石油與天然氣地質(zhì)學(xué)教案

第一章緒論[內(nèi)容提要]本章介紹石油及天然氣地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容，了解油氣在經(jīng)濟(jì)生活中的重要作用、中國石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的形成和發(fā)展歷史、世界油氣工業(yè)的發(fā)展概況，分析了國內(nèi)外的油氣能源形勢、我國的油氣勘探發(fā)展趨勢，并展望石油了石油科技的發(fā)展與未來，以期引起學(xué)生的興趣。一．石油地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容按照我國和前蘇聯(lián)的習(xí)慣，石油及天然氣地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容限于石油和天然氣在地殼中的生成、產(chǎn)出狀態(tài)以及分布規(guī)律，包括油氣的生（成）、儲（層）、蓋（層）、圈（閉）、運（移）、保（存）等重要內(nèi)容，屬于基本理論范疇。而在美、日、西歐國家，則除此之外，還涵蓋了油氣勘探的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)技術(shù)與油氣田開發(fā)地質(zhì)、油藏工程等內(nèi)容。石油及天然氣地質(zhì)學(xué)屬礦產(chǎn)地質(zhì)科學(xué)的一個分支，是石油及天然氣地質(zhì)學(xué)與相關(guān)專業(yè)的專業(yè)理論課。二．油氣在經(jīng)濟(jì)生活中的作用油氣被稱為“國民經(jīng)濟(jì)的血液”和“黑色的金子”，其在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)生活中的作用可概括為兩個主要方面：一是作為極為重要的動力燃料和潤滑油料。與煤等燃料相比，燃燒完全、熱量高、運輸方便，使其在世界能源結(jié)構(gòu)中的比例越來越高；二是作為一種十分重要的化工原料。通過石化產(chǎn)業(yè)，油氣產(chǎn)品大幅度升值。例如，乙烯是制造合成纖維、合成橡膠、合成塑料的基本材料，往往用乙烯產(chǎn)量來衡量一個國家的石油化工水平，但乙烯工業(yè)的原料大多來自石油和天然氣。三．我國油氣工業(yè)發(fā)展簡史中國是最早發(fā)現(xiàn)和利用石油天然氣的國家之一，但近代由于封建主義和帝國主義的統(tǒng)治和壓迫，油氣工業(yè)開始落后，中華人民共和國的誕生，使得油氣地質(zhì)事業(yè)以前所未有的高速度迅猛發(fā)展，先后發(fā)現(xiàn)了為數(shù)眾多多的含油氣盆地和油氣田（圖1-1），并經(jīng)過反復(fù)實踐、反復(fù)認(rèn)識，系統(tǒng)研究和總結(jié)出具有中國特色的石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論。圖1-1中國及毗鄰海域主要含油氣盆地和油氣田分布圖（據(jù)中國石油地質(zhì)志，卷一，總論，1996）中國石油天然氣地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，是與油氣勘探實踐緊密結(jié)合在一起的，并大體經(jīng)歷了以下5個發(fā)展階段：1．古代石油天然氣地質(zhì)學(xué)的萌芽階段（1878年以前）《易經(jīng)》（成書于西周，1122—770BC）記載：“[內(nèi)容提要]本章介紹石油及天然氣地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容，了解油氣在經(jīng)濟(jì)生活中的重要作用、中國石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的形成和發(fā)展歷史、世界油氣工業(yè)的發(fā)展概況，分析了國內(nèi)外的油氣能源形勢、我國的油氣勘探發(fā)展趨勢，并展望石油了石油科技的發(fā)展與未來，以期引起學(xué)生的興趣。石油類型芳香—中間型、石蠟—環(huán)烷型為主以石蠟型為主，部分為石蠟—環(huán)烷型石蠟含量低（＜5%）高（普遍＞5%）硫含量高低微量元素V、Ni含量高，且V/Ni＞1V、Ni含量低，且V/Ni＜1C同位素δ13C＞-27‰δ13C＜-29‰澤中有火”?！稘h書·地理志》（記載西漢206BC～26AD歷史）載，高奴郡（今陜西省延安市一帶）“有洧（wěi）水，肥可燃”。在鉆探方面，256—251BC，秦李冰為蜀守時就發(fā)明了頓鉆，在四川廣都鉆成第一口采鹽井，而到221—210BC，四川邛（qióng）崍出現(xiàn)了用頓鉆鉆鑿的天然氣井。1521年《蜀中廣記》中記，鉆進(jìn)達(dá)1千多米。北宋科學(xué)家沈括（1031～1095AD）在《夢溪筆談》中講到，“石油至多，生于地中無窮”，第一次提出科學(xué)的“石油”名詞。而且隨著井深的逐步加大，還逐步探索發(fā)明了用泥扇筒撈取巖屑，除可清理井底外，還用于建立地層層序和巖性剖面。另外，看“龍脈”（背斜構(gòu)造）定井位與“立縫見火、橫縫見水”（裂縫發(fā)育方向）等闡述，都具樸素的油氣地質(zhì)學(xué)思想。2．近代油氣地質(zhì)科學(xué)理論的引入與發(fā)展階段（1878-1949年）1878年，中國在臺灣省苗栗地區(qū)，雇傭外國技師兩名，以蒸汽機(jī)為動力，用頓鉆在一個月內(nèi)鉆成120m深的第一口近代油井，一般以此為標(biāo)志，認(rèn)為是中國近代石油天然氣工業(yè)的開始（圖1-2）。圖1-2臺灣省苗栗油礦（據(jù)中國石油地質(zhì)志，卷一，總論，1996）中國近代油氣地質(zhì)調(diào)查，步履艱難，既無統(tǒng)一計劃，又無先進(jìn)設(shè)備和經(jīng)費保障。1949年以前，累計發(fā)現(xiàn)的油田有：臺灣省臺北的出磺坑、臺南的竹頭崎、陜西延長、新疆獨山子、甘肅老君廟等5個，氣田有四川巴縣的石油溝、隆昌的圣燈山以及古代已發(fā)現(xiàn)的自流井氣田，臺灣省有臺南的六重溪、牛山和臺北的竹東、錦水等氣田。累計發(fā)現(xiàn)石油地質(zhì)儲量2900萬t，累計生產(chǎn)原油67.17萬t，累計生產(chǎn)天然氣11.7億m3，1948年陸上原油的總產(chǎn)量僅8.9萬t。而據(jù)不完全統(tǒng)計，新中國成立前的44年中，進(jìn)口的“洋油”多達(dá)2800萬t。這一時期的油氣鉆探工作也極其緩慢，總計鉆井169口，總進(jìn)尺6.7萬m（不包括土法鉆井），1949年全國在用的石油鉆機(jī)僅14臺，分散在臺灣（6臺）、陜西、甘肅、四川、新疆。而直接從事石油地質(zhì)工作的僅十余人。伴隨著石油地質(zhì)勘查事業(yè)的發(fā)展，逐步從國外引入科學(xué)的石油地質(zhì)學(xué)理論，主要是背斜油氣藏形成理論以及追蹤油氣苗的勘探方法。尤其值得一提的是，在當(dāng)時基于海相生油理論，而中國中新生界沒有海相沉積的“中國貧油論”陰影之下，一批老一代地質(zhì)科學(xué)家不畏困難，進(jìn)行了艱苦的油氣勘查活動，從實踐上到理論上都作了不少有益的探索，發(fā)現(xiàn)了一批構(gòu)造和油苗，找到了玉門油田，并提出了陸相地層能夠生油的觀點（潘鐘祥，1941；黃汲青、翁文波等，1942；謝家榮、李春昱，1944……），不僅預(yù)測了中國石油資源的廣闊前景，更為后人留下了一筆寶貴的精神財富。3．現(xiàn)代油氣勘探的首次突破與中國油氣地質(zhì)理論的誕生（1950-1959年）自1949年10月，中國的油氣地質(zhì)事業(yè)進(jìn)入了嶄新的現(xiàn)代發(fā)展階段。這一時期主要是以背斜理論為指導(dǎo)，根據(jù)地面的明顯背斜和油氣苗分布確定勘探方向，主要手段是千米淺鉆機(jī)、羅盤、榔頭、放大鏡等，主要方法是地面地質(zhì)調(diào)查。鑒于西北地區(qū)的山前坳陷和山間盆地內(nèi)背斜構(gòu)造明顯，又有眾多的油氣苗，因此勘探重點西移，但勘探成效不大。后期由山前坳陷向“地臺”——即盆地腹部和構(gòu)造平緩區(qū)拓展，1955年末首次突破，發(fā)現(xiàn)克拉瑪依油區(qū)，1958年發(fā)現(xiàn)了川中含油區(qū)。經(jīng)過中國科技人員的研究，認(rèn)為中國陸相生油的地質(zhì)條件是“內(nèi)陸潮濕坳陷”，特別強(qiáng)調(diào)了還原環(huán)境，當(dāng)時已提出在內(nèi)陸盆地的沼澤相、湖泊相甚至三角洲相都是生油層的沉積環(huán)境，陸相生油巖的直觀標(biāo)志是與海相一樣的灰綠色—黑色粘土巖，還研究了生、儲層的位置關(guān)系。4．東部油氣區(qū)的發(fā)現(xiàn)和中國油氣地質(zhì)理論的系統(tǒng)發(fā)展（1959-1978年）50年代中期以后，已開始做油氣勘探重點東移的準(zhǔn)備工作，主要是基于兩點：一是油氣地質(zhì)理論水平提高，認(rèn)識到東部地區(qū)有較大的含油氣潛力，二是勘探手段的改進(jìn)與發(fā)展，特別是地震與深井鉆探技術(shù)已開始廣泛使用。1959年9月26日，部署于松遼盆地中央坳陷高臺子構(gòu)造上的松基3井噴油（圖1-3），從而發(fā)現(xiàn)了大慶油田。大慶油田的發(fā)現(xiàn)是著眼全盆地，進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)、地球物理、及鉆井綜合勘探的成功典范，發(fā)現(xiàn)速度快、效益高。