储层地质学读书报告

储层地质学读书报告

储层和封盖是形成油气田(藏)必要的条件之一,是控制油气分布的重要因素。无论在勘探油气过程中,还是开发油气的过程中,石油地质学家和石油工程技术人员都十分关注储集层(体)的研究。为了寻找更多的大油气田,研究者们在不断的加速提高储集层地质学的理论认识和研究方法。近十年来储集层(体)的理论认识和研究方法得到迅速的发展。、近期国内外皆召开过专门的会议,探讨储集层地质学的理论和研究方法。概括起来储集层地质学的发展有如下方面。

1储层地质学理论和内容方面

1.1在碎屑岩和碳酸盐岩深部都找到了孔隙带

研究者们认为存在二种模式:一种是次生孔隙模式(Mctunna,1979) ;另一种是原生孔隙模式(S.Apixon,1989)。这个进展为勘探家们寻找油气指出了方向。这对从事储集层地质学的研究者提出了明确的研究任务:寻找深部的孔隙带。关于深部次生孔隙带,是根据在碎屑岩深部找到的孔隙带提出的。关于它的成因解释,已出现两种理论,一种是广泛运用的由Schmidt和McDonald(1979)提出的,认为深部次生孔隙带的出现是由于有机质尚烃类转化时,在成熟阶段出现的脱梭基作用放出大量的co2,形成弱酸性溶液发生溶解作用而成。这就是说在有机质向烃类转化过程中,势必发生溶解作用,产生次生孔隙。这些孔隙必将储存油气。另一种理论是被人们忽视的挪威学者Kmiit(1984)提出的,他根据大量的盆地计算,认为深部有机物质向烃类转化、脱梭基作用放出的CO:不足以形成巨大的次生孔隙带,相反是地下水淋滤作用的结果。关于这两种理论,通过我们的实践,实际都是存在的。运用这些理论,关键取决于研究地区的本身特征,不能简单套用。

1.2微孔是储集油气的一个重要的场所

国内外一些盆地(阿巴拉契盆地、落基山地区的尤莫塔盆地、加利福尼亚州的文图拉盆地、墨西哥湾第三系、西伯利亚盆地、厄瓜多尔;我国柴达木盆地、江汉盆地、东营凹陷、沾化凹陷等)中都发现了泥岩油气藏及工业性油气藏。自然其中部分是裂缝起着作用。而有一些油气藏,研究证明是微孔储油。其孔径达1 m左右。这为寻找油气又揭开了新的领域。但这方面的研究仅仅开始。除此之外,90年代不少资料证明,缝合线是一种有意义的储集空间。不仅为实际观察所证

实,而且还有学者在实验室实验证明。不过对于缝合线的储集性还有不同的看法。有的学者认为缝合线和伴生的张性裂缝是统一的储集空间体系。但有的学者忽视了张性裂缝,单纯强调缝合线的储集性。近来越来越多的资料证明,无论碎屑岩还是碳酸盐岩,裂缝无论在渗透性方面,还是孔隙度方面都起有重要J的作用。关于这方面原苏联学者(E.M.CMexoB等,1974一1989)发表了较多的论文。在研究方法上、计算公式上以及理论上,都有他们自己的特点。

1.3储集层(体)的研究与沉积学和成岩作用的研究成为一个统一体

通过沉积学和成岩作用的研究,来认识储集层的几何形态、结构、成因和演化,揭示储集层的特征、分布规律和控制因素以及预测储集层和指导勘探。所以储集层的沉积学、岩石学和成岩作用的研究,已成为储集层研究必不可少的研究方法和内容,现已逐渐形成了“储层沉积学”(Tillmald,1986)的新学科。

1.4储集性能的不均一性

这是储集层物性的一个极为重要的特征,它直接控制着油气水在储集层(体)中的分布,直接影响着勘探成功率和油气的开发程度。所以储集层(体)的特征,受到储集层地质学家的极大

注意,也是研究中难度最大的问题。近来研究者们在这方面做了许多研究来识别储层的不均一性,现在不仅在三维中可以较详细地划分出各种级别,把储层的非均质性划分为四种规模:特大规模(地质体)、大规模(井间连续性)、中规模(井管附近区域)、小规模(颗粒和孔隙),而且还开展定量资料的描述。这方面有关碎屑岩文献发表得较多,而碳酸盐岩较少。

