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1、第二章,储层岩石的物理特性 The Physical Properties of Reservoir Rocks,2,储层岩石,岩石 (rock),岩浆岩,沉积岩,变质岩,碎屑岩(砂岩)：石英、长石 单重介质：储集和渗流空间均为孔隙（常见），或储集和渗流空间均为裂缝。双重介质：孔隙为主要储集空间，裂缝为主要渗流通道。,碳酸盐岩(灰岩)：方解石、白云石 单重介质：单重孔隙介质 、单重裂缝介质 、单重溶洞介质。双重介质：裂缝孔隙、裂缝溶洞和溶洞孔隙双重介质。三重介质：裂缝孔隙溶洞。,其他岩石,泥岩,多孔介质：由毛细管或微毛细管结构组成的介质。,3,99%以上气储量集中在沉积岩储集层中,储层岩石的分
2、类与国内典型油气田实例,储量:约50% 产量:约60%,储量:约50% 产量:约40%,4,储层岩石的物理特性,最感兴趣的对象 油气； 必须研究油气居留于地下的空间:油气储层。 油气储层性质: 岩石骨架、骨架孔隙中的流体以及流体在孔隙中的渗流机理三个部分。,本章着重讨论储层岩石骨架的各种性质 骨架复杂，不能用表示其边界曲面的方程来确定,因而采用某些能用实验方法测量的宏观 (即平均)几何参数来描述或反映 多孔骨架几何性质，也是油层物理研究方法的一大特点。,5,第一节 储层岩石的骨架性质,储层岩石,砂岩中含：砾石、砂、粉砂、泥等碎屑颗粒。,砂岩：指颗粒经胶结物胶结而成，砂含量50的陆源碎屑岩。,6
3、,7,一、岩石的粒度组成,（1）粒度的概念(grain size，particle size) 粒度：岩石颗粒直径的大小，用“目” 或“毫米”表示 目每英寸长度上的孔数，1英寸2.54cm 储油砂岩颗粒大小：一般为0.011mm,8,一、岩石的粒度组成,粒度组成 granular metric composition： 指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般以重量百分数表示，即：,式中：Wi颗粒含量； wi直径为di 的那部分颗粒的含量,粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。 岩石的粒度组成可以决定岩石的多种物理性质,9,一、岩石的粒度组成,（2）粒度组成测定 测定方法 筛析法 沉降法
4、 直接测量法 光学、电学、薄片及图象分析法, 常规岩样（主要） 极小颗粒岩样（辅助） 极大颗粒岩样（辅助） 数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样,方法选择： 依据颗粒大小和岩石致密程度。,10, 测定原理 筛析法 sieve or screen analysis method 分离： 称量： 计算：,用振动筛将粉碎的岩样分离成不同粒径（di）范围的颗粒； 用天平称出各筛中颗粒重量； 按 算出各筛中颗粒的百分含量，即得岩石粒度组成。,粒度组成测定,11,粒度组成测定,沉降法settling method 岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。通过测定各颗粒的沉降速度v，据斯托克Stokes
5、公式可计算颗粒大小： 颗粒粒径： 式中：g液体运动粘度； g重力加速度； rs颗粒密度； rL液体密度。,12,粒度组成测定,沉降法测量条件： 颗粒坚硬，具有光滑球形表面； 在粘性和不可压缩液体中颗粒运动缓慢，距离容器壁和底无穷远，颗粒以恒速沉降； 颗粒与分散介质之间不发生滑动； 颗粒浓度400目），直径在50100um时有足够的精度，但用得少。,13,粒度组成平均粒径,筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平均大小，即平均粒径,平均粒径计算：,式中： 粒级i的颗粒平均粒径； di、di” 与粒级 i 相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。,14,粒度组成测定,直接测量法 极大颗粒岩样（辅助） 光
6、学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样） 数量少、颗粒小、固结岩样 方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。,15,2.粒度组成的表示方法,(1)数字列表法,16,2.粒度组成的表示方法,(2)作图法 粒度组成分布曲线 粒度组成累积分布曲线 求粒度参数,曲线越陡，岩石颗粒越均匀,曲线峰越尖，岩石颗粒越均匀,17,2.粒度组成的表示方法,曲线位置不同，岩石平均粒径不同,粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。,18,尖峰越高，颗粒分布越均匀， 比均匀， 比均匀； 尖峰越靠右，颗粒直径越大， 、比 、 直径大； 陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，比均匀， 比均匀； 陡峭段越靠右，颗粒直径越大， 、比 、
