（矿产普查与勘探专业论文）碎屑岩储层物性影响因素定量化研究.pdf

碎屑岩储层物性影响因素定量化研究 王伟( 矿产普查与勘探) 指导教师：张世奇( 副教授) 摘要 油气成藏机理研究包括许多成藏要素的研究，在油气成藏动力过程的定 量恢复过程中，恢复地质历史时期、特别是成藏时期的储层物性条件的变 化是一项非常重要、且难度非常大的研究内容。储集层的形成要经历长期 而复杂的过程，是各种地质因素相互作用的产物。 胜利油区碎屑岩储层沉积类型多样，不同地区储层埋藏成岩过程各不相 同。总体来说，控制碎屑岩储层成岩演化方式和速率的因素主要有：碎屑 岩成岩物质、盆地地温、地层流体、构造活动、埋藏热演化轨迹和地质作 用等。前入对于这些影响因素的形成机理和演化都进行过很多研究，但是 对其定量化的研究还较少。论文结合胜利油区特定的地质条件，针对研究 区内的碎屑岩储层，利用物理模拟实验方法对其物性演化的几种影响因素 进行了定量化的研究。 在前人研究的基础上，通过对区域内的取心井和岩心观察资料进行统计 分析，取得区内碎屑岩储层的岩性和物性参数，并以此为依据配比模拟实 验砂样。针对区内不同的岩性( 粒径、分选) 、沉积类型、盆地地温、地层 流体、构造活动、埋藏热演化轨迹和地质作用时间等因素，共设计了8 组、 4 0 个实验。通过物理模拟实验，建立了胜利油区碎屑岩孔隙度、渗透率参 数的单因素定量预测模型，并总结出一组实验公式。这些经验公式为研究 区的储层预测和物性反演提供了参照，有助于油区的油气勘探。 关键词：模拟实验，成岩作用，储层物性，地温梯度，正演 q u a n t i t a t i v er e s e a r c ho f f a c t o r sa f f e c t i n g c l a s t i cr e s e r v o i rp r o p e r t i e s w a n g w e i ( m i n e r a lp r o s p e c t i n ga n de x p l o r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h a n gs h i - q i a b s t r a c t a c c u m u l a t i o nm e c h a n i s mr e s e a r c ho fo i la n dg a si n c l u d em a n yr e s e r v o i r e l e m e n t s i nt h eq u a n t i t a t i v er e c o v e r yp r o c e s so fh y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o n , r e s u m p t i o no fr e s e r v o i rc h a n g e si ng e o l o g i c a lh i s t o r y , e s p e c i a l l yt h ep e r i o do f a c c u m u l a t i o n , i so fg r e a ti m p o r t a n c ea n da l s oi sv e r yd i f f i c u l t t h ef o r m i n go f r e s e r v o i r si sal o n ga n dc o m p l e xp r o c e s s ，w h i c hi st h ep r o d u c to f t h ei n t e r a c t i o n o fv a r i o u sg e o l o g i c a lf a c t o r s l i t h o l o g y , s e d i m e n t a r yf a c i e sa n dd i a g e n e sa l et h e t h r e ep r i n c i p a la s p e c t st ob ec o n s i d e r e di nr e s e r v o i re v o l u t i o nr e s e a r c h t h ea d v a n c e de q u i p m e n tf o rp e t r o l o g yr e s e a r c hi su s e di no u re x p e r i m e n t f i r s t , e x p e r i m e n t a lf a c t o r sa r ep r o p o s e da c c o r d i n gt om i c r o s c o p i cr e s e a r c h e so f c o r r e s p o n d i n gr e s e r v o i rs a m p l e s ( f a nd e l t a ，d e l t a ，t u r b i d i t ef a n ，r i v e r , e t c ) i n j i y a n gs a g ，t h e nr a t i os a