石油地質(zhì)學第三章第三節(jié)碳酸鹽巖儲集層改

1、,第三節(jié) 碳酸鹽巖儲集層 碳酸鹽巖廣布于近20億年以來的各地質(zhì)時代中，并是地球歷史記錄的重要載體。碳酸鹽巖不但蘊藏著全世界占40％以上的石油與天然氣資源，而且還是許多金屬礦床及地下水的儲層，其本身又是化學工業(yè)和建筑材料工業(yè)的重要原料。在我國四川盆地、鄂爾多斯盆地的天然氣，還有華北油田及塔里木盆地的石油與天然氣，乃至其他油氣區(qū)的油氣藏，有相當重要的部分與碳酸鹽巖具有密切的成因聯(lián)系。,現(xiàn)在，從碳酸鹽巖儲集層中發(fā)現(xiàn)的油氣儲量已接近

2、世界油氣儲量的一半，產(chǎn)量則已達總產(chǎn)量的60%以上。碳酸鹽巖儲集層的類型很多，巖性以粒屑灰?guī)r、生物骨架灰?guī)r和白云巖為主。孔隙類型復雜，儲油物性的影響因素較多，儲層分布受孔隙類型的影響。碳酸鹽巖儲集層與砂巖儲集層比較，儲集空間類型多、次生變化大，具有更大的差異性、復雜性和多樣化等特點。,,一、碳酸鹽巖儲集層的類型,根據(jù)碳酸鹽巖儲集層儲集空間的類型來劃分，可將儲集層類型分為： 1. 孔隙型儲集層（包括孔隙-裂縫性）

3、 巖性：主要為顆粒石灰?guī)r：鮞粒、碎屑、生物碎屑、粒晶灰?guī)r及白云巖等。 儲集空間：原生和次生的粒間、粒內(nèi)、晶間孔隙發(fā)育；裂縫次之。 2. 溶蝕型儲集層 儲集空間：以溶蝕孔隙、洞，連成一個洞穴系統(tǒng)。 分布：不整合面及大斷裂帶附近。特別是古風化殼、古巖溶帶。,,第三章 儲集層和蓋層,一、碳酸鹽巖儲集層的類型,3. 裂縫型儲集層 巖性：主要為白云巖、白云巖化灰?guī)r。

4、 儲集空間：裂縫為主，尤其縱橫交錯構(gòu)成的裂縫網(wǎng)。其特征是：巖性測定其物性極低，與油氣實際產(chǎn)能不適應(yīng)。 4. 復合型儲集層 儲集空間：孔、洞、縫同時或出現(xiàn)兩種。有利于形成儲量大、產(chǎn)量高的大型油氣田。,,第三章 儲集層和蓋層,二、碳酸鹽巖儲集層的孔隙類型,依形態(tài)可分為孔、洞和縫。孔、洞為主要的儲集空間，裂縫為主要的滲濾通道。    根據(jù)成因可將其分為以下

5、兩大類：    原生孔隙：包括粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、生物骨架孔隙、生物鉆孔孔隙、鳥眼孔隙； 次生孔隙：包括晶間孔隙、角礫孔隙、溶蝕孔隙、裂縫。 孔隙類型示意圖（黑影部分代表孔隙）,,第三章 儲集層和蓋層,原生孔隙：包括粒間孔隙、

6、 粒內(nèi)孔隙、 生物骨架孔隙、 生物鉆孔孔隙、 鳥眼孔隙。,第三章 儲集層和蓋層,,(一) 碳酸鹽巖原生孔隙的形成與分布,1、粒間孔隙,多存在于粒屑灰?guī)r，特征與砂巖的相似，不同之處是，易受成巖后生作用的改變，常具有較

7、高的孔隙度。     另外，有的由較大的生物殼體、碎片或其它顆粒遮蔽之下形成的孔隙，稱遮蔽孔隙，也屬粒間孔隙。,,第三章 儲集層和蓋層,2、粒內(nèi)孔隙,是顆粒內(nèi)部的孔隙，沉積前顆粒在生長過程中形成的，有兩種：     生物體腔孔隙：生物死亡之后生物體內(nèi)的軟體腐爛分解，體腔內(nèi)未被灰泥充填或部分充填而保留下來的空間。多存在于生物灰?guī)r，孔隙度很高，但

