砂巖和碳酸鹽巖儲層對比研究培訓資料

1、砂巖和碳酸鹽巖儲層對比研究精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除砂巖和碳酸鹽巖儲層的比較：從全球視角看孔-深和孔-滲關(guān)系摘要：圖表展示比較了包括除加拿大以外的所有產(chǎn)油國的30122個碎屑巖儲層和10481個碳酸鹽巖儲層的平均孔隙度和深度的關(guān)系。然而，用單獨的圖包括 了加拿大阿爾伯達盆地的5534個碎屑巖儲層和2830個碳酸鹽巖儲層。不包括 加拿大的儲層的平均滲透率與平均孔隙度關(guān)系展示了出來。通過對控制各巖性 儲層質(zhì)量的主導因素對砂巖和碳酸鹽巖之間的主要相同點和不同點及影響因素 作了討論。伴隨深度增大中值和最大孔隙度逐步減少的趨勢反映了埋藏成巖孔 隙度的減少，它是響應(yīng)于隨深度增加熱暴露的增

2、加的。這一趨勢看起來與砂巖 和碳酸鹽巖的孔隙度一般都由于深埋藏過程中的溶解作用而增加的說法不一 致。在給定的深度，碳酸鹽巖儲層具有較低值的中值和最大孔隙度，極有可能 是由于碳酸鹽巖礦物相對于石英有較強的化學反應(yīng)，這導致了它對于化學壓實 和相關(guān)的膠結(jié)作用具有較低的抵抗性。與碳酸鹽巖儲層相比，在所有深度段低 孔隙度（0-8%）碎屑巖儲層的相對貧乏或許可以反映出在碳酸鹽巖中更易于發(fā) 生的斷裂現(xiàn)象，以及那些斷裂對于低孔隙度巖石中促進形成經(jīng)濟性的流速的有 效性?？傮w說來，碳酸鹽巖儲層與砂巖儲層相比在給定的孔隙度不具有較低的 滲透率，但確實有較少比例的既高孔隙度又高滲透率值的部分存在。本文提供 的數(shù)據(jù)可以

3、對在缺乏例如埋藏史和熱演化史等詳細的地質(zhì)資料的情況下的任意 給定深度的探井的鉆探中儲層質(zhì)量的分布作為一個基本的向?qū)АＲ陨皫r和碳酸鹽巖儲集巖的兩個最根本的區(qū)別是：（1）沉積物產(chǎn)生的地點 （砂巖為異地而碳酸鹽巖為原地）和（2）碳酸鹽礦物之間具有更強的化學反應(yīng)(Choquette and Pray, 1970; Moore, 2001)。后一個不同對于成巖作用和儲層質(zhì)量具有深遠的影響，例如對大多數(shù)碎屑巖儲層的早期成巖作用除了碳酸鹽 結(jié)核和土壤發(fā)育只有很小的影響，然而碳酸鹽巖以廣泛的早期石化和孔隙度改 變?yōu)樘卣?。通過這種對比，大量的和系統(tǒng)的不同之處或許可以通過兩類巖性的 石油儲集巖的孔-深和孔-滲分

4、布體現(xiàn)出來。盡管這種不同的存在看起來被廣泛 的接受并且碳酸鹽巖儲層常作為基礎(chǔ)單獨討論而廣泛引用(Tucker and Wright, 1990; Lucia, 1999;Moore,2001 ),這些差異的實際性質(zhì)和幅度是一個主題，這 一主題幾乎很少或沒有記錄。這篇文章和目的就是為了解決這一空白，主要通過碎屑巖和碳酸鹽巖儲層 參數(shù)的對比來展示，這些參數(shù)的可信度是基于它極度的普遍性：包括基本上所 有產(chǎn)油地區(qū)的油氣儲層的數(shù)據(jù)庫的整合，可作為研究行星地球的一個案例。從 這個純粹的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們提出了一系列的假說來解釋碎屑巖和碳酸鹽巖 儲層質(zhì)量之間在整體上的相同點和不同點。數(shù)據(jù)本次研究的數(shù)據(jù)由HI

