致密砂岩储层形成条件及其表征方法课件

致密砂岩储层形成的条件与其

表征技术与方法小组成员：李晓路王博王哲徐丹林易兵致密砂岩储层形成的条件与其

表征技术与方法小组成员：李晓路汇报纲要一、前言二、致密砂岩储层的概念三、致密砂岩储层的特征四、致密储层的成因机理及控制因素五、致密储层的表征技术与方法六、总结汇报纲要一、前言1927年在美国的圣胡安盆地发现致密砂岩气藏。1976年，加拿大阿尔伯达盆地西部发现了大型的埃尔姆沃斯致密砂岩气田，标志着北美致密砂岩气勘探开发进入了一个快速发展阶段。90年代以后随着三维地震、钻井及完井技术、压裂技术的发展，致密砂岩气产量快速增长，已成为全球天然气勘探开发的重要领域之一。全球已发现或推测发育致密气的盆地达到70余个，最新统计数据全球致密砂岩气的储量为209.6×1012m3。其中北美和拉丁美洲的储量最高据金正纵横油气资源网整理一、前言发展历程1927年在美国的圣胡安盆地发现致密砂岩气藏。全球已发现或推

美国是全球致密砂岩气工业发展最早、开发利用最成功的国家，已在23个盆地发现了致密砂岩气，主要分布于落基山盆地群和墨西哥湾沿岸地区，剩余探明可采储量超过5×1012m3，2012年致密砂岩气产量达1754×108m3，约占美国天然气产量的26%，在天然气产量构成中占有重要地位。

一、前言美国地区美国是全球致密砂岩气工业发展最早、开发利用最成功的国1990~2011年我国致密砂岩地质储量产量增长形势图（据戴金星2012）2020年全致密砂岩气年产量有可能达到800×108m3以上，产量将主要集中在鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地

我国致密砂岩资源潜力也比较大，分布广泛。自1971年以来，相继发现了许多致密砂岩气田。目前，致密砂岩气的产量也在不断的增加。一、前言中国地区长庆油田天然气年产量及发展趋势据（杨华2012）1990~2011年我国致密砂岩地质储量产量增长形势图（据戴汇报纲要一、前言二、致密砂岩储层的概念三、致密砂岩储层的特征四、致密储层的成因机理及控制因素五、致密储层的表征技术与方法六、总结汇报纲要一、前言1973年，美国能源部对可进行工业开采的致密含气层标准作了如下界定：①用常规手段不能进行工业性开采，无法获得工业规模可采储量；②含气砂层的有效厚度下限30.48m（100英尺），含水饱和度低于65％，孔隙度5%～15%；③目的层埋深1500～4500m（5000～15000英尺）；④产层总厚度中至少有15%为有效厚度；⑤可供勘探面积不少于31km2（12平方英里）；⑥位于边远地区（当时考虑到要使用核爆炸压裂法，因此要远离居民稠密区）；⑦产气砂岩不与高渗透的含水层互层。致密砂岩储层通常为储层渗透率低的砂岩储层。致密低渗透储层是一个相对概念，世界上并无一固定的标准和界限，它是由不同国家不同时期的资源和技术经济条件和世界油气价格而决定的。20世纪70年代，美国联邦能源管理委员会将致密含气砂岩定义为空气渗透率小于0.1×10-3μm2的砂岩，这也是目前国际上一般采用的标准。二、致密砂岩储层的概念致密储层划分标准美国的划分标准1973年，美国能源部对可进行工业开采的致密含气层标准作了如中国的划分标准1、关德师（1995）把致密砂岩气藏定义为孔隙度低（小于12%）、渗透率比较低（1×10-3μm2）、含气饱和度低（小于60%）、含水饱和度高（大于40%）、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非常规天然气藏。2、王允诚等（2004）根据储层物性，将低渗透性储层的孔隙度划分为8%~15%、渗透率为10×10-3~0.1×10-3μm2，致密储层的孔隙度为2%~8%、渗透率为0.1×10-3~0.001×10-3μm2。3、中国石油勘探开发研究院在“致密砂岩气地质评价方法”研究（2010）中，提出了致密砂岩储层地质评价标准：孔隙度<10%、原地渗透率<0.1×10-3μm2或空气渗透率<1×10-3μm2，孔喉半径<1μm、含气饱和度<60%。该评价方法于2011年经国家能源局颁布实施，成为中国第一个关于致密砂岩气的行业标准（SY/T6832-2011），对中国致密砂岩气地质评价和勘探部署具有重要的指导作用。

