采油地質工基礎知識

1、采油地質基礎知識采油地質基礎知識蘆紅燕第一章第一章 儲集層與油氣藏儲集層與油氣藏第一節(jié)第一節(jié) 儲集層的性質儲集層的性質l一、儲集層的概念l儲集層：能夠儲存和滲濾液體的巖層。l儲集層的兩個基本特征：孔隙性和滲透性。l孔隙性的好壞直接決定著儲集層儲存油氣的數(shù)量（能力），滲透性的好壞則控制著儲集層內所含油氣的產能。l雖然儲集層的含義強調了具備儲存油氣和允許油氣滲濾的能力，并不是意味著其中一定儲存了油氣。如果儲集層中含有了油氣，則該儲集層就稱為含油氣層油層（氣層、油氣層）儲集層的巖石基本類型，通常分為砂（礫）巖儲集層、碳酸鹽巖儲集層、巖漿巖和變質巖及泥頁巖儲集層三大類。二、儲集層的孔隙性二、儲集層的孔

2、隙性l儲集層的孔隙性實質是儲集巖中未被固體物質所填充的空間部分。它包括粒間孔隙、粒內孔隙、裂縫、溶洞等各種類型。l（一）孔隙的大小l根據孔隙的直徑和裂縫寬度以及對流體的作用將孔隙的大小劃分3種類型。l（1）超毛細管孔隙：孔隙直徑大于0.5mm或裂縫寬度大于0.25mm。其中流體在重力作用下可以自由流動，服從水動力學一般規(guī)律。l（2）毛細管孔隙：孔隙直徑在0.50.0002mmm之間或裂縫寬度在0.250.0001mm之間?？紫吨械牧黧w和孔隙壁之間都處于分子引力的作用下，所以流體已不能在其中自由流動，只有當外力大于毛細管阻力時，流體才能在其中流動。l（3）微毛細管孔隙：孔隙直徑小于0.0002m

3、m或裂縫寬度小于0.0001mm?？紫吨械牧黧w內及流體和孔隙壁之間都處在相當大的分子引力作用下，所以在地層條件下，流體已不能在其中自由流動。l上述3種孔隙中只有前兩者對油氣的儲集才有意義。（二）孔隙度（二）孔隙度l孔隙度是為了衡重巖石孔隙體積的大小以及孔隙的發(fā)育程度而提出的概念，分為絕對孔隙度、有效孔隙度、流動孔隙度。l（1）絕對孔隙度：孔隙度是指巖石中所有孔隙的總體積在該巖石中所占的比例，一般以百分數(shù)表示，也稱為絕對孔隙度。l（2）有效孔隙度是指流體可以在其中流動的、相互連通的孔隙的總體積在該巖石中所占的比例。是油層儲油好壞的重要標志之一，它被用于計算地質儲量。l（3）流動孔隙度：這是各油田

4、在開發(fā)實際需要提出的概念，即在一定條件下，流體可以在巖石中流動的孔隙體積與該巖石（樣）總體積的比值，稱為該巖石（樣）的流動孔隙度。三、儲集層的滲透性三、儲集層的滲透性l（1）達西公式l在一定的壓差下，巖石本身允許流體（油、氣、水）通過的性能叫滲透性。滲透性是決定油層產油能力最重要的因素。l滲透性的好壞可用滲透率來表示，滲透率的數(shù)值是用達西定律求得的。通過大量的實驗，發(fā)現(xiàn)在單位時間內通過巖石截面積的液體流量與壓力差和截面積的大小成正比，而與液體通過巖石的長度及液體的粘度成反比。l即lQ單位時間內液體通過巖石的流量，cm3/slA液體通過巖石的截面積，cm2l液體的粘度，mpaslL巖石的長度，c