7、直径大；,1,2,4,1,2,3,4,3,di(mm),log(di),19,粒度参数,粒度参数 粒度组成特征的定量评价 不均匀系数 a 分选系数 S 标准偏差 s,评价颗粒分布的均匀程度,20,粒度参数,（1）不均匀系数a (heterogeneity coefficient),评价标准：a 越1，颗粒越均匀，分选越好,不均匀系数a: 累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径 之比： ad60d10,式中：d10累积重量为 10 对应的平均粒径 d60累积重量为60 对应的平均粒径,21,粒度参数,（2）分选系数S sorted coefficient,22,粒度参数,（3）标准偏差 s (s
8、tandard deviation), 分选性越好 =0 同一粒径。,定义与计算 福克沃德公式,标准方差描述颗粒均匀性评价标准,23,粒度参数,（4）粒径中值： 指粒度组成累积分布曲线上50%处对应的粒径，它表示岩石粒度分布趋势。 （5）平均粒径： 岩石颗粒直径的平均值，它表示岩石颗粒分布和集中趋势的参数。,24,二、岩石的比面,1. 比面的概念 比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积； 单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。,S岩石比面，cm2cm3，1cm； A骨架的总表面积或孔隙总内表面积，cm2； Vb岩石外表体积，cm3。,几百几千,砂岩 2300 cm2cm3,25,1. 比面的概念,其
9、它定义,以岩石孔隙(pore)体积Vp为基准定义的比面Sp,以岩石骨架体积Vs为基准定义的比面Ss,26,1. 比面的概念,三种比面S、Ss、Sp之间的关系,比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。 比面越大，分散程度越大。,27,二、岩石的比面,（3）比面的实质,比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比，比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。 反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小。比面越大，吸附阻力越大。 反映岩石颗粒平均大小。,8个球的表面积：s8（2R）2 立方体体积：V（4R）3 立方体的比面：Ss/V2R 即：S1R,假设由半径为R的球按立方体排列组成
10、一个边长为4R的多孔介质立方体，则,28,二、岩石的比面,（4）影响岩石比面的因素 颗粒大小、分选、形状、排列方式 结构 胶结物含量（少则比面大） 组成,一般，岩石颗粒越小，岩石比面越大。,不圆度,S（颗粒形状）,29,二、岩石的比面,S（d相同，排列方式不同）,正方形排列,菱形排列,1=47.5%,2=25.9%,S1,S2,30,二、岩石的比面,2. 比面的测定 方法：透过法（直接法） 吸附法（间接法）,（1）透过法 透过法：据流体对岩石的透过性求岩石比面。 测定流体：常用空气 测定公式：,31,二、岩石的比面,式中： S岩石比面，cm2/cm3； f孔隙度，f； A岩心截面积，cm2；
11、L岩心长度，cm； Q0通过岩心的空气流量， cm3 /s； H空气流量稳定后的压差，cm水柱； m室温下空气粘度，mPas；,只要测出压差H和空气流量Q0，即可用上式算出岩石比面S。,（岩心f 已知，A、L可测算；空气m 可查表）,32,二、岩石的比面,（2）吸附法 吸附法：通过测定吸附在岩石表面单层分子的吸附量间接测算岩石比面的方法。 测定流体：常用氮、氪、氙等惰性气体。 测定原理：低温物理吸附原理。,33,二、岩石的比面,对比透过法和吸附法,34,（1）据孔隙度和渗透率估算 由高采尼方程： （K与S关系式） 式中：k高采尼常数（k2t 2），t 毛管迂曲度； f孔隙度，f；K渗透率，mm
12、2；S比面. 若取t 1.4，则比面估算式为：,储层岩石的骨架性质,3. 比面的估算,据f 和K估算 据粒度组成估算,35,储层岩石的骨架性质,估算思路,（2）据岩石粒度组成估算,36,储层岩石的骨架性质,估算公式推导, 假设单位体积岩石中，有n 颗直径为d 的同等大小的理想圆球；每个圆球的： 表面积： sid 2 ， 体积：Vid 36 设该球形颗粒组合的孔隙度为f，则单位体积岩石中的颗粒数量为颗粒所占总体积/每个颗粒的体积，即： 则单位体积中岩石的比面： Snsind 26（1-f）d,37,储层岩石的骨架性质, 则单位体积岩石的比面：, 鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形，在上公式中引入颗粒