二、致密砂岩储层的概念致密储层划分标准中国的划分标准二、致密砂岩储层的概念致密储层划分标准美国采用致密气藏的概念，主要是为了享受特殊税费政策，一次分压10层以上的直井压裂与大型压裂技术的进步不断降低开发下限。中国以渗透率为标准进行储层分类，主要考虑技术与经济因素，目前以低渗储层开发为主体，但储层下限已经延伸到致密储层范围。国内分类油气储层评价方法SY/T6285-1997美国Elkins高渗＞500常规储层＞1.0中渗10～500低渗0.1～10近致密层0.1～1.0致密＜0.1致密层0.005～0.1很致密层0.001～0.005超致密层＜0.001单位：mD二、致密砂岩储层的概念中国与美国的差异致密储层划分标准美国采用致密气藏的概念，主要是为了享受特殊税费政策，一汇报纲要一、前言二、致密砂岩储层的概念三、致密砂岩储层的特征四、致密储层的成因机理及控制因素五、致密储层的表征技术与方法六、总结汇报纲要一、前言三、致密砂岩储层的特征致密砂岩与常规储层在孔隙度、渗透率、及储层压力等方面差异显著，两者的研究内容及分布规律也存在区别。特征对比（据汤达祯等2012）三、致密砂岩储层的特征致密砂岩与常规储层在孔隙度、渗透率、及鄂尔多斯盆地延长组为例三、致密砂岩储层的特征岩石学特征

盆地西南缘延长组岩屑长石和长石岩屑砂岩

盆地东北部延长组长石砂岩，含少量的岩屑长石砂岩

（据张哨楠2010）鄂尔多斯盆地延长组为例三、致密砂岩储层的特征岩石学特征特低孔隙度和超低渗透率渗透率对应力敏感束缚水饱和度高气水关系复杂延长组孔隙度分布频率图（据张哨楠2010）延长组渗透率分布频率图（据张哨楠2010）物性特征三、致密砂岩储层的特征（据汤达祯等2012）

特低孔隙度和超低渗透率延长组孔隙度分布频率图（据张哨楠201致密砂岩储层孔隙类型包括缩小粒间孔、粒间溶孔、溶蚀扩大粒间孔、粒内溶孔、铸模孔和晶间微孔；孔隙喉道以片状、弯片状和管束状喉道为主；发育构造微裂缝、解理缝及层面缝等裂缝结构。研究区盒8、山1储层孔隙类型统计表层位盒8山1粒间孔（%）0.19360.0309粒间溶孔（%）0.24860.1016长石溶孔（%）0.07420.0600岩屑溶孔（%）0.88230.6945晶间孔（%）0.53470.7872杂基溶孔（%）0.10280.0917微裂隙（%）0.04310.0438面孔率（%）2.0791.81平均孔径（μm）76.593418.6167苏里格气田东二区山1段与盒8段的主要的储集空间孔喉特征据杨仁超等（2012）三、致密砂岩储层的特征致密砂岩储层孔隙类型包括缩小粒间孔、粒间溶孔、溶蚀扩大粒间孔汇报纲要一、前言二、致密砂岩储层的概念三、致密砂岩储层的特征四、致密储层的成因机理及控制因素五、致密储层的表征技术与方法六、总结汇报纲要一、前言致密储层成因机理四、致密储层的成因机理及控制因素控制因素自生粘土矿物大量沉淀胶结物的晶出改变原生孔隙高含量塑性碎屑压实变形粒间孔隙泥质充填沉积环境成岩作用构造环境压实作用胶结作用溶蚀作用致密储层成因机理四、致密储层的成因机理及控制因素控制因素自生自生粘土矿物的大量沉淀胶结物的晶出改变原生孔隙高含量塑性碎屑压实变形粒间孔隙被碎屑沉积时的泥质充填成因机理四、致密储层的成因机理及控制因素自生的伊利石堵塞了颗粒间的喉道，喉道间的连通主要依靠伊利石矿物间的微孔隙，这使得岩石的渗透率极低石英和方解石以胶结物的形式存在于碎屑颗粒之间，极大地降低了储层的孔隙度，储层的渗透率也随之降低，形成低孔、低渗的致密储层。