5、ml（P1-P2)液體通過巖石前后的壓差，大氣壓。LA）P（PKQ*21l式中比例系數(shù)K即為巖石的滲透率，它表示了在一定的壓差下，液體能夠通過巖石的能力。l當液體的粘度為1mpas，壓差（P1-P2）為一個大氣壓，巖石截面積A為1cm2，巖石長度為1cm，此時所通過的液體的體積流量正好為1cm3/s時，該巖石的滲透率K的大小為1達西（D)。一般常取其千分之一作單位，稱為毫達西（mD）。l儲集層的孔隙度與滲透率之間通常有較密切的關系，一般有效孔隙度增高，滲透率增大。)(*21PPALQKl（2）絕對滲透率l在一定壓差下單相流體在巖石孔隙中流動，并且流體與巖石間沒有物理、化學作用，這時求得的巖石孔

6、隙的滲透率叫絕對滲透率。它只代表流體通過巖石的能力，表明巖石的一種特性，測定時流體一般用空氣，所以絕對滲透率又叫空氣滲透率。l（3）有效滲透率l在巖石孔隙中同時有兩相以上的流體時，巖石孔隙只允許某一相通過的滲透率，稱為某相的有效滲透率。它不但與巖石本身性質有關，而且與孔隙中的流體性質和它們的數(shù)量比例有關。l（1）相對滲透率l有效滲透率與絕對滲透率的比值稱為相對滲透率。l注水開發(fā)的油田，油層中的含油飽和度逐漸減少，含水飽和度不斷增加，因此隨含水上升，油的相對滲透率逐漸下降，水的相對滲透率逐漸上升。相對滲透率曲線很好地說明油層開采過程中油和水相對滲透率的變化。巖石孔隙體積巖石孔隙中的含油體積含油飽

7、和度100巖石孔隙體積巖石孔隙中的含水體積含水飽和度100l相對滲透率曲線：相對滲透率曲線就是把某相的相對滲透率曲線：相對滲透率曲線就是把某相的 相對滲透率與飽和度的關系用曲線表示出來相對滲透率與飽和度的關系用曲線表示出來l從曲線中可以看出：隨著某相流體飽和度的增加，其從曲線中可以看出：隨著某相流體飽和度的增加，其有效滲透率和相對滲透率均增加，直到全部為該種單有效滲透率和相對滲透率均增加，直到全部為該種單相流體的飽和度，此時其有效滲透率等于絕對滲透率，相流體的飽和度，此時其有效滲透率等于絕對滲透率，相對滲透率等于相對滲透率等于1 1。l四、孔隙度與滲透率的關系四、孔隙度與滲透率的關系l孔隙度與

8、滲透率是儲集層巖石的兩個基本屬性，它們孔隙度與滲透率是儲集層巖石的兩個基本屬性，它們之間沒有嚴格的函數(shù)關系，因為影響它們的因素很多，之間沒有嚴格的函數(shù)關系，因為影響它們的因素很多，一般來說有效孔隙度大，則絕對滲透率也高，在有效一般來說有效孔隙度大，則絕對滲透率也高，在有效孔隙度相同的條件下，孔隙直徑小的巖石比直徑大的孔隙度相同的條件下，孔隙直徑小的巖石比直徑大的巖石滲透率低，孔隙形狀復雜的巖石比形狀簡單的巖巖石滲透率低，孔隙形狀復雜的巖石比形狀簡單的巖石滲透率低。石滲透率低。石油地質基礎知識石油地質基礎知識l一、巖石的分類及其概念l巖石是在各種不同地質作用下所產生的，由一種或多種礦物有規(guī)律組合

9、而成的礦物集合體稱為巖石。l根據其成因，巖石可分為三大類：即巖漿作用形成的巖漿巖、由外力作用所形成的沉積巖和變質作用形成的變質巖。l其中沉積巖的分布面積最廣，約占地表巖石面積的75%，蘊藏著極為豐富的礦產，尤其是被譽為工業(yè)血液、黑色金子和石油就生成于沉積巖中，而且絕大多數(shù)都儲集在沉積巖中。二、沉積巖二、沉積巖l（一）、沉積巖的概念l沉積巖是各種地質作用所形成的沉積物組成的巖石。在外力地質作用下，在地殼發(fā)展過程中，在地表層條件下（即常溫常壓下），主要由母巖的風化產物，經過搬運、沉積及成巖作用而形成的一類巖石。l（二）沉積巖的分類l沉積巖一般可分為以下三大類。l（1）碎屑巖：以碎屑物質為主要成分的