13、形状校正系数C，则由岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为：, 实际岩石由不等大小的颗粒组成，仍假设其为圆球形，则第i 种平均粒径为di，含量为Gi的岩石颗粒的总表面积：,38,储层岩石的骨架性质,适用范围 胶结疏松、颗粒磨圆度较高、不含或少含粘土颗粒的岩石。,式中：C颗粒形状校正系数，一般取1.2-1.4； f岩石孔隙度，f； di、Gi粒径及其对应的重量组成。,39,三、胶结物及胶结类型,砂岩中的填充物是由杂基和胶结物组成。 胶结物： 是指除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，一般是结晶的或非结晶的自生矿物。它对岩石颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。在砂岩中含量不大于50%。 杂基： 又称基质。它
14、是指充填于碎屑颗粒之间的细小机械混入物，一般为粉砂和粘土物质,还有细粉砂和碳酸盐灰泥，粒度小于0.03mm。 杂基对于碎屑也起胶结作用，但它不同于胶结物。杂基不是化学成因的矿物，而主要以悬浮方式搬运，作为机械沉积分异作用的最终产物进入沉积场所的。 胶结物质含量增加总使岩石的储油能力和渗透能力变差。 砂岩中胶结物的成分、数量和胶结类型，影响着砂岩的致密程度、孔隙性、渗透性等岩石物性。,40,胶结物成份可分为： 泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。 最常见的是泥质、钙质（灰质）、硫酸盐。 胶结类型： 胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒之间的接触关系。 通常取决于胶结物的成分和含量的多少
15、、沉积条件以及沉积后的一系列变化等因素。 基底胶结 胶结类型 孔隙胶结 接触胶结,41,胶结类型,42,胶结类型,1、基底胶结 胶结物含量较高，碎屑颗粒孤立地分布在胶结物之中，由于胶结物与碎屑颗粒同时沉积，也称原生胶结。 特点：胶结强度很高，孔隙性很差。,43,胶结类型,2、孔隙胶结 胶结物含量较少，颗粒大部分能相互接触。 特点：胶结强度较低，孔隙性较好。,44,胶结类型,3、接触胶结 胶结物含量很少,一般小于5%，颗粒之间的接触为点接触或线接触，胶结物多为泥质。 特点：胶结物强度较差，孔隙性、渗透性最好。,45,四、砂岩胶结物的敏感性矿物,储层伤害 在油气田勘探、开发过程的各个环节，储层都会
16、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。 胶结类型直接影响岩石的储油物性，但就对储层的敏感性来说，则主要受胶结物中的敏感性矿物的影响。,46,1、粘土通水膨胀特性 粘土： 直径小于0.01mm的颗粒占50以上的细粒碎屑。 它的成分主要包括粘土矿物和非粘土矿物。 粘土矿物是高度分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称，是砂岩的主要胶结物。 粘土矿物的基本结构组成：,47,粘土矿物可以分为： 高岭石型、蒙皂石型、水云母型和绿泥石型。 蒙皂石粘土有最大的膨胀性，水云母和绿泥石次之，高岭石的膨胀性最小。 粘土“膨润度”：
17、指粘土膨胀的体积占原始体积的百分数，它是衡量粘土膨胀大小的指标。 通常淡水使粘土膨胀最厉害； 测定粘土膨胀大小常用的粘土膨胀仪。,48,2、石膏脱水特性 石膏（CaSO42H2O），当被加热时，随着温度的升高会有结晶水析出。 应用: 当测定岩心含水饱和度时，会使岩心含水饱和度偏高，而出现所谓的“超百”现象(即岩石中所有流体饱和度之和大于100)。,49,3、碳酸盐岩遇酸分解 碳酸盐矿物可与酸反应，其含量的多少不仅影响到储油气岩石的物性，且直接决定着油井的增产措施。 碳酸盐含量的测定多基于下述反应：,50,4、酸敏矿物及特点 与酸反应后容易生成沉淀而堵塞孔道引起渗透率降低的矿物。,51,砂岩的土酸酸化,土酸: 由10%-15%浓度的HCl和3%-8%浓度的HF及一些添加剂组成。 砂岩的土酸酸化时，不能单独使用HF；同时，如果砂岩中含碳酸盐较多，则盐酸的比例应高一些。 原因有三： 1、HF与硅铝酸盐反应生成沉淀 但CaF2在酸性溶液中处于溶解状态，HCl可提高酸液浓度。,52,2、HF与砂岩的反应速度 HF与碳酸盐反应速度最快，其次是粘土，最后是石英；而盐酸与碳酸盐的反应速度比HF与碳酸盐反应速度快得多，加入盐酸可减少HF的浪费； 3、 HF价格昂贵,