5、S (能源數(shù)據(jù)信息導航數(shù)據(jù)庫)、俄克拉荷馬大學、 美國能源部(共有采油信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫)、英國貿(mào)易和工業(yè)部、挪威石油管理 局以及亞伯達能源和公共事業(yè)局提供。目前研究檢驗的不同變量包括在產(chǎn)油、 凝析油以及氣田的頂部儲層深度、最大溫度、巖性以及不同儲集層段的孔隙度 和滲透率的平均值。許多單獨地區(qū)的多個儲層被列了出來?？紫抖群蜐B透率值 是數(shù)據(jù)庫中的算術(shù)平均值，是根據(jù)不同油田的巖心分析、有線測井讀數(shù)以及生 產(chǎn)數(shù)據(jù)等不同的組合預測的。這些數(shù)據(jù)匯編在除了儲層質(zhì)量以外的其它類型分 析中也具有通用性，例如流體壓力、密封完整性、流體遷移以及生物降解等（Darke et al., 2004; Nadeau et a

6、l., in press ）。在美國墨西哥灣近海，總量為9312的砂巖儲層被縮小在只包括662個具有可采儲量的儲層中，為了減少偏差大約相當于十萬桶油當量?？梢杂脦r性信息將數(shù)據(jù)組合分為三類：（1）碎屑巖,主要是砂巖，以及粉砂巖和礫巖；（2）碳酸鹽巖（在4145的樣本中有25%的 孔隙度和深度值可用）和（3） 一些次要的其它巖性，主要包括頁巖和火成巖（占總量的2%） o占較大比重的數(shù)據(jù)來自北美（39%的儲層具有孔隙度和深度）和前蘇聯(lián)（28%）,反映了最初編制數(shù)據(jù)的目的，其他的地區(qū)包括歐洲（10%）、拉丁美洲好墨西哥（8%）、遠東（7%）、非洲（4%）、中東（2%）以及澳大利亞（2%）。砂巖和碳酸鹽

7、巖儲層的地理分布數(shù)據(jù)如圖1所示。相對較少的數(shù)據(jù)與與沒寫地區(qū)的可采收量成比例，比如中東地區(qū)，在圖 1產(chǎn)油地區(qū)圖示中在地理上沒有較 大的差別。我們因此認為這些圖件提供了地球上已知的兩種主要巖性的儲層在 地域分布上相對準確的信息。有少量的碳酸鹽巖儲層是例外的，因為它們含有白堊，具有較低的滲透率卻有極高的孔隙度。這些點可以從圖例中看出，但沒有包括在統(tǒng)計值的計算之 內(nèi)（表1）。這些結(jié)論一般不能作為砂巖和碳酸鹽巖的代表，而是油氣儲層的產(chǎn)出地帶。這些地區(qū)的儲層質(zhì)量或許會比其它地區(qū)類似巖性儲層高一些，但這一關(guān)系 很大程度上是未知的?？紫抖纫簧疃汝P(guān)系圖2展示了碎屑巖和碳酸鹽巖儲層頂部深度與平均孔隙度及其相對的趨

8、勢。一定程度的差異與這些軸線相關(guān)，因為儲層頂部深度是能代表平均孔隙度值的層段最小深度?？紫抖戎翟赑90 （90%的儲層孔隙度大于這一值）、P50（中 值）和P10每隔0.5km深度分別計算，最大孔隙度線（只有零星的值大于這一趨 勢）在每一圖中定性的估計（表1）。盡管我們相信溫度在控制平均孔隙度方面 比深度有更重要的作用，由于有大量的數(shù)據(jù)點是關(guān)于孔隙度-深度的，圖2和圖3中仍顯示了深度，因為孔隙度-溫度圖顯示類似的特點。下面指出了碎屑巖和碳 酸鹽巖圖件之間的相同點和不同點：兩種巖性在中淺層均有較寬的孔隙度范圍。隨著深度的增加兩種巖性的P50和最大孔隙度都呈明顯的線性降低。在特定的深度砂巖具有較高

