石油天然气地质学-第4章储层孔隙结构新进展

第四章储层研究方法第四节压汞数据的孔隙结构研究进展

第一节储层孔隙结构概述第二节碎屑岩类储层孔隙类型第三节碳酸盐岩储层微观结构特征第五节PIA技术的孔隙结构研究进展1基本概念一、储集岩与储层1．储集岩：2．储层：凡是能够储存和渗滤流体的岩层（reservoirrock）。（但不一定含有油气）以储集岩为主的一套岩层组合。3．含油气层：储集层中储集了一定数量的石油或天然气，称含油气层（oil-bearingrock）。4．产层（pay）：已经开采的具有工业价值的含油气层。二、储层地质学

储层地质学（ReservoirGeology）：研究储层成因类型、特性、形成、演化、几何形态、分布规律，及储层的研究方法、描述技术和储层评价和预测的综合性地质学科。具有孔隙空间并能储渗流体的岩石。2第一节储层孔隙结构概述一、孔隙结构的基本概念及组成

1、孔隙结构：2、储集层岩石内部的组成（1）岩石的骨架颗粒（2）孔隙:颗粒间的空隙部分

（3）喉道:连接孔洞缝的狭窄部分（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）。指储集层岩石中的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及相互连通配置关系。3第一节储层孔隙结构概述2、储集层岩石内部的组成喉道：仅仅指某一点处的通道大小,它没有长度和体积概念,只有面积概念。喉道可用直径确定。孔隙：可用直径和体积确定。实际上流体在孔隙系统中流动关键就在于必须克服这个喉道大小产生的毛细管阻力。应将两连通孔隙之间最窄的部位称为喉道,而介于最狭窄部位左右部分均称为孔隙。Wardlaw(1990)对孔隙、喉道的观点：4二、储集层的孔隙结构

1、储集空间类型：2、喉道类型控制孔洞缝的大小、形状、分布。（1）原生孔隙（primaryporosity）：沉积时保留下来（2）次生孔隙（secondaryporosity）：成岩次生作用形成（3）裂缝5三、孔隙结构研究实验方法

1、铸体薄片分析（castthinsection）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。6三、孔隙结构研究实验方法2图象分析法（PetrographicImageAnalysis，PIA）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，等效园面积），计算面孔率，作出孔分布直方图。7三、孔隙结构研究实验方法3毛管压力分析--压汞法（mercuryinjection）参数：反映喉道的分布及不同喉道大小连通的孔隙体积分布情况。8三、孔隙结构研究实验方法4扫描电镜（ScanningElectronicMicroscope—SEM）研究孔隙表面形态。9四、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2.根据毛管压力曲线参数对储层定量评价（1）大孔粗喉型储层目前国内外还没有统一的评价标准，主要由于储层类型不同，孔洞缝的成因不同，岩性不同等等，评价参数的界限值的变化幅度较大。（2）小孔粗喉型储层（3）大孔细喉型储层（4）小孔细喉型储层10第二节碎屑岩类储层孔隙类型一原生孔隙（primaryporosity）1、粒间孔隙（intergranularporosity）2、杂基内原生孔隙11第二节碎屑岩类储层孔隙类型一原生孔隙（primaryporosity）1、粒间孔隙（intergranularporosity）12第二节碎屑岩类储层孔隙类型二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蚀孔隙（1）粒间溶孔（2）粒内溶孔（3）填隙物内溶孔注意：目前人们已认识到次生孔隙在砂岩孔隙中占较大比例，至少有1/3是次生的。13二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蚀孔隙（1）粒间溶孔14二、次生孔隙（secondaryporosity）1、溶蚀孔隙（1）粒间溶孔15二、次生孔隙（secondaryporosity）（2）粒内溶孔16二、次生孔隙（secondaryporosity）（2）粒内溶孔17二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂缝（fracture）18二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂缝（fracture）19二、次生孔隙（secondaryporosity）2、破裂孔隙－裂缝（fracture）20二、次生孔隙（secondaryporosity）3、晶间孔隙---重结晶作用晶间孔为主21二、次生孔隙（secondaryporosity）薄片镜下鉴别砂岩次生孔隙的岩石学标志：1部分溶蚀作用；2印模；3排列不均一性；4特大孔隙；5伸长状孔隙；6溶蚀的颗粒边缘；7组分内孔隙；8破裂的颗粒；22二、次生孔隙（secondaryporosity）形成时期：一般后生阶段中期可以形成大量次生孔隙（溶蚀孔隙）后生阶段晚期主要为裂缝。易溶解矿物：方解石白云石菱铁矿长石岩屑形成机制：大量酸性水介质来源于（1）有机质热成熟作用产生大量油气、CO2和水，进而产生大量HCO3-，有助颗粒溶解；（2）混层粘土矿物转化生成大量层间水，正是次生孔隙发育带。（3）粘土与碳酸盐反应产生CO2；（4）不整合带长石易风化成高岭石，产生大量HCO3-

