基本不再增加。,孔隙等效半径r，按一定范围计算其百分含量，并作孔喉等效半径分布图。R越集中越大，孔隙结构越好。,所以，通常用Pd、r、Smin%、Pc50作为定量描述孔隙结构的参数。,非润湿相汞饱和度为50%时对应的毛细管压力，称饱和度中值压力（Pc50）：Pc50对应的孔喉半径平均喉道半径,图3-6 毛细管压力曲线特征 I-注入曲线，W-退出曲线,第一节 储集层的岩石物性参数,储集岩（层）的孔隙性储集岩（层）的渗透岩石孔隙度与渗透率的关系流体饱和度储集层的孔隙结构,