n ds a m p l e sa r eu s e df o re x p e r i m e n t l i t h o l o g yf a c t o r so f v a r i o u sd e p o s i t i o nf a c i e s ( s i z e s ，s o r t i n g ，f r i c t i o n a le x t e n to fg r a i n s ) a r eb a s e d r e s e a r c h e so nm o r et h a n2 0g o r ew e l l sa n da n a l y s i so fr e s e r v o i r si nm o r et h a n 5 0 0w e l l s s o m eo ft h es a m p l e sa r ef r o mc o r e ，o t h e r sa r et a k e nf r o mr i z h a o ， k e n l is e c t i o no f t h ey e l l o wr i v e r , a n dq i n g d a os e d i m e n t a r ya r e a o nt h eb a s i so fp r e l i m i n a r yd a t aa n a l y s i s ，e i g h td i f f e r e n tg r o u p s ，at o t a lo f 4 0e x p e r i m e n t s ，a r ed e s i g n e da c c o r d i n gt og e o l o g i c a lp a r a m e t e r s ( 1 i t h o l o g y , s e d i m e n t a r yt y p e ，t e m p e r a t u r e ，g e o l o g i c a lt i m e f l u i dc o n d i t i o n s ) ，a n d4 0 e x p e r i m e n t a lc u r v e sa l eo b t a i n e d t h r o u g has e r i e so fs i m u l a t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r so f r e s e r v o i re v o l u t i o na r ef i n a l l yc o n f i r m e d r e s e a r c ho nt h ee v o l u t i o no fd i f f e r e n t t y p e so fr e s e r v o i rw i l lh e l pr e s t o r et h ee v o l u t i o no fp o r ei ng e o l o g i c a lh i s t o r y , a n df o r e c a s tf a v o r a b l ep o r o s i t yb e l t ，t h u sg u i d i n gt h eo i la n dg a se x p l o r a t i o ni n s h e n g l io i l f i e l d k e yw o r d s ：s i m u l a t i o n , d i a g e n e s i s ，r e s e r v o i rp r o p e r t i e s ，g e o t h e r m a lg r a d i e n t ， d e d u c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 沙勿年f 月形e l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 硷 j 牛 潲年f 月彤日 聊年r 月彤日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 渤海湾盆地新近系是胜利油区的主力储层，区域内发育有多种沉积类 型成因的碎屑岩砂体，如河流相、冲积扇、三角洲、扇三角洲、滩坝、浊 积扇等，它们是油气聚集的主要场所，也是本次研究的对象。济阳坳陷有 侏罗系、石炭一二叠系和古近系沙四段、沙三段、沙一段等五套烃源岩。 前人大量研究结果表明【1 卅，沙三和沙四段生油岩系是各凹陷油藏的主要烃 源岩。研究区的油气成藏组合主要是以沙四段上都至沙二段下部暗色泥岩 为主要生油层，沙二段上部碎屑岩为储层，沙一段泥岩为盖层。 图1 1 研究区域位置 1 1 研究区碎屑岩储层发育情况 1 1 1 不同沉积类型碎屑岩储层在时间和空间上的分布 断陷湖盆受多级断裂活动控制，地形变化大，区域内多发育粗碎屑岩储 层。在湖盆陡坡毗邻高地的地方常发育冲积扇、扇三角洲或水下扇；在其 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 缓坡带则常见辫状河三角洲和水下扇；在其长轴方向发育低弯度的曲流河 以及三角洲；在非三角洲沿岸浅水区和水下隆起区多见滩坝砂体储层。