第6章_油藏特征研究

第六章油藏特征研究 第一节油藏构造研究地质构造是岩石变形的产物 地质构造主要表现为地层的倾斜 褶皱和断裂 油藏构造则是指油藏储层含油部分的总体形态和内部结构 以及油藏顶部和四周的封盖遮挡条件 油藏的总体构造形态和基本构造特征 是油藏描述的首要内容 它决定油藏的规模大小 圈闭特征和内部复杂情况 油藏构造研究方法 地震勘探可以提供油藏的测线剖面图及构造图 利用它可分析一个地区的构造形态 高点位置 闭合面积 闭合高度以及断层特征 具有完整 齐全 连续的特点 但准确性较差 因此必须用钻井资料校正才能较真实地反映构造特征 通过钻井能够得到各井各层的分层数据 岩性特征 断层断点的深度等资料 利用这些资料恢复地下构造 由于钻井资料可靠 用它校正地震构造图 能为详探和开发提供与实际相吻合的构造特征图件 在钻井资料较多时 通过钻井剖面地层对比 可获得各地层界面的实际高程 起伏状况 岩性特征 含油 气 水情况及断点的位置 层位 落差等资料 加深了对地下构造的认识 应用井下地层的含油 气 水及井间动态等资料 既可检验构造研究成果的准确性 如断层的连通与否 分层是否正确等 又可为构造研究提出问题 如构造的形态及局部变化等 以便配合其它资料使构造的解释更准确 更符合地下的真实情况 这是一种构造特征分析的辅助方法 以上各种研究手段所获得的资料途径不同 其构造解释成果的精度就存在差异 资料的丰富程度及资料的精度决定了构造解释的可靠程度 如钻井资料虽然准确 但在勘探初期 由于打井少 资料的控制点不足 也会降低构造图的可信度 因此 油气藏构造特征的分析往往是采用多种手段进行综合研究 这样才能使研究成果与真实情况接近或吻合 只有获得准确的信息 才能对油气田地下构造的形态 细微变化等特征作出正确的判断 第二节油藏断层研究 一 油藏断层特征与作用1 油藏断层的一般特征 在油田范围内最大的断层 通常为二级断层 除少数为延伸超过10km的二级断层外 一般都是延伸1 几km的三级断层和四级断层 凹陷内的断层一般划分为四级 断距可达数千米 延伸长度达数十千米 为继承性断层 活动时间长 往往贯穿于一个构造旋回的始终 它一般是凹陷或盆地的边界 是断陷内影响二级构造带形成与发育的主干断层 走向与凹陷内主要构造走向基本一致 延伸长达10km以上 落差达数百米 二级断层是油田内的主要断层 常决定油田构造格局及油气分布特征 是控制油气分布的重要断层 是凹陷内主要构造上的重要断层 落差在100m以上 延伸长度数千米 走向与二级断层类似 多与凹陷或凹陷内的构造走向一致 是划分断块区的重要依据 四级断层是油田上分布较多的断层 往往占油田断层总数的80 以上 落差小 一般在20 50m 延伸长度1 2km 走向多变 但主要延伸方向仍以平行凹陷内构造走向为主 四级断层主要控制油田内部的油水关系 是划分断块的主要依据 2 断层在油藏形成中的作用 油气运移的良好通道生油凹陷中生成的大量油气向圈闭中运移时 主要依靠三种类型的通道 靠连续分布的储集层做远距离的横向运移 靠区域不整合界面做横向和层间运移 靠断层做垂向和斜向的层间运移 这些担负油气运移的断层一般都是切穿若干地层的较大型的断层 而且在它们担负油气运移通道时必须是开启的和未封闭的 圈闭形成和油气藏保存的必要条件是断层圈闭形成的主要遮挡条件 在油气藏形成以后的长时期保存的过程中 断层具有主要的决定的作用 世界上有许多油气藏就是由于断层的封闭性不好或在油气藏形成以后出现断层复活 