8、必須有粒間或其它孔隙使它相通才有效。     鮞內(nèi)孔隙：原始鮞的核心為氣泡而形成。,,第三章 儲集層和蓋層,次生孔隙：包括晶間孔隙、 角礫孔隙、 溶蝕孔隙、 裂縫。,第三章 儲集層和蓋層,,(二) 碳酸鹽巖溶蝕孔隙的形成與分布,1、溶蝕孔隙,根據(jù)成因和大小，包括以下

9、幾種：     粒內(nèi)溶孔或溶?？祝河捎谶x擇性溶解作用而部分被溶解掉所形成的孔隙，稱粒內(nèi)溶孔。整個顆粒被溶掉而保留原顆粒形態(tài)的孔隙稱溶?？?。     粒間溶孔：膠結(jié)物或雜基被溶解而形成。     晶間溶孔：碳酸鹽晶體間的物質(zhì)選擇性溶解而形成。    

10、 巖溶溶洞：上述溶蝕進一步擴大或與不整合面淋濾溶解有關(guān)的巖溶帶所形成的較大或大規(guī)模溶洞?？讖?mm或1cm為溶洞。,,第三章 儲集層和蓋層,2、裂縫,依成因可分為：     ①構(gòu)造裂縫：邊緣平直，延伸遠，成組出現(xiàn)，具有明顯的方向性、穿層。     ②非構(gòu)造裂縫：包括：成巖裂縫：壓實、失水收縮、重結(jié)晶而形成。不穿層，平行層面，裂縫面彎曲

11、，形狀不規(guī)則，延伸短。風化裂縫：地表水淋濾和地下水滲濾溶蝕改造形成。大小不均，形態(tài)奇特，邊緣具明顯的氧化暈圈。壓溶裂縫：壓溶作用，選擇性溶解而形成的頭蓋骨接縫似的縫合線。     在實際工作中，常把裂縫性碳酸鹽巖儲層的孔隙空間系統(tǒng)分為：裂縫孔隙系統(tǒng)：油氣滲流通道，是成為高產(chǎn)井的重要條件之一?；鶋K孔隙系統(tǒng)：是油氣的主要儲集空間，也是獲得穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。,,第三章 儲集層和蓋層,孔隙結(jié)構(gòu)是指儲集巖

12、中孔、洞、縫的大小、形狀、發(fā)育程度及其相互連通關(guān)系。據(jù)捷奧多羅維奇（Teodorovich ，1943）對碳酸鹽儲集巖的研究，將碳酸鹽儲集巖的孔隙結(jié)構(gòu)劃分成6種類型，各種類型的特征如下。(1)第一類孔隙結(jié)構(gòu)的特征是孔隙空間由孔隙及相當孤立的近乎狹窄的連通喉道組成。這種孔喉的等效直徑為5μm到10μm，在鏡下的薄片內(nèi)通常是看不到的，只有當孔喉直徑較大時，才可在鏡下發(fā)現(xiàn)。這種孔隙和喉道的相互連通情況如圖所示。,三.孔隙結(jié)構(gòu)類型,第一類孔隙

13、結(jié)構(gòu)示意圖（據(jù)Teodorovich ，1943）1—孔隙；2—喉道；3—基塊,,(2) 第二類孔隙結(jié)構(gòu)的特征是孔隙空間的連通喉道僅由孔隙空間的縮小部分組成，喉道逐步變寬即為孔隙空間本身。這種孔隙結(jié)構(gòu)類型的孔喉比比較小，所需排驅(qū)壓力較低，?？尚纬奢^好的儲集巖。,第二類孔隙結(jié)構(gòu)示意圖（據(jù)Teodorovich ，1943）1—孔隙；2—固體部分（基塊或晶粒）,,(3)第三類孔隙結(jié)構(gòu)的特征是孔隙由細粒孔隙性連通帶所連通，在薄片中可見到連

