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油田地质基本知识讲座

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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油 田 地 质 基 本 知 识 讲 座第一章 油田地质的基本概念第一节 地层和地质构造1、岩石:岩石是在各种特定的条件下,由一种或多种矿物有规律地组成的复杂的集合体。地层:组成地下成层的岩石和其中共生的岩体总称为地层。2、岩石的分类:地球外壳由各种不同的岩石组成,按岩石形成条件的不同可分为沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类。3、沉积岩:又称为水成岩,是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一(另外两种是岩浆岩和变质岩)。地球地表其他岩石的风化产物和一些火山喷发物,经过水流或冰川的搬运、沉积、压实、成岩作用形成的岩石。地球地表面(16 公里内)有 70%的岩石是沉积岩,沉积岩中所含有的矿产,占全部世界矿产蕴藏量的 80%。沉积岩的分类:根据沉积岩的成因和物质成分可分为四种:(1)碎屑岩:由碎屑和胶结物组成的沉积岩。按粒度分有:砾岩、砂岩、粉砂岩等。碎屑岩的胶结物成分有泥质、钙质、硅质、铁质、石膏等。(2)粘土岩:由粘土矿物组成的沉积岩。如泥岩、页岩。(3)碳酸盐岩:由碳酸盐矿物组成的沉积岩。如石灰岩、白云岩。(4)生物岩:由生物沉积组成的沉积岩。如煤、油页岩。4、岩浆岩:岩浆岩也是火山岩,也称火成岩,是由岩浆凝结形成的岩石,约占地壳总体积的 65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发成分的硅酸盐熔蚀体。是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程,称为岩浆作用。它的形成与火山喷发和岩浆在地下的活动有关。岩浆岩分喷出岩与侵入岩。喷出岩就是岩浆喷出地表冷凝形成的,如玄武岩。滨南油田的滨 338 块油藏就是玄武岩成藏。侵入岩是岩浆未喷出地表,沿着断层或裂缝喷到一定深度后侵入到其他地层。如商河油田商四区岩浆侵入到沙三上、沙二下。5、变质岩:变质岩是沉积岩和岩浆岩在地球内力作用下,引起岩石构造的变化和改造,发生了物质成分的迁移和重结晶,形成新的矿物组合(如普通石灰岩由于重结晶变成大理石),产生了新型矿石。这些内力包括温度、压力、应力等。一般 变质 岩是在地下深处高压高温下产生的,后来由于地壳运动而露出地表。在地表又经过溶蚀及发生的物理化学变化等,形成的储集空间主要为裂缝、溶蚀孔、溶洞、及少量微空隙,这些主要为后期破裂和溶蚀作用形成的。6、地质时代:地球自形成以来经历了漫长的历史进程。在地球历史发展的每一个阶段,地壳表面都有一套相应的地层生成。地壳中这些层层重叠的地层构成了地壳的历史。研究这些地层和它们之间的层序,按其形成的时间距离现在的长短,分为各个不同时期,称为地质时代。把地壳上全部地层的时代分为五个大的部分,即太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。各代生成的地层, 相应分别称为太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。