由 于断陷湖盆内的强烈差异升降，使得盆地内各类储层岩性和厚度变化很快， 相带范围较小，彼此分异不明显。 表1 1 各沉积相发育层位和地区 沉积类型发育地区发育层位埋深( m ) 邦家一王庄地区、埕口子凸起西缘、义和庄 冲积扇凸起东缘、青坨子凸起西缘、孤北一五号桩 沙41 2 0 0 - 1 5 0 0 洼陷陡坡带 河流相东营凹陷，沾化凹陷馆陶组沙2 段 9 0 0 书3 0 0 三角洲东营凹陷，胜坨油田沙3 、沙2 1 2 0 0 2 3 0 0 单家寺、渤南洼陷，郑家一王庄地区、永安 扇三角洲沙4 ，沙3 1 0 0 0 - - 3 0 0 0 镇、四扣洼陷 永安、渤南，单家寺、五号桩、粱家楼、大 湖泊浊流沙4 ，沙3 1 8 0 0 - 4 4 0 0 芦湖、牛庄 博兴洼陷、广利油田，惠民洼陷西部，孤北 潍坝 沙4 ，沙3 上，沙21 2 州8 0 0 洼陷、惠民凹陷南斜坡、胜坨油田 就研究区( 图1 - i ) 而言，如果按地理位置进行划分，陡坡带发育冲积 扇、扇三角洲、辫状河三角洲、水下扇等；缓坡带主要发育三角洲、滩坝 和水下扇；中央洼陷带由于受到轴向水流的影响，发育浊流沉积；中央隆 起带主要发育滩坝沉积体系和水下扇。( 见表i - i ) 东营凹陷北带的砂砾岩体多形成于沙三、沙四沉积时期，由于断陷活 动的加剧，这个时期主要发育冲积扇、扇三角洲和水下扇沉积。 东营凹陷南坡受湖侵影响，在沙四沉积后期发育了碎屑岩滩坝砂体。 而三角洲主要分布在盆地的长轴方向上，在沙三和沙二时期分布广泛 的东营三角洲即是代表。 1 1 2 有利碎屑岩储层的发育时期 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 搞清研究区有利碎屑岩储层发育的时间是进行定量化研究和模拟实验 的前提，可以为物理模拟实验提供实验参数和对比依据。 勘探实践和前人研究表明【2 h 一一6 】，最有利的砂砾岩体储层包括陡坡湖 底扇、深水沟道浊积岩及近岸砂体前缘的滑塌浊积扇体。这类扇体问大多 为泥岩所分隔，在横向和纵向上多与生油岩共生和交互，加之本身孔隙发 育，对成藏条件有利。特别是包裹于大套暗色泥岩生油岩中的浊积扇相砂 体含油性最好。 较有利的砂砾岩扇体主要为扇三角洲和辫状河三角洲相砂砾岩体。该 类储层一般不与生油层直接接触，但往往有断层或地层不整合面沟通储层 与烃源岩，成为较有利的储层。 较差的砂砾岩扇体为发育在盆地边部的洪积扇相砂砾岩体，由于该类 扇体远离生油岩，物性差，大多缺少良好的生储盖配置条件，不利于油气 聚集和成藏。 一般而言，沙四上、沙三下、中亚段主要以发育各种成因的扇三角洲、 湖底扇和深水沟道浊积相砂砾岩为主，这类砂砾岩体成藏条件较好，其余 类型砂砾岩体则较差。同时，由于供给区母岩类型的变化，砂砾岩体的岩 石组合不同，导致储层物性差异也较大，并直接影响其含油气性和产能。 沙四末一沙三中时期形成的砂砾岩体量有利于成藏。孔店组一沙四段 早期的砂砾岩体物源层位新。钙质成分重，成岩作用强，又位于本区主要 生油岩之下，故成藏条件较差；而由于构造活动减弱，沙三段末至东营组 时期的砂砾岩体规模较小，又大都缺乏盖层，也不太利于油气成藏。 沙四末一沙三中亚段时期发育时砂砾岩体规模较大，埋藏适中，物性 较好，和生油岩配置也较好，油气成藏条件最为有利。 能深入到生油岩中的砂砾岩体成藏条件最好。湖底扇及一些具滑塌性 质的浊积砂砾岩体深入到生油岩之中，成藏条件最为有利；扇三角洲一般 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第i 章前言 直接与生油岩接触，也是很好的储集类型，而靠近岸边的以红色砂砾岩沉 积为主的冲积扇( 洪积扇) 物性差，远离油源，不利于成藏。 各种扇相模式中的扇中亚相最有利于储油和成藏。东营凹陷北部陡坡 带砂砾岩体横向非均质性强，除具滑塌性质的各类湖底扇相砂砾岩体以外， 其它几类砂砾岩体的含油气性与其相带密切相关。扇三角洲前缘亚相水下 分流河道砂砾岩体物性最好，自然是各种扇相储集体中最好的储集相带。 在滨浅湖地带有三角洲砂体和滩坝发育，其下紧靠深凹陷，是油气富 集的有利场所。 各类扇相砂砾岩体的强非均质性，造成不同相带物性有大的差异，从 而造成含油的不均一性。一般而言，除具滑塌性质的浊积扇体外，其它几 类扇体的含油气性与其相带密切相关。储层物性受母岩区岩性、碎屑颗粒 的大小、分选性等因素的控制，同时也受后期成岩作用的影响，而这些都 与沉积相带有密切关系。就单个砂砾岩体而言，一般离岸较近的湖底扇相 优于扇三角湖相，中扇亚相优于上部扇亚相，下部扇亚相又优于中扇亚相。 砂砾岩扇体扇根成分混杂，物性差，一般情况下可作为扇中亚相砂砾岩油 藏的封堵层，形成由岩相带控制的岩性油气藏。 1 2 研究现状和研究意义 碎屑物质沉积后，不断为后继沉积物所覆盖，逐渐脱离原先湖盆的沉积环 境，温度、压力不断升高，沉积物中孔隙流体的性质也随之发生变化并与沉积 物( 岩石) 发生一系列的物理化学变化。用成岩作用来概括碎屑沉积物沉积后 所经历的作用，包括机械压实作用、化学压溶作用、胶结作用、溶解作用、 交代作用和重结晶作用。 