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油层物理第一章储油气岩石的物理性质1

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油层 物理 第一章 储油 岩石 物理性质
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第一章 储油气岩石的物理性质沉积类型 岩 性 分 类 典型油气田举例碎屑岩砂岩疏松砂岩 萨尔图油田、胜坨油田、涩北气田粉砂岩 文东油田致密砂岩 枣园油田、靖安油田裂缝性砂岩 延长油田砾岩 砾岩 克拉玛依油田砂砾岩 砂砾岩 曙光油田裂缝性砂砾岩 蒙古林油田、火烧山油田泥岩 孔隙缝洞泥灰岩 南翼山油田碳酸盐岩白云岩裂缝孔洞白云岩 任丘油田裂缝孔隙泥质白云岩风成城油田石灰岩裂缝孔洞灰岩 苏桥油田、塔河油田生物灰岩 桩西油田孔隙裂缝藻灰岩 义东油田火成岩裂缝孔隙安山岩 风化店油田裂缝性凝灰岩 哈达图油田火山岩 车排子油田、石西油田玄武岩、安山岩 克拉玛依油田 417断块变质岩裂缝性变质岩 鸭儿峡油田裂缝性花岗岩 静安堡油田储层岩石的分类与国内典型油气田实例99%以上气储量集中在沉积岩储集层中储量 :50%产量 :40%储量 :50%产量 :60%世界平均绪论岩石骨架孔隙 (含有 基质裂缝溶洞裂缝 单重裂缝介质 、单重溶洞介质裂缝-孔隙、裂缝-溶洞和溶洞-孔隙双重介质 ,甚至裂缝-孔隙-溶洞三重介质均质多孔介质与非均质多孔介质我们最感兴趣的对象 : 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• 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,如 粒度组成、比面、孔隙度、饱和度、渗透率、压缩性、热学性质、电学性质、放射性、声学特性以及敏感矿物的敏感性 。• 这些内容也是学好本课程中有关章节及其它课程所必备的基础知识• 这种采用实验手段研究岩石整体宏观性质 (而不是研究单个颗粒或孔隙 )的方法,也是油层物理学科研究方法的一大特点。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第一章、储层岩石的物理特性主要内容第一节 储层岩石的骨架性质第二节 储层岩石的孔隙结构及孔隙性第三节 储层岩石的流体的饱和度第四节 储层岩石的渗透率性第五节 储层岩石参数的平均值处理方法第六节 储层岩石的敏感性粒度组成、比面、孔隙度与压缩性、饱和度、渗透 率、敏感性热学性质电学性质、放射性、声学特性层岩石的 骨架性质岩石的颗粒组成岩石的比面 分散性岩石 —— 是颗粒经胶结物的胶结作用而形成的。岩石 =颗粒 +胶结物 +孔隙岩石外表体积 =骨架体积 +孔隙体积一、岩石的粒度组成1、粒度:岩石颗粒直径的大小,用“目”表示。目 —— 每英寸长度上的孔数。2、粒度组成(分布函数):各大小不同的岩石 颗粒的重量百分比。 (岩石的粒度组成可以决定岩石的许多物理性质 )1 0 0 % ( 1 , 2 , .. ., )G i  3、粒度组成的表示方法:1  .d1 1 组成累积组成A 粒度组成分布曲线 B 粒度组成累积分布曲线%100~ 100~ 性 表征岩石颗粒分布特征( 非标准正态分布 )1234di(234度组成分布曲线 对比分析问题:分布曲线形态反映出岩石 粒度组成 ?特点1234di(234粒分布越均匀, ① 比 ② 均匀, ③ 比 ④ 均匀。粒直径越大, ③、 ④ 比 ① 、 ② 直径大。粒分布越均匀, ① 比 ② 均匀, ③ 比 ④ 均匀。