1.5低渗透性储层受到重视

国内外有一批油气田的储层是低渗透性的,如何从中拿出油气,是储集层地质学的任务之一。研究者已证明,低渗透性储层具有相当低的润湿饱和度、较高的毛细管压力、含水饱和度增高等特性。要想合理开发这种油气田,必须清楚地认识低渗透致密含油气储集层特征。采取人工改造的方法,才有可能得到预期的效果。我国长庆油田三叠系含油气储层是一个典型的低渗透致密储层。1989年在西安曾召开过全国的低渗透致密储层会议,对低渗透致密储层的研究起了推动作用。

1.6“储层描述”是研究储集层(体)重要的内容

“储层描述”,包括静态方面和动态方面。静态方面包括认识储层的岩性特征、沉积相类型、成岩作用特点、孔隙的成因及类型,以及地质构造条件等。动态方面包括油藏监测、认识储层中的孔隙度、渗透率、含油饱和度以及流动通道的分布等。

2储层类型方面

储集层(体)的类型不断增多,除了砂岩、石灰岩、白云岩之外,还发现了火山岩、次火山岩、砾岩、古风化壳、泥岩等。古风化壳在华北、鄂尔多斯和塔里木盆地皆有发现,在储集油气方面占有重要的地位。火山岩在渤中拗陷、准噶尔盆地、二连盆地等均有发现。次火山岩发现于黄弊拗陷。砾岩见于准噶尔盆地西北缘的二叠系、三叠系、侏罗系的一套山麓冲积一洪积相及河流相的砾岩。这对丰富储集层地质学方面具有重要的价值。

3储层研究方法方面

3.1储集层的三维构型(arehiteeture)研究

三维构型是由Miall(1985,1988)等人建立的。现已在沉私功目和储集层研究中运用。Noel.Tyler,RobertJ.Finley(1989)等人在“构型形式和储集性能—一个预测方法”一文中强调了构型研究的意义。特别是在储集层不均一性上具有重要的意义。通过储集层(体)构型,已开始对不同地区、不同环境的储集层(体)的不均一性有了认识。尤其引人注意的是渠化沉积(河流、三角洲、峡谷、海底扇等),通过露头构型的研究,它们以复杂的三维不均一体为特征,至少可以划分八种等级。根据岩相组合及界面几何形态和性质可对非均质层进行三维分类,分成几套特性的构型单元。这为认识储集层(体)的不均匀性打开了一条通道。

3.2“渗透性成象”(permeabilityimages)

这是一个新的了解的储集层特征的途径(L.T.Bourbe,5.G.Buch和N.Corbin,G.Hu-son,1990)。它是运用地层微扫描仪,通过详细了解井壁微电阻,来达到“渗透性成象”的目的,它可以连续地了解储集层渗透率的变化规律。

4.3图象分析技术

为了深化储集层(体)的研究,认识孔隙结构,现在除了惯用毛细管压力方法之外,还开始运用图象分析技术研究,这种方法起码可以在二维空间,甚至在三维空

间上直接观察孔隙几何形态,并且可以微观定量的研究。近来出现分数维是一门新兴的学科,在科学研究中具有重要的价值。分维几何(Fractalgeometry)也是一门新型学科,是新型的边缘学科。在石油工业领域中,已开始得到应用。如对非均质储集层的描述与模拟,对多相渗流过程中粘性指进现象,以及对油藏渗透率、孔隙度非均匀分布等研究中,特别是对多孔介质结构特征研究中的应用。多孔介质是一种典型的随机、无序结构。1984年Bale和schmidt等人研究表明,多孔介质的微观孔隙结构具有分维的特征。1985年Katz和Thompson利用扫描电镜对砂岩进行了研究,提出了测算分数维数D的方法。他们对Coconino砂岩进行了测试,真分数维数D一2.78。近来广泛的开始运用地震资料研究储集层的物性特征。根据地震资料估算孔隙度的传统方法是使用回归方程。有人根据孔隙度和声学特性的空间自相关函数计算孔隙度(Agterberg,1970;Ripley,1952;vanMareke,1953)。近来运用层速度与孔隙度的相关性,开展研究储层物性。现已研究出一种综合地震和井下资料的地质统计方法,即共克里格法。