14、通支脈。有時連通帶由較粗孔隙帶組成，此時巖石將具有較大的滲透率。這類孔隙結(jié)構(gòu)在白云巖中及白云巖化灰?guī)r中經(jīng)常見到。(4)第四類孔隙結(jié)構(gòu)的特征是孔隙系統(tǒng)在白云巖的主體或膠結(jié)物的顆粒之間發(fā)育。這些孔隙大部分反映了顆粒的外形(粒間孔隙)。白云巖中的菱面體孔隙可以作為這種孔隙結(jié)構(gòu)的最好例子。,第四類孔隙結(jié)構(gòu)具有兩種亞類： ①具有滲透率良好的大孔隙； ②細孔隙，第二亞類可能具有中等甚至較高的孔隙度，但滲透率都很低。這種亞類雖然為油所

15、飽和，但大多數(shù)情況下，這種細孔隙性碳酸鹽巖油層沒有工業(yè)價值。,第三、四類孔隙結(jié)構(gòu)示意圖（據(jù)Teodorovich ，1943）1－孔隙；2－喉道；3－粒間孔隙；4－連通支脈,,(5)第五類孔隙結(jié)構(gòu)適用于裂縫性油藏，孔隙主要是由裂縫構(gòu)成(圖2-31)?；鶋K孔隙度很小(<5%)，滲透率大都小于0.1×10－3mm2，它們既無儲集能力，又無滲濾能力。(6)第六種孔隙結(jié)構(gòu)類型的特征是具有兩種或兩種以上的基本孔隙結(jié)構(gòu)類型所構(gòu)成

16、?？梢杂脧秃厦~來表示，如“孔隙—裂縫”或“裂縫—孔隙”，后一名稱表明孔隙空間的主要類型。絕大多數(shù)的碳酸鹽儲集巖都有許多種孔隙空間結(jié)構(gòu)。關(guān)于孔隙結(jié)構(gòu)的分類，至今沒有一個通用的標準方案，不同地區(qū)有不同的特點，必須根據(jù)實際情況來確定該地區(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)類型與儲集性的關(guān)系,圖2－31 裂縫型儲集巖示意圖（據(jù)Chilingar ，1972）,,碳酸鹽巖喉道類型孔隙的喉道是孔隙結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的因素。在碳酸鹽巖中常見的喉道類型有三種(圖2-48)。

17、 (1)管狀喉道。 孔隙與孔隙之間由細而長的管子相連，其斷面接近圓形(圖2-27a)。 例如，負鮞石灰?guī)r鮞粒內(nèi)空間的相互連通通道即為此種類型。 (2)孔隙縮小部分成為喉道。 孔隙與喉道無明顯界限，擴大部分為孔隙，縮小的狹窄部分即為喉道(圖2-27b)。孔隙縮小部分是由于孔隙內(nèi)晶體生長，或其他充填物等各種原因形成。喉道與孔隙相比較，其直徑(等效)相差不大,(3)片狀喉道。 在白云巖中孔隙的發(fā)育是經(jīng)由四面體孔到多面體孔，

18、最后在晶粒之間形成片狀喉道。因此，片狀喉道連通著多面體或四面體孔隙(圖2—27c)。片狀喉道一般很窄，只有幾微米到十幾微米，這是碳酸鹽巖中最常見的喉道類型。串珠狀溶蝕孔之間的溶蝕縫，其形狀也是片狀的，但由于縫面不規(guī)則，且粗細不等，所以其喉道寬度應(yīng)采用縫的最窄處來計算。石灰?guī)r的顆粒多呈圓形，所以喉道不是平直的，而呈彎片狀。此外，具有粒間孔的碳酸鹽巖，有的和砂巖的儲集性相類似，其孔隙和喉道的結(jié)構(gòu)也與砂巖近似。,圖2-27 碳酸鹽巖基塊的喉

