油层物理2-2第二节储层岩石的孔隙结构及孔隙性.ppt

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1、1,第二节 储层岩石的孔隙性,孔隙类型、孔隙结构是决定储层性能的根本因素和影响油气井产能的重要因素。 孔隙性是决定油气藏规模和开采价值的重要储层特性。,本节内容 储层岩石的孔隙结构 岩石孔隙度的概念 岩石孔隙度的测定方法 影响孔隙度大小的因素 储层岩石的压缩性,本节重点 孔隙度、岩石压缩系数和地层综合弹性压缩系数的定义，孔隙度的影响因素分析； 孔隙度的测定原理和测定方法。 本节难点： 孔隙度的测定原理 地层综合弹性压缩系数计算公式推导,2,一、 储层岩石的孔隙类型,岩石颗粒间未被胶结物质充满或未被其他固体物质占据的空间统称为空隙。 地球上没有空隙的岩石是不存在的，只是不同岩石的孔隙大小、形状和

2、发育程度不同而已。 砂岩和碳酸盐岩存在不同类型的空隙，碳酸盐岩中的空隙是受地下水溶蚀后能形成的。 各种岩石在地应力、构造应力及地质作用后产生裂缝(微裂缝)形成另一类形式的空隙。,3,一、 储层岩石的孔隙类型,空隙按几何尺寸或现状可分为孔隙(一般指砂岩)、空洞(一般指碳酸盐岩)和裂缝。由于孔隙是最普遍的形式，所以常笼统地将空隙统称为孔隙。 岩石孔隙的大小、形状、连通状况和发育程度直接影响油气的储量和生产能力。 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。 储层中孔隙(空隙)的形状、大小、发育程度、形成过程非常复杂，差异甚大，从各种角度出发

3、进行分类和描述。,4,一、 储层岩石的孔隙类型,2.孔隙类型 按成因分类，砂岩储层孔隙可分为三类： 粒间孔：碎屑颗粒间的原生孔隙。 溶蚀孔：次生孔隙。粒间溶孔、粒内溶孔。 微孔隙：混合孔隙。杂基内微孔隙，岩屑内粒间微孔。 裂缝：成岩改造或构造形变形成的缝隙。次生孔隙。,粒间孔,裂缝,溶蚀孔,5,1）按成因分类,（1）粒间孔隙 岩石为颗粒支撑或杂基支撑，含少量胶结物，由颗粒围成的孔隙称为粒间孔。是砂岩中最主要、最普遍的孔隙。 砂粒的粒度、分选性、圆球度、接触方位、填充方式和压实程度决定粒间孔隙的大小和形态。,以粒间孔为主的砂岩储层，其孔隙大、喉道粗、连通性好，一般具有较大的孔隙度(大于20)和渗

4、透率(大于10010-3)。典型的粒间孔隙的镜下形态如图所示。,6,1）按成因分类,（2）杂基内微孔隙：杂基内微孔隙主要指杂基沉积物在风化时收缩形成的孔隙及粘土矿物重结晶的晶间孔隙。 总量很多，但渗透能力极差。 （3）晶体次生晶间孔隙 ：主要由石英结晶次生加大充填原生孔隙后的残留孔隙。 （4）纹理及层理缝：在具有层理和纹理构造的砂岩中，由于不同砂层的岩性或颗粒排列方位的差异，沿纹理或层理常有微缝隙。,（5）裂缝孔隙：地应力作用形成微裂缝。裂缝宽度一般平行于最小地应力方向。砂岩储层中裂缝宽度一般为零点几微米到几微米几十微米。,7,1）按成因分类,（6）溶蚀孔隙：溶蚀孔隙是由岩石中的碳酸盐、长石、

5、硫酸盐或其他可溶性成分溶蚀后形成的。,8,云质不等粒岩屑砂岩，粒间孔与微缝,9,含云质泥岩，顺层构造缝与垂直构造缝相交,云质泥岩，溶蚀缝，,含云砾质不等粒岩屑砂岩，砾内微缝,10,2）按孔隙大小的分类,1)超毛细管孔隙 指孔隙直径大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm的孔隙。岩石中的大裂缝、溶洞及未胶结或胶结疏松的砂层孔隙多属于此类。在此类孔隙中，流体在重力用下可自由流动。 2)毛细管孔隙 指孔隙直径介于0.50.0002mm之间，或裂缝宽度介于0.250.0001 rnm之间的孔隙。砂岩的孔隙大多属此类。在此类孔隙中，孔隙壁面固体分子对流体分子的作用力较大，如果存在两相流体，则存在毛细管力