导致已形成的油气藏遭受破坏 二 油藏断层的研究方法 地震解释 油层对比 试井解释 注采动态 三 井下断层的识别 1 地层的重复与缺失根据地质录井资料和测井资料 对钻井剖面进行对比 对井下地层进行横向追踪 可以在单井剖面中发现地层的重复或缺失 以及同层地层厚度的急剧增厚或减薄变化 这都是可能存在断层的表现 在地层倾角小于断层面倾角的情况下 钻遇正断层出现地层缺失 钻遇逆断层地层重复 正如图4 7所示 反之 当地层倾角大于断面倾角且断面倾向与地层倾向一致的情况下 穿过正断层地层重复 穿过逆断层则地层缺失 当井下断层的性质确定后 还应进一步确定断点井深及断距大小 图4 8中乙井是正常剖面 甲井剖面中的 地层重复 表明它钻遇了逆断层 断点在第一次出现的 层底界 井深为851 两次出现的 层底界之差 876 851 则重复地层钻厚为25 如果是铅直井 此厚度就是地层铅直断距 正断层断点确定方法与此相同 缺失层段的起始点即为断点 对于铅直井 缺失层段的厚度为垂直断距 亦称断层落差 在短距离内同层厚度突变 在近距离内标准层海拔高程相差悬殊 石油性质的变异 地层压力和油水界面的差异 断层在地层倾斜测井矢量图上的特征 四 断层封闭性的研究 断层对油气具有双重作用 一是能阻挡油气运移 形成油气圈闭 它是油气藏的天然边界 二是成为油气运移的通道 或注水开发时的水窜道路 即使是同一条断层在它形成的早期一般是开启性的 在其后期断裂活动转沉寂以后 由于上覆地层的压实作用与地下水活动产生的充填 胶结作用 断层又多转化为封闭性的 因此 研究断层的封闭性 无论在理论上或在油气勘探与开发的实践中都是十分重要的 判断断层的封隔性 可以从以下几个方面进行分析研究 断层两侧若为渗透性与非渗透性岩层相接触 通常认为是封闭性的 但也要注意 在断层的不同位置 其封闭差异是存在较大变化的 张性断裂易于形成开启性断层 而压扭性断裂容易形成封闭性断层 但随着埋深的增加 张性断裂的封闭性也会发生变化 长期处于沉寂状态下的断距较小的断层 一般多是封闭性的 油 水界面高度的差异 是断层封闭的重要标志 4 钻井过程中的显示 5 断层活动时期与油气聚集期的关系 6 开发过程中的断层封闭性研究 在正常钻井过程中 钻井液漏失 井涌及油气显示等现象 以及岩心有断层角砾岩 岩屑中存在次生方解石 石英含量增高 钻时减少等现象 这将预示钻遇的断层多为开启性的 否则为封闭性断层 一般认为 在油气聚集期已经停止活动的断层具封闭性 在主要油气聚集期之后产生并继续活动的断层 多为油气运移的通道 具纵向开启性 许多次生浅层油气藏就是沿断层向上进行二次运移的结果 同生断层常常具有良好的封闭性 这是因为沉积和断裂同时发生 断裂活动使尚未压实固结的半塑性状态的泥质层沿断面或破裂带发生塑性流动 在断面处形成不渗透的天然屏障 1 压力判断依据断层两侧油水井的压力反映来判断断层的封闭性 2 注采连通判断依据断层附近油水井的生产动态资料 可以准确地判断该断层的封闭性 第三节油藏流体与压力温度系统 油藏流体的性质和分布 以及油藏的压力温度系统 是油藏描述的基本内容 是油藏评价 储量计算 开发可行性研究的重点 一 流体分布及性质1 流体分布应当分别描述油 气 水在油藏内部的分布情况和空间差异性 以及油 气 水的饱和度数据 2 油气界面 油水界面和油气柱高度对于具边 底水和具气顶的油藏 应描述其油气界面与油水界面的深度位置和认定的依据 以及油气柱的高度 对水体的大小规模和平面 剖面分布情况也应尽力描述 