在大慶油田的勘探開發(fā)實踐中，系統(tǒng)地總結(jié)了陸相盆地石油地質(zhì)學(xué)的主要內(nèi)容，使中國油氣地質(zhì)理論有了大幅度提高，表現(xiàn)在：①陸相生油方面，開始大量使用巖石化學(xué)分析資料，確立了定量鑒別生油層的有機(jī)質(zhì)豐度和沉積環(huán)境參數(shù)；②推動了陸相沉積學(xué)的發(fā)展，在認(rèn)識儲油層的巖性、物性、沉積環(huán)境及其分布規(guī)律等方面有了很大進(jìn)步。圖1-3大慶油田發(fā)現(xiàn)井松基3井噴油（據(jù)中國石油地質(zhì)志，卷一，總論，1996）1964年1月，石油工業(yè)部抽調(diào)參加大慶油田勘探的部分隊伍，進(jìn)入渤海灣盆地進(jìn)行石油天然氣會戰(zhàn)，經(jīng)過30多年的艱苦努力，先后發(fā)現(xiàn)了勝利、大港、華北（冀中）、中原、遼河、渤中等6個含油氣地區(qū)，探明的石油地質(zhì)儲量占全國的44%，原油產(chǎn)量占全國的43%，成為中國又一個重要的含油氣盆地（圖1-4）。由于渤海灣盆地系斷陷盆地，大小斷層縱橫交錯，地層關(guān)系復(fù)雜，構(gòu)造破碎，主要形成小斷塊油氣藏，各自成獨立的油水系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)，勘探中期人們十分困惑，形容為目的層產(chǎn)液“忽油忽水”，油層“忽上忽下”、“忽有忽無”、“忽厚忽薄”，原油性質(zhì)“忽稠忽稀”。通過對渤海灣盆地的勘探開發(fā)，油氣聚集理論得到了充實和提高，認(rèn)識到油氣藏形成的關(guān)鍵是油氣源、儲蓋層和圈閉三個因素的時空配置和組合，建立了復(fù)式油氣聚集帶理論，而滾動勘探開發(fā)的方法也應(yīng)運而生。圖1-4任丘油田發(fā)現(xiàn)井任4井噴油（據(jù)中國石油地質(zhì)志，卷一，總論，1996）與此同時，還在江漢、南襄、珠江口等盆地獲得成功。5．油氣勘探的穩(wěn)步發(fā)展，進(jìn)一步豐富了中國油氣地質(zhì)理論（1979年以后）①在新的觀點指導(dǎo)下，老探區(qū)不斷發(fā)現(xiàn)新的含油氣領(lǐng)域，在渤海灣、松遼發(fā)現(xiàn)了大量的地層、巖性油氣藏聚集帶，在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣發(fā)現(xiàn)了烏爾禾—克拉瑪依逆沖斷裂帶。②由于油氣地質(zhì)理論的不斷拓展，技術(shù)裝備的不斷更新，新區(qū)勘探有重大突破，主要有：吐哈盆地、準(zhǔn)噶爾盆地腹部、塔里木盆地、渤海灣盆地灘海地區(qū)、東部中小地塹和裂谷盆地、西北侏羅系小盆等都取得成果或突破（圖1-5）。③系統(tǒng)研究天然氣地質(zhì)，促使天然氣的勘探有很大發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地中部大氣區(qū)、川東石炭系區(qū)域性高產(chǎn)氣層、川中三疊系氣田、柴達(dá)木盆地東部大片生物成因氣藏、鶯—瓊盆地崖13-1、東方1-1、東方29-1、樂東8-1、樂東15-1、樂東22-1等氣田以及東海盆地的多口高產(chǎn)天然氣井，還開拓了川西氣區(qū)（圖1-6）。圖1-5沙漠地震勘探圖1-6科學(xué)探索井——陜參1井噴氣景觀我國2000年原油產(chǎn)量16086萬t，其中，石油集團(tuán)公司10605萬t，石化集團(tuán)公司3724萬t，海洋石油總公司1757萬t，新星石油公司及其他240萬t。大慶油田實現(xiàn)5300萬t，已連續(xù)25年穩(wěn)產(chǎn)5000萬t的高水平。按原油產(chǎn)量排序，依次是：大慶、勝利、海洋、遼河、新疆、長慶、華北、塔里木、大港、中原、吉林、吐哈、延長、新星、青海、河南、江蘇、江漢、冀東、玉門、四川等。全國天然氣產(chǎn)量262億m3，其中石油集團(tuán)公司183.1億m3，石化集團(tuán)公司39.2億m3，海洋石油總公司39.6億m3，新星石油公司16.5億m3。四川氣田生產(chǎn)天然氣79.9億m3，占全國的30.5%。按天然氣產(chǎn)量排序，依次有：四川、海洋、大慶、長慶、新星、新疆、中原、遼河等。四．世界油氣工業(yè)發(fā)展概況世界油氣工業(yè)的發(fā)展只有一百多年的歷史，具體到各個國家來講，其石油工業(yè)發(fā)展歷史和發(fā)展水平因受資源條件和工業(yè)特別是科技發(fā)展水平的制約，則有一定差異。近代石油工業(yè)，首先是從美國發(fā)展起來的，石油地質(zhì)學(xué)也是于19世紀(jì)末期從美國逐步發(fā)展壯大起來的。1859年，美國DrakeE.L.在阿帕拉契亞山區(qū)賓夕法尼亞州，鉆成了世界第一口工業(yè)油井，井深21.69m，日產(chǎn)油1.817m3，標(biāo)志著近代石油工業(yè)的開始。19世紀(jì)末期開始，把尋找石油與地質(zhì)結(jié)合起來，誕生了石油地質(zhì)學(xué)。1919年修訂的《石油地質(zhì)學(xué)》，在原理方面已經(jīng)不限于背斜理論，還包括了石油的成因、聚集、物理化學(xué)性質(zhì)、地層、構(gòu)造地質(zhì)等內(nèi)容。早期的石油工業(yè)主要集中在一些老牌資本主義國家（美、俄）及其殖民地（中東等）中，20世紀(jì)60年代以來，中東各國豐富的石油資源才相繼回到他們的手中，近二十年來，北非撒哈拉大沙漠、西非尼日爾河三角洲、西歐的北海和中國都陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多大的油氣田，改變了世界油氣資源分布不平衡的格局。據(jù)美國《油氣雜志》2000年年終數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2000年世界石油估算總產(chǎn)量為33.548億t，較上年減少3.7%。產(chǎn)量排名前十位的國家依次是：沙特阿拉伯、俄羅斯、美國、伊朗、中國、挪威、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、伊拉克、英國（表1-1）。截止2000年底，世界石油的剩余探明儲量1402.82億t，較上年增長1.2%，居前10名的國家是：沙特、伊拉克、科威特、阿聯(lián)酋、伊朗、委內(nèi)瑞拉、俄羅斯、利比亞、墨西哥、中國。而至2000年底世界天然氣剩余探明儲量149.38萬億m3，前10位依次是：俄羅斯、伊朗、卡塔爾、沙特、阿聯(lián)酋、美國、阿爾及利亞、委內(nèi)瑞拉、尼日利亞、伊拉克。我國2000年底石油、天然氣的剩余探明儲量分別為327360萬t、13669億m3，分別排名第世界第10位和第19位。另據(jù)報道，1999年，世界天然氣產(chǎn)量為23484.02億m3，比上年略增0.4%，前10位依次是：獨聯(lián)體（6891.51億m3）、美國、加拿大、英國、意大利、印度尼西亞、阿爾及利亞、墨西哥、挪威、阿根廷，中國天然氣產(chǎn)量為243.37億m3，位居第15位。表1-11999年油氣產(chǎn)、儲量排名前十位的國家（據(jù)石油消息報，2000）序號石油產(chǎn)量石油儲量天然氣產(chǎn)量天然氣儲量1沙特沙特獨聯(lián)體俄羅斯2美國伊拉克美國伊朗3俄羅斯科威特英國卡塔爾4伊朗阿聯(lián)酋加拿大沙特5中國伊朗意大利阿聯(lián)酋6挪威委內(nèi)瑞拉印度尼西亞美國7墨西哥俄羅斯阿爾及利亞委內(nèi)瑞拉8委內(nèi)瑞拉利比亞墨西哥阿爾及利亞9英國墨西哥挪威尼日利亞10伊拉克中國阿根廷伊拉克五．油氣能源形勢分析世界石油工業(yè)出現(xiàn)了一種與原先的設(shè)想完全不同的情況，石油資源并沒有枯竭，石油價格沒有瘋漲，石油危機(jī)也基本沒有重現(xiàn)，這一切都?xì)w功于科技進(jìn)步。正是科技進(jìn)步，才使得石油工業(yè)的成本下降、石油儲量上升、石油價格趨于穩(wěn)定、油公司贏利余地加大，國際石油合作前景廣闊，從而創(chuàng)造了新的石油經(jīng)濟(jì)學(xué)。德士古公司首席執(zhí)行官阿爾弗雷德C.小德克拉納1995年12月在美國《油氣雜志》以“石油仍是頭號能源”為題發(fā)表演講，稱石油天然氣在當(dāng)今的世界能源構(gòu)成中占60%，盡管自70年代中期以來世界油氣消耗量增加了36%，但全球儲量卻增加了60%。在世界石油日消耗量大約7000萬桶（1桶=0.158987m3）的情況下，石油供給仍能維持50年左右，而且儲量還在不斷增加。據(jù)美國《油氣雜志》1998年年終特稿分析，世界油氣資源的前景是樂觀的。經(jīng)合組織的國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）持悲觀看法，據(jù)悲觀派代表之一坎貝爾最樂觀的估計，世界石油的最終開采量為2.25萬億桶，2010年將達(dá)到280億桶的原油生產(chǎn)高峰，之后開始下降。而樂觀派——美國能源情報局（EIA）則預(yù)計，2020年全球原油生產(chǎn)能力可達(dá)430億桶（含天然氣液），原油價格為20美元/桶。但我國的油氣生產(chǎn)形勢卻不容樂觀。目前，世界石油和天然氣的年人均消費為1t（油當(dāng)量），發(fā)達(dá)國家3～5t，我國低于0.2t。2050年世界人均消費估計在1.5t以上，發(fā)達(dá)國家5～7t，而我國可能低于0.7t。從人均消費水平來看，不僅與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)，即便是和發(fā)展中國家比較也居于劣勢。而從國家總體消費量看，若下世紀(jì)中葉我國人口為16億，則年消費油7～8億t，天然氣3000～4000億m3，幾乎和當(dāng)前美國的消費水平相當(dāng)，比我國現(xiàn)狀增長5倍之多！