粒直径越大, ③ 、④ 比 ① 、 ② 直径大。4、粒度组成实验分析方法(筛析法、沉降法等)A、筛析法 ( or 选范围一般按 或 两个级差),适用于较粗颗粒。2 4 2di )11(211 '''颗粒平均直径:原理 装置B、沉降法 (:适用于粒径较细( 400目),但用得少。)1(182液岩 分选差;2575 / 定义与计算 准方差 σ(:用标准方差 的大小来划分岩石分选性的等级标准方差描述颗粒均匀性评价标准分选性越好 =0同一粒径。定义与计算福克 ·沃德公式 ii g 951684  S— 岩石比面, 1/ — 骨架的总表面积 或孔隙总内表面积, b— 岩石 外表体积 ( 层岩石的 骨架性质二、 岩石的比面 (or 石的颗粒组成岩石的比面 分散性1、比面的概念单位体积岩石内,岩石骨架的总表面积;或单位体积的岩石内,总孔隙的内表面积。砂岩 2300 几千岩石 孔隙 (积 p= +s 岩石 骨架 (积 p 三种比面 S、 V /V  V )1( 1(  定义:3、比面的实质• 反映了单位外表体积岩石中所饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小• 反应了岩石骨架的分散程度。比面越大,骨架分散程度越大,颗粒也越细。S↑ 分散程度 ↑ 渗流阻力 ↑( > ni (6 ③ φ↑ S↓( 列方式不同 )正方形排列 菱形排列1=2=>22300 几千油层岩石的碳酸盐含量 :是指岩石中的碳酸岩 、 钠盐( 、 钾盐 ( 、 石灰岩 ( 、 白云岩( 和菱铁矿 ( 等的总含量 。碳酸盐在油层岩石中的含量变化很大 。 例如 , 碳酸盐岩储层就是全由碳酸盐类所组成 。 亦有可能完全不含碳酸盐类 , 或者含量很小的情况 , 如象石英砂岩 。研究油藏岩石中的碳酸盐含量,对于油层的增产措施(例如,酸处理),有着十分重要的作用。碳酸盐含量作为研究油层的对比标志,也具有相当重要的意义。层岩石的 骨架性质三、岩石的碳酸盐含量岩石的颗粒组成岩石的比面 分散性测量岩石中的碳酸盐含量的方法主要是使所含的各种碳酸盐起化学分解 , 然后计量分解时所放出的二氧化碳气体 。 在测量碳酸盐含量时 , 一般计算均折算为 定碳酸盐含量,主要在实验室进行。岩石的碳酸盐含量,可根据求出的 C— 岩石中 %; V— 所求出的 3 ; G’— 在实验温度及大气压下, 1㎝ 3的 克 ;G— 岩样重量,克。小测验 :请论证公式的正确性 !孔隙性是决定油气藏规模和开采价值的重要储层特性。层岩石的 孔隙结构 及 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。本节内容• 储层岩石的孔隙结构• 岩石孔隙度概念• 影响孔隙度大小的因素• 孔隙度测定方法• 孔隙度与表征性体积单元• 储层岩石的压缩性本节目的及重点、难点• 明确孔隙结构及孔隙分类方法• 掌握孔隙度 、 岩石压缩系数和地层综合弹性系数定义 , 明确孔隙度影响因素 ,掌握孔隙度的各种测定方法 , 了解孔隙度表征体积单元含义一、储层岩石的 孔隙 结构= +s 骨架体积 +孔隙体积岩石中未被固体物质充填的空隙空间岩石的孔隙类型、孔隙大小和分布、形态及连通关系、以及孔隙表面粗糙度等因素的综合 孔隙 结构 铸摸图1、储层岩石的孔隙类型及组合关系(1)孔隙类型因 ,孔隙可分为 三类碎屑颗粒间的孔隙(原生孔隙 )间溶孔、粒内溶孔 (次生 )成岩改造或构造形变形成的缝隙 (次生 ) 。