上述“代”是按地质年代(地层的时代)单位划分;“界”是按地层单位划分。其中各个“代”中,又分为几个“纪”, “纪”又分为若干个“世”,每个“世”中又分为若干个“期”。同样,各个“界”中,又分为“系”、 “统”“阶”。标准世界地层年代表如下:放射性测定的年龄(百万年)界 和 代 系 和 纪单位时间长度 单位开始年龄第四(Q) 2 2新 生(第三(R) 65 67白垩(K) 70 137侏罗(J) 58 195中 生(三叠(T) 35 230二叠(P ) 55 285 石炭(C) 65 350泥盆(D) 55 405志留(S) 35 440奥陶(O) 60 500古 生(武(∈) 70 570元古(P t)太古(A r)3000 3600胜利油田地震反射层序年代表:地震代码 代码名称 系 界 时间(百万年)原组 第四系 2化镇组(N m)陶组底(N g)上第三系(新近系)东营组底(2 沙一段底(S 1)沙二上底(S 2 上 )二下底(S 2 下 )三上底(S 3 上 )三中底(S 3 中 )下第三系(古近系)新生界67三下底(S 3 下 )四下底(S 4 下 )二底()三底()下 第三 系新生界67垩底 137罗晚期底 中7、地质构造:地质构造是地壳中的岩层受到地壳运动的作用发生变形与变位而遗留下来的行迹。常见的地质构造有三种:﹙1﹚褶曲构造:岩层受地壳运动所产生的力的作用,形成各种弯曲,但未断开,称为褶曲构造,按形态分为背斜构造和向斜构造。背斜构造的中部向上拱起,最高的部位叫做“顶”,向两侧倾斜的部位叫做“翼”。背斜延伸较长方向的轴叫长轴,延伸较短方向的轴叫短轴。如果背斜长轴与短轴的比例不超过 3∶1,则叫穹隆背斜。岩层中部如向下凹陷称为向斜构造。(2)断裂构造:岩层受力作用后发生破裂和断裂,称为断裂构造。根据断裂发生后两侧岩层是否有相对位移现象,将断裂构造分为节理和罗中期底罗早期底195T 三叠底生界230P 二叠底 285C 石炭底 350D 泥盆底 405S 志留底上古生界 440O 奥陶底 500∈ 寒武底下古生界 570生界底 元古界震旦顶 太古界3600断层两种。断裂的两侧岩层没有明显的位移或只有微小的错开称节理,通常指岩层中裂隙。当岩层受力作用后发生断裂,断裂面两侧岩石发生显著的相对位移时,称为断层。断层的面称为断层面,位于断层面上部的地层叫上盘,位于下部的叫下盘。上盘向下位移称正断层,是受张力{拉力}造成的,破碎带密封性较差;上盘向上移动称逆断层,是受挤压力造成的,破碎带封闭性较好。(3)岩层间的接触关系:当沉积盆地接受沉积物时,如地壳是处于比较稳定的不断下降运动中,则沉积作用将是连续的。上下岩层平行一致,下老上新,层与层 之间的接触关系称为整合接触。如果地壳上升高出水面,而遭受到风化和剥蚀,在岩层表面留下风化壳,当盆地再度下降,新的沉积物沉积在剥蚀面上,这样的新老岩层接触关系,成为不整合。不整合接触又按上下岩层是否平行,分为平行不整合接触和角度不整合接触。第二节 油气藏形成的条件及类型1、储层(油、气):凡是在地下具有空隙、裂 缝或孔洞的岩石,能够储集石油或天然气,并在开采时油、气能从其中流动出来的岩层,称为储油、气层 。它必 须具 备两个性质:一是本身具有空隙、裂缝或孔洞,可以储存石油或天然气,既空隙性;二是空隙之间、裂缝之间或空洞之间相互连通,构成石油流动的通道即渗透性。目前常见的储油气层岩石有砂岩、碳酸盐及其他具有连通缝洞的岩层。2、油气藏:地下岩层中能够聚集并储藏石油或天然气的场所,称为油气藏。