第1章储层岩石的物理特性.ppt

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1、1,第一章 储层岩石的物理特性,油气是我们最感兴趣的研究对象，但是研究油气就必须研究其居留于地下的空间，即居留的客观环境，因为其“环境”的好坏直接影响到油气储量的大小以及油气产量的高低。,2,储层岩石的骨架性质 储层岩石的孔隙结构及孔隙性 储层岩石的流体饱和度 储层岩石的渗透性 储层岩石的敏感性,本章主要内容,3,1 储层岩石的骨架性质,岩石的粒度和比面是反映岩石骨架构成的最主要指标。 一、岩石的粒度 粒度组成是构成砂岩的各种大小不同颗粒的含量，通常以百分 数来表示。通常用筛析法和沉降法来测定储层砂岩的粒度。粒度 组成是表示岩石骨架分散性的一种指标，组成砂岩的粒度越细， 则表明其分散程度越高。

2、,碎屑岩粒级的划分,4,二、岩石的比面 单位体积岩石内岩石骨架的总表面积，或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。细颗粒物质的比面显然比粗颗粒物质的比面大得多。 三、砂岩的胶结物及胶结类型 储层岩石的胶结物是除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，在砂岩中含量不大于50%。它对岩石起胶结的作用，使之变成坚硬的岩石。 胶结类型可分为基底式、孔隙式及接触式胶结。,不同胶结类型油层的孔隙度和渗透率,5,2 储层的孔隙结构及孔隙性,主要内容 储层岩石的孔隙结构 储层岩石的孔隙度 双重介质岩石的孔隙度 岩石孔隙度的测定 影响孔隙度大小的因素 储层岩石的压缩性,6,一、储层岩石的孔隙结构 空隙岩石颗粒间未被胶结物充满或未

3、被其它固体物质所占据的空间。空隙按几何尺寸或现状可分为孔隙、空洞和裂缝，笼统地将空隙称为孔隙。 孔隙结构是指岩石孔隙的大小、形状、孔间连通情况、孔隙的类型、孔壁粗糙程度等全部孔隙特征和它的构成分式。 1.孔隙的类型及其组合关系,Meinzer分类 a 分选好，孔隙度高的沉积物； b 分选差，孔隙度低的沉积物； c 砾石组成的沉积物，砾石本身也是多孔的； d 沉积物分选好，但颗粒间有胶结物沉积； e 由溶蚀作用形成的多孔岩石； f 由断裂形成的有胶结物的多孔岩石,7,孔隙按组合关系的分类 孔道较大的空洞（简称孔）； 喉道连接大孔隙之间的细小通道（简称喉）。 按孔隙大小的分类 超毛细管孔隙毛管孔径

4、大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm。在此类孔隙中，流体在重力的作用下可以自由流动。 毛细管孔隙毛管孔径大于0.50.0002mm或裂缝宽度大于0.250.0001mm。在此类孔隙中，流体需要有超过重力的外力去克服毛细管力。 微毛细管孔隙毛管孔径小于0.0002mm或裂缝宽度小于0.0001mm。在此类孔隙中，液体在孔隙中移动需要非常高的压力梯度，在实际油层条件下一般无法达到。 按连通性的分类 连通孔隙；死孔隙（不连通孔隙disconnected pore）,8,2.孔隙大小及其分选性 孔隙大小分布的表示方法孔隙大小分布曲线和孔隙大小累积分布曲线。,9,利用孔隙累积分布曲线上某些特征点的数

5、据，还可定量上表示出岩石孔隙的大小组成及其分选性。 分选系数（Sp） 表示孔隙分布的均匀程度，一般孔隙大小越均匀则分选性越好。,10,d i 即累积分布曲线上i处的孔隙直径。 Sp值越小，孔隙越均匀。,10,3.孔隙结构参数 孔喉比（throat to pore ratio）：孔隙与喉道直径的比值 =孔隙直径/喉道直径=Dp/Dt 一般认为孔喉比越大对采油越不利。因这个比值越大，卡断越易发生，卡断是形成残余油的一种原因 。 配位数(coordination number)：每个孔道所连同的喉道数。如一个孔道与三个喉道相连，则配位数为3。一般砂岩配位数为2-15或更多些 迂曲度（ ） 流体质点实

6、际流经的路程长度l与岩石外观长度之比值。 =孔道实际长度/孔道表观长度 迂曲度很难确定，一般取1.2-2.5。,11,二、储层岩石的孔隙度,孔隙是储集空间，无论在储量计算中还是在储层评价中，孔隙度都是必不可少的参数，所以必须搞清楚孔隙度的概念。 1.孔隙度的基本概念（porosity） 孔隙度是指岩石中孔隙体积Vp（岩石中未被固体物质充填的空间体积）与岩石总体积Vb的比值。,V孔隙 + V基质 = V总,12,岩石的绝对孔隙度(总孔隙度、完全孔隙度a),连通（有效）孔隙体积 不连通孔隙体积,岩石的绝对孔隙度是岩石的总孔隙体积Va与岩石外表体积Vb的比值。,13,岩石的有效孔隙度(e) 岩石中有