可以預(yù)見，石油工業(yè)的發(fā)展方興未艾，不會因為逐漸步入知識經(jīng)濟(jì)時代而停頓不前（陳均武院士，1999）。據(jù)專家分析，國民經(jīng)濟(jì)每增長1%，需要油氣產(chǎn)量增長0.57%。我國近些年來國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度要求油氣年增長速度為5%左右，但我國油氣產(chǎn)量平均每年增長僅為3%，需求與產(chǎn)出的差距正在逐步增大。據(jù)國內(nèi)外九家科研單位預(yù)測，到2010-2020年，國內(nèi)年石油供需缺口為0.8-1.3億噸，天然氣500～800億方，油氣正成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的瓶頸。油氣屬于重要的戰(zhàn)略資源之一，許多地區(qū)戰(zhàn)爭幾乎都與資源爭奪有關(guān)。當(dāng)今世界戰(zhàn)爭的危險依然存在，西方發(fā)達(dá)國家正在全球范圍為搶奪世界資源、推行其全球戰(zhàn)略發(fā)動一系列地區(qū)性戰(zhàn)爭。目前，西方和日本正通過外交和經(jīng)濟(jì)手段正計劃在開發(fā)中國周邊地區(qū)的資源（如中亞和遠(yuǎn)東地區(qū)），因此，油氣資源的短缺正嚴(yán)重威脅我國未來的經(jīng)濟(jì)安全。專家建議，應(yīng)進(jìn)一步提高國家的石油儲備能力，減小短期的突發(fā)性事件對我國經(jīng)濟(jì)的影響。石油工業(yè)將進(jìn)一步融入國際市場，關(guān)稅與其它非貿(mào)易保護(hù)將削弱，我國的石油工業(yè)將面臨更為嚴(yán)峻的形勢，要在國際競爭中接受生與死的重大考驗。六．我國油氣勘探的發(fā)展趨勢據(jù)1994年全國油氣資源二次評價結(jié)果，全國常規(guī)石油可采資源量約235億t，已探明的石油可采儲量為50.9億t，歷年累計采出28.6億t，剩余可采儲量22.3億t，尚待發(fā)現(xiàn)的可采資源量有184億t，目前石油資源的探明率僅有21.7%，未來勘探發(fā)現(xiàn)新油田的潛力很大。常規(guī)天然氣最終可采資源量約29萬億m3，已探明的天然氣可采儲量8504億m3，歷年累計采出2068億m3，剩余可采6436億m3，尚待發(fā)現(xiàn)的可采資源量為19.15萬億m3，目前天然氣的探明率不過4%，未來勘探發(fā)現(xiàn)天然氣田具有巨大潛力。1．開辟新探區(qū)一方面立足國內(nèi)，西部各盆地雖勘探歷史悠久，但整體上的勘探程度低于東部，西部地區(qū)油氣資源豐富，是我國油氣產(chǎn)能的重要接替區(qū)；另一方面要有效利用國外的資源，如中東、亞太地區(qū)、西亞國家、俄羅斯的東西伯利亞及遠(yuǎn)東地區(qū)獲得投資份額油氣。2．東部深層根據(jù)俄羅斯石油科研部門近年來開展的研究工作，液態(tài)烴可在高溫（＞100℃）、高壓（＞22MPa）條件下存在，國外少數(shù)超深井也已在5000m以下鉆獲液態(tài)烴流。研究認(rèn)為，在這樣的地層環(huán)境內(nèi)，流體系統(tǒng)是由氣態(tài)烴、石油蒸汽、石油、水蒸氣和水等組成的。烴相差異的消失導(dǎo)致“臨界”狀態(tài)——氣-油溶液的形成。流體性質(zhì)的變化，大大改變了儲層的滲流性能，故與淺層相比，裂縫-孔隙度相同的極深儲層可以提供更高的烴流產(chǎn)量。同時，還可能出現(xiàn)“差異式”層狀油氣藏，其中具有不均勻的異常高壓分布。我國東部地區(qū)應(yīng)有望在深部地層獲得突破。3．天然氣勘探發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗證明，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和一個國家的現(xiàn)代化過程，同時又是天然氣生產(chǎn)和消費的過程（饒川，1989）。美、俄、西歐既是天然氣生產(chǎn)大戶，又是消費大戶，日本等國則是天然氣的消費大戶。近二十多年來，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長，平均增長率保持在2%，今后還將進(jìn)一步增長，將從1995年的2.2萬億m3增長到2010年的2.9-3.1萬億m3。1995年天然氣在世界能源中的比重為23.3%，據(jù)預(yù)測，到2010年將增加到29%，因此有人說21世紀(jì)將是一個天然氣的世紀(jì)（康竹林，1999）?！鞍宋濉币詠?，我國天然氣儲量快速增長，平均年增上億m3，但資源探明程度還很低，僅6%，儲量動用程度約50%，天然氣僅占能源結(jié)構(gòu)中的2%，不到世界平均水平的十分之一，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對天然氣的勘探，特別是“非常規(guī)氣”，即致密砂巖氣、含氣頁巖和煤層甲烷氣（CBM）。據(jù)研究，美國非常規(guī)氣的年產(chǎn)量已由1970年的283億m3增長到1990年的566.3億m3，1997年達(dá)到1132.7億m3，主要是1970-1990年進(jìn)一步開發(fā)了致密砂巖氣。4．海域在我國300萬km2的藍(lán)色國土上，油氣資源相當(dāng)豐富，目前已在近大陸的渤海、東海、南海等進(jìn)行了勘探，發(fā)現(xiàn)了一批油氣田，取得了不俗的成果。而在我國南海的南部邊緣，一些國家早已在進(jìn)行油氣勘探開發(fā)活動，隨著國力的增強(qiáng)，相信海域油氣勘探的活動范圍將進(jìn)一步延伸。5．海相我國中生界、古生界海相沉積區(qū)的面積有300萬km2，其中南方海相碳酸鹽巖分布面積約190萬km2，預(yù)測石油資源量約40億t，主要分布在四川盆地，其次是下?lián)P子地臺區(qū)和滇黔桂地區(qū)，后二個地區(qū)目前尚無大的突破。七．石油科技的發(fā)展與未來石油科技的發(fā)展方向是：1．石油科學(xué)領(lǐng)域的高度細(xì)化、分化和綜合2．研究的多維化、定量化、模型化和高精度化（二維——三維——四維、石油地質(zhì)學(xué)——地質(zhì)建?！璧啬M、油藏描述和模擬）3．新領(lǐng)域匯入、交叉、融合使石油科技體系快速膨脹4．石油科技的軟化——信息化、計算機(jī)化、智能化和可視化5．全方位的“一體化”（勘探—開發(fā)、上—中—下游、科技—產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)—學(xué)—研橫向、國際石油科技橫向）未來將有12項重大技術(shù)將在今后的世界石油科技發(fā)展中具有重要地位：1．盆地分析模擬技術(shù)2．三維地震地下成像技術(shù)3．成像測井與核磁測井技術(shù)4．地質(zhì)導(dǎo)向與隨鉆測量技術(shù)5．大位移井與多底水平井技術(shù)6．油藏描述與評價技術(shù)7．油藏管理與提高采收率技術(shù)8．油田地面工程與油氣儲運技術(shù)9．油氣加工與綜合利用技術(shù)10．海洋深水石油勘探開發(fā)工程技術(shù)11．石油工業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)12．石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用技術(shù)第二章油氣藏中的流體————油、氣、水的化學(xué)組成和物理性質(zhì)[內(nèi)容提要]油、氣、水等流體是認(rèn)識油氣藏的最直接標(biāo)志。石油和天然氣均為不同結(jié)構(gòu)的烴類與其它化合物以不同的比例組成的混合物，它們的組成和物理性質(zhì)在不同地區(qū)存在很大差別。本章主要介紹石油、天然氣、油田水的概念、化學(xué)組成和物理性質(zhì)，由此可對流體在油氣藏中的存在狀態(tài)有一個深入的了解。§1石油一．概念石油是以液態(tài)形式存在于地下巖石孔隙介質(zhì)中的可燃有機(jī)礦產(chǎn)，無論從成分還是相態(tài)上都是十分復(fù)雜的混合物。成分：以烴類為主+數(shù)量不等的非烴化合物及微量元素相態(tài)：以液態(tài)為主，可溶解大量天然氣與固態(tài)物質(zhì)因此，石油沒有確定的化學(xué)成分和物理常數(shù)。二．元素組成1．基本元素石油沒有確定的元素組成，但總體上往往局限于一定的變化范圍內(nèi)，且主要由5種元素組成，即C、H、O、S、N。據(jù)統(tǒng)計，石油中的平均元素組成（%）為：C—84.5，H—13.0，O—0.5，S—1.5，N—0.5。也就是說，C、H兩元素在石油中占絕對優(yōu)勢，主要以烴類化合物的形式存在，構(gòu)成了石油的主體。而O、S、N常存在于含雜原子的化合物中，主要是重餾分。高硫原油和低硫原油（以S=1%為界）2．微量元素另外，還有幾十種微量元素，主要是金屬元素（其中V和Ni的含量最高），僅占石油重量的萬分之幾，構(gòu)成了石油的灰分。3．同位素原油中常見的穩(wěn)定同位素有C（C12、C13）、H（H1、H2）、Ar（Ar40、Ar36）。同位素可為解決油氣成因油源對比乃至油氣運移等問題提供重要證據(jù)。衡量其大小通常用比值和δ值（千分?jǐn)?shù)）表示。δ值的定義是：δ值（‰）=（Rs/Rr-1）×1000式中Rs和Rr分別代表樣品和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的同位素比值（重/輕）。可看出，Rs越小，δ值越小。關(guān)于穩(wěn)定同位素的標(biāo)準(zhǔn)值，國際上通用氫為SMOW，碳用美國南卡州皮狄組美洲擬箭石（PDB）。由圖2-1可知，不同地區(qū)、不同類型原油的同位素類型曲線間有著明顯差別，能有效解決成油環(huán)境、油源對比及石油演化等方面的問題。