采油地质工基础知识

1、采油地质基础知识采油地质基础知识芦红燕第一章第一章 储集层与油气藏储集层与油气藏第一节第一节 储集层的性质储集层的性质l一、储集层的概念l储集层：能够储存和渗滤液体的岩层。l储集层的两个基本特征：孔隙性和渗透性。l孔隙性的好坏直接决定着储集层储存油气的数量（能力），渗透性的好坏则控制着储集层内所含油气的产能。l虽然储集层的含义强调了具备储存油气和允许油气渗滤的能力，并不是意味着其中一定储存了油气。如果储集层中含有了油气，则该储集层就称为含油气层油层（气层、油气层）储集层的岩石基本类型，通常分为砂（砾）岩储集层、碳酸盐岩储集层、岩浆岩和变质岩及泥页岩储集层三大类。二、储集层的孔隙性二、储集层的孔

2、隙性l储集层的孔隙性实质是储集岩中未被固体物质所填充的空间部分。它包括粒间孔隙、粒内孔隙、裂缝、溶洞等各种类型。l（一）孔隙的大小l根据孔隙的直径和裂缝宽度以及对流体的作用将孔隙的大小划分3种类型。l（1）超毛细管孔隙：孔隙直径大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm。其中流体在重力作用下可以自由流动，服从水动力学一般规律。l（2）毛细管孔隙：孔隙直径在0.50.0002mmm之间或裂缝宽度在0.250.0001mm之间。孔隙中的流体和孔隙壁之间都处于分子引力的作用下，所以流体已不能在其中自由流动，只有当外力大于毛细管阻力时，流体才能在其中流动。l（3）微毛细管孔隙：孔隙直径小于0.0002m

3、m或裂缝宽度小于0.0001mm。孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在相当大的分子引力作用下，所以在地层条件下，流体已不能在其中自由流动。l上述3种孔隙中只有前两者对油气的储集才有意义。（二）孔隙度（二）孔隙度l孔隙度是为了衡重岩石孔隙体积的大小以及孔隙的发育程度而提出的概念，分为绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度。l（1）绝对孔隙度：孔隙度是指岩石中所有孔隙的总体积在该岩石中所占的比例，一般以百分数表示，也称为绝对孔隙度。l（2）有效孔隙度是指流体可以在其中流动的、相互连通的孔隙的总体积在该岩石中所占的比例。是油层储油好坏的重要标志之一，它被用于计算地质储量。l（3）流动孔隙度：这是各油田

4、在开发实际需要提出的概念，即在一定条件下，流体可以在岩石中流动的孔隙体积与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）的流动孔隙度。三、储集层的渗透性三、储集层的渗透性l（1）达西公式l在一定的压差下，岩石本身允许流体（油、气、水）通过的性能叫渗透性。渗透性是决定油层产油能力最重要的因素。l渗透性的好坏可用渗透率来表示，渗透率的数值是用达西定律求得的。通过大量的实验，发现在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及液体的粘度成反比。l即lQ单位时间内液体通过岩石的流量，cm3/slA液体通过岩石的截面积，cm2l液体的粘度，mpaslL岩石的长度，c

5、ml（P1-P2)液体通过岩石前后的压差，大气压。LA）P（PKQ*21l式中比例系数K即为岩石的渗透率，它表示了在一定的压差下，液体能够通过岩石的能力。l当液体的粘度为1mpas，压差（P1-P2）为一个大气压，岩石截面积A为1cm2，岩石长度为1cm，此时所通过的液体的体积流量正好为1cm3/s时，该岩石的渗透率K的大小为1达西（D)。一般常取其千分之一作单位，称为毫达西（mD）。l储集层的孔隙度与渗透率之间通常有较密切的关系，一般有效孔隙度增高，渗透率增大。)(*21PPALQKl（2）绝对渗透率l在一定压差下单相流体在岩石孔隙中流动，并且流体与岩石间没有物理、化学作用，这时求得的岩石孔

6、隙的渗透率叫绝对渗透率。它只代表流体通过岩石的能力，表明岩石的一种特性，测定时流体一般用空气，所以绝对渗透率又叫空气渗透率。l（3）有效渗透率l在岩石孔隙中同时有两相以上的流体时，岩石孔隙只允许某一相通过的渗透率，称为某相的有效渗透率。它不但与岩石本身性质有关，而且与孔隙中的流体性质和它们的数量比例有关。l（1）相对渗透率l有效渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。l注水开发的油田，油层中的含油饱和度逐渐减少，含水饱和度不断增加，因此随含水上升，油的相对渗透率逐渐下降，水的相对渗透率逐渐上升。相对渗透率曲线很好地说明油层开采过程中油和水相对渗透率的变化。岩石孔隙体积岩石孔隙中的含油体积含油饱