6、，液体不能自由流动。但在一定压差作用下，液体在毛细管内右以流动。 3)微毛细营孔隙 指孔隙直径小于0.0002mm、裂缝宽度小于0.0001mm的孔隙。粘土、页岩中的孔隙一属于此类型。在此类孔隙中，分子间的引力很大，油层条件下的压力梯度一般无法使液体在孔隙中移动，因此人们常将孔道直径大于或小于0.2tm作为流体能否在孔隙中流动的一个分界线。这类孔隙称为无效孔隙。,11,2）按孔隙大小的分类,12,一、 储层岩石的孔隙类型,按连通状况分 连通孔隙 pore 孤立孔隙死孔隙disconnected pore 按储渗性能分 有效孔隙： 参与渗流的连通孔隙 无效孔隙： 不参与渗流的孔隙 只有相互连通的

7、“超毛细管孔隙”和“毛细管孔隙”才是有效的油气储渗空间；“微毛细管孔隙”及“死孔隙”是无效的孔隙空间,按生成时间的分类 分为原生孔隙和次生孔隙。 原生孔隙是与沉积过程同时形成的孔隙，如粒间孔隙； 次生孔隙是沉积作用后由于各种原因形成的孔隙如地下水作用形成的溶孔、溶洞，或在构造应力下破裂形成的裂隙,13,二、岩石孔隙结构,岩石的孔隙结构包括孔隙的大小、形状、孔间连通情况、孔隙类型、孔壁粗糙程度等全部孔隙特征和它的构成方式。 岩石的孔隙结构直接影响到岩石的储集特性和渗流特性，它是研究岩石的孔隙度和渗透率的基础。 岩石的孔隙结构由孔隙和喉道两部分组成。孔隙主要起储存流体的作用，而喉道主要影响岩石的渗

8、透性。,14,二、岩石孔隙结构,(1)孔径： 孔隙直径 (2)孔喉比： throat to pore ratio 孔隙直径与喉道直径的比值。 =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 。 (3)孔隙配位数： coordination number 是指每个孔道所连通的喉道数。一般砂岩配位数介于21 5之间。,15,二、岩石孔隙结构,(4)孔隙迂曲(曲折)度： 它是用以描述孔隙弯曲程度的一个参数。迂曲度为流体质点实际流经的路程长度l与岩石外观长度L之比值，迂曲度很难确定，一般取1.2-2.5。,16,三、孔隙大小及

9、分选性,孔隙大小及分选性孔隙大小的表示和评价 孔隙大小及分选性是评价储层储孔、渗特性的重要信息，是微观渗流机理研究不可缺少的基础参数。 孔隙大小和分布 结构参数 孔隙分布特点： 高度分散、高度非均质 用统计学方法研究其分布特征。 表示： 孔隙大小分布曲线 孔隙大小累积分布曲线,17,三、孔隙大小及分选性,峰越尖锐，孔隙大小越均匀,孔隙分布曲线用于定性表征岩石孔隙大小分布特征,曲线越陡，孔隙大小越均匀,18,三、孔隙大小及分选性,孔隙的分选性评价,分选系数Sp：用来描述孔喉大小分布均匀程度的参数，又称孔喉均匀度。,式中：fi =-log2 d i d 孔喉直径 f 的下标数字累积分布曲线上对应的

10、百分数,分选系数SP越大， 表明孔喉的均匀程度越差，分选越不好。,19,三、孔隙大小及分选性,孔隙的分选性评价 歪度Skpskewness：指岩石孔喉偏大孔径为主或是偏小孔径为主的分布状况，又称偏态。,Skp0时，表孔喉大小分布曲线对称，岩样中大孔、小孔数量相当； Skp 0时，称为粗歪度，表岩样中大孔喉数量多于小孔喉数量； Skp 0时，为细歪度，表岩样中小孔数量多余大孔数量；,实际岩石孔隙的Skp一般在+1 -1之间变化,20,三、孔隙大小及分选性,孔隙的分选性评价 峰态Kp kurtosis：表孔喉分布曲线峰的陡峭程度，反映岩石中主要孔喉大小分布的集中程度，又称尖度。,21,三、孔隙大小