9、的P50和最大孔隙度。事實上，碳酸鹽巖 P50 趨勢幾乎與砂巖P90趨勢一致。在所有深度中砂巖具有較低比例的低孔隙度值（0-8%）。亞伯達能源和公共事業(yè)局提供的獨立的數(shù)據(jù)庫用來檢驗在加拿大阿爾伯達 盆地孔隙度、深度以及巖性對儲層的影響（圖 3）。這一加拿大西部的數(shù)據(jù)庫 比當今全球任何地區(qū)的數(shù)據(jù)庫都更密集的填充,包括了400,000km2范圍內(nèi)的8364對孔隙度-深度資料（碳酸鹽巖占34%）。阿爾伯達盆地的碳酸鹽巖主要 是泥盆系的，而碎屑巖主要是白堊系的。由于它們是不同的地層沉積時間，碳 酸鹽巖比碎屑巖有更深的深度范圍。阿爾伯達盆地經(jīng)歷了不對稱隆升，導致了 早第三系時期0-2.8km的剝蝕，并且

10、圖3的深度數(shù)據(jù)是校正到剝蝕前的值。這 樣校正后，阿爾伯達的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出幾個與全球分布類似的特征，包括：砂巖和碳酸鹽巖的最大孔隙度隨深度增加都呈減小的趨勢相對于砂巖在給定的深度碳酸鹽巖具有較低的平均和最大孔隙度在碳酸鹽巖中出現(xiàn)的大量的低孔隙度儲層（8%）而不是砂巖這些相似點體現(xiàn)了圖2中主要相似點和不同點的普遍性，而下面在圖2和圖3的不同點則歸因于阿爾伯達盆地特有的環(huán)境屬性：阿爾伯達地區(qū)砂巖P50和最大孔隙度隨深度變陡的趨勢（與圖 2A比）， 同時在淺層少量孔隙度低于20%在阿爾伯達地區(qū)碳酸鹽巖P50孔隙度隨深度沒有減少，伴隨在剝蝕前 2.5- 3.5km深度孔隙度為3-10%的的數(shù)據(jù)集中孔隙度一滲

11、透率關(guān)系在圖4中對砂巖和碳酸鹽巖儲層通過算術(shù)平均滲透率好平均孔隙度作了比 較（29,275個儲層，碳酸鹽巖儲層占27%）。可惜的是，在阿爾伯達盆地數(shù)據(jù) 集中沒有滲透率數(shù)據(jù)。每個5%的孔隙度的P90、P50和P10的趨勢為預測滲透 率而計算出來。碎屑巖和碳酸鹽巖的相似點和不同點包括以下幾個：在孔隙度從5%-20%的范圍兩種巖性的P50滲透率具有相似的趨勢，盡管 砂巖在25-30%的孔隙度是具有較高的P50滲透率。碎屑巖儲層具有明顯的較大比例的高孔隙度值（20%）和高滲透率值 （100md）。在圖4A中孔隙度大于20%的點占40%,而在圖4B中只占6%, 而在圖3A中有47%的點滲透率大于100m

12、d,而在圖4B只有28%。碳酸鹽巖儲層在低孔隙度的情況下具有相對較高比例的高滲透率。在圖 4A中有4%的點具有大于100md的滲透率以及小于15%的孔隙度，而在圖4B 中只占20%。兩種巖性都包括一種次要的儲層，具有低于15%的孔隙度卻有極高的滲透 率，我們認為這反映了裂縫而不是矩陣值。分析以上提到的相同點和不同點對于控制儲層質(zhì)量的基本過程具有影響。我們 的推論是必要的假想，然而，這是因為我們很少有機會批判地檢查包含在全球 數(shù)據(jù)庫中的每一個儲層。止匕外，這一初步處理并沒有考慮各種各樣的因素，這 些因素可能會導致孔隙度和滲透率關(guān)系的分散，例如在經(jīng)過了最大的埋深后的 抬升和剝蝕、地層的年齡和低溫梯