；

表生作用阶段，风化剥蚀和大气渗水的淋滤可形成区域性分布的风化壳次生孔隙发育带。（不整合面下，断裂带附近23二、次生孔隙（secondaryporosity）粘土矿物迅速转化带属成岩后生作用中期，恰与生油窗、压实突变、泥岩脱水排烃时期对应，是次生孔隙总量占优势的发育阶段，对油气运移、聚集十分有利。预测：故：综合成岩作用、有机质成熟度、混层粘土矿物转化、泥岩压实作用、泥岩脱水等资料，可预测砂岩次生孔隙发育带的纵向分布。地球物理响应特征：声波测井和地震波传播速度显示低速异常－有效方法。242526第三节碳酸盐岩储层微观特征一、总的特征1、储集空间类型多

2、成岩次生变化大

3、孔洞缝在纵横向上具有突变性在纵向上：没有固定的产层层位在横向上：高产井、低产井、干井交叉出现，井间干扰十分明显。271建设性成岩作用（1）白云石化：华北、四川地区，晶粒大，孔隙度高。以“砂糖状”白云岩孔隙性最好。成岩作用对储层物性的影响

281建设性成岩作用（2）古岩溶：在长期沉积间断面发生大规模岩溶作用，形成孔洞发育的侵蚀面，具良好的储集空间。一般顺缝、顺层、沿风化壳分布。291建设性成岩作用（3）岩溶：沉积物固结成岩后，暴露在大气环境中，易发生溶蚀作用，空隙周围无充填物，形态不规则，较严格受岩性控制。301建设性成岩作用（3）构造应力：地层褶皱断裂和岩浆活动，产生大量的构造缝。312破坏性成岩作用（1）世代胶结：胶结物取决于水化学成分和浓度。322破坏性成岩作用（2）空隙充填：充填物有内源物和外来物。332破坏性成岩作用（3）压实、压溶作用：孔隙度变小，厚度变薄。342破坏性成岩作用（4）膏化：石膏、硬石膏交代其他矿物—膏化作用；石膏、硬石膏被其他矿物交代—去膏化作用。（5）热液作用：伴生成岩矿物搬运，－热液矿化作用。353双重影响作用（1）硅化：我国非常发育，华北的寒武系和奥陶系，华南的石炭、二叠系。形成硅质岩。363双重影响作用（2）重结晶：尤其是白云岩的重结晶，晶粒变粗，孔隙喉道增大且规则，增加有效孔隙，储集性能变好。也可发展到晶间孔基本填满，孔隙度大大降低。37第三节碳酸盐岩储层微观特征二、碳酸盐岩的储集空间类型1孔或洞：长宽比1:1～1:10。粗孔：D=2~0.1mm；细孔：D=0.1~0.01mm；微孔：D<0.01mm2裂缝：长宽比大于1:10。大洞：D>10mm；中洞：D=10~5mm；小洞：D=5~2mm；大缝：D>3mm；中裂缝：D＝1~3mm；小裂缝：D=0.1~1mm；微裂缝：D<0.1mm38三、碳酸盐岩的孔隙成因类型及特征1．原生孔隙（1）粒间孔（2）粒内孔（3）生物骨架孔

（4）生物钻孔（5）鸟眼孔隙2．次生孔隙（1）粒内溶孔（2）粒间溶孔（3）其它溶孔溶洞3940414243444546四、碳酸盐岩储层的喉道类型1颗粒碳酸盐岩的喉道类型：与砂岩储层类似2碳酸盐岩基块的喉道类型：管状喉道孔隙缩颈喉道片状喉道五、碳酸盐岩储层的孔隙结构1孔隙空间由孔隙及相当孤立的近乎狭窄的连通喉道组成。3孔隙由细粒孔隙性连通带所连通，镜下可见连通支脉。2孔隙空间的缩小部分为连通喉道，喉道变宽即成孔隙。4孔隙系统在白云岩的主体或胶结物的颗粒之间发育，孔隙大部分反映了颗粒外形。5孔隙主要由裂缝沟通。6由两种以上基本孔隙结构构成。47六、我国碳酸盐岩储层特点1油气层多：以年代老的层系为主，古生界居多，中生界和元古界次之，新生界居末位；

2海陆相兼具：以海相居多，元古界和古生界的碳酸盐岩储层均属海相沉积，中生界以海相为主，新生界以陆相为主；4成岩作用强：储渗空间以次生孔隙为主。3岩类多样：以质纯、具颗粒、骨架、藻粘结、晶粒较大等结构的碳酸盐岩最为重要；5空隙类型多样：储层结构复杂，常常是孔洞缝兼具，成因各异，多种组合类型，储渗体形态多样。6岩块基质物性差：裂缝起重要作用，储层非均质性强；7具生成油气的能力：形成自生自储的油气层。48第四节压汞数据的孔隙结构参数研究进展

(一)孔隙和喉道大小与毛管压力的关系一、毛管压力曲线的定性分析孔喉半径：49(二)毛管压力曲线的形态分析一、毛管压力曲线的定性分析毛管压力曲线的形态主要受孔喉分布的歪度(又称偏斜度)及孔喉分选性两个因素所控制。歪度就是指孔喉大小分布中偏于粗孔喉或细孔喉孔喉分选性则是指孔喉大小分布的均一程度50第四节压汞数据的孔隙结构参数研究进展