11、及分选性,评价标准： 以正态分布为标准，Kp=1为正态分布 Kp1，孔隙分布均匀。若孔隙大小分布曲线具有尖峰，一般Kp=1.53,Kp1，孔隙分布不均匀。如孔隙系统由两种或两种以上孔隙类型（孔隙、裂缝、溶洞）组成时，曲线具有双峰甚至多峰，Kp最小可达到0.6，多重孔隙介质时出现。,22,四、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，岩石孔隙度是衡量储层孔隙发育程度、评价储层储渗性能的重要宏观参数，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（外表体积）的比值。用希

12、腊字母表示,23,不同的孔隙度概念,排除了死孔隙和那些为毛管力所束缚的液体所占的体积，还排除了岩石表面液膜的体积,岩石的绝对孔隙度a (absolute porosity) 岩石的总孔隙体积Va与岩石的外表体积Vb之比,岩石的有效孔隙度e(effective porosity) 岩石中的有效孔隙体积Ve与岩石的外表体积Vb之比,岩石的流动孔隙度ff(flow porosity) 流体能在其内流动的孔隙体积与岩石的外表体积之比,24,四、岩石孔隙度,注意：流动孔隙度ff与有效孔隙度e的区别 ff不考虑无效孔隙，还排除了被孔隙所俘留的液体所占据的毛管孔隙空间（包括部分有效孔隙和液膜占据的空间） f

13、f随地层压力梯度及岩石、流体间物理-化学性质而变化， 是动态参数，数值上是不确定的 e反映原始地质储量，ff反映可采储量 实际工业评价中，一般采用有效孔隙度，习惯上称有效孔隙度为孔隙度,25,五、储层孔隙度分级,储层孔隙度分布范围 储层孔隙度范围：530%； 砂岩一般：10-25%；碳酸盐岩：5%,26,六、影响岩石孔隙度大小的因素,内因,影响因素,外因 (埋深),粒度分布及排列等(组成、结构),岩石矿物成分(颗粒性质),温度 压力,矿物的表面性质：吸附性、润湿性等 矿物的稳定性：抗风化、溶蚀能力等 矿物的敏感性：水敏性 特殊矿物成分：的微观结构,27,1、岩石的矿物成分,一般情况下，石英、长

14、石是砂岩最主要的两种矿物成分： 长石表面的吸附性较强，且亲油、亲水性也比石英强，在长石的表面易形成较厚的液体膜。当流体流动时，就会减小了流体的流动空间从而减小储层的流动孔隙度； 长石较石英易风化、破碎和被溶蚀，易形成解理（粒内）和溶孔（粒间）增加长石的总孔隙度； 风化程度高的长石砂岩，其孔隙度有所增加，但小孔隙的比例也随之增加易形成低渗透砂岩储集； 长石的硬度较石英小，经过长距离搬运后，长石的磨圆度一般没有石英好，长石颗粒会形成镶嵌式的孔隙结构在一定程度上会使岩石的绝对孔隙度减小。,28,1、岩石的矿物成分,砂岩中的某些粘土矿物成分具有水敏性，遇水易发生膨胀减小岩石的流动孔隙度； 其它的碎屑成

15、分（如云母、黄铁矿、绿泥石等）含量的增加，易形成降低绝对孔隙度fz的微观结构,也常会使岩石的总孔隙度减小。因为，云母具片状结构，黄铁矿、绿泥石会嵌入孔隙中。 矿物表面性质、敏感性影响储层流动孔隙度ff 矿物稳定性、特殊矿物含量影响储层绝对孔隙度 a,29,颗粒平均粒径da 分选差大孔被小颗粒充填a 紧密排列a ；正方形菱形,颗粒小，分选好，排列越不紧密，储层a 越高,2、颗粒排列方式及分选性,30,颗粒排列方式：埋深排列紧密a 对孔隙的改造：温、压、地下水等a改变 例如： 胶结物形成a；溶蚀等作用a 时代越老、埋藏越深的岩石的孔隙度越低 流体及动态过程对岩石ff 影响较大。 如：驱动压差减薄孔

16、隙表面液膜ff ； 流体粘度增厚孔隙表面液膜ff 。,3、埋深对孔隙度的影响,此外颗粒的圆球度、胶结物含量和裂缝发育程度和地层压力的变化也将影响孔隙度的大小。,31,4、其他因素的影响,比面： 比面增加流动孔隙度减小 生产压差： 生产压差增加流动孔隙度增大 流体粘度： 流体粘度增加流动孔隙度减小 润湿性： 非润湿性岩石的流动孔隙度大于润湿岩石的流动孔隙度 成岩后生作用 构造力作用：孔隙度增加 溶蚀作用：孔隙度增加 重结晶作用：孔隙度减小,32,七、岩石孔隙度的测定,定义： 与外表体积Vb、孔隙体积Vp、颗粒体积Vs 三个参数有关 求出其中任意两个，则可算得。,33,七、岩石孔隙度的测定,1.