塑性和不稳定碎屑（如云母、千枚岩屑）因压实作用使塑性碎屑变形从而呈假杂基状充填于碎屑颗粒之间，导致砂岩储层成为致密储层。

低能条件下或者在浊流条件下，由于沉积水体浑浊或者因水体能量不高，碎屑颗粒间杂基。含量比较高，成为泥质砂岩（以上四副图片据张哨楠2008）自生粘土矿物的大量沉淀成因机理四、致密储层的成因机理及控制因1、沉积环境

不同的沉积环境具有不同的水动力特征，所形成的砂体在岩相组成、厚度、内部非均质性以及砂岩碎屑成分组成、泥质含量、颗粒的粒度、分选等多方面各具特色，造成不同沉积环境所形成的砂体具有不同的原始孔隙度和渗透率。

成岩作用是在沉积作用的基础上进行的，因而早期的成岩作用也受到沉积环境的影响，从而影响进一步成岩作用的类型、强度，对砂岩的孔隙演化起一定的控制作用。

不管致密砂岩的成因如何，沉积环境依然是控制储层发育的主要因素

控制因素一四、致密储层的成因机理及控制因素1、沉积环境控制因素一四、致密储层的成因机理及控制因素2.1压实作用沉积颗粒接触形式的变化：

川西须2、须4砂岩胶结物含量与负胶结物孔隙度关系图（据吕正祥2009）控制因素二四、致密储层的成因机理及控制因素成岩作用对储层性质的改造是非常明显的。对于相同沉积环境的砂岩储层来讲，储层性质由常规变为非常规（致密）的主要原因是由成岩作用所造成的。2、成岩作用深度未接触点接触线接触凹凸接触孔隙度渗透率2.1压实作用川西须2、须4砂岩胶结物含量与负胶结物孔隙2.2胶结作用

胶结作用一般都是对孔隙起破坏作用；但是当胶结作用不太强时，则对孔隙起到保护作用，抵抗压实作用的影响。石英和方解石胶结等充填胶结物对储层孔隙的破坏作用最为明显。绿皂石、伊利石、绿泥石等呈环边胶结产出，学者认为环边绿泥石的形成一方面阻碍了石英的次生加大，另一方面也可有效地抵抗上覆地层压力，从而使粒间孔隙保存下来，同时也有利于后期溶蚀作用的发生。榆57井（据张晓峰2010）榆64井

（据张晓峰2010）绿泥石包壳石英具有III级次生加大现象控制因素二四、致密储层的成因机理及控制因素2.2胶结作用榆57井（据张晓峰2010）榆64井（据

弱碳酸溶蚀V.Shimidt等人认为，有机质演化过程中释放出的二氧化碳在一定的压力条件下在地层中形成弱碳酸，从而使砂岩中方解石胶结物发生溶解，形成次生孔隙有机酸溶蚀Sudam等人（1989，1993）和Meshri（1986）等提出了有机质在演化过程所形成的羧酸、酯、醚类衍生物，这些物质在孔隙溶液中具有极强的酸性，使得砂岩中不稳定的铝硅酸盐矿物发生溶解，形成次生孔隙。