圖2-1原油碳同位素類型曲線（據(jù)廖永勝，1982（實線）；Stahl，1977（虛線））Ⅰ-福山凹陷，Ⅱ-鶯歌海西部凹陷Ⅲ和Ⅳ-潿西南凹陷）1-福25井E，2-鶯9井N，3-灣2井E，4-灣9井Pz，5-鶯2井E，6-灣5井N三．化合物組成組成石油的化合物有兩類：（一）烴類化合物1．烷烴C4以下為氣態(tài)，C5~C16為液態(tài)，C17以上為固態(tài)）正烷烴分布曲線（圖2-2）圖2-2不同類型石油的正烷烴分布曲線（據(jù)Martin，1963）異戊間二烯型烷烴（Ph、Pr最豐富），一般認(rèn)為由葉綠素的側(cè)鏈——植醇演化而來。2．環(huán)烷烴石油中多為五員環(huán)和六員環(huán)。應(yīng)用：環(huán)己烷/環(huán)戊烷~生油溫度3．芳香烴石油中有：苯、萘（二環(huán)）、菲和蒽（三環(huán)）環(huán)烷芳烴以四環(huán)、五環(huán)最重要，多與甾、萜類化合物有關(guān)，屬生物成因標(biāo)志物。上述三種烴類在世界石油烴組成中所占的比例見表2-1。表2-1世界石油烴類的構(gòu)成比例烴類名稱范圍通常范圍平均含量烷烴0~705~5530環(huán)烷烴20~8025~7546芳香烴5~6010~4024（二）非烴化合物這一部分化合物在石油的重質(zhì)餾分中含量較高。1．含氧化合物有酸性和中性氧化物兩類。前者稱為石油酸，其中又以環(huán)烷酸最為重要，約占總酸的90%±，多集中于石油250~350℃的中間餾分內(nèi)，多屬一元酸類，常為環(huán)戊烷的衍生物，易形成各種鹽類，由此可作為地下水找油的一種標(biāo)志。2．含硫化合物有H2S、硫醇（RSH）、硫醚（RSR′）、噻吩等。3．含氮化合物可分兩類：堿性氮化物：多為砒啶、喹啉等非堿性氮化物：主要是砒咯、卟啉等——動物血紅素和植物葉綠素都屬卟啉類化合物，且結(jié)構(gòu)相同（石油有機(jī)成因證據(jù)）除上述已經(jīng)分離、鑒定出的各種化合物外，石油中還有一定數(shù)量的、由多種元素（C、H、O、S、N等）組成的、結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的高分子化合物，因受分離技術(shù)的限制，目前對其具體的結(jié)構(gòu)特征尚不清楚，統(tǒng)稱其為瀝青質(zhì)。四．物理性質(zhì)石油的總體物理特征是：1．顏色：淺（淡黃色）——深（黑色）2．相對密度（比重）：在1atm（101325Pa）壓力下，單位體積的20℃石油與4℃純水的重量比，通常以d420表示。石油的相對密度一般介于0.75~0.98，通常大于0.9的稱為重油。石油的比重大小與所含組分、油溶氣量、壓力、溫度等因素有關(guān)。3．粘度：表示石油流動分子之間相對運動所引起的內(nèi)摩擦力大小，粘度越大，流動性越差?？煞譃閯恿φ扯取⑦\動粘度和相對粘度。在SI制中，動力粘度為Pa·s，定義是：當(dāng)1Pa的切力（△P）作用于液體，使相距（L）為1m、面積（F）為1m2的兩液層發(fā)生相對恒速流動，流量（Q）為1m3/s時的動力粘度就為1Pa·s。公式為：μ=k·F·△P/（Q·L）。粘度大小也取決于所含組分、油溶氣量、壓力、溫度等因素。4．熒光性：石油在紫外線照射下可發(fā)熒光，這種冷發(fā)光現(xiàn)象由多環(huán)芳香烴和非烴引起。發(fā)光顏色取決于石油性質(zhì)，發(fā)光強(qiáng)度則與石油或瀝青物質(zhì)的濃度有關(guān)，一般只要10ppm即可發(fā)光。故常用于鑒定巖石是否含油，以及石油的組分和含量。旋光性：當(dāng)偏射光通過石油時，偏轉(zhuǎn)面將要旋轉(zhuǎn)一定角度，一般是0.1°~幾度，且天然石油主要是右旋的。5．溶解性：石油在水中的溶解度很低。C數(shù)相同時，烷烴＜環(huán)烷烴＜芳香烴；除甲烷外，各族烴類在水中的溶解度都隨分子量增加而增大；外界條件的影響是：與溫度反比、皂膠粒正比、水中無機(jī)鹽分反比。但石油卻極易溶于苯、CCl4、氯仿、石油醚、醇等有機(jī)溶劑，由此可利用有機(jī)溶劑來檢驗巖石的含油性。五．石油的分類這里采用Tissot和Welte（1978）分類方案：以三角圖解方法，將沸點＞210℃的餾分以烷（石蠟）烴、環(huán)烷烴、芳烴+NSO化合物作為圖上的三個端元組分（圖2-3）將世界上的石油分為6類。根據(jù)統(tǒng)計出現(xiàn)的頻數(shù)，大多數(shù)正常石油屬于芳香—中間型、石蠟—環(huán)烷型和石蠟型；而若以石油的產(chǎn)儲量大小論，則芳香—瀝青型最重要，其次是芳香—環(huán)烷型和芳香—中間型。圖2-3世界石油類型的三角圖解劃分方案（據(jù)Tissot和Welte，1978）六．海、陸相石油的基本區(qū)別表2-2海、陸相石油的區(qū)別一覽表內(nèi)容海相石油陸相石油石油類型芳香—中間型、石蠟—環(huán)烷型為主以石蠟型為主，部分為石蠟—環(huán)烷型石蠟含量低（＜5%）高（普遍＞5%）硫含量高低微量元素V、Ni含量高，且V/Ni＞1V、Ni含量低，且V/Ni＜1C同位素δ13C＞-27‰δ13C＜-29‰§2天然氣一．概念從廣義上講，天然生成于自然界的一切氣體都可稱為天然氣。在石油和天然氣地質(zhì)學(xué)中研究更多的是沉積圈中以烴類為主的天然氣。隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，人們對一些非烴氣和稀有氣體如CO2、H2S、Ar氣也開始給予重視。二．產(chǎn)出狀態(tài)沉積圈中的天然氣，依其存在的相態(tài)可分為：游離氣、溶解氣、吸附氣和固態(tài)氣水合物。按其分布特征可分為分散型和聚集型，前者包括水溶氣、油溶氣、煤層氣、吸附氣及固態(tài)水合物中的氣；后者包括氣藏氣、氣頂氣和凝析氣。三．化學(xué)組成天然氣主要以氣態(tài)的低分子烴和非烴氣體（如CO2、H2S、N2）及微量惰性氣體（如He、Ar）組成。由圖2-4可見，絕大多數(shù)氣藏以烴氣為主，其中又以甲烷氣比例最高，只是在油田伴生氣（氣頂氣）中，才有較高的重?zé)N（多為C2H6、C3H8）含量。一般認(rèn)為，C2+＞5%的天然氣稱為濕氣，而C2+＜5%的統(tǒng)稱為干氣。圖2-4世界氣藏化學(xué)組成圖（引自陳榮書，1994）N2氣藏可占總氣藏數(shù)的百分之幾。以CO2、H2S等酸性氣體為主的氣藏數(shù)僅占1%以下。廣東三水盆地沙頭芋氣田CO2含量高達(dá)99.53%，冀中趙蘭莊孔一段氣藏H2S含量為92%，后者可能與地層富含石膏有關(guān)。惰性氣體很少，屬痕量到微量級，以He、Ar最為常見。四．物理性質(zhì)天然氣一般無色，可有汽油味或H2S味，可燃燒。物理性質(zhì)變化較大。1．相對密度（比重）：指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1atm，20℃）下，單位體積天然氣與空氣的重量之比。一般0.65~0.75，個別可高達(dá)1.5，隨重?zé)N和非烴氣的增加而增大。2．粘度：遠(yuǎn)小于液態(tài)石油。一般在0℃時為0.0031mPa·s，20℃時為0.120mPa·s。隨氣體分子量的增大而減小，隨溫、壓的增大而增大。3．溶解性：天然氣能不同程度地溶解于水和油中，具體數(shù)量取決于天然氣和溶劑的成分以及氣體的壓力、溫度。根據(jù)相似相溶原理，烴氣在石油中的溶解度要比水中大許多倍（甲烷是10倍），且隨壓力增高溶解度增大，隨溫度升高反而降低。另外，當(dāng)石油中溶有天然氣時，即可降低石油本身的相對密度、粘度以及表面張力。4．天然氣的逆凝結(jié)和逆蒸發(fā)：自然界存在這樣一種氣藏，在地下深處高溫高壓下呈氣相，采到地面時，反而凝結(jié)為液態(tài)，稱為凝析氣藏，地面的凝析油通常為淺色、輕質(zhì)油。這與一般的等溫加壓、減壓過程恰好相反，稱之為逆凝結(jié)和逆蒸發(fā)。據(jù)研究，此種現(xiàn)象常見于二組分以上的物質(zhì)體系內(nèi)，在P—T相態(tài)圖（圖2-5）上，實線AC（泡點曲線）以上為液態(tài)，虛線BC（露點曲線）以下為氣態(tài)，C是臨界點，由圖可見，臨界溫度（TC）和臨界壓力（PC）并非氣-液平衡的最高溫度（Tmax）和最高壓力（Pmax）。由1點→2點作等溫壓縮，隨著壓力升高，體系由純氣態(tài)→氣、液共存→純液態(tài)，這是一種正常的相態(tài)變化，但在Pmax—C—Tmax段內(nèi)，若從3點開始向4點作等溫壓縮，則先后兩次通過露點曲線，呈氣態(tài)—氣-液平衡態(tài)—氣態(tài)變化，即隨著壓力升高，一部分液體反而氣化了，這種反?，F(xiàn)象在化學(xué)上稱為“等溫逆凝結(jié)”，反之為“等溫逆蒸發(fā)”。同理，還有“等壓逆凝結(jié)”（5→6）和“等壓逆蒸發(fā)”。這里的共同點是當(dāng)某一過程兩次通過同一條曲線（指露點或泡點曲線）時，就出現(xiàn)反常，反常現(xiàn)象都出現(xiàn)在臨界點附近，即Pmax—C—Tmax段內(nèi)的溫度、壓力范圍內(nèi)。圖2-5甲烷—正戊烷體系相態(tài)圖（據(jù)孫作為、李鵬九，《物理化學(xué)》，1979）§3油田水一．概念與來源嚴(yán)格說來，與油氣的生成、運移、聚集、逸散有關(guān)的地下水，均可稱之為油田水，它是油氣區(qū)地下水的一部分，并與油、氣組成統(tǒng)一的流體系統(tǒng)。通常所說的油田水是指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。地下水可分為潛水和層間水（圖2-6）。圖2-6地下水的類型油田水在地下孔隙、裂縫系統(tǒng)中以三種形式存在，即吸附水（半固態(tài)）、毛細(xì)管水（外力大于毛細(xì)管力時才運動）以及自由水。