第三章 储集层与盖层（5学时）
源岩层生成的油气要被排出，那么它到那里去了？即源源不断生成的大量油气储存在哪里呢？哪些岩石可作为油气储存的场所？油气在地下以什么样的状态存在呢？油气的易流动性，特别是向上逸散的趋向性，使我们还要不得不问怎样才能盖住油气而不使其逸散？这就是本章要解决的问题。
§1 储集层概述
油气在地下存在的状态是不是象地面上那样成为油河、油湖或油库呢？勘探实践已证明并非如此。它们是储存在地下的那些具有微小孔隙的岩石中，就像水充满海绵里一样。
一、储层定义及类型
作为储集层须具备两个条件：（1）是要有容纳流体的空间，即孔隙；（2）是具有渗滤流体的能力，即孔隙是联通的，流体在其中可以流动。所以储层的定义：能够容纳和渗滤流体的岩层称为储集层。分布最广、最重要的储层有砂岩类、砾岩类、碳酸盐岩类，此外还有火山岩、变质岩、泥岩等。
二、储层的孔渗特征
衡量储层好坏的参数是它的储集性能—孔隙性，渗滤能力—渗透性。 （一）孔隙性
1．定义：孔隙是指岩中未被固体物质所充填的空间，也有人称为空隙。它有很多类型。 2．孔隙的类型
孔隙的分类很多，常见的有以下几种分类： （1）成因分类：分为原生孔隙和次生孔隙
（原生孔隙以粒间孔隙为主，次生孔隙包括裂缝、溶孔等） （2）按孔隙产状及溶蚀作用分类：
1）粒间孔隙，即碎屑颗粒之间的孔隙。
它根据其中充填物及胶结物的多少又可分三小类：①完整的，即无充填物；②剩余的，即有部分充填物；③缝状的，即孔隙基本被充填完了，仅剩下些微缝隙。
2）粒内孔隙，即颗粒内部的孔隙（不包括溶蚀孔隙）。 3）填隙物内孔隙。指杂基和胶结物内存在的孔隙。 4）裂缝性孔隙，岩石因构造或收缩作用产生的孔隙。 5）溶蚀孔隙，由溶蚀作用形成。
a)粒间溶孔，是颗粒间孔隙遭受溶蚀后所形成的孔隙，改变了原始结构。 b)粒内溶孔，是矿物颗粒内可溶性矿物被选择性溶解所留下的孔隙。 c)溶模（印模孔隙），矿物颗粒被全部溶解掉，留下与原颗粒大小、形状完全一致的孔隙。
d)溶蚀填隙物孔隙，指填隙物受溶蚀作用所形成的孔隙。
e)溶蚀裂缝孔隙，是流体沿岩石裂缝渗流，缝面两侧岩石发生溶蚀所形成的孔隙。 （3）按孔隙直径大小及对流体的渗滤特征分为三类：
（1）超毛细管孔隙：管形孔径>500μm，裂缝宽度>250μm，在自然条件（即重力作用）下，流体在其中可以自由流动，服从达西直线渗流定律。
（2）毛细管孔隙：管形孔径为500~0.2μm，裂缝宽度250~0.1μm，这种孔隙中流体受毛细管力作用，已不能在其中自由流动，只有在外力大于毛细管力的情况下，流体才能在其中流动。
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（3）微毛细管孔隙：管形孔径<0.2μm，裂缝宽度<0.1μm。由于流体与周围分子之间的巨大引力，在通常温度和压力下，流体不能流动；增加温度和压力，也只能引起流体呈分子或分子团状态扩散。
（4）按对流体的渗流特征分为有效和无效孔隙。 有效的即互相连通的超毛细管孔隙和毛细管孔隙。 无效的指那些互不连通的孔隙及微毛细管孔隙。 3．孔隙度的概念
孔隙度是衡量岩石孔隙发育程度的参数，是由孔隙空间在岩石中所占体积的百分数表示，有三个参数
（1）绝对孔隙度（亦称总孔隙度）：?t?空间体积；
（2）有效孔隙度：?e??Vt?100%，式中：
Vr?Vt——所有孔隙
?Ve?100%，式中：
Vr?Ve——有效孔隙空间体积；
Vi??100%??t??e，（3）残余孔隙度：?i?式中：?Vi——残余孔隙空间体积；
VrVr——岩样体积。
（二）渗透性