3 油水过渡带的产状特征和厚度油水过渡带在大型油藏 尤其储层复杂 非均质性严重的油藏中变化较大 应描述油水界面的基本特征和特殊情况 油水过渡带的饱和度变化和厚度分布 4 控制油气水分布的地质因素均质性较好的碎屑岩油藏 其油气水分布一般受构造条件控制 但在一些情况复杂 非均质性严重的油藏 其流体分布的控制因素是多样的 应依据实际资料详细描述 5 流体性质油藏流体性质应分别油 气 水情况进行详细描述 6 流体性质的非均质性一般来说 原油性质在油藏顶部和四周边界可能出现密度 粘度的较大差异 此外 在油水接触界面附近也常存在原油粘度增大的现象 这些情况可能都与地下水对原油的氧化作用有关 原油的密度和粘度是最重要的性质 它决定原油的流动性和原油的质量品质 其次是含蜡量 含硫量 胶质沥青质含量 凝固点等 天然气的密度 甲烷与重烃的含量 和非烃气体含量等 地层水性质包括总矿化度 氯离子含量和水型等 二 地层压力的有关概念1 静水压力静水压力是指由静水柱造成的压力 静水压力的计算公式为 式中 静水压力 水的密度 静水柱高度 m g 重力加速度 9 8m s2 由于水的密度是一个常数 因此 静水压力的大小只与静水柱的高度或深度有关 而与液柱的形状和大小无关 2 上覆岩层压力所谓上覆岩层压力 是指上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所产生的正压力 上覆岩层压力可表示为 式中 上覆岩层压力 上覆岩层的垂直高度 岩层孔隙中流体的平均密度 kg m3 岩层骨架的平均密度 kg m3 岩层平均孔隙度 小数 重力加速度 9 8m s2 可见 上覆岩层压力主要随岩石骨架的厚度增加而增大 也与岩层及其孔隙空间流体的密度大小有关 3 地层压力地层压力是指作用于岩层孔隙空间内流体上的压力 所以又可称为孔隙流体压力 常用P表示 在含油 气区域内的地层压力又叫油层压力或气层压力 由地层压力的定义可知 孔隙流体压力全部由流体本身所承担 在油气层未被钻开之前 油气层内各处的压力保持相对平衡状态 一旦油气层被钻开并投入开采 油气层内压力的相对平衡状态就要被打破 当油气层的压力大于井筒的液柱压力时 油气层内的流体就会喷出地面 取上覆岩层密度 包括岩石骨架和孔隙流体的密度 为 r 则可见 上覆岩层压力与上覆岩层密度成正比 在地壳的浅表 5000m以内 常见岩石的平均密度如下 泥岩密度 2 3 2 4左右 砂岩密度 2 4 2 6左右 岩浆岩 变质岩密度 2 5 2 7左右 可见 上覆岩层的压力系数一般都在2 4 2 6左右 而静水柱的压力系数为1 0 由此可见 上覆岩层的压力比同深度的地层压力要高出一倍以上 4 压力梯度与压力系数压力梯度是指在某方向上每增加单位距离所出现的压力变化 地层压力梯度是指在垂直方向上每增加单位深度所增加的压力值 单位用 表示 它显示地层压力随深度的变化率 压力系数定义为地层某一深度的压力与该深度的比值 通常用小数表示 其单位习惯用MPa 百米 以保证静水压力的压力系数为1 00MPa 百米 由于压力系数可以鲜明地显示该地层压力偏离正常压力 即静水压力 的多少 因而在油田勘探开发界有广泛应用 三 油藏压力油藏压力是指整个油藏显示出的孔隙流体压力 它是油藏各井点压力的平均 当井或油藏未投入开发前 油藏各井点的孔隙流体压力是一致的 这时的地层压力也称原始地层压力或原始压力 当井或油藏投入开发生产以后 井或油藏就有两种孔隙流体压力 一是地层压力 