7、效孔隙的体积Ve与岩石外表体积Vb之比。计算储量和评价油气层特性时一般指有效孔隙度。,岩石的流动孔隙度(f) 在含油岩石中，流体能在其中流动的孔隙体积Vf与岩石外表体积之比。,注意：流动孔隙度与有效孔隙度不同，不仅排除了死孔隙，也排除了 微毛细管孔隙，还排除了岩石颗粒表面上液体薄膜的体积。,14,流动孔隙度的理解,15,流动孔隙度的理解,16,2.储层孔隙度分级 在实际工业评价中，只有有效孔隙度才有真正的意义。习惯上把有效孔隙度成为孔隙度。 砂岩储层的孔隙度一般为5%25%，碳酸盐岩基质的孔隙度一般小于5%。,砂岩储层按孔隙度分级（莱复生）,17,18,以裂缝性储层为例，具有两种孔隙系统。 岩

8、石颗粒之间的孔隙空间构成的粒间系统（原生孔隙） 裂缝和孔洞的空隙空间形成的系统（次生孔隙） 总孔隙度t=f+p,三、双重介质岩石的孔隙度,t总孔隙度； f原生孔隙度； p裂缝孔隙度。 与基质孔隙度相比，裂缝孔隙度一般可忽略不计。,19,20,四、岩石孔隙度的测定,目前测定孔隙度的方法很多，具体可分以几大类： 直接测定法：从地下取出岩心在实验室直接进行测量，准确但局限； 间接测定法：以各种测井方法为基础，如中子、密度、声速孔隙度。误差较大。 一般采用油层物理实验室常规岩心分析法来直接测定岩心的孔隙度。,确定孔隙度值：需要在实验室测定两个参数,21,1.岩石外表（视）体积的测定方法 几何测量法 最

9、常用，适用于胶结较好，钻切过程中不跨、不碎的岩石。 封蜡法 对于较疏松的易跨、易碎的岩石。 饱和煤油法 适用于外表不规则的岩心。,w1已饱和煤油的岩心在空气中称的质量； w2已饱和煤油的岩心在煤油中称的质量； o煤油的密度。 水银法,22,2.岩石孔隙体积Vp的测定方法 气体孔隙度仪法 原理：将已知体积（标准室）的气体Vk在一定的压力pk下，向未知室作等温膨胀，再测定膨胀后的体积最终压力p，该压力的大小取决于未知体积V的大小。,所用气体一般为氦气或氮气,23,液体（水或煤油）饱和法,方法及步骤： a.岩样准备取岩样（一般直径2cm），岩样抽提和烘干，在空气中称干重w1； b.岩样抽真空饱和煤油

10、后称重w2； c.饱和煤油岩样在煤油中称重w3。,岩样孔隙度,24,五、影响孔隙度大小的因素,碎屑颗粒的矿物成分、排列方式、分选程度、胶结物的类型及数量以及成岩后的压实作用是影响碎屑岩孔隙度的主要因素 1.岩石的矿物成分 例如，在其它条件相同时，一般石英砂岩比长石砂岩储油物性好。 2.颗粒的排列方式及分选性 排列方式：例如，等径圆球排列最疏松与最紧密两种方式,a等大圆球的立方体排列，47.64%； b等大圆球的斜方六面体排列，25.96；c等圆棒的立方体排列， 21.5%,25,粒径：统计规律认为孔隙度随着粒径的增加而减少。 颗粒的分选程度：岩石分选差，会降低孔隙度和渗透率,a分选好的物质，

11、32%；b分选差的物质， 17% ； c两种大小的圆球颗粒的立方体排列， 12.5% 。 3.埋藏深度 孔隙度随着埋深的增加而降低。 泥质砂岩；侏罗-白垩纪石英砂岩；第三纪石英砂岩,26,岩石的压缩系数（Cf） 当油层压力每降低单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积的缩小值。表示了岩石弹性趋油能力的大小，又称岩石的弹性压缩系数。,Cf岩石的压缩系数； Vb岩石的体积； Vp 油层压力降低p时，孔隙体积缩小值；,六、储层岩石的压缩性,27,3 储层岩石的流体饱和度,主要内容 流体饱和度 几个重要的流体饱和度概念 影响饱和度的因素 研究油、气、水饱和度的方法,28,油层中油、水饱和度在储量计算和油田动