圈闭中只聚集和储存石油和水的叫油藏;圈闭中只聚集和储存天然气的叫气藏。形成油气藏需要具备生油、运油通道、储油、盖层、圈闭、保存等多方面的条件。根据圈闭的成因又把油气藏分为构造油气藏、岩性油气藏、地层油气藏等几种类型。油气田:油气田是指受局部构造或岩性或地层所控制的同一面积范围内的油气藏的总和。3、构造油气藏及类型:油气在构造圈闭中的聚集叫构造油气藏。主要类型有:背斜油气藏、向斜油气藏、断层遮挡油气藏、裂缝性油气藏、盐丘油气藏。4、岩性油气藏及类型:由于储集层岩性改变,岩性连续性中断,而造成的岩性遮挡圈闭,其中所形成的油气聚合叫岩性油气藏。主要类型有:岩性尖灭油气藏、透镜体状岩性油气藏。5、地层油气藏及类型:在地层圈闭中所形成的油气聚集叫地层油气藏。主要类 型有:地层不整合遮挡油气藏、地层超复油气藏、剥蚀隆起油气藏、生物礁块油气藏、 “卡斯特”油气藏。6、怎样命名有两种圈闭条件的油气藏:命名有两种圈闭条件的油气藏时,把主要的圈闭条件作名词,把次要的圈闭条件作修饰词。如岩性构造油藏,其构造圈闭条件是主要的,岩性圈闭条件次之,但二者缺一不可。7、石油的生成:石油和天然气是有机物质(动、植物)在适当的环境下形成的。有机物制质(动、植物及微生物的遗体)和泥、砂、矿物质等物质在低洼的浅海或湖泊中沉积下来,形成有机淤泥。有机淤泥又被后来的沉积物所覆盖,造成氧气不能进入的还原环境。随着低洼地区的不断下沉和沉积物不断加厚,有机淤泥所受的压力和温度不断增大。同时在细菌、压力、温度和其他因素不断作用下,处在还原环境下的有机物制逐渐变成石油和天然气。生油过程是一个漫长的复杂的变化过程,一直持续到有机淤泥变成沉积岩,形成生油层,这需要经过数百万年的时间。8、哪些岩层最有利于石油的生成和储存:凡是能生成有工业价值油气的岩层叫生油层。生油层多为黑、暗色的泥质岩及灰、暗色的灰岩即油页岩等。凡是具有孔隙性和渗透性的岩层,都可称为储油层。目前所发现的储油层多为孔隙性的砂岩类和裂缝、溶洞性石灰岩类。另外,一些具有孔隙性和渗透性的泥岩、变质岩、岩浆岩也有个别储油的。三三三 油、气、水分布 1、什么叫气顶、 为什么有的储油构造中没有气顶:油藏中的石油和天然气是按密度分布的。天然气最轻,充满油层的最顶部。故称为气顶。气的下面是石油,再下面则是水。由于各油藏的油层压力和油、气的组成不同,有的油藏有气顶,而有的油藏则没有气顶。没有气顶的油藏,是因为油层压力大于饱和压力,气体全部溶解于石油之中的原因。2、含油边界、含水边界、含气边界、油水过渡带:油、气、水在 储油构造中,顶 部是天然气,中间是石油,下面是水。在气与油接触处和油与水接触处,分别叫油气界面和油水界面。含油边界又叫含油外缘或外含油边界,是油水界面与油层顶面的交线,在这边界以外就不是含油区了。含水边界又叫含水内缘或内含油边界,是油水界面与油层底面的交线,在这个边界以内就没有水了。含气边界是油气界面与油层顶面的交线,在这个边界以外就没有游离的天然气。内含油边界与外含油边界之间的地段叫油水过渡带。3、边水、底水和 夹层水:在油藏最低处四周衬托着油藏的水叫边水,在油藏下面托着油藏底部的水叫底水。夹层水又叫层间水,是在油层与油层之间的纯水层。4、束缚水:束缚水又叫残余水。当生油层中的油、气运移到储油层时,油、气将空隙中的水替出而自己留在油层中,但由于大部分岩石是亲水的,一部分水因受到毛细管力和表面吸附力的作用而留在空隙内的岩石颗粒表面,即使在很大压差下也不会流动。这部分水称为束缚水。