13、度等?？紫抖瓤刂埔蛩卦趫D2A和B中淺層和中層廣泛分布的孔隙度與體現(xiàn)孔深關(guān)系趨勢的例子 相比，體現(xiàn)了在給定深度范圍尤其是較淺深度的相對較少的分散性。然而，這 些之前的數(shù)據(jù)集包括特別的地層單元，這些地層單元在被埋藏到很深的深度前 大概具有有限的高孔隙度范圍。相反的是，在圖 2A、B中淺層較分散的孔隙度 反映了全球范圍內(nèi)包含油藏的巖石的較大差異。因此，在所有儲層中不斷增加 的埋藏及熱暴露趨向于降低孔隙度，但不同儲層巖性的埋藏史具有不同的起始 點。這一不同的主要方面包括：（1）原始孔隙度，是指沉積時的孔隙度，取決 于砂巖中顆粒分選及粘土含量和碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量及顆粒類型；（2）早成巖期孔隙度的變化（尤

14、其對碳酸鹽巖重要）和（3）不同巖相和巖性的孔隙度對埋 藏成巖作用的反映。另一個造成圖 2的淺層孔隙度的分散分布的因素是一些儲 層在早期最大埋深環(huán)境后經(jīng)歷了局部暴露。盡管有上述不同，然而，P50和最大孔隙度兩者都隨深度呈減小的趨勢， 可能反映了聯(lián)合的和與之有關(guān)的化學壓實和膠結(jié)作用的影響以及這兩個過程對 熱暴露的依賴。盡管在圖2中每一個點缺少專門的數(shù)據(jù)，我們假定限制在任意 給定深度的靠近最大孔隙度的儲層代表了最有利的因素的組合，這些因素包括 （1）具有保存原始或早期形成的孔隙的潛力的巖性（干凈的石英砂巖、棘皮動物碎片中早期膠結(jié)較低的泥質(zhì)灰?guī)r、顆粒到縫洞型的白云巖）；（2）未受到近地表孔隙損失的地層

15、環(huán)境和（3）促進近地表孔隙形成的環(huán)境。然而，由于砂巖 很少有成巖早期孔隙度的改變，我們提出后兩者有利因素主要是對碳酸鹽巖較 重要。圖2也顯示用三個單獨的數(shù)據(jù)體作的整體孔隙度-深度分布的比較，在三個 數(shù)據(jù)體具有廣泛的不同的埋深、不涉及隆升運動的簡單埋藏史以及限制在沉積 相控制的傾向于有利儲層保存的巖性變化。路易斯安那州的加恩和近海數(shù)據(jù)集 包括石英砂巖，而南佛羅里達的數(shù)據(jù)集包括潛水熱帶碳酸鹽巖。加恩和南佛羅 里達的數(shù)據(jù)集兩者的最大孔隙度-深度變化趨勢與整體相比都呈現(xiàn)孔隙度較陡減 少的趨勢。這種差異突出了決定整體孔隙度趨勢的儲層特有的性質(zhì)。對于砂 巖，最大孔隙度趨勢或許也可以代表極低的低溫梯度的環(huán)境

16、，例如路易斯安那 近海；或者代表特殊的巖性因素，例如綠泥石膠結(jié)的砂巖。對于碳酸鹽巖，南 佛羅里達的例子顯示只有低地溫梯度在較大深度是不足以形成較大孔隙度的； 與深部碳酸鹽巖儲層最大孔隙度形成的有關(guān)關(guān)鍵因素需要作進一步研究。砂巖和碳酸鹽巖的P50和最大孔隙度隨深度穩(wěn)定減少的趨勢（圖 2）似乎 與兩種巖性都經(jīng)歷了在深埋藏期間由于酸性流體的增加而引起孔隙度的增大的 觀點不一致。很多引起埋藏（中成巖）孔隙度增強的關(guān)鍵時期幾乎普遍可從大 量的文件查到，這些文件中有關(guān)于確定孔隙的時期以及大量的基于定性的巖類 學的觀點的結(jié)論。起作用的流體主要歸因于源巖中干酪跟的成熟，但來自粘土 礦物的改變了飽和態(tài)的低離子濃