油田水的來源主要有三個：沉積水：含鹽度和化學(xué)組成與沉積環(huán)境有關(guān)（鹽水）滲入水：地表水順地層孔滲層、裂縫等流向地下，起淡化作用初生水：包括溫壓升高時的礦物晶格脫水和地球深部巖漿水二．化學(xué)組成和水的礦化度油田水的化學(xué)組成，實質(zhì)上是溶于油田水中的溶質(zhì)的化學(xué)組成，有無機(jī)組分、有機(jī)組分、微量元素及同位素組成等。1．無機(jī)組分：在常規(guī)的水分析中，可用以下幾種離子的含量表示油田水的無機(jī)組成陽離子—Na+（K+）、Ca2+、Mg2+陰離子—Cl-、SO42-、HCO3-（CO32-）各離子在水中的含量可用重量法（mg/L）、當(dāng)量法（mmol/L）以及當(dāng)量百分比法表示，前二者表示離子的絕對含量，后者則表示各離子所占的相對含量，有利于進(jìn)行對比。2．有機(jī)組分：油田水中常見的有機(jī)組分有：烴類、酚和有機(jī)酸，它們常被用來作為區(qū)分油層水和非油層水的標(biāo)志（表2-3）。3．微量元素：大都與形成油氣聚集的地球化學(xué)和生物化學(xué)環(huán)境有關(guān)，可用單個元素或元素組合來識別油田水。如在吉林扶余油田的潛水中，F(xiàn)、Cl、Br、I的高值點絕大部分位于含油構(gòu)造上。表2-3油層水的有機(jī)類標(biāo)志標(biāo)志物烴類苯系物酚有機(jī)酸油層水氣、液態(tài)烴高，甲苯/苯＞1高，＞0.1mg/L，（鄰）甲苯酚為主以環(huán)烷酸為主非油層水僅CH4低，甲苯/苯＜1低，以苯酚為主無4．同位素：主要是C13、D、O18等，可判斷地下水的起源。水的總礦化度：是指地下水中各種離子、分子和化合物的總含量，單位：mg/L、g/L、mmol/L。通常用水在110℃下蒸干所剩殘渣的量來計量。應(yīng)該說，這只是一個大概的計量方法，因為當(dāng)水中含有蒸發(fā)性物質(zhì)時，蒸干過程將使測得的礦化度小于真實值；而當(dāng)殘渣中含有結(jié)晶水時，又會使測得的礦化度值偏大。油田水，特別是其中的油層水，一般都屬于高礦化度水。三．地下水的蘇林分類蘇林（1946）的分類是在對比了現(xiàn)代大陸水與海水的化學(xué)成分特征基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因天然水就其成因而言，主要是大陸水和海水兩大類，蘇林把典型成分為Na2SO4和含NaHCO3的水，都稱之為大陸成因的水，海水中盡管以NaCl含量最高，但隨著濃縮在水中富集的卻是MgCl2（其余成分均已沉淀），因此蘇林把典型成分為MgCl2的水作為海洋成因水。然后，以Na+和Cl-的當(dāng)量比為基礎(chǔ)，配合（rNa+-rCl-）/rSO42-、（rCl--rNa+）/rMg2+兩個成因系數(shù)，把地下水分成四種基本類型（表2-4）。表2-4地下水的分類標(biāo)準(zhǔn)水型rNa+/rCl-（rNa+-rCl-）/rSO42-（rCl--rNa+）/rMg2+Na2SO4＞1＜1＜0NaHCO3＞1＞1＜0MgCl2＜1＜0＜1CaCl2＜1＜0＞1蘇林認(rèn)為，Na2SO4型水在近地表較發(fā)育，而CaCl2型水是一種處于地殼深部的水，MgCl2型水則為典型的海洋成因水。在油田剖面上，上段以NaHCO3型水，深部則為MgCl2和CaCl2型水。油田水的水化學(xué)類型以CaCl2型為主，NaHCO3型次之，而Na2SO4型水和MgCl2型水則較少見。應(yīng)當(dāng)指出，這些分析只能作為油田水的必要條件（但不充分）。四．油田水與油氣的關(guān)系歸納起來，油田水與油氣之間的關(guān)系主要表現(xiàn)在兩個方面：1．根據(jù)油田水水化學(xué)特征可直接進(jìn)行尋找油氣工作其原理是深部流體通過向上滲濾和擴(kuò)散等方式，使得淺層水的化學(xué)成分發(fā)生某些改變，尤以節(jié)理和裂隙比較發(fā)育的油氣藏構(gòu)造頂部為甚，通過水化學(xué)特征在整個背景值上出現(xiàn)的異常值分布，即可大致圈定地下油氣藏的范圍，這就是所稱的水化學(xué)找油工作。2．根據(jù)現(xiàn)代水化學(xué)資料可以判斷油氣運移、聚集和保存條件大量資料說明，對油氣聚集和保存最為有利的環(huán)境應(yīng)是滲透水交替緩慢或停滯，即地下水不太活動的環(huán)境。從現(xiàn)代水化學(xué)特征來看，這樣的地區(qū)是以Cl-、Na+為主、水型以CaCl2型為主的高礦化度水分布區(qū)。另外，在判斷油氣運移方向及聚集條件時，還可采用脫硫系數(shù)（rSO42-/（rCl-+rSO42-））、鈉氯系數(shù)（rNa+/rCl-）及碳酸鹽平衡系數(shù)（（rHCO3-+rCO32-）/rCl-）等當(dāng)量離子的組合形式，一般認(rèn)為，越靠近油氣聚集區(qū)，其值越小，而越往供水區(qū)方向，其值越小。第三章儲層與蓋層［內(nèi)容提要］儲集層的基本特征是孔隙性和滲透性，而決定二者好壞的根本因素是孔隙結(jié)構(gòu)。儲集層的特征及分布規(guī)律與其形成條件密切相關(guān)。本章按巖性將儲集層劃分為碎屑巖、碳酸鹽巖及其它巖類，重點分析了各類儲集層的孔隙特征、影響物性的主要因素，介紹了儲層評價的原則與我國主要油氣區(qū)的儲層類型分布。從蓋層的三種封閉機(jī)制著手，講述了蓋層的形成機(jī)理、蓋層的相對性及其評價方法?！?儲集層的物理性質(zhì)油氣在地下是儲存在一些巖石的孔、洞、縫之中的，其儲集方式就象水充滿在海綿里一樣。凡是能夠存儲和滲濾流體（油、氣、水）的巖層都可以稱之為儲集層。這一概念只是強(qiáng)調(diào)巖石具有此種能力，并不一定在其中肯定存在油氣（若有，稱含油氣層）。儲層之所以能夠儲集油氣，是因為具備了兩個特征：孔隙性——直接決定巖層儲集油氣的數(shù)量；滲透性——控制了儲層內(nèi)所含油氣的產(chǎn)能。而決定孔、滲性好壞的基本因素是巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，這些構(gòu)成了儲層物性分析的主要內(nèi)容。一．孔隙性儲集層中的孔隙是指巖石未被固體物質(zhì)充填的那部分空間。為了衡量巖石孔隙的發(fā)育程度，人們提出了孔隙度（率）的概念。巖石中全部孔隙體積（Vp）與巖石總體積（Vt）的百分比，叫巖石的總孔隙度或絕對孔隙度（φt）：孔隙度越大，說明巖石中的孔隙空間越多，能容納的流體數(shù)量也應(yīng)越大。但是，并不是所有的孔隙都有利于流體的儲存和流動，因為孔隙通?？煞譃槿悾孩俪?xì)管孔隙：管形孔隙直徑＞0.5mm（＞500μm）或裂縫寬度＞0.25mm，液體在重力作用下可自由流動；②毛細(xì)管孔隙：管形直徑=0.5～0.002mm之間，裂縫度寬0.25～0.0001mm，流體的運動受毛管力阻滯，只有在外力＞Pc時才能流動。③微毛細(xì)管孔隙：管形孔隙直徑＜0.0002mm，裂縫寬度＜0.0001mm，流體與周圍介質(zhì)間存在巨大的分子間引力，在通常的T、P下不能流動。從實用角度出發(fā)，只有那些連通的超毛細(xì)管孔隙和毛細(xì)管孔隙才具有實際意義,而那些微毛細(xì)管孔隙和孤立的孔隙對油氣儲集和開采沒有多少實際意義，因此人們又提出了有效孔隙度（φe）的概念，其含義是巖石中相互連通的、允許流體在其中流動的孔隙體積（Ve）與巖石總體積（Vt）之比。即：對同一巖石樣品來講，顯然φt＞φe，生產(chǎn)單位一般使用有效孔隙度這個概念，習(xí)慣上把φe簡稱為φ。砂巖：φe=5～30%，一般10～20%；碳酸鹽巖，φe＜5%。二．滲透性巖石的滲透性是指在一定壓力差下，巖石允許流體通過的能力。嚴(yán)格講，自然界的一切巖石在足夠大的壓差下都具有一定的滲透性，而通常所說的滲透性與非滲透性巖石，是指在地層壓力條件下，流體是否能通過巖石而言，只是一個相對概念，并沒有截然的界限。一般情況下，砂巖、礫巖、多孔的石灰?guī)r、白云巖等都是滲透性巖石；而泥巖、膏鹽、泥灰?guī)r等則是非滲透性巖石。巖石滲透性的好壞是用滲透率來表示的。當(dāng)單相流體通過孔隙介質(zhì)并沿孔隙通道呈層狀流動時，服從達(dá)西公式——達(dá)西直線滲透定律：式中比例系數(shù)k即為滲透率：按SI制，k的單位是μm2，CGS制中，K的單位為達(dá)西（D）和毫達(dá)西（mD），換算關(guān)系是：1mD=987×10-6μm2=0.987×10-3μm2。儲層k值一般在5～1000mD之間，無論在橫向上還是垂向上都有很大變化，捷奧多羅維奇按k大小將儲集層分為五級:Ⅰ級k＞1000mD滲透性極好Ⅱ級k=1000～100mD好Ⅲ級k=100～10mD中等Ⅳ級k=10～1mD差Ⅴ級k=1～0.1mD不滲透Ⅵ級k＜0.1mD致密層應(yīng)該指出，上述滲透率k為單相流體充滿孔隙所測得的巖石滲透率，稱為巖石的絕對滲透率。而在自然界中儲層孔隙內(nèi)常為兩相（油—氣、油—水、氣—水）甚至三相（油—氣—水）流體共存，它們彼此干擾、相互影響，巖石對其中每一單相的滲濾作用與前述單相滲流時有很大差別，為此提出了有效滲透率和相對滲透率的概念。有效滲透率是指儲層中有多相流體共存時，巖石對其中每一單相流體的滲透率。油、氣、水的單相滲透率分別用ko、kg、kw表示。在實際工作中使用更多的是有效滲透率與巖石總滲透率之比，稱相對滲透率（kro、krg、krw）：顯然kro=0～1，上式可用來表示多相滲流時每一相流體的滲透率所占的比例。有效滲透率和相對滲透率不僅與巖石性質(zhì)有關(guān)，還與流體的性質(zhì)及其數(shù)量比例（飽和度）有關(guān)（圖3-1）。圖3-1油水、油氣飽和度與相對滲透率關(guān)系圖（轉(zhuǎn)引自Levorson，1954）三、孔隙結(jié)構(gòu)儲集巖的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系（羅蟄潭、王允誠，1986）。