19、道類型（據(jù)羅蟄潭等，1979）,,四.儲集巖的分類評價,運用上述原則，羅蟄潭等對四川盆地二疊系、三疊系碳酸鹽儲集巖進行了分類評價。在300多塊井下巖樣及部分地面露頭樣品分析資料的基礎(chǔ)上將儲集巖分為五類。,表2－4 四川盆地三疊系、二疊系部分碳酸鹽巖樣品的巖性及毛管壓力特征（羅蟄潭等，1981）,類型I： 好的儲集巖 這類巖樣在井下巖心中較少見，其主要特征是發(fā)育有數(shù)量較多的溶孔。三疊系某些層系發(fā)育有這種儲集巖。主要巖類有重結(jié)晶

20、針孔狀(溶孔)白云巖、溶孔粉－細晶含灰質(zhì)(化)白云巖、溶孔亮晶生物砂屑白云巖、粒內(nèi)溶孔藻屑、藻團粒白云巖。,毛細管壓力特征為分選好、粗歪度。含氣飽和度可達80%以上?？紫抖却笥?%，滲透率為幾到幾十毫達西。鉆遇這類儲集巖，可以獲得高產(chǎn)能氣井，其儲集類型屬于孔隙型的。但是，這類儲集巖在四川并不多見。,類型II： 中等產(chǎn)能的儲集巖 這類儲集巖仍然以發(fā)育溶孔為主要特征，間或也含有一定量的粒間孔。主要的巖石類型有溶孔細晶介屑石灰?guī)r、溶孔

21、藻屑白云巖、粒內(nèi)溶孔亮晶負鮞石灰?guī)r、亮晶礫屑石灰?guī)r(溶孔及粒間孔型)。,毛細管壓力特征為歪度較粗、分選較好。含氣飽和度可達60%以上，孔隙度為6%—10%，說明它具有相當?shù)膬芰?，但滲透率往往很小，大都小于l×10－3mm2。這說明溶孔或粒間孔被細小的喉道所控制，因此比起第I類儲集巖來說，排驅(qū)壓力顯著升高。由于滲透率低，必須采用增產(chǎn)措施才能提高氣井的產(chǎn)能。但是這類儲集巖在二疊系中仍然是少見的，在三疊系中則比較多。,類型III

22、：小產(chǎn)能儲集巖 這類儲集巖在二疊系、三疊系中都可見到。主要的孔隙空間是部分溶孔、局部較大的晶間孔以及負鮞孔。代表性的巖類為亮晶介屑負鮞灰?guī)r，還有生物細粉晶灰質(zhì)白云巖、細粉晶含泥質(zhì)白云巖、溶孔藻屑白云巖。,該類儲集巖的毛細管壓力特征為中到細的歪度，中到差的孔喉分選。含氣飽和度可達60%，孔隙度變化較大，為4%～10%，說明它只有一定的儲集能力。巖石滲透率幾乎都小于0.1×10－3mm2。排驅(qū)壓力由于喉道很細而

23、增加到數(shù)十個大氣壓。該類儲集巖只有低的自然產(chǎn)能，增產(chǎn)措施后也只能達到中等產(chǎn)能。,類型IV： 很差的儲集巖 這類儲集巖在四川分布極廣。二疊系、三疊系中均有廣泛分布。其孔隙主要是晶間孔，只發(fā)育有極少量的溶孔。主要的巖類有泥晶藻－介屑白云質(zhì)細粉晶石灰?guī)r、似蠕蟲狀細粉晶含云質(zhì)石灰?guī)r、線紋藻細粉晶天青石(化)灰?guī)r、亮晶負鮞石灰?guī)r、泥晶豆粒石灰?guī)r等。,毛細管壓力特征為細歪度、分選差?？紫抖葹?%～4%，滲透率小于（0.1～0

24、.03）×10－3mm2。含氣飽和度只有30%左右。說明這類儲集巖只有很低的儲集潛能和很微弱的氣體產(chǎn)能?？紫抖容^高一些的(2%～4%)巖石在增產(chǎn)措施后可達低產(chǎn)能，有的則只能生產(chǎn)微量的氣。,類型V：非儲集巖 當巖石中細結(jié)晶占75%以上時，該儲集巖就可以定為非儲集巖。主要巖類為泥晶藻介殼灰質(zhì)白云巖、亮晶紅藻石灰?guī)r、微晶－隱晶白云巖、泥晶或微晶石灰?guī)r。 毛細管壓力曲線緊靠坐標右側(cè)，水飽和度大于70%?？紫抖榷?/p>