12、态分析中，必不可少的参数之一。 一、流体饱和度（Saturation） 某种流体的饱和度储层岩石孔隙中某种流体所占的体积与岩石孔隙体积的比值。 若储层孔隙中只含油水两相时,So、Sw含油、含水饱和度； Vo、Vw油、水在岩石孔隙中所占体积； Vp、Vb岩石孔隙体积和岩石视体积；,29,若考虑在地层温度、压力条件下油水体积系数Bo和Bw。,Vo、Vw地面条件下原油和水的体积,二、几个重要的流体饱和度概念 随着油田的开发，不同时期油、气、水饱和度的大小是不同的。在勘探阶段所测的流体饱和度可以分为原始含油、含气饱和度和含水饱和度。,30,1.原始含油饱和度Soi 油藏投入开发以前所测出的含油饱和度,

13、2.原始含水饱和度束缚水饱和度Swi 油藏投入开发以前所测出的含水饱和度 3.目前油、气、水饱和度 是指在油田开发的不同时期、不同阶段所测得的油、气、水饱和度。 4.残余油饱和度Sor 残余油（剩余油）随着油田开发油层能量的衰竭，即使是注水后还会在地层孔隙中存在着尚未趋尽的原油。 残余油饱和度（剩余油饱和度）残余油在岩石孔隙中所占体积的百分数。,31,三、影响饱和度的因素 1.储层岩石的孔隙结构及表面性质的影响 关键因素：岩石颗粒较粗油气饱和度就高，束缚水饱和度低 2.油气性质的影响 粘度较高的油，油气饱和度低 四、研究油、气、水饱和度的方法 目前矿场确定油、气、水饱和度最直接、最常用的方法是

14、对取样岩心进行饱和度的室内测定。 室内确定岩心饱和度要取得能代表储层中流体原始分布和含量的岩心。保持岩样尽量不受或少受钻井液污染。,32,常压干馏法 蒸馏抽提法 色谱法,蒸馏抽提法（溶剂抽提法） 仪器：由冷凝器（3）、水份捕集器（4）、岩心杯（2）、长颈烧瓶（1）组成 溶剂：溶剂要求密度小于水、沸点比水高和溶解洗油能力强，常用甲苯(比重0.867，沸点111）或四氯化碳。 步骤： 称原始样质量w1 岩心放入岩心杯，加热溶剂待岩心中的油抽提、洗净、水全部蒸发后，经冷凝管冷凝而收集在水份捕集器中，直接读出水的体积Vw； 烘干岩样质量w2,33,一般根据岩心所测出的含油饱和度都比实际地层的小。 例题

15、 某油藏含油面积A=14.4km2，油层有效厚度10m，孔隙度0.2，束缚水饱和度0.3，原油地下体积系数1.2，原油相对密度0.86。试计算该油藏的原油储量。,解 ：该油藏原油的地下体积Vo=（1-Swi）Ah 则原油储量（地面体积）为：N=Vo/Bo 1.68107m3或1445104t,34,4 储层岩石的渗透性,主要内容 达西定律(线性渗流规律) 气体渗透率及气体滑动效应 裂缝岩石的渗透率 影响岩石渗透率的因素 渗透率的测定方法,35,储集性直接影响到单位体积岩石中储量的多少，而岩石的可渗性直接影响油、气井的产能。 一、达西定律(线性渗流规律) 1856年，法国水文工程师亨利 达西（H

16、erri Darcy）,Q在压差P下，通过岩心的流量，cm3/s A岩心截面积，cm2； P流体通过岩心的压力差，10-1MPa； L岩心长度，cm； 流体粘度，mPa s K是比例常数，仅与岩性有关，即渗透率，m2。,36,1.绝对渗透率： 当岩心全部孔隙为单相液体所充满并在岩心中流动时，对同一岩心，K是仅取决于岩石孔隙结构参数，与液体性质无关， 比例系数K称之为。,绝对渗透率的大小反映了岩石允许流体通过能力的强弱 ， 理解为多孔介质中孔隙通道面积的大小和孔隙弯曲程度。,单位：达西或毫达西 1达西(D)103毫达西(mD) 1 mD 1103m2 1D1m2,37,2.用达西公式确定岩石绝对

17、渗透率必须满足的条件 （1）岩石中，只能饱和和流动着一种液体，即单相流，流体不可压缩。 （2）线性渗流：流体性质和岩心几何尺寸不变的情况下，Q和P间成线性关系。 当渗流速度增大到一定程度之后，流量和压差不再成线性关系，达西定律不适用。 （3）液体性质稳定，不与岩石发生物理、化学作用。,38,二、气体渗透率及气体滑动效应 1.气测渗透率的计算 气体具有压缩性，采用达西公式的微分形式。,Q Q,根据据波义耳定律:QP = Q0P0 =常数 推导得出,Kg气测渗透率,39,2.气体滑动现象（滑脱效应/克氏效应）,气体在岩石孔道中的流动不同于液体。 对于液体来讲：在孔道中心的液体分子比靠近孔壁表面的分

