油層物理學(xué)說儲層巖石的物理特性

1、油層物理學(xué)說儲層巖石的物理特性2儲層巖石巖石(rock)巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖碎屑巖(砂巖)：石英、長石單重介質(zhì)：儲集和滲流空間均為孔隙（常見），或儲集和滲流空間均為裂縫。雙重介質(zhì)：孔隙為主要儲集空間，裂縫為主要滲流通道。碳酸鹽巖(灰?guī)r)：方解石、白云石單重介質(zhì)：單重孔隙介質(zhì) 、單重裂縫介質(zhì) 、單重溶洞介質(zhì)。雙重介質(zhì)：裂縫孔隙、裂縫溶洞和溶洞孔隙雙重介質(zhì)。三重介質(zhì)：裂縫孔隙溶洞。其他巖石泥巖多孔介質(zhì)：由毛細(xì)管或微毛細(xì)管結(jié)構(gòu)組成的介質(zhì)。399%以上氣儲量集中在沉積巖儲集層中 沉積類型巖 性分 類典型油氣田舉例碎屑巖砂巖疏松砂巖薩爾圖油田、勝坨油田、澀北氣田粉砂巖文東油田致密砂巖棗園油田、靖安油田裂縫

2、性砂巖延長油田礫巖礫巖克拉瑪依油田砂礫巖砂礫巖曙光油田裂縫性砂礫巖蒙古林油田、火燒山油田泥巖孔隙縫洞泥灰?guī)r南翼山油田碳酸鹽巖白云巖裂縫孔洞白云巖任丘油田裂縫孔隙泥質(zhì)白云巖風(fēng)成城油田石灰?guī)r裂縫孔洞灰?guī)r蘇橋油田、塔河油田生物灰?guī)r樁西油田孔隙裂縫藻灰?guī)r義東油田其他巖石火成巖裂縫孔隙安山巖風(fēng)化店油田裂縫性凝灰?guī)r哈達(dá)圖油田火山巖車排子油田、石西油田玄武巖、安山巖克拉瑪依油田417斷塊變質(zhì)巖裂縫性變質(zhì)巖鴨兒峽油田裂縫性花崗巖靜安堡油田儲層巖石的分類與國內(nèi)典型油氣田實例儲量:約50%產(chǎn)量:約60% 儲量:約50%產(chǎn)量:約40% 4儲層巖石的物理特性最感興趣的對象 油氣；必須研究油氣居留于地下的空間:油氣儲層

3、。油氣儲層性質(zhì): 巖石骨架、骨架孔隙中的流體以及流體在孔隙中的滲流機理三個部分。本章著重討論儲層巖石骨架的各種性質(zhì)骨架復(fù)雜，不能用表示其邊界曲面的方程來確定,因而采用某些能用實驗方法測量的宏觀 (即平均)幾何參數(shù)來描述或反映 多孔骨架幾何性質(zhì)，也是油層物理研究方法的一大特點。 5第一節(jié) 儲層巖石的骨架性質(zhì)儲層巖石碳酸鹽巖砂巖骨架空隙比面粒度組成孔隙顆粒膠結(jié)物砂巖中含：礫石、砂、粉砂、泥等碎屑顆粒。砂巖：指顆粒經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而成，砂含量50的陸源碎屑巖。67一、巖石的粒度組成（1）粒度的概念(grain size，particle size)粒度：巖石顆粒直徑的大小，用“目” 或“毫米”表示 目每

4、英寸長度上的孔數(shù)，1英寸儲油砂巖顆粒大?。阂话銥?mm粒級劃分泥(粘土)粉砂砂礫細(xì)粉砂粗粉砂細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫巨礫顆粒直徑（mm）10008一、巖石的粒度組成 粒度組成 granular metric composition：指構(gòu)成砂巖的各種大小顆粒的含量組成。一般以重量百分?jǐn)?shù)表示，即：式中：Wi顆粒含量； wi直徑為di 的那部分顆粒的含量粒度組成可定量表征巖石顆粒的大小和分布特征。巖石的粒度組成可以決定巖石的多種物理性質(zhì)9一、巖石的粒度組成（2）粒度組成測定 測定方法篩析法 沉降法 直接測量法 光學(xué)、電學(xué)、薄片及圖象分析法 常規(guī)巖樣（主要） 極小顆粒巖樣（輔助） 極大顆粒巖樣（輔助）