7、和度100岩石孔隙体积岩石孔隙中的含水体积含水饱和度100l相对渗透率曲线：相对渗透率曲线就是把某相的相对渗透率曲线：相对渗透率曲线就是把某相的 相对渗透率与饱和度的关系用曲线表示出来相对渗透率与饱和度的关系用曲线表示出来l从曲线中可以看出：随着某相流体饱和度的增加，其从曲线中可以看出：随着某相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为该种单有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为该种单相流体的饱和度，此时其有效渗透率等于绝对渗透率，相流体的饱和度，此时其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率等于相对渗透率等于1 1。l四、孔隙度与渗透率的关系四、孔隙度与渗透率的关系l孔隙度与

8、渗透率是储集层岩石的两个基本属性，它们孔隙度与渗透率是储集层岩石的两个基本属性，它们之间没有严格的函数关系，因为影响它们的因素很多，之间没有严格的函数关系，因为影响它们的因素很多，一般来说有效孔隙度大，则绝对渗透率也高，在有效一般来说有效孔隙度大，则绝对渗透率也高，在有效孔隙度相同的条件下，孔隙直径小的岩石比直径大的孔隙度相同的条件下，孔隙直径小的岩石比直径大的岩石渗透率低，孔隙形状复杂的岩石比形状简单的岩岩石渗透率低，孔隙形状复杂的岩石比形状简单的岩石渗透率低。石渗透率低。石油地质基础知识石油地质基础知识l一、岩石的分类及其概念l岩石是在各种不同地质作用下所产生的，由一种或多种矿物有规律组合

9、而成的矿物集合体称为岩石。l根据其成因，岩石可分为三大类：即岩浆作用形成的岩浆岩、由外力作用所形成的沉积岩和变质作用形成的变质岩。l其中沉积岩的分布面积最广，约占地表岩石面积的75%，蕴藏着极为丰富的矿产，尤其是被誉为工业血液、黑色金子和石油就生成于沉积岩中，而且绝大多数都储集在沉积岩中。二、沉积岩二、沉积岩l（一）、沉积岩的概念l沉积岩是各种地质作用所形成的沉积物组成的岩石。在外力地质作用下，在地壳发展过程中，在地表层条件下（即常温常压下），主要由母岩的风化产物，经过搬运、沉积及成岩作用而形成的一类岩石。l（二）沉积岩的分类l沉积岩一般可分为以下三大类。l（1）碎屑岩：以碎屑物质为主要成分的

10、岩石。根据碎屑颗粒的大小，碎屑岩又分为砾岩、砂岩和粉砂岩。其中砂岩和粉砂岩可以形成储藏油气的储集层。l（2）粘土岩：主要由粘土矿物组成的岩石。l其主要矿物成分为高岭石、蒙脱石、水云母等。 粘土岩的分布范围广泛，约占沉积岩总量的30%，粘土岩既能作为生油层又能作为盖层。l（3）碳酸盐岩：以碳酸盐类矿物为主要成分的岩石。它的化学成分主要是CaO、MgO、CO2，根据矿物成分可分为石灰岩和白云岩两大类。另外由生物分泌物及残体组成的岩石称生物岩，也包含石油在碳酸盐岩类。l碳酸盐岩和石油的关系密切，它既可以生油也可以储油。目前世界上发现的油气田中，碳酸盐岩类型的油气田占很大的比例，就储量来说，碳酸盐岩类

11、约占世界总量的50%；就产量来说，约占石油总量的60%。l（三）沉积岩的形成过程l沉积岩的形成可以分为破坏、搬运、沉积和成岩四个阶段。l1、破坏阶段l引起岩石破坏的有风化作用和剥蚀作用。l1）风化作用：构成地壳的岩石暴露地表，在大气、温度、水和生物的共同影响下，使原来岩石的物理性质或化学成分发生改变。这种现象称为风化。引起岩石风化的地质作用称为风化作用。风化作用是一个复杂的地质过程，按其性质可分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。l（1）物理风化作用：是指地壳表层岩石，即母 岩的一种机械破坏作用。没有显著的化学成分 变化。岩石发生机械破碎主要原因是由温度变化及由此而产生的水的