态 弻为孔隙和裂缝 两类砂岩储集岩的孔隙类型示意图碳酸盐岩的孔隙分类命名(据 1970)砂岩储集岩的孔隙和喉道12356235层岩石的孔隙类型及组合关系( 2)孔隙组合关系孔隙类型复杂孔隙尺度差异大① 单重孔隙介质 、单重裂缝介质 、单重溶洞介质② 裂缝-孔隙、裂缝-溶洞和溶洞-孔隙双重介质③ 裂缝-孔隙-溶洞三重介质孔隙组合复杂多样孔隙结构非均质性极强可分为:1、储层岩石的孔隙类型及组合关系( 3)孔隙分类•按大小分为• 按连通状况分– 连通孔隙– 孤立孔隙 —— 死孔隙• 按储渗性能分– 有效孔隙:参不渗流的连通孔隙– 无效孔隙:丌参不渗流的孔隙★ 只有相互连通的 “ 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 ” 是无意义的孔隙空间1、储层岩石的孔隙类型及组合关系( 3)孔隙分类喉道直径孔隙直径喉孔 )孔隙配位数: 每个孔隙所连通的喉道数(一般砂岩的配位数在 2~15之间 )2、孔隙结构参数(薄片、铸体及图象分析)( 1)孔喉比: 孔隙直径与喉道直径的比值2、孔隙结构参数(薄片、铸体及图象分析)( 3)孔隙迂曲度 τ : 流体质点在岩石中实际流经的路程长度 L 迂曲度 τ可定量描述 孔隙 的 弯曲程度 。但 τ无法测定,一般在 围中取值,常取 、孔隙大小及分选性 (孔隙大小的表示和评价)(1)孔隙大小和分布孔隙分布特点述方法量 表征岩石孔隙大小 分布特征峰越高,孔隙大小越均匀 曲线越陡,孔隙大小越均匀3、孔隙大小及分选性 (孔隙大小的表示和评价)(2)孔隙大小分选性评价p (kp(p: ()① 分选系数  g均匀度 ↑ )(22)(225955059516845016841  隙大小及分选性 (孔隙大小的表示和评价)② 歪度(或偏态):描述孔隙大小分布偏于粗孔径还是细孔径察细毛管与粗毛管的体积之比•当 B,粗歪度 ;•当 B, 细歪度 隙大小及分选性 (孔隙大小的表示和评价)③ 峰态 述孔隙分布曲线的陡峭程度,反映岩石中最常出现的孔喉大小的集中程度 .)(575595态分布 , l 尖峰分布 , ,一般 l 双峰甚至多峰 分布 ,其它条件相同,液膜厚度 菱形颗粒分选好,排列越不紧密, φ a 越高内因三、影响岩石孔隙度大小的因素影响因素外因 (温度 ,压力条件或埋深对孔隙度的影响 )深 ↑→排列紧密 →φa↓、压、地下水等 →φ结物形成 →φa↓;溶蚀等作用 →φa ↑★ 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 φ 响较大。 如:→减薄孔隙表面液膜 →↑φ→增厚孔隙表面液膜 →↓φ、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法%1 0 0)1(%1 0 0 出 个参数中任意两个,则可得 φ(1)岩石外表体积 — 矿场常用 b 四、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法(1)岩石外表体积 直径 • 特点:简单• 适用对象:胶结好,钻切过程中不垮、不碎的岩心四、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法(1)岩石外表体积 接测量 )l 封蜡法原理:利用 岩样在空气中的质量: 样 盖蜡衣的岩样 V-蜡衣 V:• 特点:适用广泛,矿场最常用• 适用对象:疏松、易垮、易碎的岩样1232 1 四、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法(1)岩石外表体积 接测量、封蜡法)用 干岩样抽真空后饱和煤油,称重:样 适用对象:外表不规则,但不疏松、不垮、不碎的岩样1、常规岩心分析法(1)岩石外表体积 