它是整个油藏处于静止 即油层内流体不存在流动 时的压力 二是流动压力 它是油层流体从地层中流到采油井井底时的剩余压力 这几种压力都是油藏勘探 开发的重要资料 指整个油藏显示出的孔隙流体压力 它是油藏各井点压力的平均 当井或油藏未投入开发前 油藏各井点的孔隙流体压力相同地层压力也称原始地层压力或原始压力 当井或油藏投入开发生产以后 井或油藏就有两种孔隙流体压力 地层压力 它是整个油藏处于静止时的压力 流动压力 它是油层流体从地层中流到采油井井底时的剩余压力 三 油藏压力 这几种压力都是油藏勘探 开发的重要资料 1 井底流动压力井底流动压力 是指采油井或注水井在开井生产 正常采油或正常注水 的情况下其油层射孔井段部位的井筒压力 井底流动压力一般简称 流压 采油井的流压 是油层流体从地层中流到井壁处时剩余的压力 自喷的采油井正是依靠这一压力将井底的产出液举升到井口并送入地面集输管线 注水井的流压 是注入水的井口压力 由注水泵提供 加上井筒水柱压力再减除水流与管壁的摩阻后的压力 注入水就是靠这一压力从井底进入地层并推向地层远处 推向采油井 2 开发中的油藏压力系统 开发中的油藏地层压力 在平面分布上各井点的差别较大 高低不一 比如 注水井周围一般压力较高 采油井周围的压力相对较低 这时的油藏压力 就是该时期油藏范围内全部油水井地层压力的平均 或者用该时期动态监测桩子井的地层压力进行平均 油井在生产时所测的油层射孔井段中部的即时压力 它是地层流体从油层远处流到井底时剩余的压力 同时它又是井底流体自喷流到井口的动力 流压常用符号Pf表示 生产压差是地层压力与流动压力之压差 是推动油层中的油气流到井底的动力 P P Pf采油指数定义为 单位生产压差下的日产油量J qo P单位为t d MPa 每米采油指数 每米油层厚度每单位生产压差的日产油量 即J qo P h单位为t m d MPa 它显示单位油层厚度的产能大小 当地层流体在油管中从井底举升到井口时 所剩余的压力就是油管压力 油管压力高 说明地层能量充足 在油水井的井口采油树上 分别设计有油管通道出口的阀门 称生产闸门 和套管环空通道出口的阀门 称套管闸门 在这两个闸门的前端 即靠井口的一端 都焊接有压力表 油管出口的压力表称油压表 它记录的是油管在井口处的压力 称油管压力 套管出口的压力表称套压表 它记录的是套管与油管之间的环形空间在井口处的压力 称套管压力 地面集输系统压力 注水压力 井筒流体通过井口的油管闸门后 就进入了地面集输系统 在油管闸门的后端 即远离井口的一端 焊接有一只压力表 称回压表 它所记录的压力 就是从井口采出的流体进入地面集输系统的压力 上述压力有如下的关系 地层压力 生产压差 流压 生产压差 井筒举升消耗的压力 油压 生产压差 井筒举升消耗的压力 生产闸门和油嘴节流消耗的压力 回压上述关系十分重要 它是进行采油工艺设计的重要依据 比如 要保证油井正常生产 就必须保证必要的油压与回压 而要保证一定的产量 就必须保证一定的生产压差 因此 怎样规划设计井筒举升压力 就成为采油工艺设计的重要课题 如果油藏实施注水开发 还要规划设计注水压力 它包括注水泵站的出口压力 注水井的井口注入压力 注水井的井底流动压力等 以上各种压力 就构成开发中油藏的压力系统 怎样设计利用好上述各种压力 达到合理利用油藏能量以获取投入采出的最佳效益 是采油工程设计的重要任务 四 异常地层压力1 异常地层压力的概念 把偏离静水柱压力的地层孔隙流体压力称之为异常地层压力 