12、冻结和融化、风的作用、海洋（湖泊）的作用等所引起的。l（2）化学风化作用：岩石在水、氧气、二氧化碳等作用下发生化学分解而产生新的矿物的作用。l（3）生物风化作用：是指由于生物的活动而对岩石所产生的破坏作用。一方面可引起岩石的机械破坏，如植物根系的生长，可劈开岩石；另一方面也可引起岩石的化学分解，如定居在岩石表面的细菌、苔藓等，经常分沁出有机酸，分解岩石，吸取养料。l风化作用的结果是形成三种性质不同的产物：碎屑物质、新生成的矿物和溶解物质。 l2、搬运作用l母岩风化剥蚀的产物除少部分残留在原地外，大 部分要在流水、风、冰川等自然运动的介质携带下，离开原地向他处迁移，这个过程称为搬运作用。l一般情

13、况下，碎屑物质和新生成的矿物呈碎屑状态搬运，这种搬运称为机械搬运。而溶解物质成真溶液或胶体溶液搬运称为化学搬运。l机械搬运的营力有流水、风、冰川及湖、海等。碎屑物质在机械搬运过程中进行着显著的分异作用和磨圆作用。分异作用主要表现在颗粒随着搬运距离的远近出现有规律的变化，即碎屑颗粒顺着搬运方向逐渐变小，磨圆度与搬运距离以及碎屑本身的大小、密度、硬度等有关。总的趋势是：随着搬运距离增加，圆度将逐渐增高。l3、沉积作用阶段l随着搬运介质动力条件和化学条件的改变，被搬运的物质在适当的场所（如湖泊、海洋）按一定的规律和先后的顺序沉积下来，称为沉积作用。l根据沉积物沉积的地区不同，分为海洋沉积和陆相沉积两

14、类。l沉积的方式有机械沉积、化学沉积和生物化学沉积三种。l1）机械沉积作用l是在碎屑的重力大于水流的搬运力时发生的。按颗粒大小、密度、形状依次沉积。颗粒大、密度大、粒状的先沉积；颗粒细、密度小、片状的后沉积。l2）化学沉积作用l化学搬运的溶解物质按溶解度大小依次沉积称化学沉积。 溶解度小的先沉积，溶解度大的后沉积。l3）生物沉积作用l生物遗体的沉积。l4、成岩作用阶段l由松散沉积物变为坚硬沉积岩的过程叫做成岩作用。成岩作用主要包括以下三种：l（1）压固脱水作用：使松散沉积物紧密结合从而失去水分的作用叫做压固脱水作用。l（2）胶结作用：充填在沉积物孔隙中的矿物质将松散的颗粒粘结在一起的作用叫做胶

15、结作用。l（3）重结晶作用：使松软的沉积物变为固结的沉积物。l经过上述种种作用后，沉积物就形成了沉积岩。在沉积物成岩过程中上述作用不是孤立存在的，而是相互影响和密切联系的。（四）沉积岩的结构、构造、颜色（四）沉积岩的结构、构造、颜色l1、沉积岩的结构l沉积岩的结构按其成因分类，可分为碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物岩结构。l（1）碎屑结构：由碎屑物质被胶结物胶结而成的一种结构，具有这种结构的岩石叫碎屑岩，碎屑岩结构包括颗粒大小、颗粒形状、胶结形式等。l碎屑颗粒大小（粒级）：按碎屑颗粒大小可分为：粒径大于2mm称为砾状结构，粒径20.05mm称为砂状结构，粒径0.050.005mm称为粉砂结构

16、。l碎屑颗粒形状：反映岩石生成的环境和条件。可分为五级：棱角状、次棱角状、次圆状、圆状、极圆状。l胶结形式：可分为基底胶结、孔隙胶结、接触胶结。l（2）泥质结构：由极细小的碎屑和粘土矿物组成的、比较均匀致密的、质地较软的结构。具有这种结构的岩石叫泥质岩或粘土岩。l（3）化学结构和生物结构：是由化学成因形成的（如粒状或鲕状等）和生物遗体所构成的（如贝壳结构、珊瑚结构等）结构。具有这种结构的岩石，叫化学岩或生物化学岩。l2、沉积岩的构造l（1）层理：沉积岩中由于不同成分、不同颜色、不同结构构造等的渐变，相互更替或沉积间断所形成的成层性质，称为层理。层理是沉积岩最重要的构造特征之一。根据形态和成因，