4储层地质学研究新进展

4.1 油气储层类型

4.1.1火山岩储层

随着油气勘探开发事业的发展,在20世纪90年代末期出现了一门边缘学科)))火山岩储层地质学。火山岩储层作为一种特殊的油气储层类型引起油气地质工作者的广泛关注。其研究手段和方法不仅包括野外和岩心观察、微观测试分析,还包括测井和地震等地球物理资料的应用。含火山岩盆地的环境分析是火山岩相带分布预测及火山岩储层预测的基础,而火山岩储层表征是火山岩储集性评价和火山岩油藏评价的前提。火山岩储层地质学的任务是深入研究火山岩油气储层的宏观展布、内部结构、储层参数分布、孔隙结构等特征,以及在火山岩油气田开发过程中储层参数的动态变化特征,为油气田勘探和开发服务。火山岩储层地质学的研究内容包括储层地质特征、储层物理性质及储层非均质性、储层孔隙类型与孔隙结构、

孔隙演化模式及其控制因素、储层地质模型、储层敏感性、储层预测与储层综合评价等7个方面。在整个环太平洋地区火山岩十分发育,尤其是安山岩。火山岩

储层已成为油气勘探中的一个新目标。除新生代火山岩是潜在的油气储层外,某些油田的储层还出现在深部中、新生代火山岩中。这些火山岩储层的特点是产层厚、产率高、储量大。火山岩中还发现了数量可观的天然气,具有很好的储量和潜力。王全柱对惠民凹陷商河地区火山岩储层的裂缝产状及储层特征进行研究,确定了火成岩储层的评价方法,确定了4类储集层,指出有效裂缝带。张占文等通过对辽河盆地东部凹陷火成岩储层的研究,发现了大型粗面岩、辉绿岩油藏,从构造条件、油源条件、岩性条件等方面分析了火成岩油气的成藏机制,并从地震、测井等方面

总结了火成岩油气藏的勘探技术,进而指出火成岩油气藏是一个值得重视的油气勘探新领域。

4.1.2基岩储层

基岩储层由几种类型的岩石组成,这些岩石包括:不同成分的岩浆岩(从酸性岩类到超基性岩类)、喷出岩和岩墙,以及不同变质程度的原生沉积岩和火山沉积岩。孔隙发育良好的基岩在合适的条件下,有可能形成基岩油藏。尽管不同地区的基底具有不同类型的岩石,但初步计算表明,结晶基底的工业性油气聚集大多(近80%)与花岗岩类(花岗岩、花岗闪长岩、浅色闪长岩)有关。我国任丘油田、渤海地区以及西伯利亚、中亚和越南油气田基底的有关资料以及有关世界其它地区公布的资料都表明,上述岩石中储层的形成是若干种不同作用的结果。基岩储层的形成是由以下几种作用形成的:自交代作用、收缩作用、构造作用、岩浆

期后作用及表生作用等。

4.1.3碳酸盐岩储层

碳酸盐岩储层具有比碎屑岩储层更为严重的非均质性,正是裂缝和孔洞的渗透作用构成了碳酸盐岩裂缝-孔洞型储层。裂缝和孔洞在油气运移和开采过程中起着重要的作用,碳酸盐岩储层裂缝研究已经成为研究的重点内容之一,主要表现在裂缝的识别、几何参数的计算、裂缝发育程度和有效性的预测等方面。利用/数字地球现代化的信息技术来整合地球科学数据资料,数字地球用来整合地下地质信息、测井信息、地震信息和遥感信息等,解释出的裂缝和孔洞系统与产油气带吻合性很好。数字地球为碳酸盐岩储层地质学研究提供了一条新的途径。碎屑岩储层近年来,碎屑岩储层的研究热点集中表现在对次生孔隙成因和储层非均质

性的研究。原生孔隙在成岩演化过程中的大量减少甚至丧失殆尽,使得次生孔隙在油气勘探开发中的作用显得尤其重要。次生孔隙形成的作用机理主要有:有机酸和无机酸的作用使含氧盐(长石、粘土矿物等)溶解、碱液作用下石英溶解、表生作用下渗滤作用、循环对流作