(一)排驱压力(displacementpressure)二、毛管压力曲线常规定量分析Wardlaw和Taylor(1976):取饱和度为20%时对应的压力为排驱压力。Schowalter(1979):把汞饱和度在10%的压力定义为排驱压力。

在毛管压力曲线上,沿着曲线的平坦部分作切线与纵轴相交的压力值就是排驱压力(Pd)。(二)饱和中值压力(Pc50)它对应的孔喉半径称为中值孔喉半径(r50)(三)最小非饱和孔隙体积百分数束缚水饱和度(Swi)5152(四)孔隙－喉道分选性二、毛管压力曲线常规定量分析(五)储层级别(Reservoirgrade)RG为毛管压力曲线以下的面积占总坐标轴范围面积的百分数

(六)用图解法求特征参数(前提：服从正态分布）1.中值(D50)

2.平均值(DM)3.峰值(Dm)4.孔喉分选性(SP)5.歪度(SKP­)6.峰态(KP)3.变异系数(C)4.歪度(SK)(七)用矩法确定特征参数（地质混合经验分布）1.均值(X）2.标准差(

)（又称为孔喉分选系数）53(八)反映孔喉大小分布百分数的参数二、毛管压力曲线常规定量分析美国岩心实验室4.极细微孔喉(<0.1

m)的孔隙体积百分数。（新增）(九)其他组合参数1.结构优度(GG)

2.孔隙结构系数(

P)3.相对分选系数(Dr)4.特征结构系数(1/Dr

P)5.孔隙结构系数(Gs)6.均质系数(

)1.大孔喉(>1.5

m)的孔隙体积百分数;2.粗微孔喉(0.5～1.5

m)的孔隙体积百分数;3.细微孔喉(<0.5

m)的孔隙体积百分数。54(一)不同坐标系下的压汞毛管压力曲线三、压汞数据的双曲线拟合分析图2-1不同坐标系下的毛管压力曲线A：普通直角坐标系B：半对数坐标系C：双对数坐标系D：占岩石体积的双对数坐标系55(二)毛管压力与饱和度间的双曲线关系三、压汞数据的双曲线拟合分析图2-2压汞双曲线参数的确定1双曲线数学模型及其物理意义（lgPC-lgPd）（lgSHg-lgSb）=-C2

56(二)毛管压力与饱和度间的双曲线关系三、压汞数据的双曲线拟合分析图2-3压汞双曲线拟合与实测点对比2双曲线参数的确定方法（1）图版法（2）回归拟合法57三、压汞数据的双曲线拟合分析3双曲线模型的有效性验证表2-2双曲线拟合结果统计4孔隙几何因子与孔隙分选系数的关系Fg集中在0～3之间。0～1:孔隙分选较好；1—3:一般；

Fg>3，分选性变得较差。

吐哈辽河胜利陕甘宁川南德阳加拿大合计总样品数273323489224140531双曲线样品23128305083433414占百分数%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双曲线的顶点及其物理意义图2-6切线法的双曲线顶点位置图2-7SHg～SHg/PC的双曲线顶点位置毛管压力曲线上的拐点在双对数坐标下就是双曲线顶点（apex）物理意义:指非润湿相在岩石孔隙系统中完全占据能有效控制流体流动的那部分有效孔隙空间时的状况。596rapex在储层研究中的应用（1）rapex在储层评价中的应用(表2-4)

层位马五12马五13马五14马五21马五22马五41统计样数9311541338有顶点的样数52772826平均（SHg）apex，%2423.5235.7132.5040.6330.39平均rapex，

m1.7053.2541.1400.2070.6821.318储层评价IIIIIIIIIIII综合评价IIIIIIIIIIII分层测试，m3/d2243781158.140297010039.513839.6606rapex在储层研究中的应用（2）rapex在单井油气聚集有利部位分析中的应用(表2-5)

层段射孔段厚度（m）样号（SHg）apex（%）rapex­（

m）平均rapex

（

m）分层产量（104m3/d）

马五13

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

2.3247

13.2420

马五14

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

0.0678

0马五2

3.04-27/1404-2-7/14040550.07000.3675

0.2188

0611渗透率K与位置和形状参数（Pd，Sb，Fg）间的关系（位置形状估算法）

(三)渗透率估算模型的建立数学模型:对于砂岩储集层:R=0.988对于碳酸盐岩储集层R=0.91862图2-10样品Kest与Ktrue关系图（位置形状估算法）632渗透率K与双曲线顶点（SHg/Pc）apex间的关系（顶点估算法）

(三)渗透率估算模型的建立数学模型:对于砂岩储集层:R=0.989对于碳酸盐岩储集层R=0.96964图2-11砂岩的Ktrue与双曲线顶点的关系（A.考虑孔隙度

B.不考虑孔隙度）

65图2-12碳酸盐岩的Ktrue与双曲线顶点的关系（A.考虑孔隙度

B.不考虑孔隙度）

66表2-8A砂岩样品的孔喉体积分布预测模型（基于

，K）(四)孔喉体积分布预测模型的建立经验方程相关系数R均方根Slgr10=0.832－0.743lg

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