10、巖石。根據碎屑顆粒的大小，碎屑巖又分為礫巖、砂巖和粉砂巖。其中砂巖和粉砂巖可以形成儲藏油氣的儲集層。l（2）粘土巖：主要由粘土礦物組成的巖石。l其主要礦物成分為高嶺石、蒙脫石、水云母等。 粘土巖的分布范圍廣泛，約占沉積巖總量的30%，粘土巖既能作為生油層又能作為蓋層。l（3）碳酸鹽巖：以碳酸鹽類礦物為主要成分的巖石。它的化學成分主要是CaO、MgO、CO2，根據礦物成分可分為石灰?guī)r和白云巖兩大類。另外由生物分泌物及殘體組成的巖石稱生物巖，也包含石油在碳酸鹽巖類。l碳酸鹽巖和石油的關系密切，它既可以生油也可以儲油。目前世界上發(fā)現(xiàn)的油氣田中，碳酸鹽巖類型的油氣田占很大的比例，就儲量來說，碳酸鹽巖類

11、約占世界總量的50%；就產量來說，約占石油總量的60%。l（三）沉積巖的形成過程l沉積巖的形成可以分為破壞、搬運、沉積和成巖四個階段。l1、破壞階段l引起巖石破壞的有風化作用和剝蝕作用。l1）風化作用：構成地殼的巖石暴露地表，在大氣、溫度、水和生物的共同影響下，使原來巖石的物理性質或化學成分發(fā)生改變。這種現(xiàn)象稱為風化。引起巖石風化的地質作用稱為風化作用。風化作用是一個復雜的地質過程，按其性質可分為三種類型：物理風化作用、化學風化作用和生物風化作用。l（1）物理風化作用：是指地殼表層巖石，即母 巖的一種機械破壞作用。沒有顯著的化學成分 變化。巖石發(fā)生機械破碎主要原因是由溫度變化及由此而產生的水的

12、凍結和融化、風的作用、海洋（湖泊）的作用等所引起的。l（2）化學風化作用：巖石在水、氧氣、二氧化碳等作用下發(fā)生化學分解而產生新的礦物的作用。l（3）生物風化作用：是指由于生物的活動而對巖石所產生的破壞作用。一方面可引起巖石的機械破壞，如植物根系的生長，可劈開巖石；另一方面也可引起巖石的化學分解，如定居在巖石表面的細菌、苔蘚等，經常分沁出有機酸，分解巖石，吸取養(yǎng)料。l風化作用的結果是形成三種性質不同的產物：碎屑物質、新生成的礦物和溶解物質。 l2、搬運作用l母巖風化剝蝕的產物除少部分殘留在原地外，大 部分要在流水、風、冰川等自然運動的介質攜帶下，離開原地向他處遷移，這個過程稱為搬運作用。l一般情

13、況下，碎屑物質和新生成的礦物呈碎屑狀態(tài)搬運，這種搬運稱為機械搬運。而溶解物質成真溶液或膠體溶液搬運稱為化學搬運。l機械搬運的營力有流水、風、冰川及湖、海等。碎屑物質在機械搬運過程中進行著顯著的分異作用和磨圓作用。分異作用主要表現(xiàn)在顆粒隨著搬運距離的遠近出現(xiàn)有規(guī)律的變化，即碎屑顆粒順著搬運方向逐漸變小，磨圓度與搬運距離以及碎屑本身的大小、密度、硬度等有關。總的趨勢是：隨著搬運距離增加，圓度將逐漸增高。l3、沉積作用階段l隨著搬運介質動力條件和化學條件的改變，被搬運的物質在適當?shù)膱鏊ㄈ绾?、海洋）按一定的?guī)律和先后的順序沉積下來，稱為沉積作用。l根據沉積物沉積的地區(qū)不同，分為海洋沉積和陸相沉積兩