接测量、封蜡法、饱和煤油法)将岩样放入汞中,通过排出汞的体积确定岩样总体积(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)• 特点:快速、准确,但对人体有害,岩心不能再利用• 适用对象:外表不规则,无大溶孔、溶洞的岩样水银体积泵装置示意图四、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法(2)岩石孔隙体积 气体孔隙度仪 ( 矿场上广泛采用的测定方法) 过测孔隙中气体的体积测定 使标准室气体进入装岩样的未知室等温膨胀)由 (  特点: 松、致密岩石均可)测定岩石 定孔隙体积•原理:通过测孔隙中饱和的煤油 骤:称出干岩样空气中重: 空)后在空气中重: 特点:简单;煤油易挥发 →产生误差2 ② 饱和煤油法 ( 实验室岩心流动实验广泛采用的测定方法)饱和流体的装置•原理:通过测孔隙中饱和的煤油 骤:称出干岩样空气中重: 空)后在空气中重: 特点:简单;煤油易挥发 →产生误差2 ③ 流体加和法 ( 实验室测定岩心中流体饱和度时的方法)• 原理:由测定的各种流体 V 求岩石 、水的体积 则 特点:油气体积不易测准,误差大③ 流体加和法 ( 实验室测定岩心中流体饱和度时的方法)四、岩石孔隙度的测定方法1、常规岩心分析法(3)岩石颗粒体积 氦气孔隙度仪法、固体比重计法 )① 氦气孔隙度仪法原理 :与气体孔隙度仪相同,也是利用 与气体孔隙度仪相同。波义耳定律孔隙率计:确定孔隙体积② 固体体积计法(固体比重计法)• 原理:仪器的 方法: 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 固体体积计法(固体比重计法)各种岩类的颗粒密度数据表四、岩石孔隙度的测定方法2、 地质方法 (薄片法、测井法 )(1)岩石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孔隙面积骨架面积四、岩石孔隙度的测定方法2、 地质方法 (薄片法、测井法 )(1)测井法• 用伽玛 — 伽玛测井确定孔隙度• 用中子测井确定孔隙度• 用声波测井测定孔隙度解释模型中子计数与孔隙度的关系曲线 传播时间和孔隙度的关系五、孔隙度与表征体积单元石参数 K、 φ 随着测定岩心 △ 变化而变化,弼K、 φ 趋于稳定时的最小△称为表征体积单元,用 △示代表油藏岩石物性参数的最小岩样体积、 φ等物性参数测定:发育的岩石用全直径岩心测定六、储层岩石的压缩性1、 油藏开发过程中的受力变化层骨架+孔隙中流体内压 —— ( 孔隙、流体、地层压力 )外压 —— 上覆岩石静压不水平方向围压骨架流体地上覆岩柱 Po r  )(1、 油藏开发过程中的受力变化藏内压力丌平衡:流体采出 →p 地层 ↓→地层中骨架 △p 内外 ↑→颗粒受挤压排列更紧密→孔隙缩小( ↓) →地层流体排出→孔隙中流体膨胀 →地层流体排出u 开发中的能量变化:★ 岩石和流体弹性能量释放是油藏初期开发的重要驱动能量2、岩石的压缩系数 Cf(石 义或物理意义 :当储层压力 下降单位压力 时,单位体积的岩石中 孔隙体积的减少量 或 岩石孔隙体积变化率。美国定义★ 岩石压缩系数一般在 1~2× 10 反映其形变具有的驱油能力 1φ φ  13、 地层弹性驱油量地层弹性驱油量=油层单位压降时驱出的油总量=岩石压缩的弹性驱油量+流体膨胀的弹性驱油量即: △△△ 1(1)岩石压缩的弹性驱油量岩石驱油量=岩石形变引起的 小值,即:(2)流体膨胀的弹性驱油量流体压缩 (数定义或物理意义:在某恒定温度下 ,当单相流体承受压力改变单位值时,单位体积流体的体积改变量 或体积变化率。