储层岩石是油气系统中最重要的组成部分之一;没有它,油气生产既不现实也不可行。虽然烃源岩产生石油,运移机制输送油气,但正是储层岩石使得油气的储存和经济开采成为可能。在石油工业中,人们常说“储层就是一切”,因为储层的质量、类型、孔隙度、渗透率和物理性质直接决定了油田的产量和经济价值。
本文全面探讨了油藏岩石的定义、特征、类型、形成过程、研究方法和工程挑战,并全面介绍了油藏岩石在油田勘探开发中的作用。
什么是储层岩?
储层岩石是指能够储存和输送油气资源的岩石。这些特性主要取决于岩石的孔隙度和渗透率。
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孔隙度是指岩石内部能够容纳石油、天然气和水的空隙量。
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渗透率是指岩石输送流体的能力;也就是说,石油或天然气能够多好地穿过岩石的空隙并流向油井。
如果两块岩石的孔隙度相同,但其中一块岩石的渗透率更高,那么它作为储层的价值就会高得多。
哪些岩石可以作为石油储层?
一般来说,有两种主要类型的岩石可以作为储层岩石:
1.碎屑沉积岩
这些岩石是由其他岩石的破碎颗粒堆积和胶结形成的。最重要的沉积岩是:
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砂岩
是孔隙度和渗透性最高的沉积岩,是公认的储层材料。其颗粒结构形成连续的孔隙网络,非常适合油气储存和流动。 -
砾岩
虽然砾岩可能具有良好的孔隙度,但其胶结作用和粒间孔隙度变化很大。
2. 碳酸盐岩
世界上约有60% 到 70% 的石油储层是碳酸盐岩。
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石灰石
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白云石
碳酸盐岩由于溶解等成岩作用会形成次生孔隙,因此可能非常复杂,但同时也是产量极高的储层。
储层岩石的孔隙类型
1. 原生孔隙度
它指的是岩石形成时就存在的孔隙率,例如:
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砂岩的粒间孔隙度
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白云石中原生晶体间的孔隙
2. 次生孔隙度
它是由沉积后过程形成的:
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物质在碳酸盐中的溶解
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裂缝和裂纹空间
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喀斯特地貌
在许多碳酸盐岩油藏中,次生孔隙度是石油储存和生产中最重要的因素。
渗透率及其在石油生产中的作用
渗透率通常以达西或毫达西为单位进行测量。
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高渗透性(>1000 mD) → 优异的产量
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中等渗透性(10–1000 mD) → 可接受
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低渗透性(1–10 mD) → 需要改进的采集方法
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超低渗透率(<1 mD) →页岩等非常规资源
虽然孔隙度和渗透率是相关的,但有些岩石可能具有良好的孔隙度和很低的渗透率,例如许多碳酸盐岩。
储层岩石形成过程
1. 沉淀
沉积岩中孔隙度的初始作用取决于沉积时间:
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粒度
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如何分层
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沉积环境(三角洲、海岸、河流、浅海、珊瑚礁等)
2. 压实
在深层土壤中,沉积物的重量会降低孔隙度。这一因素对砂岩的影响尤为显著。
3. 成岩作用
沉积后发生的变化:
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水泥化
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溶解
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白云石化
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骨折
成岩作用可以降低或增加孔隙度。
理想储层石的必要特征
1.高有效孔隙度
2.显著渗透率
3.适宜的储层厚度
4.岩石的横向连续性
5.稳定的岩石物理性质
6.无过多水泥填充空隙
7.可控裂缝(如有需要)
储层岩石在油田形成中的作用
石油系统由五个主要要素组成:
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原石
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水库石
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盖层
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迁移机制
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油气分离器(捕集器)
储层岩层是石油运移后沉积和聚集的地方。没有储层岩层,就没有具有经济价值的油田。
根据流动行为划分的水库类型
1. 常规油藏
石油和天然气储存在具有足够孔隙度和渗透性的环境中,并且可以利用自然压力开采出来。
2. 非常规油气藏
例如:
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油页岩
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页岩气
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非常坚硬的砂岩
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致密和裂隙状碳酸盐
这些油藏渗透率很低,需要进行水力压裂。
储层岩石的研究方法
1.测井研究
测井工具包括:
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伽马
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密度
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电阻
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中子
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核磁共振
石油的岩石物理参数,如含油饱和度、孔隙度和渗透率,可以表征石油的特性。

2. 取芯
岩心钻探是直接观察储层岩石的最佳方法。
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孔隙率检查
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渗透性
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薄片
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SCAL 和 RCAL 测试
3. 地震仪(地震学)
它用于识别圈闭、构造和储层扩展。
4. 地质和数值模拟
3D坦克模型包括:
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几何学
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储罐特性
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压力和温度
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流体分布
这些模型对于预测生产过程中油藏的行为至关重要。
生产过程中储罐的行为
1. 储罐压力
油藏的初始压力和驱动机制是决定产量和产量的主要因素。
推进机构:
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气溶胶漂移
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气顶推力
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水流
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重力漂移
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联合推力
2. 气油比(GOR)
胃食管反流增多可能是以下情况的征兆:
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靠近油箱盖
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压力降低
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开放性骨折
是。
3. 储层岩石特性与生产的关系
有些岩石在较低压力下会发生压实,导致孔隙度降低。页岩和碳酸盐岩中就存在这种现象。
常见的油罐岩石问题
1. 沥青质和石蜡沉积
在毛孔中造成流动受阻。
2. 沙子生产
发生于松散砂岩中,会对设备造成损坏。
3. 粘土膨胀
在含有蒙脱石的火成岩中,它会导致渗透性降低。
4. 异质性
碳酸盐岩的一个显著特征,也是储层开发面临的一大挑战。
提高油藏产能
1. 基本方法
利用储罐的自然压力。
2. 辅助方法
注水或注气以维持压力。
3. 三级采油方法(EOR)
通过以下方式提高收成:
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二氧化碳注入
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化学注射
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热法
选择合适的方法直接取决于储层岩石的特性。
储层岩石的经济重要性
拥有良好储层岩石的油田可以:
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拥有可持续的长期生产能力
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降低开发成本
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对复杂技术的需求减少
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提供更高的回收率
相比之下,致密油气藏和非常规油气藏的开采成本要高得多。
结论
储层岩石是任何石油系统的主要组成部分,也是决定性因素。从颗粒结构和岩石类型到成岩作用、裂缝、孔隙度和渗透率,所有这些都会影响其质量和性能。准确了解储层岩石不仅对勘探至关重要,而且对建模、开发、生产和油田管理也同样重要。