02第二章：储集层和盖层

第二章储集层和盖层

§2.0储集层和盖层

我们时常从书本里或新闻节目中了解到，油田开采过程中发生井喷、喷出黑色的油柱或长舌状的火焰（人工点燃气体后），我们还知道，我国大庆油田自1959年被发现（松基3井）至今已有近五十年的历史，累计采油近20亿吨，而大庆油田仍通过磕头机源源不断地采出石油，保持较高产量的连续多年稳产，人们不禁要问，难道地下真有“油湖”或“油河”？

人类历经两千多年来对油气的利用和探索，特别是经过近代150年来的油气勘探、开发实践，始终没有发现地下的“油湖”或“油河”的存在，却证实地下的石油、天然气都是储存在岩石的空隙中。

我们把凡是具有连通空隙、能使流体储存并在其中渗滤的岩石(层)，称为储集岩(层)。并非所有的储集层中都储存了油气，如果储集层中储存了油气，就称为含油气层，业已开采的含油气层称为产油气层。

储集层是油气聚集成藏的基本要素，其物理性质及其分布、发育特征直接影响甚至控制着地下油气分布状况、储量和产能。

§2.1.1储集层的物理性质

储集层的物理性质通常包括其孔隙性、渗透性、孔隙结构，含油气层还包括其含油气饱和度等。

一、储集层的孔隙性

储集层的孔隙性是指空隙形状、大小、连通性与发育程度。岩石中的空隙按其形状可分为孔隙和裂缝两大类。孔隙是三维发育的，裂缝主要是二维延展的。较大的孔隙则笼统地称为孔洞或洞穴，“孔”与“洞”没有严格界限，一般界限为1-4mm。

按照孔隙大小可分为三种类型：超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙（表2-1）。

表2-1 孔隙/裂缝大小分类表

（1）超毛细管孔隙：管形孔隙直径大于0.5mm，裂缝宽度大于0.25mm者。在超毛细管孔中液体能在重力作用下自由流动。岩石中的大裂缝、溶洞及胶结疏松砂岩的孔隙大多属于此类；

（2）毛细管孔隙：管形孔隙直径介于0.0002mm-0.5mm之间、缝宽介于0.0001mm-0.25mm之间者。在毛细管孔中，由于液体质点之间及液体与孔隙壁之间均处于分子引力的作用下，故其中的液体在重力作用下不能自由流动。要使液体沿毛细管孔移动，需要明显超过重力的外力去克服毛细管阻力。一般砂岩的孔隙属于此类；

（3）微毛细管孔：管形孔隙直径小于0.0002mm或裂缝缝宽小于0.0001mm者。在这类孔隙中分子间的引力往往很大，在油层条件下其中的液体是不能沿微毛细管孔移动的。泥页岩中的孔隙大多属于此类。

岩石孔隙的发育程度用孔隙度来表示。孔隙度可分为总孔隙度（绝对孔隙度）、连通孔隙度和有效孔隙度。

总孔隙度(Φt)也称绝对孔隙度，系指岩石中全部孔隙体积(Vt)与岩石体积(Vb)之比值(以百分数表示)，即

连通孔隙度(Φc)是指岩石中相互连通的孔隙体积(Vc)和岩石体积(Vb)之比(以百分数表示)，即

有效孔隙度（Φe）是指岩石中参与渗流的连通孔隙即超毛细管孔隙和毛细管孔隙之和（Ve）与岩石总体积（Vb）之比(以百分数表示)，即

由于储层中，特别是碳酸盐岩储层中，存在孤立的与其它孔隙不连通的“死孔隙”，因此很显然，总孔隙度＞连通孔隙度＞有效孔隙度。

在含油气层工业评价时只有有效孔隙度才有真正的意义，因此习惯上把有效孔隙度简称为孔隙度。砂岩

储集层的有效孔隙度变化在5％-30％之间，一般为10％-20％；碳酸盐岩储集层的孔隙度一般小于5％。Levorsen(1954，1967)按孔隙度的大小将砂岩储集岩分为5级(表2-2)。

表2-2 砂岩孔隙度评价

岩石的裂缝发育程度用裂缝孔隙度表示。裂缝孔隙度（φt ）又称裂隙率，是指裂缝体积（ Vf ）与岩石体积(Vb)之比(以百分数表示)，即

（2－4）

§2.1.2 储集层的物理性质

不同的裂缝模型，裂缝孔隙度有不同的计算公式：

① 板片裂缝模型（图2-1）

图2-1 板片裂缝模型

岩石发育一组相互平行的裂缝。设裂缝的间距为d ，裂缝宽度为e ，则板片模型裂缝性储集层的裂隙率(Φf )可用裂缝宽度和裂缝间距表示(Nelson ，1985)：

式中d 为平行裂缝之间的平均间距；e 为裂缝的平均有效宽度。

②火柴杆裂缝模型（图2-2a）

设两组裂缝相互垂直，裂缝间距分别为d1和d2，裂缝宽度分别为e1和e2，则火柴杆模型裂缝性储集层的裂隙率(Φf)按下式计算：

当裂缝间距平均为d，裂缝宽度平均为e时，则：

（2－6）

③立方体裂缝模型（图2-2b）

图2-2 裂缝模型图

a)火柴杆式b)立方网格式

设有三组相互垂直的裂缝，其间距分别为d1、d2和d3，裂缝宽度分别为e1、e2和e3，则立方体模型裂缝孔隙度按下式计算：

当裂缝间距平均为d，裂缝宽度平均为e时，则：

④圆柱状褶皱的裂缝模型（图2-3）

图2-3 圆柱状褶皱的裂缝模型

构造成因为主的裂缝可根据地层曲率半径和地层厚度来汁算其裂隙率(VanGolf—Racht，T．D .1982)。

设圆柱状褶皱岩层某点内径曲率半径为R，岩层厚度为T，对于小扰度情形（T<

因为地层的倾角很小，裂缝孔隙度进一步近似按下式计算：

R为该岩层弯曲的曲率半径，为曲率(为倾角)。裂缝孔隙度的值一般小于0.5％，最大值不超过2％。溶蚀裂缝孔隙度可大于2％。裂缝孔缝度虽然不大，但对渗透率的贡献十分重要。

⑤非圆柱状褶皱的裂缝模型

设非圆柱状褶皱岩层某点两个内径主曲率半径分别为R1和R2，岩层厚度为T，对于小扰度情形（T<

§2.1.3储集层的物理性质

二、储集层的渗透性

储集层的渗透性是指在一定的压差下，岩石允许流体通过其连通孔隙的性质。换言之，渗透性是指岩石对流体的传导性能。由于任何岩石都具有一定的连通孔隙，因此均具有一定的渗透性。通常所谓的渗透性岩石是指在地层条件下，流体能较快地通过其连通孔隙的岩石，如砂岩、砂砾岩、粉砂岩、裂缝灰岩、白云岩等。如果流体通过的速度很慢，通过的数量有限，就称非渗透性岩石，如泥页岩、石膏、岩盐、致密灰岩等。所以，这里所渭的渗透性与非渗透性是相对的。储集层的渗透性决定着油气在其中渗滤的难易