第四节 油层分类 1、单油层、油层组、油砂体、连通体:单油层是指上下有泥岩分隔的具有含油条件的砂岩、粉砂岩等岩层。油层组(砂层组)是油层分布状况、油层性 质基本相同,是在一套相似的沉积环境下形成的油层的组合,它包括几个或多个单油层。油砂体是由特低渗透率岩层或不渗透岩层分隔为互不连通的含油砂岩体,它是油层中的最小含油基本单元。连通体是两个以上的油砂体在纵向上互相连通构成一个统一的水动力系统,具有这种连通关系的油砂体,统称为连通体。连通体是最小的开发单元,生产时是个整体。2、隔层、夹层、岩性 夹层 、物性夹层:隔层是油层剖面中渗透率相对很低或不渗透的岩层。在注水开发和目前的开发方式下,可以用来封隔开上、下不同层系而防止注入水相互串通。夹层是油层以内的其它特低渗透或不渗透岩层。在较厚的油层内部有一段很薄的不渗透泥岩称为岩性夹层;或着有一段在物性上与油层本身相比,渗透率较低称为物性夹层。这些夹层在注水开发过程中,进行厚油层内部细分挖潜,具有较大的意义。3、砂岩、砾岩、泥岩、页岩:由岩石碎屑组成的沉积岩称碎屑岩。根据多数碎屑颗粒的大小,将它们分为砾岩、砂岩和泥岩。泥质岩若致密呈片状则叫做页岩碎屑岩分类见下表岩 石名 称巨砾岩块砾岩细 砾岩砂岩粉 砂岩细 粉砂 岩泥岩颗粒直径(>100 100~1010~1 1~1~层的结构、构造和层理:油层的结构是指组成岩石颗粒的大小、结晶程度、形状以及颗粒间的结合方式。有碎屑物被胶结物胶结起来的碎屑结构,如砂岩、 砾岩等;有由颗粒小于 米的质点组成的粘土结构,如泥岩、页 岩等;有化学岩所具有的鲕状结构、结晶结构等;有含生物化石的生物结构,常见于石灰岩中。油层的构造是指岩石的外貌特征,即岩石的组成部分在空间分布及其相对关系。最主要是层理、层面构造和岩石内部构造。层理是岩石性质(如成分、颜色、结构等)沿剖面发生变化显示出来的层状现象。常见的有水平层理、波状层理和斜层理。层面构造有波痕、冲刷痕迹及侵蚀下切和干裂等。岩层内部构造有结核、斑状构造和斑块状构造等。5、构造图、油层剖面图、油砂体 图:油气田地质工作者常用的图幅是构造图、油层剖面图、油砂体图。 这些图是通 过野外地质调查、钻井和地球物理测井收集到的资料编制成的。构造图是在平面上反映储层的构造形态、油层起伏和断裂分布的图幅,它是用等高线表示地下某地层顶面(或底面)的构造形态在平面上的投影。等高线是指该顶面(或底面)上相同海拔高度诸点的连线,一般选择分布稳定广泛的油层作为制图的目的层。油层剖面图是油田从某一方向的切面上来反映构造形态的剖面图。剖面位置的选择要能正确反映地下情况和满足生产、研究的需要。油砂体图是在平面上反映某一个油砂体的分布形态和渗透率变化的图幅。以 该油砂体在各井的厚度、渗透率为基本参数作图。第五节 沉积相的概念1、沉积岩相、沉积环境:沉积相是指在一定的沉积环境中所形成的沉积特征的总和。在研究古代沉积时,要采用一定的地层单位作为研究对象,这 一定的地层单位所反映出的环境特征,称为沉积岩相。沉积环境是指岩石在沉积和成岩过程中所处的自然地理条件、气候状况、生物发育状况、沉积介质的物理化学性质和地球化学条件等。不同沉积环境所形成的岩石,其成分、颜色、 结构、构造以及各种岩石的相互关系和空间分布均不相同。可见一定的沉积环境形成一定的沉积岩相,即沉积岩相可反映其当时的沉积条件。沉积相按沉积环境主要分为陆相、海相和海陆过渡相三类。2、陆相沉积的主要类型:陆相是指在大陆上形成的沉积相,其形成条件复杂,沉积类型很多。岩石以碎屑岩和粘土岩为主,共分为残积相、坡积相、洪积相、河流相、湖泊相、沼泽 相等六类。