14、類。l沉積的方式有機械沉積、化學沉積和生物化學沉積三種。l1）機械沉積作用l是在碎屑的重力大于水流的搬運力時發(fā)生的。按顆粒大小、密度、形狀依次沉積。顆粒大、密度大、粒狀的先沉積；顆粒細、密度小、片狀的后沉積。l2）化學沉積作用l化學搬運的溶解物質按溶解度大小依次沉積稱化學沉積。 溶解度小的先沉積，溶解度大的后沉積。l3）生物沉積作用l生物遺體的沉積。l4、成巖作用階段l由松散沉積物變?yōu)閳杂渤练e巖的過程叫做成巖作用。成巖作用主要包括以下三種：l（1）壓固脫水作用：使松散沉積物緊密結合從而失去水分的作用叫做壓固脫水作用。l（2）膠結作用：充填在沉積物孔隙中的礦物質將松散的顆粒粘結在一起的作用叫做膠

15、結作用。l（3）重結晶作用：使松軟的沉積物變?yōu)楣探Y的沉積物。l經過上述種種作用后，沉積物就形成了沉積巖。在沉積物成巖過程中上述作用不是孤立存在的，而是相互影響和密切聯(lián)系的。（四）沉積巖的結構、構造、顏色（四）沉積巖的結構、構造、顏色l1、沉積巖的結構l沉積巖的結構按其成因分類，可分為碎屑結構、泥質結構、化學結構和生物巖結構。l（1）碎屑結構：由碎屑物質被膠結物膠結而成的一種結構，具有這種結構的巖石叫碎屑巖，碎屑巖結構包括顆粒大小、顆粒形狀、膠結形式等。l碎屑顆粒大?。＜墸喊此樾碱w粒大小可分為：粒徑大于2mm稱為礫狀結構，粒徑20.05mm稱為砂狀結構，粒徑0.050.005mm稱為粉砂結構

16、。l碎屑顆粒形狀：反映巖石生成的環(huán)境和條件?？煞譃槲寮墸豪饨菭?、次棱角狀、次圓狀、圓狀、極圓狀。l膠結形式：可分為基底膠結、孔隙膠結、接觸膠結。l（2）泥質結構：由極細小的碎屑和粘土礦物組成的、比較均勻致密的、質地較軟的結構。具有這種結構的巖石叫泥質巖或粘土巖。l（3）化學結構和生物結構：是由化學成因形成的（如粒狀或鮞狀等）和生物遺體所構成的（如貝殼結構、珊瑚結構等）結構。具有這種結構的巖石，叫化學巖或生物化學巖。l2、沉積巖的構造l（1）層理：沉積巖中由于不同成分、不同顏色、不同結構構造等的漸變，相互更替或沉積間斷所形成的成層性質，稱為層理。層理是沉積巖最重要的構造特征之一。根據形態(tài)和成因，

17、常見的層理可分為以下幾種：l水平層理 斜層理和交錯層理 波狀層理l（2）層面構造：在沉積巖層面上的一些痕跡，它常常標志著巖層的特性，并反映巖石形成的環(huán)境。l波痕雨痕干裂結核沖刷痕跡及侵蝕下切現(xiàn)象l（3）其他構造：l斑點構造斑塊狀構造水下滑動構造疊錐構造縫合線l3、沉積巖的顏色l1）、沉積巖顏色的成因類型l沉積巖的顏色根據成因可分為繼承色、原生色和次生色。l（1）繼承色：繼承色決定于巖石中所含礦物碎屑的顏色，這種顏色常是碎屑巖所具有的。而碎屑顆粒是母巖機械風化的產物，顏色與母巖的組成礦物相同，故由碎屑顆粒組成的碎屑巖繼承了母巖的顏色。l（2）原生色：是沉積和成巖階段自生礦物造成的顏色。l（3）次