常用压力系数来表示异常地层压力偏离静水柱压力的程度 压力系数 定义为实测地层压力 与同一深度静水柱压力的比值 由于水的密度为1 0 因此压力系数也等于 H式中 H 为静水柱的垂直深度为了使压力系数的数值在1 0左右 这样便于记忆和使用 压力系数的单位一般取为MPa 百米 压力系数分布在0 9 1 2范围内时 都作为正常压力 2 高异常地层压力的形成原因 1 成岩作用 2 热力作用和生化作用 2 热力作用和生化作用 在成岩作用过程中 泥页岩的欠压实作用 蒙脱石的脱水作用以及硫酸盐岩的成岩作用 都可成为异常高压的形成原因 泥 页岩的欠压实作用 蒙脱石的脱水作用随着地层温度升至蒙脱石的脱水门限值时 蒙脱石将释放出大量的晶格层间水和吸附水 并向伊利石转化 硫酸盐岩的成岩作用 当石膏向无水石膏转化时会析出大量的水 温度增高将引起岩石和岩石孔隙中流体的膨胀 使油页岩中的干酪根出现热裂解 生成烃类气体 在封闭的地质环境中 这些气体将大大提高该系统的压力而促使高异常地层压力的形成 原地层的埋藏深度变浅 2 因地层仍然处于封闭状态 古压力保持不变 从而成为高压异常地层 原地层的埋藏深度变浅 因地层仍然处于封闭状态 古压力保持不变 从而成为高压异常地层 如果发生了断裂 并且油藏顶部相对上升时 其埋藏深度就会变浅 这时如果油藏封闭性较好 油藏中的流体未遭散失 仍保持其原有的压力时 就会形成高异常地层压力 塑性岩层形成的底辟构造 如盐丘 泥火山等也可构成地下流体渗流的物理遮挡面 它们可以把因构造运动而增加的岩层孔隙流体压力 封闭 起来 从而形成高异常地层压力 当测压水位高于井口海拔高度时 油井就显示出高异常压力 如图中的2号井 相反 若测压井水位低于井口海拔高度时 油井就显示出低异常地层压力 位于气藏顶部的气井往往显示出较高的异常地层压力 3 异常地层压力预测方法 异常地层压力预测的任务就是确定异常地层压力带的层位 深度和异常地层压力值的大小 异常地层压力预测主要采取三个方面的方法 依据区域及邻井的地质资料进行预报和判断 依据地震资料进行分析研究和依据本井的钻进情况进行判断 收集区域及邻井钻遇异常地层压力层段的位置 深度 压力高低 钻井液使用情况及效果等资料 并分析各主要异常压力层的压力变化情况 异常高压层及异常高压过渡带是欠压实的产物 它们均表现为地震低速异常 因此 利用地震波速度的异常变化 就可预测超压层并估计其压力值 依据钻时录井资料判断泥岩欠压实引起的高压异常 当钻入泥岩欠压实引起的高压异常带时 钻时就会迅速降低 有时 钻时可低到正常压实泥岩钻时的一半左右 依据钻井液温度变化判断高压异常异常高压带常常伴有异常高温出现 依据页岩岩屑密度变化判断高压异常泥岩欠压实的缘故 其页岩岩屑的密度将急剧减小 依据钻井显示进行判断 转盘扭矩突然增加 起钻阻力加大 井喷 井涌等现象出现时 国内外广泛采用电阻率测井 声波测井和体积密度测井的信息来识别异常压力 五 油藏温度 油藏温度测取十分简单 一般在油井测压时 在压力计上带一个高温温度计 就可在测压的同时取得油层温度数据 在油层的不同深度上停点 就可测得多个温度数据 据此可以求出油层温度随深度变化的地温梯度数据 在地层浅表15 30m以内 温度随昼夜温差和一年四季而变化 在地表15 30m以下 地层温度随地层深度不同而变化 一般来说 深度每增加100m 地层温度上升3 左右 第四节油藏原始能量与原始驱动类型 一 油藏原始能量 油藏深埋在地下 