5、 數(shù)量少、顆粒小、固結(jié)巖樣等特殊巖樣方法選擇： 依據(jù)顆粒大小和巖石致密程度。10粒度組成測定 測定原理 篩析法sieve or screen analysis method分離：稱量：計算：用振動篩將粉碎的巖樣分離成不同粒徑（di）范圍的顆粒；用天平稱出各篩中顆粒重量；按 算出各篩中顆粒的百分含量，即得巖石粒度組成。11粒度組成測定沉降法settling method 巖石顆粒大小不同，其在液體中的沉降速度v不同。通過測定各顆粒的沉降速度v，據(jù)斯托克Stokes公式可計算顆粒大?。?顆粒粒徑： 式中：g液體運動粘度； g重力加速度； rs顆粒密度； rL液體密度。12粒度組成測定沉降法測量條件

6、：顆粒堅硬，具有光滑球形表面；在粘性和不可壓縮液體中顆粒運動緩慢，距離容器壁和底無窮遠(yuǎn)，顆粒以恒速沉降；顆粒與分散介質(zhì)之間不發(fā)生滑動；顆粒濃度1%適用于粒徑較細(xì)（400目），直徑在50100um時有足夠的精度，但用得少。13粒度組成平均粒徑篩析測出的粒徑代表某粒徑范圍內(nèi)所有顆粒的平均大小，即平均粒徑 平均粒徑計算： 式中： 粒級i的顆粒平均粒徑； di、di” 與粒級 i 相鄰的前后兩層篩子的 孔眼直徑。 14粒度組成測定直接測量法 極大顆粒巖樣（輔助）光學(xué)、電學(xué)、薄片及圖象分析法（特殊巖樣） 數(shù)量少、顆粒小、固結(jié)巖樣方法選擇：依據(jù)顆粒大小和巖石致密程度。152.粒度組成的表示方法(1)數(shù)字列

7、表法顆粒直徑did1d2 dn顆粒重量WiW1W2 Wn粒度組成Wi/WW1/WW2/W Wn/W粒度累積組成Wi/WW1/W(W1+ W2)/W 1(Wi/W)162.粒度組成的表示方法(2)作圖法粒度組成分布曲線粒度組成累積分布曲線 求粒度參數(shù)曲線越陡，巖石顆粒越均勻曲線峰越尖，巖石顆粒越均勻172.粒度組成的表示方法曲線位置不同，巖石平均粒徑不同 粒度組成曲線可定性表征巖石顆粒的分布特征。 18尖峰越高，顆粒分布越均勻， 比均勻， 比均勻；尖峰越靠右，顆粒直徑越大， 、比 、 直徑大；陡峭段越陡，顆粒分布越均勻，比均勻， 比均勻；陡峭段越靠右，顆粒直徑越大， 、比 、 直徑大；12412

8、343di(mm)log(di)19粒度參數(shù)粒度參數(shù) 粒度組成特征的定量評價不均勻系數(shù) a分選系數(shù) S標(biāo)準(zhǔn)偏差 s 評價顆粒分布的均勻程度20粒度參數(shù)（1）不均勻系數(shù)a (heterogeneity coefficient) 評價標(biāo)準(zhǔn)：a 越1，顆粒越均勻，分選越好 不均勻系數(shù)a: 累積分布曲線上兩個重量百分?jǐn)?shù)對應(yīng)的粒徑 之比： ad60d10式中：d10累積重量為 10 對應(yīng)的平均粒徑 d60累積重量為60 對應(yīng)的平均粒徑21粒度參數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)：（特拉斯克）S12.52.54.54.5分選好中等差（2）分選系數(shù)Ssorted coefficient22粒度參數(shù)（3）標(biāo)準(zhǔn)偏差 s (standa

