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石油是怎样储存在岩石孔隙和裂缝中的?

2020-10-13 8:01:35 来源:中国矿业报 作者:苗苗青 杨有星

在日常生活中,当我们把少量的水洒到海绵上时,会发现水渗入海绵的孔隙中,且不会流出。与这种现象相似,石油和天然气是储存在岩石的孔隙和裂缝中的,储存油气的岩石叫储层。

岩石的种类多种多样,已经被人们认识的有近百种,但能够形成储层的岩石必须具备一定的孔隙性和渗透性。孔隙性的好坏直接决定岩层储存油气的数量,渗透性的好坏控制了储集层内所含油气的产能。我国已发现的储层类型是多种多样的,主要有砂岩储层、碳酸盐岩储层、火山岩储层、结晶岩储层和泥质岩储层。

一、砂岩储层

砂岩是由各种岩石碎块或矿物小颗粒组成的,这些小颗粒就是通常所说的砂粒。砂粒堆积在一起被其他物质固结成为砂岩。

砂岩颗粒之间具有孔隙这一特性,与油气的储存有着密切关系(图1)。砂岩颗粒直径大,颗粒之间的孔隙就大;颗粒直径小,颗粒之间的孔隙就小。粗、中、细、粉四种砂岩也是一样,粗砂岩颗粒之间的孔隙最大,粉砂岩颗粒之间的孔隙最小,中砂岩和细砂岩颗粒之间的孔隙大小介于粗砂岩和粉砂岩之间。

图1不同砂岩储层中的孔隙(a孔隙最大,d孔隙最小)

砂岩孔隙的大小不仅决定于砂粒的粗细,同时受砂粒均匀程度的影响。颗粒大小的均匀程度叫做颗粒的分选性。颗粒大小均匀称为分选性好,颗粒大小不均匀称为分选性差。

砂岩孔隙的大小还受砂粒磨圆程度的影响。如果砂粒像皮球一样的滚圆,称圆度高,这样的砂粒堆在一起孔隙就大。如果砂粒有很多棱角,也就是磨圆度差,孔隙就会变小。

此外,当砂岩很致密时,孔隙几乎被胶结物充填,受地质构造运动的影响,在岩层中可以形成裂缝和节理。这些裂缝和节理既能储存石油,又是石油流通的良好通道。这种类型的储层叫做砂岩裂缝储层。

我国新疆阿克苏地区新温地1井新近系吉迪克组取心见饱含油、富含油等不同级别显示7.72 m,砂体孔隙度22%~31%,渗透率(60~322)×10-3μ㎡,属中高孔中渗储集层,这类储层含油饱和度很高,试油获得了高产工业油流(图2)。

图2新疆塔里木盆地温宿地区古近系砂岩孔隙中的液态石油

二、碳酸盐岩储层

碳酸盐岩储层中的油气储量占世界总储量的一半左右,产量占总产量的60%以上。碳酸盐岩油气田一般比砂岩油气田储量大,单井产量高,容易形成大型油气田。

碳酸盐岩的颗粒很细,相当于粉砂岩的颗粒。碳酸盐岩的孔隙和砂岩的孔隙有类似之处,但碳酸盐岩的储油空间更广阔一些。这是因为碳酸盐岩形成后,大气中的二氧化碳溶解于水形成碳酸,含有碳酸的水沿着岩石的裂缝和孔隙渗于地下,对于碳酸盐岩石起着溶解作用。原来的孔隙和裂缝不断扩大,日复一日,便形成溶洞。溶洞有大有小,大到几十立方米,小到几立方毫米(图3)。因此,碳酸盐岩的储集空间除了孔隙和裂缝之外,还有溶洞。根据碳酸盐岩储集空间类型的不同,碳酸盐岩储层可以划分为以下四种类型。

图3碳酸盐岩溶蚀产生的孔隙

(一)孔隙型储集层

主要发育粒间孔隙、晶间孔隙、生物骨架孔隙、白云化孔隙等颗粒之间的孔隙的碳酸盐岩均属此类。岩性主要为鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩、生物灰岩、礁灰岩等。世界上有许多特大油田的储集层都是这种类型,如沙特阿拉伯的加瓦尔油田是上侏罗统阿拉伯组D段砂屑灰岩产油,孔隙度为21%,渗透率为4000×10-3μ㎡,横向分布稳定,产量高,探井成功率高。

(二)溶蚀型储集层

这类储集层主要发育各种溶蚀孔隙,尤其在岩溶发育地区,溶洞、溶沟常相互连通,成为一个洞穴系统。这类储集层常分布在不整合及大断裂带附近,地下水沿不整合面或大断裂带向下渗透、淋溶,形成洞穴发育的溶蚀带。古风化壳型碳酸盐岩储集层是此类储集层的一种重要类型,我国著名的任丘油田雾迷山组储集层和鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组储集层即属此种类型。

(三)裂缝型储集层

这类储集层同砂岩裂缝型储层相似,主要是在致密、性脆、质纯的碳酸盐岩中发育各种构造裂缝。这些裂缝既可作为油气储集空间,也可成为渗滤通道,尤其是在纵横交错构成裂缝网时,更是良好的储集空间。伊朗许多著名的世界性特大油田都是由古近一新近系阿斯马利石灰岩裂缝型储集层产油,其突出特点是单井日产量高。

(四)复合型储集层

实际上,多数碳酸盐岩储集层是属于复合型的,原生孔隙、溶蚀洞穴、构造裂缝三者常同时出现,或同时发育其中的两种,如裂缝孔隙型、裂缝洞穴型。这样,原生孔隙、溶蚀洞穴都可成为油气储集空间,裂缝主要发挥渗滤通道作用,构成统一的孔隙-洞穴-裂缝系统,更有利于形成储量大、产量高的大型油气田。

三、火山岩储层

火山岩储层是指由火山喷发岩及火山碎屑岩形成的储层,常见的有玄武岩、安山岩、凝灰岩等。其中,以火山碎屑岩为储层的油气田比较常见,而以火山喷发岩为储层的油气田为数不多。火山碎屑岩储层的储集空间与碎屑岩有相似之处,孔隙类型也比较多,既有颗粒间孔隙,又有构造裂缝、节理和成岩裂缝等。

四、结晶岩储层

结晶岩储层是指各种岩浆岩和变质岩类储层,它们有不同程度的结晶。在含油气盆地中,这种结晶岩系往往构成沉积盖层的基底。这些岩石致密坚硬,不具有对油气储集有意义的孔隙空间。如果这些结晶岩受到长期强烈的风化或构造破裂作用,在其表层常出现一个风化孔隙带,使岩石的孔隙性和渗透率大大增加,可成为油气储集的良好场所。

五、泥质岩储层

泥质岩储层是指泥岩、页岩等因欠压实或构造裂缝发育而形成的储层。由直径小于0.01毫米的颗粒固结而成的岩石叫泥岩。泥岩的颗粒直径较小,孔隙小,一般不具备孔隙储油的条件。但由于构造运动的影响,泥岩受外力作用产生不同方向的节理和裂缝,可以造成相互连通的空间。近年来,国内外的油气勘探实践表明:在沉积盆地的泥质类岩石中确实存在油气藏,而泥质岩本身构成了这类油气藏的储层。这类储层的油气勘探具有较大的潜力,是油气勘探的新领域。

总之,储层是石油和天然气储存和聚集的场所。在油气勘探的各个阶段,对储层的研究历来都是石油地质学家一项十分重要的任务。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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