1．概念：是指岩石渗滤流体的能力，即在一定压差下，岩石流体通过的能力，用渗透率来衡量其能力大小。
2．公式：1856年法国科学家享利·达西实验发现，当单相流体通过孔隙介质呈层状流动时，服从达西直线渗滤定律：即单位时间内通过岩心的流体体积与岩心两端压差及岩心横截面积呈正比，与岩心长度及流体粘度成反比。
用公式表示如下：
Q?K?(P1?P2)?S??? （3-1）
3
式中：Q——单位时间内流体通过岩石的流量，cm/s；
2
S——岩样的截面积，cm；
μ——流体的粘度，10-3Pa·s；
?——岩样的长度，cm；
(P1-P2)——岩样两端的压差，Mpa；
2
K——岩石的渗透率，μm；
K的物理意义表示在一定压差下，液体通过岩样的能力。它的大小跟岩石的组构有关，取决于孔隙的形状、孔径大小、连通情况及岩石的吸附性等。在这里强调“一定的压差”是指在地层压力条件下流体能否通过岩石而言。从严格意义上，自然界一切岩石只要有足够大的压力差均具一定的渗透性，即渗透与非渗透岩石是一个相对概念，无绝对界限。
对气体而言，因气体随压力和温度的变化而变化，改变其体积与粘度μg，当气体沿岩样一端由P1（高压区）向P2（低压区）流动时，气体体积要发生膨胀，其体积流量通过各处横截面积时都是变数，故达西公式中的体积流Q应为通过岩石的平均流量
Q（图3-1），所以公式应为：
Kg?Q??g?S?P （3-2）
P1Q1Q P2Q2图3-1 假定气体通过岩石时是个等温过程，与进口端点压力P1相应的气体流量为Q1，与出口压力P2相应的流量为Q2与平均压力PCP=(P1+P2)/2相应的流量为Q，根据波义耳—马略特定律（当等温膨胀时）：
PCP·Q=P1Q1=P2Q2 所以上式可写成
K?2P2?Q2??g??S(P?P)2122?2P1?Q1??g??S(P?P)2122 （3-3）
3．三种渗透率
（1）绝对渗透率：当地层中只有一种流体时，且在这种流体与岩石不发生任何物理和化学反应的层流条件下，按达西直线渗滤定律所测得的渗透率称为该岩石的绝对渗透率，即岩石的绝对渗透与流体性质无关，而只由岩石自身性质所决定。
实际上，用不同流体所测得的K值并不完全一致，这是由于岩石中的物质与流体之间的物理化学反应所致。
（2）有效渗透率（相渗透率）：如果岩石中存在多相流体时，各相之间彼此干扰，这时岩石对其中每相的渗流作用与单相流体有很大差别。这时所测得的每相流体的渗透率称为该相流体的有效渗透率或相渗透率。
（3）相对渗透率：某相流体的相渗透率与绝对渗透率之比。实验证明，多相流体共存时，各单相流体的有效渗透率以及它们的和，总是低于绝对渗透率。因为多相共渗时，流体不仅要克服本身的粘滞阻力，还要克服流体与岩石孔壁之间的附着力、毛细管力及不同流体间的附加阻力等。某相流体的有效渗透率随该相流体在岩石孔隙中含量的增高而加大，当该相流体饱和度达100%时，其有效渗透率等于绝对渗透度。当某相流体的饱和度减小到某一极限含量时，该相流体即停止流动。
实验证明，当油水共存时，当
S0?15时,K0?0K
（三）孔隙度与渗透率之间的关系
孔隙度与渗透率之间没有绝对的函数关系。因渗透率除受孔隙大小的影响外更主要还受孔喉大小、形状、连通性及流体性能的影响。如一些粘土岩的绝对孔隙度很大，可达30~40%，但喉道太小，渗透率很低；一些裂缝发育的致密石灰岩，裂缝孔隙度可能很小，但渗透率可很大。
尽管如此，渗透率与有效孔隙度还是有一定关系的。特别对于碎屑岩储集层，有效孔隙度越高，渗透率越大，二者可呈一定的相关关系。
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