不同沉积类型的储层由于其本身岩性不同，在盆地中发育的位置不同， 相应的埋藏历史、地温条件和储层中的流体条件不同，从而使得物性演化 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 特征也不尽相同。 国内外的很多学者都对碎屑岩储层进行过大量研究，并提出了很多成 果，有利的指导了油气田的勘探开发。 纪友亮( 1 9 9 6 ) 在油气储层地质学书中，详细描述了目前国内外 比较流行的几种成岩作用模式。罗静兰等曾经以延长油区侏罗系一上三盈 统砂岩为例研究了河流一湖泊三角洲相砂岩成岩作用，探讨了主要成岩作 用和沉积相对砂岩储层物性演化的影响。于国庆、李大伟等对红柳油田垦 东6 断块沙二一沙三中储层特征变化规律进行了研究，也主要围绕沉积相 和成岩作用对储层物性的影响。 但由于储层成岩作用的影响因素很多，所以这些模式只能代表不同地区 具体地质情况下的成岩演化特点。而且研究的思路也主要是从现今的储层 地质条件出发，利用研究手段反演和恢复其演化历史。 而随着储层地球化学及其测试仪器的发展，实验方法被广泛应用于各种 地质研究中。学者们针对不同地区的特定地质条件，尝试设定不同的实验 参数，来确定储层物性演化的真实情况。比较具有代表性的是寿建峰对于 准噶尔盆地下侏罗统碎屑岩进行的研究，实验内容涉及各种地质因素，系 统的模拟了碎屑岩在各种条件下的演化规律。 胜利油区内不同沉积类型的砂体在时间和空间上的分布都有差异，而如 果仅仅通过己钻井取芯井的各种测试资料和数据对储层演化进行分析，并 不能完全掌握储层演化的规律，因为沉积砂体在纵向上存在某些空白带。 同时，如果完全利用不同类型储层现今的孔渗资料反演其演化历史也存在 一定的偏差。因此为了填补不同沉积类型砂体物性演化在纵向上的空白带， 验证反演的结果，我们设计了相关实验，力求搞清储层在不同条件下物性 参数的演化规律，并依据实验结果给出相关参数的定量变化，为反演储层 物性演化提供直观的依据和佐证。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 1 3 研究思路和技术路线 对所要研究的一系列储层的 岩石学特征进行统计和研究， 确定相应储层对应的 砂样配比 不考虑化学成岩 作用，不同沉积 类型储层物性参 数随埋深变化模 拟实验 选取参照砂 样，以供其 它实验用 统计储层的物性资料，统 计分析研究区的各种地质 条件 确定实验条件 不同地层流体 和成岩条件 不同地温 条件 不同埋 藏方式 通过实验获取相应参数条件下储层物性的演化规律，得出对应的定 量公式( 即相应参数同孔隙度、渗透率之间的关系式) 综合所得公式，最终确定各种地质因素条件下储 层物性演化的规律，并确定总的定量公式 围l - 2 研究技术路线 首先对研究区的岩心和取心井资料( 图1 - 1 ) 进行统计、分析，获取不 6 l ，v 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 同类型沉积相( 河流、冲积扇、三角洲、扇三角洲、滩坝、浊积扇等) 储 层的岩性、物性参数，作为实验依据和参照标准。同时搜集研究区内地温、 地层水、区域构造沉降等资料。 然后利用岩心样品和沉积区选取样品，筛析后配比成相应的砂样，根据 各种地质条件设计适当的实验参数，模拟在这些实验条件下储层物性的变 化情况，定量的确定单因素条件下储层物性演化的规律，并得出相应地质 条件下砂样孔渗参数变化同深度之间、孔渗参数同实验参数之间的关系式。 结合研究区的实际地质情况，最终综合推断地质历史时期的变化过程中不 同类型储层物性演化的规律，并进一步预测有利的储层发育区带。 研究技术路线见图1 2 。 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 第2 章储层物性参数及其影响因素 2 ，1 储层物性参数 评价储层物性好坏的参数包括孔隙度、渗透率和流体饱和度，其中尤 以前两个参数最为重要。一般可以将孔隙度和渗透率分为高、中、低三个 级别，而结合这些分类又可以将储层分为常规储层和致密储层两类( 见表 2 1 ) 。 表2 - 1 储层分类标准 储层类型 孔隙度( )渗透率( x 1 0 1pm 2 ) 特高孔高渗储层 3 5 2 0 0 0 高孔高渗储层 3 0 旬55 0 0 以0 0 0 常规 中孔中渗储层2 0 - 3 0 1 0 0 - 5 0 0 储层 低孔低渗储层1 5 之0 l o 1 0 0 特低孔低渗储层 t o - - 1 5i 1 0 一般致密储层 5 1 00 1 一l 致密 较致密储层2 5o o l - 4 ) 1 储层 非常致密储层 流动孔隙度。 对于疏松的砂岩，其有效孔隙度接近于绝对孔隙度；对于较致密的泥岩， 有效孔隙度与绝对孔隙度相差比较大。 目前确定岩石孔隙度的方法归纳起来可分为直接法和间接法。直接法 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 是利用地层中的岩石样品在实验室中直接测定而得，但在地表条件下测定 的结果往往大于地层原始状态下的岩石孔隙度；间接法是利用各种地球物 理参数，通过相应公式( 测井和地震数据资料) 计算地层中原始状态下的 岩石孔隙度。 