緻密含氣砂岩的概念最早出現於美國。美國早在年在天然氣政策法案規定,砂岩儲層對天然氣的滲透率等於或小於0.1×10-3μm2時的氣藏才可以被定義為緻密砂岩氣藏。
美國聯邦能源委員會也把緻密含氣砂岩定義為空氣滲透率小於0.1×10-3μm2的砂岩[1]。
spencer[2]根據儲層孔隙度的大小將緻密儲層劃分為高孔隙度緻密儲層和低孔隙度緻密儲層。高孔隙度緻密砂岩儲層指岩性為粉砂岩和細砂岩、粉砂岩中孔隙度變化範圍為10%~30%，細砂岩隙度為25%~40%，但是滲透率都小於0.1×10-3μm2;低孔隙度緻密砂岩儲層指孔隙度範圍在3%~12%之間，滲透率一般都小於0.
1×10-3μm2
stephen a. holditch[3]認為緻密含氣砂岩是一種不經過大型改造措施(水力壓裂)或者是不採用水平井、多分支井，就不能產出工業性氣流的砂岩儲層。因此就不存在典型的緻密含氣砂岩。
緻密含氣砂岩埋藏可以很深，也可以很淺;可以是高壓，也可以是低壓;可以是低溫，也可以是高溫;可以是單層，也可以是多層;可以是均質的，也可以是非均質的。
關德師等[4]認為緻密砂岩氣是指孔隙度低(<12% )、滲透率比較低(0.1×10-3μm2),含氣飽和度低(<60% )、含水飽和度高(>40% )、天然氣在其中流動速度較為緩慢的砂岩層中的非常規天然氣。
李道品[5]根據油層平均滲透率把低滲透油田分為一般低滲透油田、特低滲透油田和超低滲透油田等三類，它們對應油層平均滲透率分別為50×10-3 ~10.1×10-3μm2, 10×10-3μm2~1.1×10-3μm2;和1.
0×10-3~0.1×10-3μm2。
王允誠等[6]根據儲層物性將低滲透性儲層的孔隙度劃分為8%~15%、滲透率為10×10-3~0.1×10-3μm2，緻密儲層的孔隙度為2%~8%、滲透率為0.1×10-3~0.
001×10-3μm2。
由此可見,各家對於天然氣緻密砂岩儲層的劃分,對於儲層孔隙度的標準相差較大,、而對於滲透率的劃分標準卻基本一致。在天然氣緻密儲層劃分的認識上不同地區具有不同標準,但是都強調了緻密砂岩儲層的滲透率特徵,亦即緻密砂岩儲層的緻密與否與孔隙度的關係並不大,主要取決於儲層的滲透率。
總之,對緻密含氣砂岩界定,世界上並無統一的標準和界限。不同的國家是根據不同時期的石油資源狀況和技術經濟條件來制定其標準和界限的,而在同一國家、同一地區,隨著認識程度的提高,緻密含氣砂岩的概念也是在不斷的發展和完善的。
由於緻密砂岩儲層低孔低滲的特點,導致此型別氣藏一般具有以下特徵[8-9]氣藏構造平緩、埋藏較深緻密氣層非均質性強,岩性不穩定,井間小層對比困難岩性緻密、低孔滲、次生孔隙溶蝕相對較發育含水飽和度高、束縛水飽和度高、電阻率較低、沉積物成熟度低、成岩成熟度高、高毛細管壓力氣水關係複雜、無明顯的氣水介面、有的出現明顯的氣水倒置現象常具異常壓力地質儲量可觀、產量較低分布隱蔽,常規的勘探方法難以發現等。低滲緻密砂岩氣藏的乙個突出特點就是自然產能低,需要採取某種增產措施和特殊的鑽井和完井方法才能達到工業開採的要求。
從地質成因出發,對緻密砂岩天然氣儲層形成過程進行系統研究,掌握儲層成因及分布規律對天然氣勘探具有重要意義。從儲層的成因演化上看,低滲透儲層的形成與沉積作用,成岩作用和構造作用密切相關。
楊曉寧[7]認為由於機械壓實作用,砂質巖的孔隙和喉道被網格狀粘土礦物和次生加大礦物充填成微細孔喉狀結構時,形成具有較高毛細管壓力的緻密砂岩。