17、岩石总体积Vb的测定,（1）直接测量法 用千分卡尺直接测量小岩心直径d和长度L 。 特点：简单。 适用对象：胶结好，不垮、不碎的岩心。,方法： 直接测量 封蜡法矿场常用 饱和煤油法 水银法,34,1. 岩石总体积Vb的测定,（2）封蜡法 原理：利用阿基米德浮力原理进行测量。 步骤： 称岩样在空气中的重量：w1 称覆盖蜡衣岩样在空气中重：w2 称覆盖蜡衣岩样在水中重：w3 岩样Vb覆盖蜡衣的岩样V蜡衣V： 式中：rw 、rp水、石蜡密度，g/cm3,适用对象：疏松、易垮、易碎的岩样。 广泛，矿场最常用。,35,1. 岩石总体积Vb的测定,（3）饱和煤油法 原理：利用阿基米德浮力原理进行测量。 步

18、骤：将干岩样抽真空后饱和煤油，称重： 饱和煤油岩样在空气中重：w1 饱和煤油岩样在煤油中重：w2 则岩样： 式中：ro煤油密度，g/cm3,适用对象： 外表不规则，但不疏松、不垮、不碎的岩样。,36,1. 岩石总体积Vb的测定,（4）水银法 原理：将岩样放入汞中，通过排除汞的体积确定岩样总体积。,特点：快速、准确，但对人体有害。 适用对象：没有大的溶孔、溶洞的岩样。,（汞是大分子液态金属，为非润湿流体。常温、压下，汞不能进入岩样孔隙中。）,37,2. 岩石孔隙体积Vp的测定,岩石Vp是十分重要的储层参数，除计算孔隙度外，在油藏工程研究及各种动态试验（流动试验，驱替试验，提高采收率微观机理研究试

19、验等）中都要用到Vp 参数。 方法： 气体孔隙度仪 饱和煤油法 流体加和法,38,2. 岩石孔隙体积Vp的测定,（1）气体孔隙度仪器矿场上广泛采用,原理：据波义尔定律，通过测定孔隙中气体的体积来测定孔隙体积Vp。,气体等温膨胀，从标准室进入装岩样的未知室。 由波义尔定律：Vk pkp （VkV） 则Vp：,特点： 适用范围广（疏松、致密岩石均可）； 结果准确可靠；可测定岩石Vp和Vs； 测定的孔隙体积Vp岩石总孔隙体积。,39,2. 岩石孔隙体积Vp的测定,（2）饱和煤油法 原理：通过测孔隙中饱和的煤油Vo测Vp。 步骤：称出干岩样在空气中重：w1 称出干岩样饱和煤油后在空气中重：w2 则岩样

20、Vp：,特点： 简单； 煤油易挥发易产生误差; 测定的孔隙体积Vp岩石有效孔隙体积。,40,2. 岩石孔隙体积Vp的测定,（3）流体加和法 原理：由测定的流体体积间接求出岩石Vp。 分别测出岩样中油、气、水的体积， 则: 特点：油气体积不易测准，误差大。,41,3.岩石颗粒体积Vs的测定方法,氦气孔隙度仪法 原理与气体孔隙度仪相同，也是利用Boyle定律,42,3.岩石颗粒体积Vs的测定方法,固体体积计法（固体比重计法） 测定时，将岩样捣碎成颗粒放入底瓶，将立瓶倒置，在里面注入煤油，并使液面到达一定的刻度点，然后与底瓶连接起来装好，由立瓶上的刻度直接可读出颗粒的体积Vs,43,岩石孔隙度测定的地质方法,地质方法 薄片法 通过镜下观察，统计出孔隙所占面积以及薄片所占的面积，从而确定岩石的孔隙度 测井法 中子测井、声波测井、密度测井、微电极测井、微侧向测井等，这些测井方法都是根据实测的测井曲线查相应的孔隙度图板求得岩石孔隙度,44,