9、rd deviation) 分選性越好=0 同一粒徑。定義與計算福克沃德公式標(biāo)準(zhǔn)方差描述顆粒均勻性評價標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方差分選等級4.00分選性極差23粒度參數(shù)（4）粒徑中值：指粒度組成累積分布曲線上50%處對應(yīng)的粒徑，它表示巖石粒度分布趨勢。（5）平均粒徑：巖石顆粒直徑的平均值，它表示巖石顆粒分布和集中趨勢的參數(shù)。24二、巖石的比面1. 比面的概念比面：單位體積巖石內(nèi)，骨架的總表面積； 單位體積巖石內(nèi)，孔隙的總內(nèi)表面積。 S巖石比面，cm2cm3，1cm； A骨架的總表面積或孔隙總內(nèi)表面積，cm2； Vb巖石外表體積，cm3。幾百幾千砂巖2300 cm2cm3251. 比面的概念其它定義以巖石孔隙(

10、pore)體積Vp為基準(zhǔn)定義的比面Sp 以巖石骨架體積Vs為基準(zhǔn)定義的比面Ss =+VbVsVp261. 比面的概念三種比面S、Ss、Sp之間的關(guān)系 定義：比面可定量描述巖石骨架顆粒的分散程度。比面越大，分散程度越大。27二、巖石的比面（3）比面的實質(zhì)比面是描述巖石骨架（顆粒）分散程度的指標(biāo)。與粒徑相比，比面更直觀地反映出了巖石顆粒的分散程度。反映單位外表體積巖石中飽和的流體與巖石骨架接觸面積的大小。比面越大，吸附阻力越大。反映巖石顆粒平均大小。8個球的表面積：s8（2R）2立方體體積：V（4R）3立方體的比面：Ss/V2R即：S1R 假設(shè)由半徑為R的球按立方體排列組成一個邊長為4R的多孔介質(zhì)

11、立方體，則28二、巖石的比面（4）影響巖石比面的因素顆粒大小、分選、形狀、排列方式 結(jié)構(gòu)膠結(jié)物含量（少則比面大） 組成 一般，巖石顆粒越小，巖石比面越大。不圓度 S（顆粒形狀）29二、巖石的比面 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% S1S2S透適用于需考慮吸附情況的開發(fā)作業(yè)過程的評價和研究34儲層巖石的骨架性質(zhì) 3. 比面的估算 （1）據(jù)孔隙度和滲透率估算 由高采尼方程：（K與S關(guān)系式） 式中：k高采尼常數(shù)（k2t 2），t 毛管迂曲度； f孔隙度，f；K滲透率，mm2；S比面.若取t ，則比面估算式為：據(jù)f 和K估算據(jù)粒度組成估算 35儲層巖石的骨架性

12、質(zhì) 估算思路（2）據(jù)巖石粒度組成估算36儲層巖石的骨架性質(zhì) 估算公式推導(dǎo) 假設(shè)單位體積巖石中，有n 顆直徑為d 的同等大小的理想圓球；每個圓球的： 表面積： sid 2 ， 體積：Vid 36 設(shè)該球形顆粒組合的孔隙度為f，則單位體積巖石中的顆粒數(shù)量為顆粒所占總體積/每個顆粒的體積，即： 則單位體積中巖石的比面： Snsind 26（1-f）d37儲層巖石的骨架性質(zhì) 則單位體積巖石的比面： 鑒于實際巖石顆粒不可能為圓球形，在上公式中引入顆粒形狀校正系數(shù)C，則由巖石粒度組成估算巖石比面的計算公式為： 實際巖石由不等大小的顆粒組成，仍假設(shè)其為圓球形，則第i 種平均粒徑為di，含量為Gi的巖石顆粒的

13、總表面積：38儲層巖石的骨架性質(zhì) 適用范圍 膠結(jié)疏松、顆粒磨圓度較高、不含或少含粘土顆粒的巖石。式中：C顆粒形狀校正系數(shù)，一般??； f巖石孔隙度，f； di、Gi粒徑及其對應(yīng)的重量組成。39三、膠結(jié)物及膠結(jié)類型砂巖中的填充物是由雜基和膠結(jié)物組成。膠結(jié)物：是指除碎屑顆粒以外的化學(xué)沉淀物質(zhì)，一般是結(jié)晶的或非結(jié)晶的自生礦物。它對巖石顆粒起膠結(jié)作用，使之變成堅硬的巖石。在砂巖中含量不大于50%。雜基：又稱基質(zhì)。它是指充填于碎屑顆粒之間的細(xì)小機械混入物，一般為粉砂和粘土物質(zhì),還有細(xì)粉砂和碳酸鹽灰泥，粒度小于。雜基對于碎屑也起膠結(jié)作用，但它不同于膠結(jié)物。雜基不是化學(xué)成因的礦物，而主要以懸浮方式搬運，作為機