frederic leder[10]認為砂岩孔隙度的重要影響因素依次是:埋藏速率、形成時間、初始孔隙度、流體動力學、地溫梯度等。
scherer[11]將砂岩埋深、形成時間、分選和石英顆粒含量等4項作為影響孔隙度的一級引數，列出公式，並計算了不同深度、年齡的孔隙度。
楊曉萍等[12]認為緻密砂岩有三個主要成因:①沉積作用;②成岩作用;③構造作用。其中沉積作用是形成低滲透儲層的最基本因素，它決定了後期成岩作用的型別和強度;成岩作用是形成低孔滲儲層的關鍵;構造作用一般是將緻密砂岩儲層改造為低孔低滲透或低孔高滲透儲層。
緻密含氣砂岩的成因是多方面的,起主導作用的是沉積作用和成岩作用。緻密砂岩形成的早期主要以沉積作用為主,而中、後期則主要以成岩作用為主[9]。所以何東博[13]根據低滲透儲層形成過程中不同地質因素的控制作用大小,將低滲透砂岩儲層分為:
原生低滲透儲層,次生低滲透儲層和裂縫性低滲透儲層三類。並分析了三類儲層的控制因素及主要特徵
1 原生低滲透儲層---沉積型低滲透儲層
這類儲層主要控制因素是沉積作用。沉積物粒度細、泥質含量高,分選差是形成儲層低滲透的原因,這類儲層一般發育在沉積體系的起始端或末端。以原生孔為主,由沉積作用形成,而由成岩作用產生的次生孔所佔比例很少。
通常,儲層埋藏較淺,且大多未經受過強烈的成岩作用,岩石脆性較低,裂縫相對不發育。
研究這類儲層的基本思路應該是從沉積相分析入手,分析岩石相、沉積微相及砂體分布,建立起它們與儲層物性引數的對應關係。
2 次生低滲透儲層---成岩型低滲透儲層
成岩作用是次生低滲透儲層的主要控制因素。這類儲層原來被定義為常規儲層。孔隙度和滲透率的降低是由於機械壓實作用,自生礦物充填,膠結作用及石英次生加大作用,使得原生孔隙殘留很少,形成緻密儲層有時為非儲層。
後期有機質熱演化作用產生的酸性水可使碳酸鹽、沸石、長石等礦物溶蝕而產生次生孔隙,因而儲層孔隙度和滲透率增加,形成低滲透儲層。所以研究次生低滲透儲層,應該從成岩作用事件和成岩作用史入手,以原生孔隙的消亡和次生孔隙的分布規律為重點,進行有效儲層**和評價。
3 裂縫性低滲透儲層---構造型低滲透儲層
低滲砂岩儲層,特別是次生低滲儲層,岩石緻密程度相應增加,脆性更大,在構造運動等外力作用下,易發育裂縫,形成裂縫性低滲透儲層。我國油田已發現了大量的這類儲層,如克拉瑪依油田,丘陵油田等等均屬此類。
以裂縫研究為中心開展裂縫性低滲透儲層研究,是構造型低滲儲層研究的基本思路。從岩心裂縫觀察和露頭調查入手,以構造發育史及古應力場特徵分析為基礎,結合測井及動態資料,對儲層中裂縫性質、規模、產狀、地下狀態、裂縫滲透率及可能對油田開採帶來的後果進行詳細的分析解剖,由此建立符合實際的裂縫地質模型是裂縫性低滲透儲層研究技術的關鍵。
不同的沉積相型別具有不同的水動力特徵,所形成的砂體在巖相組成、厚度、內部非均質性以及砂岩碎屑成分組成、泥質含量、顆粒的粒度、分選等多方面各具特點,造成不同沉積相所形成的砂體間具有不同的原始孔隙度和滲透率。雖然成岩作用對沉積物原始孔隙度的改造較強,但是成岩作用是在沉積作用的基礎上進行的,因而早期的成岩作用也受到沉積環境的影響,從而影響進一步成岩作用的型別、強度,直至對砂岩的孔隙演化起一定的影響作用。由於沉積環境的不同主要表現在砂岩的碎屑成分組成、雜基含量、顆粒粒度、砂體厚度等方面的不同。
下面就從這幾個方面來討論沉積相對儲層物性的影響。