其中的岩石和孔隙流体受到上覆岩层的压缩而具备一定的弹性能量 与油藏主体相连的边 底水水体和气顶也都具有一定的压缩能量 此外 原油中都或多或少溶解有天然气 因而具备一定的溶解气能量 1 弹性能量 1 弹性能量形成机理和释放条件弹性能量是一种压缩能 它是油藏岩石和其中的流体在地层高压条件下积蓄的一种能量 当油藏投入开发 油井进行采油生产 油藏压力出现下降时 油藏岩石和其中的流体就会出现弹性膨胀 释放出弹性能量 从而驱动岩石孔隙中的流体流向井底 形成弹性驱动 2 弹性能量的受控因素 开采中降压的幅度大小油藏弹性能量的利用程度 取决于油藏在开发中能够降低压力的幅度 降压幅度越大 弹性能量释放就越多 获得的弹性采收率也就越高 反之则低 油层岩石和其中流体的压缩系数大小压缩系数大 在压力作用下出现的体积变化也大 因而积蓄或释放的弹性能量也大 油藏原始压力系数的高低油藏原始系数越高 它积蓄的弹性能量就越大 油藏原始压力系数越低 其积蓄的弹性能量也越少 因此 异常高压油藏的弹性能量比异常低压油藏要高很多 3 油藏饱和压力与饱和程度 饱和压力的概念当地层原油中溶解的天然气达到饱和状态时所测定的压力 油藏原油中一般都溶解有天然气 如果原油中溶解的天然气达到饱和状态 则多余的天然气就会呈气态形成带气顶的油藏 这时的饱和压力就与油藏地层压力相等 但如果原油中溶解的天然气尚未达到饱和 其饱和压力就需要进行地层原油高压物性 又称PVT 取样在室内分析测定 油藏饱和压力表示该油藏的地层原油在低于该压力时 就会有多余的溶解气从原油中分离逸出 从而出现油气两相共存的状态 但如果高于该压力 则原油不饱和 其中的溶解气不会逸出 油藏地饱压差与油藏饱和程度油藏地层压力与饱和压力的差值 称该油藏的地饱压差 油藏地饱压差一般都是指油藏原始地层压力与原始饱和压力之差 油藏地饱压差大 说明油藏的弹性能量较大 只要通过降压开采 油藏的弹性能量就可以释放出来 驱使油气流向井底 因此 油藏具备一定的弹性驱开采条件 2 溶解气能量 1 形成机理和释放条件地层原油中一般都溶解有天然气 当油藏压力出现下降并低于饱和压力时 溶解在地层原油中的天然气会逐渐游离出来 呈气态出现在油藏流体中 由于溶解气变成游离气将出现很大的体积增加 也由于游离气的体积膨胀系数很大 一般比液体高出6 10倍 因此将出现很大的体积增加 释放出溶解气的膨胀能量 这种能量可以将大量油气驱向井底 从而使油藏进入溶解气驱阶段 2 溶解气能量的受控因素溶解气能量的大小 与原始溶解气油比的高低 溶解气成分 以及油层压力和温度都有一定关系 油藏原始溶解气油比高的油藏 其原始溶解气数量大 所蕴含的溶解气能量就大 反之则小 溶解气中重烃含量高者弹性能量相对较小 油层压力越高 其可能的降压幅度就越大 因而释放出的溶解气能量就越大 油层温度越高 其溶解气能量也越大 与弹性驱相比 油藏的溶解气能量更为丰富 其溶解气驱采收率一般要高出弹性驱数倍 3 边底水能量所谓边底水能量 也称天然水驱能量 它指存在于油藏底部或外围的与油藏连通的水体所具有的能量 边底水能量有两种完全不同的存在形式 封闭型边底水和有外界水源供给的边底水 它们的情况如下 封闭型边底水能量 外界水源供给的边底水能量 整个油藏与边底水为一个统一的水动力系统 并具有良好的封闭性 因此 这时的边底水能量就只是边底水所具有的弹性能量 其大小只与边底水的体积有关 因而 也有人称封闭型边底水能量为 弹性水驱 能量 它指油藏边底水与地面或浅表水系的湖 河或海水源有较好的连通时