淡水溶蚀由于大气淡水对大部分碎屑沉积颗粒都是不饱和的，因此大气淡水的溶蚀作用一样可以形成大量的次生孔隙。

2.3

溶蚀作用控制因素二四、致密储层的成因机理及控制因素溶蚀作用可以产生大量次生孔隙，从而使储层物性改善，成为有效储层

V.Shimidt等人认为，有机质演化过程中释放出的二氧3、构造活动

构造活动对储层的影响也是双重的，一方面构造的挤压可以增加压实作用的强度；另一方面构造活动可以使致密的脆性较大的岩石发生脆性破裂，产生大量构造裂缝，以及在伸展或挤压作用下，由于剪切应力作用形成的大致平行层面的滑脱裂缝。裂缝在致密砂岩储层中的作用主要表现为提高储层的渗透率和增加储层非均质性的作用

图中右侧上部分显示为低角度缝与网状裂缝，下部分显示为斜交裂缝。裂缝在图像上表现为深纹控制因素三四、致密储层的成因机理及控制因素川西地区须二段致密砂岩储层FMI成像测井图（据王亮国等2012

）3、构造活动构造活动对储层的影响也是双重的，一方面构造的挤汇报纲要一、前言二、致密砂岩储层的概念三、致密砂岩储层的特征四、致密储层的成因机理及控制因素五、致密储层的表征技术与方法六、总结汇报纲要一、前言五、致密储层的表征技术与方法表征技术与方法地震技术测井技术地震岩石物理分析地震正演模拟多参数综合判别测井相聚类分析法五、致密储层的表征技术与方法表征技术与方法地震技术测井技术地当孔隙度低于8.5%时，数据点更集中于拟合线附近；而当孔隙度大于8.5%时，相对高孔隙有利储层段数据点比较发散1、地震岩石物理分析由于横波受流体的影响非常小，气层与一般砂体的拟合趋势一致，预测的砂体孔隙度应该最能反映真实的储层质量。纵波速度随含气饱和度增大而降低的规律非常稳定；孔隙度越高，纵波速度越低；孔隙度越高，纵波速度随含气饱和度变化的非线性特征越显著，当孔隙度小于5.0%时，可以认为纵波速度与含气饱和度基本呈线性关系

四川川中某研究区内低孔低渗的致密砂岩储层

地震技术一五、致密储层的表征技术与方法（据李勇根2008）当孔隙度低于8.5%时，数据点更集中于拟合线附近；而当孔隙度2、地震正演模拟致密砂岩因为低孔低渗的原因，由参数变化引起的地层相对地球物理特征变化比较小，从而使得储层预测更为困难。2.1变储层厚度模型通过改变储层厚度，其范围从0~50m，用传统的褶积模型方法得到的合成地震记录地震技术二五、致密储层的表征技术与方法在砂体厚度范围0~32m内，随着厚度的增大，地震均方根振幅也增大，约32m（1/4λ）位置均方根振幅最大；而在32~50m之间，随着厚度增大，均方根振幅却随之减少。

（据李勇根2008）2、地震正演模拟2.1变储层厚度模型通过改变储层厚度，其范变孔隙度模型正演剖面

地震技术二五、致密储层的表征技术与方法孔隙度小于6%时，振幅变化不大；当孔隙度大于6%时，均方根振幅随孔隙度增大快速增大。

2.2

变孔隙度模型

（据李勇根2008）变孔隙度模型正演剖面地震技术二五、致密储层的表征技术与方法均方根振幅与孔隙度和饱和度图（据李勇根2008）地震技术小结：通过开展系统的地震岩石物理基础研究和地震正演模拟研究，将地质模型和地震模型有机地结合起来，探索出地层厚度、孔隙度、流体饱和变化引起地震响应的一般性规律。地震技术二五、致密储层的表征技术与方法2.3变饱和度模型均方根振幅与孔隙度和饱和度图（据李勇根2008）地震技术小结测井相多参数成果图（据林绍文等2006

）利用多参数判别法在某研究区致密层识别了3个气层

多参数判别是根据测井曲线特征，突出储层品质和储层含气性的一项分析技术，能更有效地识别含气储层测井技术五、致密储层的表征技术与方法1.多参数判别法测井相多参数成果图（据林绍文等2006）利用多参数I类代表好储层，Ⅱ类代表差储层，Ⅲ类代表致密层、非储层测井信息气层差气层干层纯泥岩GR(A