tL  1  则:(3)地层弹性驱油量 (压力下降 *)( 地层的综合弹性压缩系数4、 地层综合弹性压缩系数 C*地层 C*:弼地层压力每降低单位压力时,单位体积岩石中孔隙及孔隙中流体的总体积的变化值。 0* 1**)(* 单相油气水三相问题:油气、油水或油气水两相综合弹性压缩系数???C*反映了岩石和流体弹性驱油的综合效应5、 压缩系数的应用0:地层孔隙度:在计算储量,应采用地层压力下的孔隙度值,否则储量偏大层压力从原始地层压力 pC 0)(**  饱和压力原始地层压力含油储层体积孔隙度随围限压力增大而减小的曲线孔隙度保留率%5、 压缩系数的应用u 研究岩石、流体弹性能• 流体压缩性>岩石压缩性 (约 2 个数量级 )• 储层流体体积<储层骨架体积 (φ 约为 10~ 25% )→ 流体的 岩石 量级基本相同,即地层流体弹性驱油能力与岩石弹性驱油能力的数量级相当, 但溶气原油要高一个数量 级。气原油 ) 4~ 7× 10层原油 ) 70~ 140× 105× 10~ 2× 10层岩石的流体饱和度、水 :层岩石的流体饱和度本节内容@储层流体饱和度的概念@几个重要的 流体饱和度@流体饱和度的实验室测定层岩石的流体饱和度1、 流体饱和度 概念 (义:储层岩石孔隙体积中某种流体所占的体积百分数,即:%1 0 0%1 0 0 中: i— 某种流体(如油,气,水) 孔隙中流体 下体积)岩石孔隙体积; 岩石体积一、储层流体饱和度的概念2、 各相流体饱和度储层流体 Si:1 0 000 0 0o— 含油体积g— 含气体积含水体积★ 不同油气藏、不同含油气区,∑ 1 的具体关系式不同气区 ): 1油区 ): 1相共存区):1•各相流体饱和度间的关系:∑100% 或 ∑ 1, i= o、 w、 念 (指:油气藏处于原始状况下的流体饱和度原始饱和度是储量计算及开发方案设计的重要参数★原始油、气饱和度不易准确测定,常用 计算 :111个重要的流体饱和度影响原始含水饱和度和含油饱和度的因素静态因素 (储层、油气性质 )、动态因素 (成藏动力 )一般规律:oi; ↑ ↓水湿 湿 油湿 水湿 μ o) ↑ ↑ ↓ ↓ ↑★ 砂岩储层 15右;★ 具体油藏具体确定。2、目前含油、气、水饱和度 (油气田开发不同时期所测得的油、气、水饱和度含水饱和度分布函数),( c o n s tS 水 油供给边缘水油+水水油+水水油+水水油+水目前含油边缘3、 残余油饱和度 (某一开发方式开发油气田结束时,还残余(剩余)在 孔隙中 的油所占据的体积百分数油藏水驱剩余油•水波及区的残余油(微观孔道中)•水未波及区的剩余油(宏观油区、油层)微观孔隙中的三、饱和度的测定方法常用方法:① 常压干馏法 ( 溶剂抽提法 (a 色谱法 (验理论依据:→求得 算出流体 0 0%1 0 0 、常压干馏法(又称干馏法、蒸发法、热解法)原理 特点装置油水蒸发 → 冷凝加热蒸出岩心中的流体,直接测量流体体积, o、 存在 定误差(可> 30%)—— 干馏过程中蒸发损失、结焦及裂解w 测定误差 ——温度上升过高易导致岩石结晶水被干馏出原理2、溶剂抽提法(又称蒸馏抽提法)装置量岩样中蒸发出的水 w 计算油 o= ( ρ抽提前岩样总重量;干岩样重通过水蒸发 →冷凝测定岩心中含水量,用差减法间接计算含油体积及油、气饱和度步骤各相流体饱和度计算 特点 ×100% ×100%100- 操作得的流体 别适于束缚水 样清洗干净,可用作其它研究3、色谱法原理:利用水、乙醇百分之百互溶,将岩样中的水溶解于乙醇中,然后用色谱仪分析溶解有水的乙醇,从而测出岩样中的含水量, 用差减法间接计算含油体积
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