用及深部热液作用等。储层非均质性包括层间非均质性和层内非均质性,前者主要受沉积层序和沉积相的控制;后者则是在前者基础上,受成岩作用控制。由于储层非均质性的存在,因此,储层渗流单元的划分在油气勘探开发中的作用显得尤其重要,碎屑岩储层渗流单元的成因研究和体系划分将成为今后储层地质学研究的一个方向和热点。

4.2交叉、前沿学科

4.2.1层序地层学在储层地质学中的应用

层序地层学,尤其是高分辨率层序地层学已成为地层成因解释和地层对比的一个有用工具,通过高分辨率层序地层学分析可以建立地层形成和演化的等时地层格架,将储层对比研究纳入该等时地层格架中,有利于进行储层的精细描述与对比,弥补传统地层和小层对比之不足。高分辨率层序地层学理论和技术在储层地质学研究中的应用主要包括以下方面:

(1)勘探阶段。主要利用露头、钻井、测井、地震、地层古生物、地球化学等多种资料综合分析,建立等时地层格架,进行盆地范围的地层对比分析、盆地模拟和储层预测。

(2)油气藏开发阶段。依靠岩心和测井资料,在高分辨率层序地层格架中进行油气藏规模的储层精细对比。

(3)储层非均质性研究。由于储层岩性、几何形态及连续性等是在沉积过程中产生的,储层在层序中的位置不同,储层的规模、分布、原始物质特征和物性特征均不相同,精确的地层对比可以在时空四维坐标中对这些特征有更清楚的认识,高分辨率层序地层学技术方法是储层非均质性研究的有效方法,层序既是储层宏观非均质性的控制因素,也是储层微观非均质性的主导因素之一。

(4)利用层序地层学原理和方法划分储层级次。

(5)流动单元划分。具时间意义的地层界面通常与流体流动单元的岩石物理

面相一致,在精细地层对比和储层非均质性研究的基础上,划分流动单元。

(6)储层成岩作用研究。储层在层序格架中的不同位置沉积,其原始物质组成、物理特征和孔隙介质的物理化学性质均有较大差异,用层序地层学原理和方法指导储层成岩作用和孔隙演化特征研究,为储层成岩研究提供一种新的思路和方法,由此产生的成岩层序地层学,必将成为地质学研究的热点之一。王振奇等利用沉积地层的层次性原理,将油气储层由低级到高级划分为9级层次。贾振远等研究认为,各种成岩作用与层序地层学有密切的关系,每个层序中的沉积体系域都有不同的成岩环境和成岩作用,高水位沉积体系域的白云岩化作

用明显;低水位沉积体系域的胶结作用表现在大规模基质充填,压实作用是以化学压实为主,表生成岩作用非常突出;海侵沉积体系域的再生核作用明显。

4.2.2 地震储层研究

地震解释工作大体经历3个阶段,即地震构造解释阶段、地震地层学解释阶段和开发地震阶段(地震精细解释阶段)。地震储层研究是指以地震勘探信息为主,综合测井、试井、地质、采油及分析化验等各种资料研究储集层的分布情况、岩性变化、厚度变化、物性特征、所含流体情况和油气藏等的一项综合的研究课题。油气勘探早期的区域性储层研究主要利用地震资料,结合露头地质资料,应用地震地层学及层序地层学的方法预测有利储层的区域展布。地

震技术在储层预测和油藏描述等方面的应用主要有:碎屑岩储层的横向预测;特殊岩性的横向预测,如白云岩、泥灰岩、生物灰岩、岩浆岩和变质岩等;裂缝储层发育带的预测;不整合面的研究;含油气面积及储量的预测储层物性研究:?利用地震信息预测储层的分布范围、厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、孔隙中流体性质和异常压力特征等,但精度有待于进一步提高。

开发地震是20世纪80年代兴起的一门新学科,它是一项紧密结合已有地质、钻井、测井、试油、试采以及分析化验等多学科的科研成果,以现代地震采集、处理、解释方法为主要手段,用于查明油气储层的构造形态、厚度变化、物性分布和油气范围等地质规律的应用性综合技术。该项研究又称为油藏地震学、油藏监测、四维地震。其技术特点是以钻井资料为依据,用地质原理作指导,充分发挥地震资料大面积密集采集的优势,研究储层的分布及其变化细节。在油气田开发