裂隙率 裂隙率是用来表示裂隙发育程度的参数，指裂隙体积和岩石总体积的 比值。其数学表达式为： 咖：韭l o o ( 2 - 4 ) 阡 式中 西c 一裂隙率： 跆岩石中裂隙体积之和，c m 3 ； 玢岩样总体积，c m 3 。 测定裂隙率的方法有几何公式法、曲率法、面积法等，其中面积法应 用广泛，既可以用于室内镜下薄片的鉴定统计，也可以用于野外地质测量 和井下岩心的描述。面积法是根据裂缝的长度、宽度应用数理统计方法计 算裂隙率。其数学表达式为： f b i l l 4 c = 上l ( 2 5 ) 7 j ，一 f 2 l 式中痧r 裂隙率； b 卜一测量面积内裂缝平均宽度，m m ； l f - 测量面积内裂缝的总长度，m m ； s 卜观测面积，n l n l 2 ： n 一观测次数。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 多数储层岩石既有孔隙也有裂缝，当裂缝比较发育的时候常将岩样分 割成板状、柱状或块状，此时测出的孔隙度往往不能真实的反映岩石储集 空间的发育程度。储集空间的发育程度应用孔隙度和裂隙率之和来表示。 2 1 2 储层岩石的渗透性 储层岩石的渗透性是指在一定压差下，岩石允许流体通过的性能。从 数量上度量岩石渗透性的参数叫岩石的渗透率，它是一个具有方向性的向 量，即从不同方向测得岩石的渗透率是不p - 的。根据生产实践的需要可以 分为绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率。 ( 1 ) 绝对渗透率 当岩石中某一流体饱和时，岩石与流体之间不发生任何物理化学反应， 在一定压差作用下流体呈水平线性稳定流动状态，所测得的岩石对流体的 渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。 1 8 5 6 年法国人亨利达西用未胶结的砂岩做水流渗滤试验得出了一个 经验公式，即达西定律，这一定律是我们研究岩石渗透率的理论依据。达 西公式表示为： 4 ：忌兰竺 ( 2 6 ) a t 通常以干燥空气或氮气为流体测定岩石的绝对渗透率。达西公式为： k ：三挈氅一x 1 0 1 ( 2 7 ) 彳( 只2 一巧) 式中卜岩石绝对渗透率，p m 2 ； p o 大气压力，m p a ； q 大气压力下的气体流量，e m 3 s ； _ 气体粘度，m p a s ； i 岩样长度，c r i l ； 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 a 岩样截面积，c m 2 ； p 1 p 2 气体通过岩样两端压力差，m p a 。 理论上讲，绝对渗透率仅与岩石性质有关，而与流体性质和测定条件 无关。但在实际测定工作中，同一岩样、同一气体在不同的平均压力下所 测得的绝对渗透率是不同的。低平均压力下测得的渗透率较高，高平均压 力下测得的渗透率较低。平均压力无穷大时，测得的渗透率称为克氏渗透 率。同一样品在相同平均压力下，不同气体测得的绝对渗透率也不相同。 通常密度大的气体测得的渗透率值偏低，液体为介质测得的渗透率总是低 于气体测得的渗透率。 储层岩石渗透率的测定方法归纳起来可以分为直接测定法和间接测定 法。前者是利用储层的岩样在实验室中用各种渗透率测定仪直接进行测定， 一般先将岩样抽提、洗净、烘干，然后装入容器，在一定温压条件下，用 空气、氮气或水渗透岩样来直接测定孔隙度；后者是利用岩石渗透率与其 它参数的关系，应用经验公式( 测井、试井资料) 间接的来求出渗透率值。 ( 2 ) 有效渗透率和相对渗透率 储层中除单相流体流动外还有油一水、油一气、气一水两相流体流动， 有时也会有油一气一水三相流体。针对这种情况人们提出了有效渗透率和 相对渗透率的概念。 有效渗透率又称相渗透率，是指岩石孔隙中存在两种或两种以上互不 相溶流体共同渗流时，岩石对每一种流体的渗透能力。对每一种流体的有 效渗透率仍可以用达西公式来表示： 旷等盖 池s ， # 。乩 旷等兰 协 飕l 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 k w a 世 和2 i 。瓦m乩 ( 2 1 0 ) 式中的k o 、k 。分别表示油、气、水的有效渗透率。孔隙介质中两 相或三相流体渗流时必然会相互影响其渗透能力，因此有效渗透率总是小 于绝对渗透率。有效渗透率与流体在岩石中的饱和度密切相关，二者呈正 相关关系。 岩石孔隙为多相流体饱和时，岩石对各流体的相对渗透率是指岩石对 各种流体的有效渗透率与该岩石绝对渗透率的比值。油、气、水的相对渗 透率可以表示为： = i k o ，磁= 等，= 警， c z 小， 相对渗透率与流体饱和度也呈正相关关系。 2 1 3 储层岩石的流体饱和度 储层岩石的孔隙空间中某种流体所占孔隙空间体积的百分数称为该流 体的饱和度。 油气藏中储层孔隙空间为液态烃、气态烃及地层水所充满，相应的含 油饱和度、含气饱和度和含水饱和度可表示为： s 。5 琶= 嘉煳 协 s w 2 告= 老刈o o ； 协 s g ：善：喜1 0 0 ； ( 2 1 4 ) 5 吒 矿一 式中 s 。、s 。、s 厂分别为含油、含水及含气饱和度； v 。、v 。