18、子流速高； 气体则不然：靠近孔隙壁表面的气体分子与孔道中心分子流速几乎没什么差别。 气体在岩石孔道中的这种渗流特性称之为气体滑动现象,40,气体滑脱效应的结果 同一岩石的气测渗透率大于液测的岩石渗透率； 平均压力愈小，气测渗透率愈大； 当压力增至无穷大时，渗透率不再变化而趋于一个常数K，这个数值一般接近于液测渗透率，故又称为等效液体渗透率（克氏渗透率）。,不同气体所测得渗透率值也不同； 岩石不同，气测渗透率与液测渗透率不同。 致密岩心的滑脱效应严重,41,三、裂缝岩石的渗透率 裂缝孔隙度 L裂缝长度； A裂缝岩石的渗滤面积； b裂缝宽度。,对于双重介质来说，储油主要靠孔隙，而渗透主要靠裂缝。具

19、有裂缝的多孔介质取心难，并且常规测渗透率也难测准，故一般据裂缝的宽度和裂缝孔隙度来计算裂缝岩石的渗透率。 据布辛格公式推测可知：,其中f裂缝孔隙度； Kf裂缝岩石的渗透率,42,四、影响岩石渗透率的因素 1.岩石骨架构成及构造力的影响 主要是指岩石的粒度、分选、胶结物和层理等。 2. 岩石孔隙结构的影响 岩石的渗透率与孔隙度度有关，凡影响孔隙结构的因素都影响渗透率。,延长组286个砂岩样品的实测孔隙度、水平渗透率值进行统计,43,3. 地静压力与地层温度的影响 当作用于岩样上的压力越大时，渗透率就相应减小。 随温度升高，压力对渗透率的影响将减小。,1粗和很粗的颗粒；2粗和中等的颗粒；3细颗粒；

20、 4淤泥； 5粘土,44,1.直接测定法 在油层取岩心，实验室直接测得，最常用。都基于达西定律 常规小岩心的渗透率测定 气体通过岩心的流动状态稳定后，测定： 进、出口压力p1和p2及在此压力差下对应的流量Q。,五、渗透率的测定方法,45,全直径岩心分析测定渗透率 水平渗透率的测定：胶垫与岩样两端密封，加环压使胶皮筒密封住岩样侧表面（除有滤网处以外的表面）,E形状系数,46,2.间接方法 利用测井资料估算渗透率 利用Swi、与K的关系来求取K,式中a、b、c是与岩石孔隙结构及流体性质有关的系数。,利用孔隙半径r和孔隙度来计算,式中是迂曲度。,47,5 储层岩石的敏感性,主要内容 速敏性评价实验

21、水敏性评价实验 盐敏性评价实验 酸敏性评价实验,48,储层伤害 在油气田勘探、开发过程的各个环节，储层都会与外来流体以及储层所携带的固体颗粒接触；如果这些流体与储层不匹配，则导致储层渗透率降低，损害储层的生产能力。 储层伤害主要受储层胶结物中的敏感性矿物的影响。,一、速敏性评价实验 地层微粒地层中未被胶结或胶结不好的粘土和小于37m碎屑颗粒的统称。 地层微粒随流体在孔隙中运移，在喉道处堆积，造成堵塞 速敏性评价目的：了解储层渗透率的变化与渗流速度的关系,49,临界速度（critical velocity）：当注入流体的流速逐渐增大到某一数值而引起渗透率下降的流动速度。 速敏实验原理：以不同的注

22、入速度向岩心注入地层水，测定岩心在不同注入速度下的渗透率，根据二者的变化关系，判断岩石对流速的敏感性，找出岩石的临界速度。,KL小于临界流速时，流体的原始渗透率,50,二、水敏性评价实验 水敏现象与地层不配伍的外来流体进入地层后，引起粘土膨胀、分散、运移而导致渗透率下降的现象。 水敏实验：测定三种情况下岩心渗透率的大小 （1）地层水；（2）矿化度为地层水一半的盐水；（3）蒸馏水,KWS最高矿化度下盐水的渗透率,三、盐敏性评价实验 存在有水敏性的地层，需要进一步进行盐度评价。 盐度评价：了解地层在地层水矿化度不断下降或外来低矿化度流体侵入时，其渗透率变化情况。,51,四、酸敏性评价实验 酸敏矿物 与酸反映后容易生成沉淀而堵塞孔道引起渗透率降低的矿物。 酸敏性 酸化液进入地层后与地层中的酸敏矿物发生反应，产生凝胶或沉淀或释放出微粒，是地层渗透率下降的现象。 方法 向岩心中注入0.51.0VP的酸液，停注等待酸反应，排出残酸，测定岩心在注酸前后的渗透率。,52,