18、生色：次生色的顏色取決于后生礦物的顏色。l把繼承色和自生色統(tǒng)稱為原生色，次生色又稱為后生色。l2）常見的沉積巖的顏色l（1）白色：沒有色素或含鈣量高l（2）灰色和黑色：巖石中含有有機質或含二價鐵的分散狀的黃鐵礦顆粒，量多呈黑色，量少呈灰色。l（3）紅色、褐紅色、棕色和黃色：含鐵的氧化物和氫氧化物，反映巖石形成條件具強氧化性質。l（4）綠色：含有二價和三價錢的硅酸鹽礦物。l（5）藍色和天青色：是石膏、硬石膏和鹽巖等特有的顏色。l（6）紫色：是由于巖石中含有鐵的氧化物或氫氧化物的緣故。三、地質時代與地層單位三、地質時代與地層單位l地層：是地殼歷史發(fā)展過程中的天然物質記錄，也是一種地質時間內所形成的

19、巖石的總稱。l（一）地質時代l地質時代就是各種地質事件發(fā)生的年代。它包含兩種意義：其一是各種地質事件發(fā)生的先后順序，另一個是地質事件發(fā)生距今的實際年齡。由于地層是在不同時代里沉積的，先沉積的是老地層，后沉積的是新地層。把各地大致相同時期沉積的某一地層稱為某某時代的地層，這種表明地層形成先后順序的時間概念稱為地質時代。l地質時代的劃分：用以劃分地球歷史的單位稱為地質時代單位。地質時代單位由宙、代、紀、世四個級別和一個自由使用的時間單位“時”組成。l（二）地層單位l地球自形成以來，在歷史發(fā)展的每一個階段，地球表面都有一套相應的地層形成。劃分地層的單位稱為地層單位。l地層單位的劃分：地層單位可劃分為

20、宇、界、系、統(tǒng)、階、時、帶、群、組、段、層等。l（三）地層單位與地質單位的關系l地質時代和地層單位之間有著緊密的關系，但不完全是對應的關系，地層的系統(tǒng)與地質時代的三大單位是完全對應的，即界、系、統(tǒng)完全對應于代、紀、世。l（四）地質年代表。油層及其分類油層及其分類l油層廣義概念是指儲集層內凡是含有油氣的巖層都叫油（氣）層。在地質上又把它進一步劃分為：單油層、隔層、夾層、油層組、油砂層等l單油層：是指上下有泥巖分隔的具有含油條件的砂巖、粉砂巖等巖層。l油層組：是指油層分布狀況、油層性質基本相同，在一套相似的沉積環(huán)境下形成的油層的組合。l隔層：是油層以外的其他特低滲透或不滲透巖層。在注水開發(fā)的油田中

21、可以利用隔層來封隔開上下不同層系的油層而防止注入水時發(fā)生相互竄通，如圖5-1-4所示，共有6個隔層。l夾層：一是指油層以外的其他特低滲透或不滲透巖層；二是指在較厚的油層內部有一段很薄的不滲透泥巖，或是有一段在物性上與油層本身相比，滲透率較低的物性夾層，如圖51-4所示，為物性夾層，它是油田開發(fā)中后期調整挖潛的對象。抽油機井工作原理抽油機井工作原理l（一）工作原理l抽油機井工作原理是：抽油機把電動機供給的機械能，經減速箱及曲柄連桿游梁、驢頭（四連桿）機構將高速旋轉的機械能變?yōu)槌橛蜋C驢頭低速往復運動的力，再通過抽油桿把力傳遞給深井泵（抽油泵），使其隨同驢頭的上下往復做抽吸運動，進而不斷地把井筒液舉升到地面。它是抽油機井采油原理中舉升動力的細節(jié)描述。（二）抽吸參數(shù)及泵效