、v g 储集空间中油、水、气的体积，c m 3 ； 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 毋岩石绝对孔隙度 v ，岩样体积，c i 一； 油、气、水饱和度并非一个常数，在勘探开发阶段变化较大。在勘探 阶段测得的流体饱和度称为原始含油( 气、水) 饱和度，是储量计算最重 要的参数；在开发阶段测得的流体饱和度称为目前油( 气、水) 饱和度， 是开发方案调整的重要参数。 储存于岩石有效孔隙中的油、气、水在地层条件下的饱和度称为有效 含油饱和度，可用下式表示： 2 焘1 0 0 ( 2 - 1 5 ) 式中 s 。0 - 一有效含有饱和度； v 。- 一岩样中油的体积，c m 3 ； v b - 岩样体积，c m 3 ； 嘭广一岩样有效孔隙度； 如果考虑到在地层条件下油中溶解的天然气，有效含有饱和度可以表示 为： s ”2 麓。( 2 - 1 6 ) 式中 b 。一地层条件下油的体积系数。其它参数同上。 2 2 影响储层物性的因素 胜利油区的主要储层为长石砂岩和岩屑长石砂岩，主要由砾、砂岩、 粉砂岩组成，还有少量泥岩。影响储层物性的各种因素主要有： 2 2 1 储层岩性性质 评价岩石性质的两个重要参数是成份成熟度和结构成熟度。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层物性参数及其影响因素 成分成熟度是指砂岩中石英组分含量同长石和岩屑组分含量的比值， 比值越大砂岩成分成熟度越高。结构成熟度包括粒度( 表2 3 ) 和分选性。 储层的岩性是影响其物性的最直接因素。 表2 - 3 常用碎屑岩颗粒粒度分级 十进制2 的几何级数制 颗粒直径，m m粒级划分颗粒直径，m i l l 1 0 0 0巨砾巨砾 2 5 6 1 0 0 - - 1 0 0 0粗砾 砾 中砾6 4 ，2 5 6 l o 1 0 0 中砾 砾石+ 斟 2 j o 细砾 卵石2 4 极粗砂l 2 l 2巨砂 粗砂o5 l n 5 - 1 粗砂 砂中砂0 2 5 0 5 0 2 5 o ，5 中砂 细砂0 1 2 5 - 0 2 5 0 1 - 0 2 5细砂 极细砂 00 6 2 5 o 1 2 5 粗粉砂 0 0 3 1 2 o ，0 6 2 5 0 0 5 - 0 1 粗粉砂 粉砂 中粉砂 00 1 5 6 加0 3 1 2 0 0 1 - 4 ) 0 5 细粉砂细粉砂0 0 0 7 8 o 0 1 5 6 极细粉砂0 0 0 3 9 o 0 0 7 8 2 5 m m 砂样 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 图4 - 2 2 2 5 n u n 砂样图4 3 l 一2 n n n 砂样 图4 - 40 1 一l m m 砂样图4 - 50 2 5 - 0 5 n u n 砂样 通过对数据点进行拟合，分别得到了各粒径段孔渗的回归方程，拟合 曲线型态见图4 - 6 和图4 7 。 孔 隙 度 誉 s 0 4 0 2 0 1 0 o1 0 0 02 0 0 0 3 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 0 深度( m ) ，2 5 ，2 ”2 5 1 “2x 0 5 一l + 0 2 5 05 图4 6 不同粒径砂样孔隙度随埋深的变化 3 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 3 3 0 0 2 3 0 0 1 3 0 0 3 0 0 o1 0 0 02 0 0 03 0 0 0 , 4 0 0 0 5 0 0 06 0 0 0 深度( m ) 2 s 攀2 。25 l “2 0 5 1 + 02 5 。0 5 图4 7 不同粒径砂样渗透率随埋深的变化 各粒径孔隙度随埋深变化的拟合方程： 粒径 2 5 m my = - - 5 9 6 4 4 l n ( x ) + 6 6 5 9 1 = 0 9 8 9 9 ( 4 1 ) 粒径2 2 5 m my = - - 4 7 1 7 1 l n ( x ) + 5 8 8 1 7r 2 = 0 9 8 8 7 ( 4 - 2 ) 粒径1 2 m my = - - 6 4 7 7 7 l n ( x ) + 7 5 7 5 3 孵= 0 9 9 1 9 ( 4 3 ) 粒径0 5 - 1 m my = - - 6 4 9 0 9 l n ( x ) + 7 8 1 1 7r 2 = 0 9 6 4 9 ( 4 - 4 ) 粒径0 2 5 , - , 0 5 m m y = - - 7 2 3 4 l n ( x ) + 8 7 4 1 2 r 2 = 0 9 4 9( 4 5 ) 从中可以看出孔隙度和深度基本呈对数关系( 图4 6 ) ，而且在相同深度 条件下，粒径每增加一个级别，孔隙度都有所减少，孔隙度平均减少幅度 约为1 0 - 2 0 。同时随着粒径的增大，孔隙度随埋深变化的速率也有所减 小。进一步分析发现，综合各个粒度的砂样，3 0 0 0 m 以上每一千米孔隙度 的减少率约为6 ，之后再进行压实，每千米的孔隙度减少率仅有o 5 左 右。