巖石的孔隙結(jié)構(gòu)由孔隙和喉道兩部分組成。孔隙是其中的膨大部分，它們通過較細(xì)的喉道得以溝通?？紫吨饕瞧饍Υ媪黧w的作用，而喉道主要影響巖石的滲透性。巖石中孔、喉分布對油藏的形成與開采意義重大。通過壓汞法、鑄體法及鑄體薄片等多種方法，可以對巖石的孔隙結(jié)構(gòu)有一個較全面的了解。用壓汞法研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)毛細(xì)管原理設(shè)計的。因為非潤濕相流體通過由潤濕相流體組成的介質(zhì)表面，必然會產(chǎn)生毛細(xì)管壓力Pc，其大小與毛細(xì)管半徑rc、界面張力δ、潤濕角θ有關(guān)，可表示為：Pc隨δ、θ、rc的大小不同而變化。由于沉積巖大部分形成于水成環(huán)境中，故巖石一般為親水的，那么油氣通過孔隙介質(zhì)時一般是作為非潤濕相的，都要面臨毛細(xì)管壓力的作用。在實驗時，汞作為非潤濕相，其屬性可近似代表油、氣通過巖石孔隙介質(zhì)時的情形。非潤濕相的汞通過孔隙介質(zhì)時，首先要克服毛管壓力的阻礙，根據(jù)上述公式，毛管半徑大的孔隙毛管壓力小。這樣從外界向巖樣注入汞時，隨外界壓力由小逐漸增大，汞最先進(jìn)入的是一些大的孔隙，然后才是小的孔隙和喉道。根據(jù)不同的外界壓力下注入巖樣的汞量，繪出壓力與汞飽和度的關(guān)系曲線，即為毛細(xì)管壓力曲線或壓汞曲線（圖3-2）。圖3-2毛細(xì)管壓力曲線示意圖（引自西北大學(xué)石油地質(zhì)教研室，1979）鑄體薄片法在研究孔隙結(jié)構(gòu)時，將液體有機(jī)玻璃（紅、藍(lán)）單體在常溫下注入巖樣，經(jīng)高溫聚合成有機(jī)玻璃，磨片后在顯微鏡下觀察，由于有機(jī)玻璃明顯不同于巖石介質(zhì)，故可分辨巖石中的孔、喉分布。鑄體法則是在注入有機(jī)玻璃后，將巖樣在HF中浸泡，溶掉巖石骨架部分后，可觀察孔隙的空間展布、立體構(gòu)架。但此法有時溶解不徹底。通過以上種種方法，即可對巖石的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類評價。一般采用下列幾個參數(shù)：1、排驅(qū)壓力（Pd）排驅(qū)壓力是指孔喉系統(tǒng)中最大連通孔隙所對應(yīng)的毛細(xì)管壓力，亦即沿毛細(xì)管壓力曲線的平坦部分作切線與縱軸相交的壓力值。與之相對應(yīng)的是最大連通孔喉半徑（rd）。由于排驅(qū)壓力既反映了巖石孔隙喉道分布的集中程度，又反映了孔喉的絕對大小，因而是劃分巖石儲集性能好壞的主要指標(biāo)之一。一般說來，孔隙度高、滲透率好的巖樣，其排驅(qū)壓力值就低。2、飽和度中值壓力（Pc50）飽和度中值壓力是指在注入非潤濕相為孔隙空間的50%時相應(yīng)的毛細(xì)管壓力，可以反映孔隙中油、水兩相共存時，油的產(chǎn)能大小。Pc50越大，表明巖石越致密（偏向于細(xì)歪度），生產(chǎn)石油的能力越低，反之，則表示巖石對石油的相對滲濾能力越好，具有較高的產(chǎn)油能力。3、最小非飽和的孔隙體積百分?jǐn)?shù)（Smin%）最小非飽和的孔隙體積百分?jǐn)?shù)表示當(dāng)注入水銀的壓力達(dá)到儀器的最高壓力時，沒有被水銀侵入的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。一開始被人們解釋為束縛孔隙在整個巖石孔隙中所占的比例，后來人們發(fā)現(xiàn)，該值的大小與實驗儀器的最高壓力、巖石的潤濕性、巖石顆粒大小及均一程度、孔隙度與滲透率，甚至膠結(jié)類型，都有密切關(guān)系，而不一定總是代表束縛水飽和度（陳榮書，1994）。但理論上，束縛孔隙越多，So越低，孔隙結(jié)構(gòu)越差。4、孔喉半徑集中范圍和頻數(shù)當(dāng)巖石的孔喉大小分布集中時，在毛細(xì)管壓力曲線就會出現(xiàn)一個水平的平臺。巖石的分選性越好，巖石的孔隙結(jié)構(gòu)越均勻，即最大連通的孔隙喉道集中程度越高，平臺就越平且長?？缀淼拇笮『头植家话憧捎每紫逗淼赖闹鶢罘植贾狈綀D、頻率分布曲線來反映。顯然，孔喉半徑越大，分布越集中，說明巖石孔隙結(jié)構(gòu)越好。值得注意的是，越來越多的人在劃分儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)級別時，綜合使用了巖性、常規(guī)物性、壓汞試驗、鑄體薄片、電鏡掃描及產(chǎn)能等多方面的資料，無疑，這樣的研究更有實用價值。邸世祥等（1991）將孔隙結(jié)構(gòu)級別劃分的三級六亞級方案，即屬此類劃分方法?！欤渤Ｒ姷膬瘜宇愋屯ǔ＃唇M成儲集層的巖石類型可將其分為三大類：碎屑巖儲集層碳酸鹽巖儲集層其他巖類儲集層前兩類在現(xiàn)今的儲量和產(chǎn)量上都很重要，后一類則可望有一些新突破、新進(jìn)展。一．碎屑巖儲集層巖石類型主要包括各種砂巖、砂礫巖、礫巖、粉砂巖等。（一）孔隙特征及影響物性的主要因素碎屑巖儲集層由成分復(fù)雜的礦物碎屑、巖石碎屑和一定數(shù)量的膠結(jié)物組成，其儲集空間主要是碎屑顆粒之間的粒間孔隙，屬于原生孔隙。其次是溶孔。包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔鑄模孔等。它們主要由溶蝕（溶解/淋濾）作用形成。最后還有裂縫、解理縫、層理縫和層間縫。而孔徑小于2μm的微孔則多數(shù)為無效孔隙。邸世祥等（1991）以孔隙產(chǎn)狀為主并考慮溶蝕作用，將碎屑巖儲層的孔隙劃分為八種類型——粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、填隙物內(nèi)孔隙、裂縫孔隙及其溶蝕類型（見圖3-3）。圖3-3孔隙類型示意圖（據(jù)邸世祥等，1991）影響碎屑巖儲集層物性的主要因素有以下幾個方面：1．巖石的礦物組分巖石的礦物組分以石英和長石為主。一般說來，在其它條件基本相同時，石英砂巖比長石砂巖儲集物性好，因為：①長石的親水性和親水油性都比石英強(qiáng)，表面形成較厚液體膜，減少了孔隙流體流動能力；②長石抗風(fēng)化能力不如石英，顆粒表面常有次生高嶺土和絹云母，后者既可吸附油氣，又可因吸水而膨脹堵塞孔隙。2．顆粒的排列方式和大小假設(shè)碎屑顆粒是由同一直徑的理想球體組成，其孔隙度只與排列方式有關(guān)，而與球體大小無關(guān)。計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)理想球體以立方體方式排列時，無論其大小如何，其理論孔隙度始終為47.6%，孔、滲都大；而當(dāng)理想球體以菱面體方式排列時，其理論孔隙度為25.9%，孔、滲都小。自然界中，顆粒大小不可能完全一樣，故由大顆粒構(gòu)建的大孔隙將可能被小的顆粒所充填，于是巖石物性就會變差，因此，細(xì)粒碎屑沉積的孔、滲性（如細(xì)砂巖）也不見得一定就比粗粒沉積物（如礫巖）差。砂巖的孔隙度與滲透率之間一般具有良好的半對數(shù)相關(guān)關(guān)系。3．顆粒的分選和磨圓程度顆粒的分選和磨圓度越高，即雜質(zhì)越少，顆粒越近于球形，越有利于形成較高的孔、滲性。4．成巖后生作用壓實作用：使物性變差，但在高壓帶仍可保持很高的孔隙度，如英國北海K～E的含粉砂白堊，在3000m深處的孔隙度達(dá)45%。溶解作用：使物性變好，因為它是產(chǎn)生溶蝕孔隙，改善儲集層孔隙結(jié)構(gòu)的一種重要作用。值得一提的是，有機(jī)質(zhì)熱成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸和CO2可使儲集層中的碳酸鹽膠結(jié)物及鋁硅酸鹽顆粒大量溶解，從而有助于次生孔隙的形成（Surdam，1984）。對油氣藏的形成來說，深部的溶解作用更有意義，因為它所產(chǎn)生的溶蝕孔隙與油氣的生成、運移和聚集往往有比較好的匹配關(guān)系。將壓實作用和溶解作用綜合起來，孔隙度由淺至深具有由大到小，在某一深度之下又有回升的現(xiàn)象（圖3-4）。圖3-4砂巖孔隙結(jié)構(gòu)演化階段的劃分與孔隙度的分布（據(jù)V.Schmidt等，1979）膠結(jié)作用：膠結(jié)物的數(shù)量、類型和成分對物性也起一定作用。一般，膠結(jié)物的含量高者為基底式或孔隙-基底式膠結(jié)；含量低者多為接觸式或接觸-孔隙式膠結(jié)；在成分上硅質(zhì)或硅-鐵質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石較致密，儲油物性較差，泥-鈣質(zhì)或鈣質(zhì)膠結(jié)的巖石較疏松，儲油物性較好。應(yīng)該說，膠結(jié)作用通常被看作是影響物性的消極因素。（二）碎屑巖儲集層的成因類型碎屑巖儲集層的主體是砂巖體，研究儲集層就必須從砂巖體著手。所謂砂巖體是指在某一沉積環(huán)境下形成的具有一定形態(tài)、巖性和分布特征，并以砂質(zhì)巖為主的沉積巖體。其形狀有席狀、帶狀和樹枝狀等。近年來逐漸建立了以沉積環(huán)境為主要依據(jù)的砂巖體成因分類，已提出的與油氣有關(guān)的常見成因類型有：河流、三角洲、海岸、濁積、湖泊砂巖體等。每一種成因類型的砂巖體都具有其一定的空間展布特征。1．河流砂巖體河流砂巖體以砂質(zhì)為主，成分復(fù)雜、分選差～中等，形狀不規(guī)則，平面常呈帶狀，可分叉，剖面上呈下凹上凸形狀，孔、滲性常隨地區(qū)而異，變化很大，厚幾～幾十米，寬幾～幾百米，長可達(dá)數(shù)百km。2．三角洲砂巖體三角洲可分為：三角洲平原：分流砂道砂巖體三角洲前緣：水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)壩、前緣席狀等砂巖體前三角洲：以泥巖為主3．