过程中,利用以地震为主的物探方法监测油藏动态,包括气顶变化、油水边界变化、注水效果及剩余油的分布等。

4.2.3储层地球化学

储层地球化学是20世纪90年代兴起的一门地学边缘学科,它直接描述储层内石油的注人和混合过程,沥青的出现对孔隙度和渗透率的影响,储层内石油的种类和空间分布,储集砂体的连通性等重要信息。地质系统是一个开放的、非平衡和非线性的复杂系统,由此产生了地质系统内部物质在时间和空间上的非平衡性。石油进入圈闭之后,随着成熟度的变化、生物降解作用及水体的冲刷作用等因素导致其物理化学性质的改变,产生侧向和垂向非均质性,而局部石油重力驱动造成的混合作用以及分子的扩散作用等因素试图在石油柱体内达到机械和化学平衡。储层充注过程中继承的侧向组分梯度可能不会消失,石油储层中流体(水、气、油)具有侧向和垂向非均质性。储层地球化学主要讨论岩矿、油和水的相互作用过程,这些相互作用对于了解储层的特点和解决生产问题至关重要。其研究内容涵盖水-岩相互作用、生物降解作用及有机-无机作用等。水-岩作用主要讨论油田水中有机酸的形成及其对储集性能的影响、矿物对石油组分的吸附以及由此引起的岩石润湿特征的变化。矿物种类,尤其是粘土矿物对沉积有机质的影响大多还只能推测。石油储层地球化学研究的主体内容是对储层流体非均质性的认识,主要有2个方面:一是研究储层非均质性与流体非均质性的成因联系,油田范围内的岩心抽提物与井口原油之间的差异,这种差异反映了石油向储层的充注和聚集过程;二是注重研究各生产层段产出流体的组成差异,从而揭示砂体的连通程度,发现非渗透层,并进行油源对比研究,该方面,/指纹技术0被广泛应用并取得较好效果。储层地球化学在勘探和开发上都有广泛的应用:石油体系识别,通过分析划分石油类型来识别生油岩,建立生油窗一维和二维成熟度模型,估计烃类生成时间,最后恢复石油的聚集史,寻找潜在目的层,扩大油区范围;在开发和生产方面的应用有油藏识别,借助三维地震资料,根据油源对比识别油藏,并进一步识别储层之间的连通性。结合油气参数(如饱和压力、油气比等)进一步确认各个独立的油藏,根据气相色谱指纹和同位素分析,计算出混层开采时每个层的贡献,从而进行合理的生产和监测。储层地球化学研究的新进展主要有以下几个方面:石油柱体内水化学研究,流

体包裹体的含盐度测量表明,油田水含盐度可随埋藏时间发生较大变化;沥青塞研究,沥青塞是富含沥青的石油的特别狭窄带,厚度约数十米,一般出现于储层不连续处,沥青塞的出现一般对储层质量产生致命的影响,因为它们包含不可采收的储量,成为低渗透率储层内流动障碍,此外在生产过程中可能发生区域沥青化问题;?有关NSO的研究是储层地球化学研究的新方向,NSO是包含N、S和O原子的石油化合物(油脂加沥青质),也称为极化化合物,极化或者非均匀化合物,原油中N的含量为011%~2%(质量百分比),在原油和沥青中的氮主要以芳香杂环的形式存在;?储层润湿性研究;PVT属性研究;研究石油-水-岩石相互作用。利用储层石油地球化学的研究结果能够确定储层流体的连通性、油气充注史、储层中产出的流体的变化、单个产层带的分布及多个产层带中单层的产能贡献等重要信息。储层地球化学还需要解决天然气藏中非烃类化合物、烃类气体、生物成因气和煤层气的形成、排出问题、混源气中不同成因气的比率确定及有机质热降解的化学研究等一系列问题。率储层内流动障碍,此外在生产过程中可能发生区域沥青化问题;?有关NSO的研究是储层地球化学研究的新方向,NSO是包含N、S和O原子的石油化合物(油脂加沥青质),也称为极化化合物,极化或者非均匀化合物,原油中N的含量为011%~2%(质量百分比),在原油和沥青中的氮主要以芳香杂环的形式存在;?储层润湿性研究;PVT属性研究;研究石油-水-岩石相互作用。利用储层石油地球化学的研究结果能够确定储层流体的连通性、油气充注史、储层中产出的流体的变化、单个产层带的分布及多个产层带中单层的产能贡献等重要信息。储层地球化学还需要解决天然气藏中非烃类化合物、烃类气体、生物成因气和煤层气的形成、排出问题、混源气中不同成因气的比率确定及有机质热降解的化学研究等一系列问题。