( 图4 8 ) 根据拟合方程和曲线形态，发现渗透率同深度呈指数关系( 图4 - 7 ) 。 粒径 2 5 m m y = 2 3 9 7 4 e o 0 0 0 1 。 r 2 = 0 9 0 0 5( 4 6 ) 粒径2 2 5 m m y = 1 5 6 0 3 e o 0 0 呲 r 2 = 0 9 9 0 4( 4 7 ) 粒径1 2 m m y = 1 5 0 0 e - 0 0 0 0 1 。 r 2 = 0 9 9 1 5( 4 8 ) 3 4 渗透率芎薯3 主里至迪盔学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 粒径o 5 l m m 粒径0 2 5 o 5 n u n y = 1 3 9 7 9 e o 0 0 0 1 。 y = 7 8 1 2 9 e o 0 0 0 1 。 0 1 0 0 0 2 0 0 0 运3 0 0 0 毖 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 孔隙度( ) 0 2 04 06 0 r 2 = o 9 9 2 9( 4 9 ) r 2 = 0 9 9 0 8 ( 4 1 0 ) 图4 - 8 砂样孔隙度变化曲线 研究结果表明，在实验选取的粒径范围内，粒径每增加一个级别，相 同深度条件下渗透率均有所增加，增加量从4 。8 0 。这同所有学者的认 识和结论【1 矗3 矗6 t1 扣1 6 1 都相吻合，但渗透率率随粒径变大的增幅并不是像 某些研究t , 7 , , s l l 拘结果那样大。 总的来说，埋深相同，随着粒径的减少孔隙度呈对数增加，浅层变化 较大，深层变化较小。即： 中= a l n ( r ) + b ( 4 1 1 ) 其中 中孔隙度， r 粒径， 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 一5 a 一2 ，1 4 b 4 5 。 渗透率随着粒径增大呈指数增加，浅层变化较深层大。即： k p = a e 8 8 ( 4 1 2 ) 其中 k p 渗透率， r 粒径， 2 0 3 a 1 0 9 5 ，0 3 b o 5 。 根据前面的分析发现，在所有砂样物源相同、不同粒级的颗粒磨圆类 似、分选相当，而且实验中的各种参数选取和实验步骤也完全一致的前提 下，实验结论是颗粒粒度同孔隙度呈反比关系，这同大多数学者和教科书 的认识截然相反，那么是什么因素影响了实验结果呢? g a i t h e r l l 9 1 所提到的砂样在未被压实的情况下粒度越细其填集的也越疏 松，这可能是影响实验结果的一个因素。 此外，粒径小的颗粒表面积较大，从而抗压能力相对较强，在承受同 样压力的情况下不易发生变形。因此负荷的压力全部用来挤压孔隙，从而 造成粒度小的砂样孔隙度变化较快。而粒度大的颗粒因为接触面积小，相 对来讲承受的压力就要大一些，因此会分担一部分挤压孔隙空间的力，从 而使埋藏过程中的孔隙度变化较小。 但在实际的地质埋藏过程中，储层孔隙的变化并不是粒度单因素控制 的结果，而是多种因素的累积，而且各种储层也不可能像实验条件那样粒 径分布均匀。如果抛开所有的影响条件，孔隙度和粒径之间才是一种反比 关系。 4 1 2 不同分选的砂样物性变化规律 设计实验如表4 之。 研究者对这一问题的看法毫无异议，即分选同孑l 渗参数之间是一种正 3 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 相关的关系。先前所做的统计数据和实验结果也符合这一特征，相关试验 数据见附表2 。 表4 - 2 实验砂样配比 粒径( m m ) 0 2 5 加505 一ll 22 252 5 分选系数( s 。 225ll1 32 5451ll 56llll 4 0 孔3 0 隙 度 2 0 基 v 1 0 o1 0 0 0 2 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 0 深度( m ) , $ 0 - - 2 s o = 3 s 0 = 5 图4 9不同分选砂样孔隙度随埋深变化 o 1 0 0 ( 3 2 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 0 深度( m ) s 0 = 2 s 0 = 3 5 0 = 5 图4 一l o 不同分分选砂样渗透率随埋深变化 孔隙度随深度变化的拟合公式： 啪 啪 埘 鲫 姗 枷 渗透率。10r3um2v 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 分选较好s o = 2y = 3 2 8 7 9 e 一距删。 r 2 = 0 9 5 7 6 ( 4 1 3 ) 分选中等s o = 3y = 2 9 1 9 6 e 一7 8 一0 5 。 r 2 = 0 9 9 0 8 ( 4 1 4 ) 分选较差s o = 5 y = 2 5 7 0 1 e 一7 8 一0 5 。 r 2 = 0 9 7 7 1 ( 4 1 5 ) 渗透率随深度变化的拟合公式： 分选较好s o = 2 y = 8 1 0 5 2 e 一蛭- 0 5 。 