17、度的水也有進一步的作用，這些水來自垂直滲 流（改變了溫度和壓力）、隨埋深引起的蒙脫石伊利石化或高嶺土化、生姓作 用、不同組成的水的混合以及石油的生物降解。在埋藏期間孔隙形成的主要組成部分應(yīng)該與孔隙度和深度之間沒有關(guān)系，但是在圖2中的總體編圖與中成巖溶解作用導致本質(zhì)上的孔隙度的重新分布而不是產(chǎn)生以及主要的埋藏成巖過程 既影響砂巖又影響碳酸鹽巖孔隙的逐漸阻塞這一觀點更一致。這種保守主義既被特別的地層單元的例子研究所支持，那些地層單元既具 有有限范圍的埋藏前的孔隙度又具有較大范圍的現(xiàn)今埋藏深度，又被涉及大量 的質(zhì)量平衡計算的一般的理論觀點所支持。加拿大阿爾伯達盆地碳酸鹽巖（圖 3B）孔隙度和深度沒有

18、關(guān)系可以部分地反映在古深度為0.6-1.2km的與白云巖化有關(guān)的剩余方解石的埋藏淋濾作用，正如由 Amthor等人、Mountjoy和 Marquez提出的許多那樣的儲層一樣。然而，即使是阿爾伯達的碳酸鹽巖最大 孔隙度隨深度也呈明顯的降低，P50孔隙度值與圖2B中總體碳酸鹽巖沒有顯著 的不同。對于砂巖和碳酸鹽巖，早期油氣充注會抑制晚期膠結(jié)作用引起的孔隙減少 的觀點已經(jīng)經(jīng)過了較多討論。對于砂巖，來自至少一個含油區(qū)（北海）的巖心 測量數(shù)據(jù)的匯編對于油氣對孔隙保存的現(xiàn)實意義有很少的支持，盡管在其他情 況下局部關(guān)系用此來解釋。這一問題不能用現(xiàn)今的數(shù)據(jù)體來檢驗，因為所有的 孔隙度值都來自油氣充注的地層。

19、所有這一切可以說是既不是油氣也不是由于 阻礙成巖作用其它機制（包括顆粒包層和超壓）看起來能避免孔隙度隨深度減 小的必然趨勢，正如從整體角度看到的那樣。圖2中顯示的主要巖性不同是在給定的埋深碳酸鹽巖儲層比砂巖儲層具有 較低的P50和最大孔隙度值。這些不同歸因于碳酸鹽巖相對于碎屑礦物較強的 化學反應(yīng)，多半反映了碳酸鹽巖礦物對于化學壓實和相關(guān)的膠結(jié)作用的較低的 抵抗力。與碳酸鹽巖相比，低孔隙度（0-8%）碎屑巖儲層的顯著貧乏有兩個可 能的解釋。一個認為低孔隙度砂巖在深度小于 6km的地殼范圍內(nèi)由于微孔隙的 殘留和次生的大孔隙或許相對稀疏。然而，根據(jù)我們的經(jīng)驗，這似乎是不可能 的。另一種解釋是在碳酸鹽巖中比在碎屑巖層中低孔隙度儲層在經(jīng)濟上更可觀 是由于在碳酸鹽巖中更常見裂隙，并且這些裂隙對于形成經(jīng)濟性的油流較為有 效。滲透率控制因素在缺少關(guān)于巖石組構(gòu)相關(guān)信息的情況下解釋滲透率數(shù)據(jù)是極不確定的。然 而，假定大多數(shù)砂巖儲層以粒間孔隙占優(yōu)勢的特征似乎是合理的，同時碳酸鹽 巖儲層被認為是具有大量的孔洞。這一不同或許可以被認為導致了在碳酸鹽巖 中在特定的孔隙度有較低的滲透率，但這似乎不被觀察到的分布狀況（圖4）所支持。反而這些數(shù)據(jù)顯示了相反的趨勢，即在碳酸