其中河流相沉积和湖泊相沉积与石油关系最密切。3、海相沉积形成的几种岩层:海洋沉积物的性质取决于气候、生物活动和古地理等因素。海洋沉积以化学岩、生物化学岩、粘土岩为主,碎屑岩次之。化学岩、生物化学岩中主要是碳酸盐,其次为硅质岩以及铁、锰、铝、磷 质岩等。粘土岩主要是由水云母和蒙脱石两种矿物组成。碎屑岩多为单成分砾石以及石英砂岩等。海相沉积的分布有一定规律,离海岸越远,碎屑沉积颗粒越细,底栖生物数量减少,生物造岩作用消弱,海藻类遗体消失。4、沉积亚相:在每一个大的沉积相内,又可按次一级的地貌单元划分为若干个不同亚相。如河流泛滥平原相可包括河道砂、河漫滩(包括天然堤和决口扇)、泛滥淤积、河间洼地沼泽等四个亚相。5、河流—三角洲相的几种沉积岩相:河流—三角洲位于大洋、海湾、内陆湖盆的河口地区,在河流产生大量分叉处为河流系统与三角洲系统的分界。其沉积岩相主要分:(1)三角洲平原相(陆上部分):三角洲平原相是河流分叉至河口部分,砂岩形成主要受河流控制,以枝状为主,颗粒下粗上细。沉积相有分支流河床相、天然堤相、分支河床间沼泽相和决口扇。(2)三角洲前缘相(水下部分):三角洲前缘相是河口以下河流入海(湖)部分,是三角洲海(湖)岸线向水中推进作用形成的碎屑沉积,含砂量高,砂粒均匀,粘土和有机物含量很少,是很好的储油层。它包括分支流河口砂坝相、指状砂坝相、前缘席状砂相和远砂坝相。(3)前三角洲相:前三角洲相在三角洲前缘向海(湖)的前方,处于波浪所不能波及的深度。沉积物富含有机质的淤泥,暗灰色,是良好的生油层,具有高度压缩性。它厚度大,分布广。再向前方和两侧,则为大陆架沉积。第二章 油层的物理性质第一节 储油层的基本特征1、岩石的粒度和分选系数:由大小不同颗粒组成的碎屑岩,是重要的储油层。 岩石的粒度就是指岩石中大小不同颗粒的含量,各粒级含量的多少常用百分数表示。在粒度累计曲线上为 50%时所对应的颗粒尺寸,叫粒度中值,一般用来表示平均颗粒的大小。组成岩石颗粒的均匀程度成为分选性。颗粒越均匀,分选系数越小。分选系数用粒度累计含量 25%和 75%时所对应的点的颗粒直径的比值来表示, 颗粒绝对均匀的岩石,分选系数等于 1。2、储油岩石的孔隙度:岩石中孔隙、裂缝、孔洞等各种孔隙空间的总和称为总孔隙体积。总孔隙体积与岩石总体积的比值,称为绝对孔隙度。用下式表示:绝对孔隙度=岩石中总孔隙体积/岩石总体积×100%岩石中有的孔隙是互相连通的,有的则互相隔绝,即互不连通。只有相互连通,流体能在其中流动的孔隙才有意义。因此把互相连通的孔隙成为有效孔隙。有效孔隙体积与岩石总体积之比值称为有效孔隙度,用下式表示:有效孔隙度=岩石中的有效孔隙体积/岩石总体积×1003、碎屑岩的胶结类型:由碎屑物质组成的岩石称为碎屑岩。碎屑岩内部胶结物使碎屑物质胶结成岩。胶结物的成分有泥 质、钙质、硅质和铁四种。根据胶结物在岩石中的分布状况、 颗粒的接触关系和胶结物与颗粒二者的相对数量,可将碎屑岩的胶结类 型分为以下三类:(1)基底胶结:胶结物很多,碎屑颗粒孤立地分布于胶结物中相互不接触。这种胶 结类型的胶结物大都是与碎屑颗 粒同时沉积的,若胶结物过多,超 过 50%, 则应 属于化学岩或粘土岩 类。(2)接触胶结:碎屑颗粒是相互接触的,胶结物很少,多分布在颗粒相互接触的地方,颗粒之间的孔隙无胶结物。(3)孔隙胶结:胶结物充填在紧密接触的颗粒之间的孔隙中,胶结物数量少,多数是次生的。4、什么是碳酸盐岩?其中的溶洞和孔洞是怎样形成的?