沉積相對於儲集體的展布及其非均質性起著非常重要的控制作用。因此,沉積微相分析是研究儲層滲透性好壞的一條有效途徑。通過對沉積微相的分析可以從沉積機理上解釋儲層所具有的非均質特性特徵。
因此,正確認識儲集層的沉積環境、沉積微相型別及其特徵,對於正確分析儲層物性好壞及其成因,正確**目的層油層分布範圍和有效厚度,合理制定開發方案,提高採收率等都有十分重要的意義。
沉積物沉積之後,由於上覆沉積物的不斷堆積,沉積物被埋藏,在埋藏的過程中經歷了各種成岩作用,孔隙體積的變化主要取決於沉積物所經歷的這些成岩作用的型別和強度,所以成岩作用就直接決定了砂岩的孔隙演化過程,因此成岩作用是影響砂岩儲集空間型別和物性的最直接的因素。
壓實作用係指沉積物在上覆水體和沉積物負荷壓力下，不斷排出水分，體積縮小，孔隙度降低的過程。隨著孔隙度降低，相應地引起沉積層滲透率降低。如壓實是由碎屑顆粒滑動、轉動、位移、變形、破裂等物理作用引起的稱為機械壓實作用，習慣上簡稱壓實作用。
如壓實是由碎屑顆粒接觸部位發生溶解、嵌合引起的稱為壓溶作用。隨著壓實作用強度增加，碎屑顆粒之間由點接觸變為線接觸，再變為凹凸接觸，最後是縫合接觸。
壓實作用包括機械壓實和化學壓溶兩種型別
隨深度的增加,孔隙度略呈減小的趨勢,說明壓實作用對孔隙度的有一定的影響
壓實作用損失的孔隙可以用下式計算出：
壓實損失孔隙度=原始孔隙度-膠結物含量-現存孔隙度
膠結作用是碎屑岩中主要的成岩作用之一,是指礦物質膠結物從孔隙溶液中沉澱出,將鬆散的沉積物固結起來的作用。膠結作用是沉積物轉變成沉積岩過程中的重要成岩作用,也是沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一,可發生在成岩作用的各個時期,為破壞性的成岩作用。
方解石、鐵方解石、白雲石等碳酸鹽礦物的膠結現象較常見,方解石多呈斑點狀膠結,在部分層位也可見連片嵌晶式膠結。白雲石常呈菱形自形晶體, 分散充填於孔隙中。
方解石膠結物一般形成於成岩早期,晚成岩階段所形成的碳酸岩,主要為方解石的白雲石化,晶形規則,晶粒較大,多為微-粗晶。
碳酸岩膠結物會對孔隙起堵塞作用,使有些粒度較粗、分選良好的砂岩成為低孔低滲砂岩。但碳酸鹽膠結物也有其有利的一面,在成岩早期有抗壓實的作用,進入成岩晚期的時候,隨著溶解、溶蝕作用的發生,又可以產生次生溶蝕孔隙,對儲層的效能有良好的改善作用。
矽質膠結物主要包括兩種型別,一是石英顆粒的自生加大,這種現象非常普遍,但加大的幅度較低,另一種是矽質沉澱結晶充填孔隙或呈分散狀單個石英晶體充填孔隙。
粘土礦物為的重要膠結物,其成因包括陸源的和成岩自生的兩種型別,由於陸源的在成岩期或發生了轉變或結晶,實際上,已不同於沉積時期的機械充填了,而起著膠結作用。粘土礦物主要有高嶺石、綠泥石、伊利石以及伊蒙混層,其中綠泥石含量在不同井中略有差別,可能由於其所屬沉積環境不同所致,通常綠泥石含量佔粘土礦物總量的百分數在30%~80%之間,最高可達100%。其次為伊蒙混層,伊蒙混層粘土礦物在不同井中差別較大,伊利石含量在各井中差別也較大,從1%~48%之間均有分布,但主要集中在10%,可見伊利石含量佔粘土礦物總量的比例較少。
高嶺石在粘土礦物總量中的比例不大,一般＜20%。雖然粘土礦物佔岩石總量中的比例很小,但直接影響了儲層物性,因其成岩時間不同,以及在岩石孔隙中的賦存狀態存在差異,因而對孔隙變化的影響也不同。
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