14、械沉積分異作用的最終產(chǎn)物進(jìn)入沉積場所的。膠結(jié)物質(zhì)含量增加總使巖石的儲油能力和滲透能力變差。砂巖中膠結(jié)物的成分、數(shù)量和膠結(jié)類型，影響著砂巖的致密程度、孔隙性、滲透性等巖石物性。40膠結(jié)物成份可分為：泥質(zhì)、鈣質(zhì)（灰質(zhì)）、硫酸鹽、硅質(zhì)和鐵質(zhì)。最常見的是泥質(zhì)、鈣質(zhì)（灰質(zhì)）、硫酸鹽。膠結(jié)類型：膠結(jié)物在巖石中的分布狀況以及它們與碎屑顆粒之間的接觸關(guān)系。通常取決于膠結(jié)物的成分和含量的多少、沉積條件以及沉積后的一系列變化等因素。 基底膠結(jié) 膠結(jié)類型 孔隙膠結(jié) 接觸膠結(jié)41膠結(jié)類型膠結(jié)類型接觸式膠結(jié)孔隙式膠結(jié)基底式膠結(jié)孔隙度，%23301828817滲透率，10-3m25010001150142膠結(jié)類型1、基底

15、膠結(jié) 膠結(jié)物含量較高，碎屑顆粒孤立地分布在膠結(jié)物之中，由于膠結(jié)物與碎屑顆粒同時沉積，也稱原生膠結(jié)。 特點：膠結(jié)強度很高，孔隙性很差。43膠結(jié)類型2、孔隙膠結(jié) 膠結(jié)物含量較少，顆粒大部分能相互接觸。 特點：膠結(jié)強度較低，孔隙性較好。44膠結(jié)類型3、接觸膠結(jié) 膠結(jié)物含量很少,一般小于5%，顆粒之間的接觸為點接觸或線接觸，膠結(jié)物多為泥質(zhì)。 特點：膠結(jié)物強度較差，孔隙性、滲透性最好。45四、砂巖膠結(jié)物的敏感性礦物 儲層傷害在油氣田勘探、開發(fā)過程的各個環(huán)節(jié)，儲層都會與外來流體以及儲層所攜帶的固體顆粒接觸；如果這些流體與儲層不匹配，則導(dǎo)致儲層滲透率降低，損害儲層的生產(chǎn)能力。膠結(jié)類型直接影響巖石的儲油物性，

16、但就對儲層的敏感性來說，則主要受膠結(jié)物中的敏感性礦物的影響。461、粘土通水膨脹特性 粘土： 直徑小于的顆粒占50以上的細(xì)粒碎屑。 它的成分主要包括粘土礦物和非粘土礦物。 粘土礦物是高度分散的含水的層狀硅酸鹽和含水的非晶質(zhì)硅酸鹽礦物的總稱，是砂巖的主要膠結(jié)物。 粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)組成：47粘土礦物可以分為：高嶺石型、蒙皂石型、水云母型和綠泥石型。蒙皂石粘土有最大的膨脹性，水云母和綠泥石次之，高嶺石的膨脹性最小。粘土“膨潤度”：指粘土膨脹的體積占原始體積的百分?jǐn)?shù)，它是衡量粘土膨脹大小的指標(biāo)。通常淡水使粘土膨脹最厲害；測定粘土膨脹大小常用的粘土膨脹儀。482、石膏脫水特性 石膏（CaSO42H2O），當(dāng)被加熱時，隨著溫度的升高會有結(jié)晶水析出。 應(yīng)用: 當(dāng)測定巖心含水飽和度時，會使巖心含水飽和度偏高，而出現(xiàn)所謂的“超百”現(xiàn)象(即巖石中所有流體飽和度之和大于100)。49 3