由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩称为碳酸盐岩 。它分布广,既可生油又可储油。其主要化学成分为氧化钙(C 氧化镁(二氧化碳,还含有其他的氧化物和混合物。当方解石含量大于 50%时称为白云岩类。地下水中含有 游离酸,对碳酸盐有溶解作用,石灰岩地区在地下水的长期溶蚀作用下,产生了很多大小不同的溶洞或孔洞,称为“喀斯特”地貌。5、储油层的裂隙结构、水平裂缝、垂直裂缝:储油层的裂隙结构是指所有岩石都具有常见的细小裂隙的切割性。根据裂隙的张开程度分为微裂隙{小于 米}和大裂缝。由于岩石所承受的压力不同,一般随地层埋藏深度的增加而裂隙的开启性减小。油层中岩石质点一般要承受垂直和侧向两种岩压。油层的水平裂缝是指裂缝面与油层层面平行。垂直裂缝是指裂缝面垂直于油层层面,这种裂缝如果很发育,则将会影响分层开采。三三三 储油层内流体渗流特性1、含油饱和度、含水 饱和度:岩石中所含的油或水的体积与岩石有效孔隙体积的比值,分 别叫含油饱和度和含水饱和度,常用百分数表示:含油饱和度=岩石孔隙中的含油体积/岩石有效孔隙体积×100%含水饱和度=岩石孔隙中的含水体积/岩石有效孔隙体积×100%2、绝对渗透率:在一定的压差作用下单相流体在孔隙介质中流动,并且流体与岩石间没有物理、化学作用,这时求得的孔隙介质的渗透率叫绝对渗透率。它只代表流体通过岩石的能力,表明岩石的一种特性。测定的流体一般用空气,所以绝对渗透率又叫空气渗透率。3、有效渗透率(相渗透率):在岩石孔隙中同时有两相以上的流体(如流体中有油、水两相和油、气、水三相等),多孔介质只允许一相通过的渗透率,称为某相的有效渗透率,简称为相渗透率。它不但与孔隙介质本身有关,也与该相存在的多少(既饱和度)有关。4、相对渗透率、相 对渗透率曲线:有效渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。因为某相的有效渗透率与该相的饱和度有关,把某相的相对渗透率与该相饱和度的关系用曲线形式表示出来,这种曲线就叫相对渗透率曲线。注水开发的油田,油层中的含油饱和度不断减少,含水饱 和度不断增加,因此随含水上升,油的相对渗透率逐渐下降,水的相对渗透率逐渐上升。相对渗透率曲线很好地说明油层开采过程中油和水的相对渗透率的变化。5、岩石的比面、界面张力:单位体积物质孔隙内表面积的总和,称为孔隙介质的比面,即单位体积岩石内所有孔隙的内表面积总和称为岩石的比面。因油层岩石颗粒很小,是高度分散体系,故其比面较大,而且颗粒越小,比面积越大。如 1 立方米的储油岩石,有的孔隙的表面积达 20000 平方米。界面张力是在两相界面上,由于分子相互作用所产生的与界面相切的张力。单位是“达因/厘米”或“毫牛顿/米”。6、岩石的润湿性:液体对固体和对液体本身的相对吸引力不同,所以液体在固体表面可能铺展,也可能不铺展,液体在固体表面的铺展能力称为润湿性。如果液体对固体的吸引力大于对液体本身的吸引力时, 则能够铺展,称 为润湿;反之则不能铺展,称为不润湿。一般用固相和液相接触其周界上,液液面切线与固固- 液)界面切线的夹角来表示。这个角称为润湿接触角,用希腊字母 θ 表示。如 θ 角大于 90ο,则为亲 油或称油湿;如 θ 角小于 90ο,则为亲水或称水湿;如 θ 角等于 90ο,则为中性。一般在测试过 程中,固相 为岩石,液相为水滴,周围是油相。第三节 储层微观结构研究1、电镜扫描:为研究油 层岩石的微细结构,用高速电子轰击到样品上激发出来的二次电子经过扫描聚焦成像,可以把样品放大几千甚至几十万倍,用来观察岩芯样品,称为电镜扫描。