25、小于2%，有的只有0.5%左右，滲透率低于（0.03～0.04）×10－3mm2，說明它只能作為蓋層巖石。,該類巖石在四川二疊系特別發(fā)育，在大多數(shù)氣井的縱剖面上，都將占80%以上。在進行儲量計算時，要扣除這類巖石的厚度。 除了對四川盆地二疊系、三疊系儲集巖進行了分類評價而外，羅蟄潭等(1981)還對川東中石炭統(tǒng)白云巖進行了研究。由于川東中石炭統(tǒng)屬于溶孔白云巖，其溶孔發(fā)育程度,可以決定儲集巖儲集性能的好壞，為此提出了用

26、孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)綜合參數(shù)來描述的方法。,川東中石炭統(tǒng)儲集巖分類表,注:φc為大于0.1mm的孔隙體積占總孔隙體積的百分數(shù),即有效(含氣)孔隙度,研究表明，碳酸鹽儲集巖的孔隙度是重要的儲集性質(zhì)。然而，低孔隙度的碳酸鹽巖往往由于次生作用而形成肉眼可見的局部溶孔或溶蝕縫，這就大大地改變了其毛管壓力曲線的形態(tài)和它的特征參數(shù)。在低孔隙度巖石中的溶孔或溶蝕縫仍然可能是有效的儲集空間。因此，任何一種單一參數(shù)都不能全面地描述這種巖類，因而需要使用孔隙

27、度和孔隙結(jié)構(gòu)，故綜合多數(shù)才能更符合客觀實際。,五、影響碳酸鹽巖儲集層的因素,由于碳酸鹽巖儲集層儲集空間多樣，尤其是次生改造作用，使得其物性的影響因素及分布規(guī)律較為復雜，要視不同的儲集層類型而不同。 孔隙型儲集層儲集空間多以原生粒間-晶間孔隙為主，影響其發(fā)育的因素取決于原來巖石的沉積特征（沉積環(huán)境），即類似于碎屑巖儲集層，其孔隙度、滲透率大小與粒度、分選、磨圓、雜基含量以及造礁生物發(fā)育程度。 溶蝕型儲集層以

28、溶蝕孔隙、溶洞為主，發(fā)育的影響因素取決于巖石本身的抗溶能力和地下水的溶解能力。 裂縫型儲集層儲集空間以裂縫為主，尤其縱橫交錯構(gòu)成的裂縫網(wǎng)，其發(fā)育的程度受巖性、構(gòu)造的影響。,,第三章 儲集層和蓋層,1、溶蝕型儲集層發(fā)育的影響因素,碳酸鹽巖溶解度     其它條件相同時，成分越純正，易溶，溶解度從大到小是石灰?guī)r>白云巖>泥灰?guī)r（即與Ca/mg比成正比）；從結(jié)構(gòu)構(gòu)造來看，粗

29、晶、厚層石灰?guī)r比細晶、薄層灰?guī)r易溶。     地下水的溶蝕能力：取決于地下水的PH值、CO2含量、SO42-含量、溫度、壓力。     水中含CO2及有機酸時，水呈酸性，PH值下降，碳酸鹽巖溶解度增大。水中CaSO4含量增加時，白云巖溶解度增加，而方解石的溶解度下降，所以富含SO42-的地區(qū)，白云巖中的溶孔比石灰?guī)r更為發(fā)育。溫度、壓力的影響是：開放體系中

30、，溫度升高導致CO2釋放，壓力降低，PH值增加，使碳酸鹽巖的溶解度降低，不利于溶蝕孔隙的形成；封閉體系中，溶解度隨溫度增加而增加（不是自然條件）。,,第三章 儲集層和蓋層,1、溶蝕型儲集層發(fā)育的影響因素,在不同因素影響下方解石和白云石溶解度的變化示意圖,,第三章 儲集層和蓋層,2、裂縫型儲集層發(fā)育的影響因素,巖性控制因素     成份較純，脆性大，裂縫發(fā)育，泥質(zhì)含量高，裂縫不發(fā)育。結(jié)構(gòu)構(gòu)