9 2 = 0 9 9 2 7 ( 4 1 6 ) 分选中等s o = 3 y = 6 9 1 9 3 e 一7 5 一0 5 。 r 2 = 0 9 9 6 4( 4 1 7 ) 分选较差s o = 5 y = 6 5 0 ，7 4 e 一7 8 一0 5 。 r 2 = 0 9 9 1 2( 4 1 8 ) 孔渗参数同深度变化之间都呈现较好的指数关系，而孔渗的变化和分 选性之间也是正相关的关系( 图4 - 9 ，4 - 1 0 ) 。 通过对每个深度段不同分选系数的孔渗数据进行统计，发现孔隙度同 分选系数之间呈现对数关系，随着分选系数的增大孔隙度呈对数下降趋势， 即： 中= a l n ( s o ) + b ( 4 - 1 9 ) 其中 中孔隙度， s 旷一分选系数， 一7 6 a 一1 8 ，1 5 b 3 5 ： 渗透率同分选系数之间基本也是呈对数下降关系， 3 0 0 0 m 以下略呈线性或者指数下降关系： k p = c l n ( s o ) + d 其中 k r 渗透率， s o - 一分选系数， 一1 4 l c - - 2 3 ，3 2 9 d 25 2 2 5l 20 5 - 1 - 1 0 陷 e s 3 n a h c 0 3 l o 2 0l 21 0 0 - - 2 0 e s 4n a h c 0 3 ，c a c l 2 1 0l 也52 5 _ n g c a c k t oo 8 一l 车镇凹 e s l 2n a h c nl o 2 0i i - i 1 5- 1 5 0 陷 e s 3n a h c 0 3 1 0i 22 0 e s 4 ，e k tc a c l 2 ，n a h c o ， l o 2 01 3 6 i - 5 古近系是济阳坳陷的主要含油层系，包含三个含水岩系：始新统( 孔店 一沙四段) 含水岩层、沙三段含水岩系、沙二段一沙一段地层水。研烈卜4 】表 明，胜利油区地层水包含c a c l 2 、n a h c 0 3 、m g c l 2 和n a 2 s 0 4 四种类型，其 中又以前两种类型为主，占到9 0 以上。n a h c 0 3 水型区以偏碱性弱氧化环 境为主，c a c l 2 水型区以中性或偏酸性弱还原环境为主。弱酸性孔隙水有利 于碳酸盐和硅酸盐的溶解。 研究和数据统计表明，虽然区域内不同凹陷、不同层位的地层水类型和 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 矿化度均有所不同( 见表4 6 ) ，但总体来说符合一定的规律 i 5 】：从平面上 看，各凹陷的矿化度从凹陷内部向边缘地区均逐渐变小；从纵向上看，地 层水矿化度有随埋深增加而升高的趋势，沙四至沙三段地层水矿化度逐渐 降低，沙二段有所升高，沙一段又降低。地层水矿化度变化的特征基本上 同盆地沉降的规律吻合，受沉积环境的影响。 对胜利油区几个主要凹陷沙河街组地层水矿化度的统计比较直观的显 示了这一点( 图4 - 1 9 ) ，其中的统计数据来源于各凹陷内的预探井和评价井 地层测试资料。 点 斟 鞋 末营凹陷矿化度i 矾l o1 0 02 0 0 3 0 0 iii 沾化凹陷矿化度耐l 1 02 5s 0 沾化凹陷矿化度b t ) 05 01 0 0 图4 - 1 9 胜利油区各凹陷沙河街组( e s 2 n e s 4 ) 地层水矿化度 4 2 2 影响地层水变化的因素 地下流体并非一成不变，正是由于这种变化才使得各种成岩作用的发生 成为可能。地层流体的分布特征受到凹陷沉积、构造沉降和埋藏史的共同 作用，受沉积格架限定的原始封隔体系决定了地层水矿化度在整个地层格 架中的分布型式。就研究区而言，沙二段顶部和沙四段的高矿化度与其化 学沉积物的广泛发育有直接的关系。同时构造作用以断裂活动的形式，不 4 4 喜| 啪 咖 娜 姗 l 2 2 3 3 4 喜| 啪 | | 蛳 孽| 蛳 l 2 2 3 3 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章碎屑岩物性单因素模拟实验 断破坏和重建地层水在垂向上的化学平衡。另外，随着温压环境的不断变 化，埋藏史对地层水与其周边物质的化学平衡也起到了关键的控制作用。 粘土矿物转化，有机质排烃，泥岩层的半透膜效应等因素对地层水的演化 都具有重要的影响。 ( 1 ) 有机质演化对成岩流体及成岩作用的影响 沉积初期( 1 0 0 0 m 以上) ，地层水中含大量c a 2 + 和h c 0 3 ，随着压实作 用的增强，水溶液浓度降低，p h 值升高，逐渐结晶出方解石等胶结物。此 时孔隙流体内的盐类含量相对较少，地层水的矿化度多在2 0 9 l 以下。 温压条件继续增大，干酪根在8 0 1 2 0 。c ( 1 8 0 0 3 0 0 0 m ) 时会形成有机 酸【5 川，使储层形成次生孔隙。同时，由于自生矿物逐渐形成m ，导致这 一时期地层水中的盐类含量增加，矿化度值也有一个明显的增高。 温度在1 2 0 - - 1 6 0 c ( 3 0 0 0 m 以下) 时，烃类和c o z 开始大量形成，有机 酸浓度降低但仍保持一定的丰度，地层水的p h 值仍控制在5 巧。这个阶段 长石开始发生强烈的溶解作用，同时生成大量