5储层研究发展方向

5.1宏观向微观方向发展

岩性油气藏的勘探要求掌握沉积砂体的空间分布规律、几何学特征、地层组合特征等。随油气勘探与开发的深入,需要掌握单个砂体的几何学特征和连续性,即宏观非均质性的研究。而储层的微观孔隙结构、孔隙中的粘土杂基及自生粘土矿物不仅对驱油效率有明显的影响,还会对储层产生不同程度的伤害,这就要求研

究储层的微观非均质性,为储层保护采取合理的措施提供依据。随着注水开发技术的革新与深入,发现层内非均质性极大地影响波及体积及层内驱油效率的差异,然而储层内部渗透率的差异程度、渗透率的韵律类型,层内泥质隔层的分布是影响层内波及系数的主要因素,故建立储层层内非均质性的地质模型尤为重要。沉积盆地次生孔隙随深度的分布规律是油气勘探与开发共同关注的内容,次生孔隙带的存在为寻找深层油气储量注入了活力,促进了成岩作用的研究;次生孔隙的成因机制、分布规律等成为储层地质学研究的重点。

5.2从定性到定量

定量描述储层物性参数的三维空间展布是近年来油藏数字模拟技术对储层研究提出的新要求。通过现代沉积考察和露头研究建立储层地质知识库和原型地质模型,加上地质统计方法,得出多种经验公式;并利用高分辨率地震技术对储层进行横向追踪,预测砂体空间展布。定量描述和预测砂体在横向上的连续性或空间展布特征,即开展储层建模或模拟研究已成为储层地质学家近年来的重点攻关内容。国内外研究人员把储层沉积学列在应用沉积学领域中的第一位,重点讨论建立储层地质模型的技术问题。

储层表征与建模技术主要针对老油田的实际开发状况而开展工作。油田开发到一定的阶段将会面临含水率高和可动剩余油滞留两大难题。造成这一现象的主要原因是对储层非均质性的认识不足,故发展一套精细的储层表征与建模技术尤为必要,在非常精细的尺度上认识储层不同级别的非均质特征,为油田开发提供依据。储层建模技术主要有厚砂层叠置形式和层内夹层建模、地质-测井-油藏综合建模、随机建模、沉积相精细研究技术及沉积体系的物理模拟与数值模拟技术等。

5.3从单学科向多学科协同研究发展

储层地质学与沉积学、层序地层学、地球化学和地球物理学等学科交叉融合,产生了一些新的交叉学科,如储层沉积学、成岩地层学、地震储层学和储层地球化学等,这些前缘学科又极大地促进了储层地质学的发展。目前,国内外对储层的研究主要从不同的侧面对油气储层的物理特性和空间特性进行研究,为建立储层地质模型而大力开展露头储层和井下地质研究,综合沉积学、储层地质学、测井地质学、地震地质学、数学地质等多学科协同研究,已成为储层建模和表征技术的发展趋势。

5.4储层研究智能化

计算机技术的迅速发展,尤其是图形工作站的出现和计算机容量的扩大、计算速度的提高,都为储层研究的智能化提供了物质前提,因而为储层预测和油田开发服务的各种储层模拟方法和软件不断涌现。储层建模软件的优点是将储层岩性的空间展布特性和物理特性相结合,实现三维空间的立体显示和任意方向切片。目前国外开发的软件对非均质性不强的海相地层较为有效,但对我国以陆相断陷含油气盆地为主的非均质严重的储层来说,则需要开发适合我国实际状况的储层模拟软件。