海岸砂巖體主要有海灘砂、砂壩、堤島、風(fēng)成砂丘等砂巖體，一般呈帶狀或串珠狀沿岸線分布，分選好，圓度大，巖性以中細(xì)砂巖為主，較疏松，孔、滲都較高，有良好儲油性能。其中又以海退型砂巖體含油性更好（因下細(xì)上粗，具良好生儲配置條件）。4．濁積砂巖體平面形態(tài)是扇形，成因有海底扇、深海扇、湖底扇等。由根部→前緣，由下部→上部，分選由差變好，扇體的扇中部分（“扇腰”）一般有分選較好的砂質(zhì)沉積，可構(gòu)成良好儲層，由于砂巖體發(fā)育于深水泥巖之中，故有豐富油源。5．湖泊砂巖體砂巖體類型多種多樣，其中以濱淺湖的湖灘砂巖和湖成三角洲砂巖體最為發(fā)育，儲集物性也好。如大慶K湖成三角洲砂巖復(fù)合體即構(gòu)成其主要產(chǎn)層。二．碳酸鹽巖儲集層1960s以來，從碳酸鹽巖中獲得的油氣產(chǎn)量和儲量迅速上升。有資料報道：其石油儲量已接近世界儲量的50%，產(chǎn)量已達(dá)世界產(chǎn)量的60%以上（趙重遠(yuǎn)，1988）。據(jù)不完全統(tǒng)計：目前世界上有9口日產(chǎn)量曾達(dá)萬噸以上的高產(chǎn)油井，其中有8口屬于碳酸鹽巖儲集層。油氣資源豐富的中東地區(qū)有34個儲量大于3億t的大油氣田，以碳酸鹽巖為儲集層的就有28個，占總數(shù)的82%，擁有的可采儲量362.8億t，占總量的67.8%。近20年來，我國先后在四川、冀中（任丘）、塔里木、陜甘寧等地找到了以碳酸鹽巖為儲層的大型油氣田。這些資料說明，在碳酸鹽巖中尋找油氣資源的前景是廣闊的。（一）孔隙空間特征及其影響因素碳酸鹽巖儲集層主要是一些多孔的粒屑灰?guī)r、生物骨架灰?guī)r和白云巖等。其孔隙類型可分為：原生孔隙、次生孔隙（圖3-5）和裂縫三類。圖3-5碳酸鹽巖孔隙類型示意圖（黑影部分代表孔隙）（張厚福、據(jù)張萬選，1989）1．受組構(gòu)控制的原生孔隙（組構(gòu)——巖石顆粒排列結(jié)構(gòu)）受組構(gòu)控制的原生孔隙是碳酸鹽巖沉積過程中形成的，沒有遭受嚴(yán)重成巖作用改造的孔隙，屬于這一類型的有：①粒間孔隙：受能量條件限制；②遮蔽孔隙：在較大生物殼體/碎片遮蔽下形成；③粒內(nèi)孔隙：沉積前顆粒生長過程形成，如生物體腔內(nèi)孔；④生物骨架孔隙：原地生長的造礁生物，如群體珊瑚骨架間保留的一部分空間；⑤生物鉆孔（潛穴）孔隙：較為少見，常被完全充填；⑥鳥眼孔隙：沉積物所含有機(jī)體腐爛，降解放出氣體后形成的；⑦收縮孔隙：灰泥沉積由于間歇性暴露于空氣中，脫水收縮而成不規(guī)則裂隙；⑧晶間孔隙：常呈棱角狀，邊緣平直。2．溶解作用形成的次生孔隙指碳酸鹽巖礦物或其它伴生的易溶礦物被地下水、地表水溶解后形成的孔隙。主要有：①粒內(nèi)溶孔和印?？祝河捎陬w/晶粒內(nèi)部選擇性溶解作用溶蝕形成，早期產(chǎn)物是粒內(nèi)溶孔，如負(fù)鮞粒，后期整個顆粒被溶，形成與原顆粒大小、形狀完全相似的孔隙稱為印?？?；②粒間溶孔：粒間膠結(jié)物/雜基被溶之后形成的；③溶孔、溶洞、溶溝：屬非組構(gòu)選擇性孔隙，不受原巖結(jié)構(gòu)控制，而受地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地表水的溶解作用控制，直徑幾個mm為溶孔，大型為溶洞，在裂縫基礎(chǔ)上溶蝕成的是溶溝孔隙；④角礫孔隙：強(qiáng)烈溶解引起原巖崩塌，形成局部角礫堆積，發(fā)育角礫孔。3．裂隙裂隙是碳酸鹽巖儲層中重要的、早為人知的孔隙類型。一般產(chǎn)生于成巖期和成巖后，都屬于次生范疇，按成因可分為成巖裂縫和構(gòu)造裂縫：成巖裂縫主要產(chǎn)生在壓實和壓溶作用下，受巖性影響較大，如層間縫、縫合線。由于其延伸不遠(yuǎn)，故其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫是巖石受構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的。其特點是延伸遠(yuǎn)、成組分布、具一定方向性，可分為張、壓、扭性。裂縫的分布在剖面上往往出現(xiàn)在一定層位（巖性），并且一般來說，巖石越脆越易于形成裂縫；平面上受構(gòu)造控制，發(fā)育在一定的構(gòu)造部位，如背斜的頂部。影響碳酸鹽巖儲集層物理性質(zhì)的因素主要有：①沉積環(huán)境：即介質(zhì)的水動力條件，水動力條件強(qiáng)有助于原生孔隙的形成。②溶解作用：地下水帶走了易溶礦物，結(jié)晶礦物的溶解度與許多因素有關(guān)。③成巖后生作用：碳酸鹽巖的孔隙在它形成的地質(zhì)歷史中是不斷變化的。沉積時期所形成的原生孔隙會因其后發(fā)生的各種次生變化而改變。主要包括：重結(jié)晶作用——隨溫度、壓力的升高，礦物成分不變，而晶體大小、形狀和排列方位發(fā)生了變化，使得原本致密、細(xì)粒結(jié)構(gòu)的巖石→粗粒、疏松、多晶間孔隙的巖石，從而改善了儲層物性；白云巖化作用——即白云石取代方解石、硬石膏和其它礦物的作用。一般對孔、滲性有好的作用。④膠結(jié)作用：在碳酸鹽巖的孔隙系統(tǒng)改造中無疑是頭等重要的?？砂l(fā)生在沉積物堆積之后的任何階段，并可以多次進(jìn)行，多世代的膠結(jié)對孔隙系統(tǒng)的破壞作用更為嚴(yán)重。碳酸鹽巖中的主要膠結(jié)物是亮晶方解石，此外石膏、硬石膏也較常見。（二）常見碳酸鹽巖儲層的類型及其特征由于碳酸鹽巖儲集特征受后期改造的作用較大，因此不能象碎屑巖那樣單純根據(jù)其成因環(huán)境（砂巖體）進(jìn)行分類。理想的分類方案應(yīng)將碳酸鹽巖沉積的成因特征與其中的孔隙形成特征相結(jié)合，目前所見到的分類方案還不能完全滿足上述要求，這里我們暫按碳酸鹽巖中儲集空間類型的不同，將碳酸鹽巖儲集層分為四種：1.孔隙型儲集層（包括礁型）發(fā)育顆粒間的各種孔隙，世界上許多特大油田的儲層都屬此類，如沙特加瓦爾油田是J3砂屑灰?guī)r（主要由鈣藻、有孔蟲、層孔蟲等生物骨屑組成）產(chǎn)油；2.溶蝕型儲集層發(fā)育各種溶蝕孔隙，在巖溶發(fā)育地區(qū)巖洞、巖溝常互相連通。這類儲層常分布在不整合面及大型斷裂附近，地下水沿不整合面或斷裂帶向下滲透淋濾，形成洞穴發(fā)育的溶蝕帶，鉆井時常出現(xiàn)放空現(xiàn)象。3．裂縫型儲集層主要在致密、性脆、質(zhì)純的碳酸鹽巖發(fā)育各種構(gòu)造裂縫，尤其在它們縱橫交錯構(gòu)成裂縫網(wǎng)時更是良好的儲集層。伊朗的許多世界性大油田都是以第三系阿斯馬利石灰?guī)r裂縫型儲層產(chǎn)油，突出特點是單井日產(chǎn)量高，加奇沙蘭油田的單井日產(chǎn)量最高可達(dá)13000t/d，年平均4200t/d。4．復(fù)合型儲集層實際上多數(shù)碳酸鹽巖儲層是復(fù)合型。原生孔隙、溶蝕洞穴、裂縫同時出現(xiàn)，或發(fā)育其中的兩種。如任丘古潛山油藏，即是由溶蝕—裂縫復(fù)合型儲層形成的。（三）碳酸鹽巖與砂巖儲集性質(zhì)的比較碳酸鹽巖儲集層與砂巖儲集層相比較，它的儲集空間類型多，次生變化大，導(dǎo)致儲集層具有更大的差異性、復(fù)雜性和多樣性等特點。現(xiàn)將上述兩大類儲集層的主要特征對比如下表：由表3-1不難看出，與砂巖相比，碳酸鹽巖儲集層具有以下特點：（1）孔隙的大小和形狀變化很大，從完全取決于巖石組構(gòu)要素直到完全無關(guān)。（2）孔隙的成因極為復(fù)雜。生物骨架碳酸鹽巖的分泌作用、沉積物的堵塞、巖石的破裂作用、沉積顆粒的溶解、生物鉆孔或有機(jī)質(zhì)分解等，都可在碳酸鹽巖中形成各種孔隙。（3）孔隙分布與巖石組構(gòu)要素之間的關(guān)系變化也很大，可以完全依屬，也可以毫不相關(guān)（即非組構(gòu)性選擇孔隙）?？傊?，碳酸鹽巖的儲集特征要比砂巖復(fù)雜得多。三．其它巖類的儲集層是指除碎屑巖和碳酸鹽巖以外的各種巖類儲集層，如泥質(zhì)巖、巖漿巖、變質(zhì)巖等。盡管種類多，但在世界油氣總儲量中只占很小的比例。因此其意義遠(yuǎn)不如碎屑巖和碳酸鹽巖儲集層，但這一類型巖石為研究油氣儲集層擴(kuò)大了視野，它的意義無疑是重要的。到目前為止，我國已在火山巖、結(jié)晶基巖、泥巖里獲得工業(yè)油流，并且具有一定生產(chǎn)能力。表3-1砂巖與碳酸鹽巖儲集性質(zhì)的比較（據(jù)燃料化學(xué)工業(yè)部技術(shù)情報研究所，1973，引自張厚福、據(jù)張萬選，1989簡化）特征砂巖碳酸鹽巖沉積物原始孔隙度一般25～40%一般40～70%巖石的最終孔隙度一般為原始孔隙度的一半或一半以上，儲集層普遍為15～30%一般是原始孔隙度的很小一部分或近于零，儲集層中普遍為5～15%孔隙類型幾乎全為粒間孔隙初始粒間孔隙較多，但由于沉積以后的改造，溶洞、裂縫發(fā)育，變化很大孔隙大小與沉積的關(guān)系與顆粒直徑和分選作用密切相關(guān)與顆粒分選作用和直徑關(guān)系較小，受次生作用影響較大孔隙形狀主要取決于顆粒形狀變化很大成巖作用對物性的影響由于壓實作用和膠結(jié)作用，原始孔隙有所減小影響很大，能夠形成、消失或完全改變孔隙。膠結(jié)作用和溶解作用很重要裂隙對儲層物性的影響一般不重要影響很大孔隙性與滲透性之間的關(guān)系比較一致，一般決定于顆粒大小和分選情況兩者關(guān)系變化很大，一般與顆粒大小、分選情況無關(guān)1.火山巖儲集層以火山碎屑巖作為儲層的油田較常見，而以火山噴發(fā)巖作儲層的則不多見。下遼河坳陷一油田在Es3下部的火山巖里獲得了工業(yè)油流，巖性為凝灰?guī)r、粗面巖，初產(chǎn)量可達(dá)14t/d，酸化后可增到數(shù)十t，其φ=17-25%，k=1-90md，裂隙率2-3%?；鹕綆r含油性取決于兩個因素：①發(fā)育于生油層系之中或在其鄰近，油源較為充足；②儲油物性好壞（特別是裂縫發(fā)育程度）。2.