17、常见的层理可分为以下几种：l水平层理 斜层理和交错层理 波状层理l（2）层面构造：在沉积岩层面上的一些痕迹，它常常标志着岩层的特性，并反映岩石形成的环境。l波痕雨痕干裂结核冲刷痕迹及侵蚀下切现象l（3）其他构造：l斑点构造斑块状构造水下滑动构造叠锥构造缝合线l3、沉积岩的颜色l1）、沉积岩颜色的成因类型l沉积岩的颜色根据成因可分为继承色、原生色和次生色。l（1）继承色：继承色决定于岩石中所含矿物碎屑的颜色，这种颜色常是碎屑岩所具有的。而碎屑颗粒是母岩机械风化的产物，颜色与母岩的组成矿物相同，故由碎屑颗粒组成的碎屑岩继承了母岩的颜色。l（2）原生色：是沉积和成岩阶段自生矿物造成的颜色。l（3）次

18、生色：次生色的颜色取决于后生矿物的颜色。l把继承色和自生色统称为原生色，次生色又称为后生色。l2）常见的沉积岩的颜色l（1）白色：没有色素或含钙量高l（2）灰色和黑色：岩石中含有有机质或含二价铁的分散状的黄铁矿颗粒，量多呈黑色，量少呈灰色。l（3）红色、褐红色、棕色和黄色：含铁的氧化物和氢氧化物，反映岩石形成条件具强氧化性质。l（4）绿色：含有二价和三价钱的硅酸盐矿物。l（5）蓝色和天青色：是石膏、硬石膏和盐岩等特有的颜色。l（6）紫色：是由于岩石中含有铁的氧化物或氢氧化物的缘故。三、地质时代与地层单位三、地质时代与地层单位l地层：是地壳历史发展过程中的天然物质记录，也是一种地质时间内所形成的

19、岩石的总称。l（一）地质时代l地质时代就是各种地质事件发生的年代。它包含两种意义：其一是各种地质事件发生的先后顺序，另一个是地质事件发生距今的实际年龄。由于地层是在不同时代里沉积的，先沉积的是老地层，后沉积的是新地层。把各地大致相同时期沉积的某一地层称为某某时代的地层，这种表明地层形成先后顺序的时间概念称为地质时代。l地质时代的划分：用以划分地球历史的单位称为地质时代单位。地质时代单位由宙、代、纪、世四个级别和一个自由使用的时间单位“时”组成。l（二）地层单位l地球自形成以来，在历史发展的每一个阶段，地球表面都有一套相应的地层形成。划分地层的单位称为地层单位。l地层单位的划分：地层单位可划分为

20、宇、界、系、统、阶、时、带、群、组、段、层等。l（三）地层单位与地质单位的关系l地质时代和地层单位之间有着紧密的关系，但不完全是对应的关系，地层的系统与地质时代的三大单位是完全对应的，即界、系、统完全对应于代、纪、世。l（四）地质年代表。油层及其分类油层及其分类l油层广义概念是指储集层内凡是含有油气的岩层都叫油（气）层。在地质上又把它进一步划分为：单油层、隔层、夹层、油层组、油砂层等l单油层：是指上下有泥岩分隔的具有含油条件的砂岩、粉砂岩等岩层。l油层组：是指油层分布状况、油层性质基本相同，在一套相似的沉积环境下形成的油层的组合。l隔层：是油层以外的其他特低渗透或不渗透岩层。在注水开发的油田中

21、可以利用隔层来封隔开上下不同层系的油层而防止注入水时发生相互窜通，如图5-1-4所示，共有6个隔层。l夹层：一是指油层以外的其他特低渗透或不渗透岩层；二是指在较厚的油层内部有一段很薄的不渗透泥岩，或是有一段在物性上与油层本身相比，渗透率较低的物性夹层，如图51-4所示，为物性夹层，它是油田开发中后期调整挖潜的对象。抽油机井工作原理抽油机井工作原理l（一）工作原理l抽油机井工作原理是：抽油机把电动机供给的机械能，经减速箱及曲柄连杆游梁、驴头（四连杆）机构将高速旋转的机械能变为抽油机驴头低速往复运动的力，再通过抽油杆把力传递给深井泵（抽油泵），使其随同驴头的上下往复做抽吸运动，进而不断地把井筒液举升到地面。它是抽油机井采油原理中举升动力的细节描述。（二）抽吸参数及泵效