31、造上，質(zhì)純粒粗、結(jié)晶粗的裂縫發(fā)育，薄層裂縫密度較大，但規(guī)模較小，易產(chǎn)生層間縫和層間脫空；厚層裂縫密度小，但規(guī)模較大，以立縫和高角度斜縫為主。     構(gòu)造的控制作用     在構(gòu)造強烈部位構(gòu)造裂縫發(fā)育。長期持續(xù)上升的區(qū)域，局部構(gòu)造高點、長軸、傾沒端、斷層及斷裂帶附近裂縫發(fā)育。     地下水的控

32、制作用     地下水活躍的地區(qū)，構(gòu)造裂縫溶解，擴大裂縫的作用。,,第三章 儲集層和蓋層,六、碳酸鹽巖儲集層的分布,孔隙型儲集層其物性受沉積環(huán)境的控制，因此，在高能環(huán)境或有利生物礁形成的環(huán)境，能形成好的粒間-晶間孔隙，是此類儲集層分布的主要相帶。平面上主要分布在臺地前緣斜坡相、淺灘相、盆地邊緣生物礁相、潮坪相；剖面上儲集層處于兩次海進之間的海退層序，其下海進的細粒碳酸鹽巖作為生油層，其上海

33、進的細粒碳酸鹽巖作為生油層和蓋層。     溶蝕型儲集層其溶洞-溶孔發(fā)育的影響因素決定了其分布規(guī)律，主要分布在厚層、質(zhì)純、粗結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖層段，特別是白云巖。發(fā)育于富含CO2的地下水活動地帶，主要在古風化殼帶，巖石遭受風化剝蝕，孔隙發(fā)育，地下水沿裂縫滲流地下，形成巖溶帶。     裂縫型儲集層分布在質(zhì)純、脆性大，構(gòu)造強烈的部位，以及地下水活

34、躍的地區(qū)。,,第三章 儲集層和蓋層,巖溶帶,巖溶帶由于水的流向不同形成不同特點的溶洞-溶孔，分三帶： 垂直滲流帶：地表至幾十米深處。水流特點以向下淋濾作用為主，流速快，溶蝕作用不太充分；溶孔以垂直孔縫為主，儲集層分帶性不明顯，有時有地表滲入的沉積物所充填。 地下水水位季節(jié)變化帶：最高水位與最低水位之間的地帶。水流特點為水平與垂直流動的周期性交替?？卓p具有水平及垂直方向均發(fā)育，形成孔、洞均好的儲層。厚度據(jù)地下滲

35、流條件和巖溶作用不同而不同。 潛流帶：地下水面以下，飽水的承壓地帶。水流為水平方向，上述兩帶補充CO2，水流緩慢與巖石作用時間長。發(fā)育良好的水平方向溶蝕孔洞，儲層分帶性明顯。厚度與易溶巖層厚度有關(guān)。 所以在潛流帶上部孔縫最發(fā)育，地下水位季節(jié)變化帶次之。巖溶帶多發(fā)育在河谷、海及湖岸附近（泄水區(qū)、匯水區(qū)）、潮而熱的氣候條件下（CO2充足）。,,第三章 儲集層和蓋層,七、碳酸鹽巖與碎屑巖儲層的區(qū)別,碳酸鹽巖與碎屑巖相

36、比，由于其化學性質(zhì)不穩(wěn)定，容易遭受劇烈的次生變化，通常經(jīng)受更為復雜的沉積環(huán)境及沉積后的變化。有以下幾點區(qū)別： 1. 碳酸鹽巖儲集層儲集空間的大小、形狀變化很大，其原始孔隙度很大而最終孔隙度卻較低。因易產(chǎn)生次生變化所決定。 2. 碳酸鹽巖儲集層儲集空間的分布與巖石結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系變化很大。 以粒間孔等原生孔隙為主的碳酸鹽巖儲層其空間分布受巖石結(jié)構(gòu)控制，而以次生孔隙為主的碳酸鹽巖儲層其