結(jié)晶巖儲集層指各種結(jié)晶了的巖漿巖和變質(zhì)巖系，它們往往構(gòu)成了沉積蓋層的基底，故這類儲層多發(fā)育在不整合帶。在盆地邊緣斜坡及盆內(nèi)古地形突起上，位置較高，風(fēng)化孔隙更發(fā)育，同時構(gòu)造條件使裂隙加強(qiáng)，形成有一定方向性和連通性的裂隙密集帶。因此這類儲層的儲集空間主要是一些風(fēng)化孔隙，裂隙，以及構(gòu)造裂縫。3.泥質(zhì)巖儲集層泥質(zhì)巖一般可作生油層，而無法作為儲層，因其孔隙細(xì)小（屬微毛細(xì)管孔隙），毛細(xì)管壓力很大，流體在地層壓力下不易流動。只有那些較脆的泥質(zhì)巖，如頁巖、鈣質(zhì)泥巖，在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生了較密集的裂縫，或泥質(zhì)巖中含有易溶成分如石膏、鹽巖等，經(jīng)地下水溶蝕形成溶孔、溶洞時，才能作為儲集層。柴達(dá)木盆地油泉子油田第三系鈣質(zhì)泥巖，因有了密集的裂縫而使油儲集于其中，形成工業(yè)產(chǎn)層。四、儲層評價的原則與方法儲集層是油、氣儲存、聚集的場所，它的有無與發(fā)育程度，往往影響一個地區(qū)油氣的有無及豐富程度，是評價一個地區(qū)、一個構(gòu)造含油性的重要條件，是油氣勘探中的核心問題之一，所以在油氣勘探的各個階段對儲層的評價和研究，從來都是石油地質(zhì)學(xué)家的一項十分重要的任務(wù)。從儲集層研究的實際出發(fā)，我們認(rèn)為儲層評價中應(yīng)遵循以下兩個基本原則（據(jù)?？傡?，1988修改）：1.宏觀與微觀研究相結(jié)合儲層研究的任務(wù)主要有：（1）通過區(qū)域性相分析，找出有利相帶的部位，并確定其類型、展布和規(guī)模。（2）查明該地質(zhì)體（如砂巖體）中孔隙發(fā)育的層段、厚度、儲集空間的類型與成因及孔隙結(jié)構(gòu)持征。（3）確定孔隙空間的分布規(guī)律及其連通性情況（4）研究油氣水在其中的分布規(guī)律這里（1）是宏觀研究方面內(nèi)容，（2）（3）（4）是關(guān)于微觀研究的。也就是說，對儲集層的分布可以從宏觀上加以研究，如相分析、地震地層學(xué)解釋，而對儲集層的物理性質(zhì)，則從微觀角度研究在某種程度上更為重要，因為儲集層物性直接控制了在有利相帶中是否能夠含油，以及產(chǎn)油的潛能等等。2.采取綜合研究的方法儲集層的性質(zhì)單靠一種技術(shù)手段恐怕難以反映其全部面貌，而必須采用綜合研究的方法。儲層的微觀研究從根本上講就是研究其孔隙性和滲透性，目前的研究分析技術(shù)和研究手段歸納起來有以下五個方面：（1）野外地質(zhì)調(diào)查，盆地四周出露地層；（2）地層錄井資料分析（氣泡）；（3）測井資料解釋（解釋φ、R、So）；（4）實驗室?guī)r心分析（直接分析孔滲性、孔隙類型大?。?；（5）開發(fā)動態(tài)資料分析（產(chǎn)液量井間干擾、放空、井漏）。此外，為了解釋孔隙的成因，還要通過研究它與周圍的礦物顆粒、基質(zhì)和膠結(jié)物之間的關(guān)系，才能做出正確的判斷，需采用薄片鑒定、掃描電鏡（不破壞巖石原來結(jié)構(gòu)）、探針和陰極發(fā)光法（區(qū)分不同時期或不同組分構(gòu)成的碳酸鹽巖礦物）、染色法（區(qū)分方解石和白云石）等。由此看來，必須綜合各方面的資料加以研究，才能搞清地下儲層的分布規(guī)律和物理性質(zhì)。五、我國主要油氣區(qū)儲集層的類型和時代分布我國油氣區(qū)內(nèi)的儲層，既有海相地層也有陸相地層，有碎屑巖、碳酸鹽巖，也有其它巖類，從時代上看，從前震旦紀(jì)一直到第四紀(jì)都有分布（見表3-2）?！?蓋層蓋層——位于儲集層之上，能封隔儲集層，阻止其中的油氣向上逸散的巖層。一、蓋層的形成機(jī)理蓋層之所以能夠封隔油氣層，是由一定的封閉機(jī)制造成的，目前一般認(rèn)為蓋層有三種形成機(jī)制：1.排替壓力差封閉表3-2我國主要油氣區(qū)儲集層類型與時代分布時代油區(qū)QNEKJTPCSO∈ZAnZ塔里木▲▲▲▲★準(zhǔn)噶爾▲▲▲▲▲◆吐哈▲柴達(dá)木▲▲▲▲玉門▲◆鄂爾多斯▲▲▲▲★★四川▲★★★★江漢▲蘇北▲南襄▲渤海灣▲▲◆◆★★★◆松遼▲二連▲▲海洋▲▲臺灣▲（▲—碎屑巖儲層，★—碳酸鹽巖儲層，◆—其它巖類儲層）又叫毛細(xì)管封閉，這種封閉機(jī)制主要靠蓋層的最大喉道和儲集層的最小孔隙之間的毛細(xì)管壓力差來封蓋儲集層中的油氣，這種封閉機(jī)制與蓋層的厚度關(guān)系不大，故又稱薄膜封閉。蓋層和儲層的毛細(xì)管壓力差，可用實驗室中測定的排替壓力差代表，即儲、蓋層之間的排替壓力差。蓋層的封閉能力可用單位面積上所封存的油（氣）柱高度（Zh）來衡量，如在靜水條件下可寫成：δ—界面張力，ρw/ρo—水/油的密度，rt—蓋層最大喉道半徑，rp—儲層最小喉道。毛細(xì)管封閉機(jī)制是蓋層最古老、最普遍的封閉類型，只要巖石物性上有變化即可在不同程度上形成封閉，常見的形式有斷層封閉和蓋巖封閉兩種，如圖3-6所示。圖3-6毛細(xì)管封閉的兩種主要封閉形式（據(jù)李明誠，1994）2.異常壓力封閉它依靠蓋層中的異常壓力來封閉儲層中上浮的油氣，當(dāng)上覆地層中水柱壓力大于下伏儲集層中的烴柱壓力時，上覆層即可構(gòu)成對下伏油氣的有效封閉，如圖3-7所示。圖3-7異常壓力對油氣的封閉作用示意圖如果蓋層中的異常流體壓力≥最小水平應(yīng)力時，蓋層會因發(fā)生破裂而喪失其對油氣的封閉性。所以蓋層中的異常流體壓力不是越大越好，而應(yīng)是有限度的超壓層巖。3．烴濃度封閉分子擴(kuò)散是物質(zhì)傳遞的一種重要方式，理論上，只要兩地存在濃度差，分子就會發(fā)生布朗運動，從而進(jìn)行自發(fā)的物質(zhì)和能量傳遞，直至達(dá)到濃度平衡為止。蓋層的烴濃度封蓋只存在于具有生烴能力的泥巖蓋層中，當(dāng)蓋層中的烴濃度大于儲集層中的烴濃度時蓋層將對烴分子的擴(kuò)散作用起抑制作用。此外，厚度也是影響烴濃度封閉的重要因素之一。對比發(fā)現(xiàn)，如果蓋層具有生烴能力，且又具有異?？紫读黧w壓力，厚度越大，泥巖蓋層的烴濃度封閉能力越強(qiáng)，反之則越弱。二、蓋層的相對性當(dāng)然，蓋層的封閉性并不是絕對的，是在一定條件下才具有的，具有一定相對性（?？傡?，1992）。具體表現(xiàn)為：（1）蓋層是相對于儲層而存在的，離開某個具體儲層；蓋層也就失去其存在的意義；（2）上覆巖層能否起蓋層作用，單就毛細(xì)管封閉而言，關(guān)鍵在于它與下伏巖層間是否存在毛細(xì)管壓差，而巖石類型沒有絕對意義，僅憑巖石類型來確定儲、蓋層遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如有的地區(qū)泥巖作儲層，而有的地區(qū)砂巖卻可作蓋層。（3）由上述公式可知，因為天然氣密度ρg≤ρo，具有的浮力更大，故封閉氣層更加不易。因而，一個擁有一定排驅(qū)壓力的巖層可能對油來說是很好的蓋層，而對氣則不一定有效。（4）由于巖層的毛管性質(zhì)在空間上的變化，在同一盆地或地區(qū)的一個巖層，在甲地是下伏儲層的有效蓋層，到了乙地可能因其性質(zhì)發(fā)生改變而失去其封閉油氣的功能。此即蓋層相對性的全部內(nèi)涵。三、蓋層的主要巖性類型盡管巖石類型對蓋層來說沒有什么絕對意義，但以統(tǒng)計意義上講，常見的蓋型又往往局限于以下幾種類型：鹽巖、石膏層，由于具可塑性和流變效應(yīng)，封閉性最好，如中原C-P煤成氣層的蓋層。泥質(zhì)巖層：泥巖、層巖，我國大部分油田的蓋層均屬此類，如渤海灣盆地的主力產(chǎn)油層ES2-4，其區(qū)域蓋層為ES1中部的暗色泥巖、頁巖（自上而下，依次是Es1→Es4）。滲透性較差的砂巖、石灰?guī)r也可作為蓋層，如長慶T3y含水細(xì)砂巖，即封存了其下的含油層，但由于蓋層封閉性差，蓋層下的油層產(chǎn)能往往不高。除此之外，鋁土巖和煤層有時也可作為油氣藏的蓋層，如陜甘寧盆地中部大氣田，下古生界主力儲層是馬家溝組第五段，蓋層是奧陶系不整合面上的本溪組均質(zhì)性鋁土巖（厚3-8m，由菱形團(tuán)柱狀三鋁水石組成，k=6.5×10-9μm2,φ=3.5%，突破壓力13.3MPa）。四、蓋層評價及其參數(shù)的選擇有關(guān)蓋層的研究最初僅建立在巖性-巖石學(xué)等的定性標(biāo)志基礎(chǔ)之上，隨后人們曾提出過一些定量標(biāo)志，如巖石的物理、機(jī)械性、滲濾性和擴(kuò)散滲透性等，另外，利用沉積相和地球物理測井資料在評價蓋層分布和判別封蓋能力方面取得良好的效果。王少昌等人（1987）對陜甘寧盆地16口探井的441塊上古生界泥巖樣品在飽含不同介質(zhì)（空氣、煤油和水）條件下的排替壓力、滲透率等多項物理參數(shù)的分析結(jié)果表明，排替壓力受滲透率控制，其大小與巖石的泥質(zhì)含量、顆粒結(jié)構(gòu)、礦物成份和巖石所含流體的性質(zhì)有關(guān)，可以作為衡量、評價蓋層封閉能力的標(biāo)準(zhǔn)。排替壓力在飽含水時最高，飽和空氣所時最低；泥質(zhì)含量增高，滲透率降低；巖石結(jié)構(gòu)較粗且單一時，滲透率大，反之則較小；礦物成分以高嶺石和伊利石為主時，具有較高封閉性，而當(dāng)綠泥石含量＞20%時，封閉能力較差。他們還根據(jù)氣體絕對滲透率和巖石飽含不同介質(zhì)（空氣、煤油和水）條件下的排替壓力兩項實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合巖性標(biāo)志，對蓋層封閉能力劃分了等級（表3-3）。表3-3泥質(zhì)巖封閉能力評價等級表（據(jù)王少昌等，1987）類別氣體絕對滲透率（mD）排替壓力（Kg/cm2）主要巖性遮擋能力級別空氣煤油水110-647170750粉砂質(zhì)泥巖泥