2、岩石的孔隙半径、喉道半径和孔喉比: 储油岩石包括骨架(颗粒及胶结物)和孔隙两个部分。而孔隙在岩石中的大小分布是极不规则的。颗粒之 间较大的空隙是储油的主要场所,其大小是把空隙空间简化为内接球的半径来表示,称为孔隙半径。而在颗粒接触处呈较窄的通道,称为 喉道。取垂直于喉道的截面, 简化 为内接圆,其半径即称喉道半径。石油在储层的渗流,不仅受孔隙大小的影响,更重要的是受喉道的影响。故在研究孔隙与喉道的关系时,引入了孔喉比的概念,即孔隙半径与喉道半径的比值。这个数值越接近 1,说明孔隙结构相对均匀;比值越小,则说明喉道对渗流的影响越大。3、毛细管压力、毛管 压力曲线:在细窄的毛细管里,由于油及水对固相界面(毛细管壁)的润湿性不同,使界面弯曲形成所谓的弯液面。润湿相的一侧是凹型,非润湿相的一侧呈凸型,非润湿相的内压力大,润湿相的内压力小,这样就存在两相之间的压力差,就是毛细管压力。油水界面张力越大,毛细管半径越小,毛细管压力就越大。由于岩样中孔隙大小、形状不同,毛细管压力的分布也不同。岩心中饱和的流体,在不同饱和度下,毛细管压力的值也不相同,通常用压汞法或离心机法测定饱和度与毛细管压力之间的关系,得出的关系曲线,称为毛管压力曲线。润湿性不同,毛 细管压力曲线的形状差异很大。三三三 油、气、水的物理化学性质第一节 油、气、水的物理性质1、石油:石油是有各种碳氢化合物混合组成的一种油状液体。可分天然石油和人造石油两种。天然石油是从油、气田中开采出来的,人造石油是从煤或油页岩等干馏出来的。石油在提炼以前称原油,从原油中可以提炼出汽油、柴油、 润滑油及其它一系列石油产品。石油一般呈棕黑色、深褐色、黑绿色等,也有无色透明的。石油有特殊的气味,含硫化氢有臭味,含芳香烃有香味。石油的组成成分有:(1)油质:是组成石油的主要成分,油质含量高,石油质量就好。(2)胶质:由于石油中轻质成分的蒸发和氧化,胶质逐渐增加,石油质量变差。胶质一般都是粘性的半固体或固体物质。(3)沥青质:为暗褐色或黑色的脆性物质,沥青质含量越高,油性越差。(4)碳质:是一种非碳氢化合物的物质,不溶于有机溶剂(如氯仿、四氯化碳、苯、醇、石油 醚等)。2、天然气:天然气是以气态碳氢化合物为主的各种气体组成的混合气体。有的从独立的气藏中采出,有的是伴生在石油中被采出。天然气一般无色,有汽油味或硫化氢味,可以燃烧。3、高压物性取样:为了解石油在油层压力条件下的性质,将取样器下入井底,通过机械作用将取样器打开,取完样品后又自动关闭,使样桶中的样品保持在油层状态下。取出地面后进行各种物理参数的分析(包括地层原油密度、地层原油粘度、原油体积系数、原始油气比等),这种方法称为高压物性取样。但取样时要求油层压力大于饱和压力。4、原油密度、相对密度:原油密度是指单位体积原油的重量。我国新颁布的密度单位是吨/米 3 或千克/米 3,既每立方米体积原油的重量是多少吨或千克。原油的相对密度是原油在温度 20οC 时的重量与温度为 4οC 时同样体积纯水重量的比值。为无因此量。5、什么是原油粘度?为什么地面原油粘度与地下原油粘度在数值上不一样?石油在流动时,其内部分子之间产生的摩擦阻力称粘度。粘度表示石油流动的难易程度,单位是“泊”或“厘泊”,1 泊=100 厘泊,新单位是 1 泊=斯卡秒(P as),1 厘泊=1 mP as。影响粘度的因素很多,在地层中的原油,由于温度高、压力高、且溶解有大量天然气体,所以粘度小;而地面原油温度低,溶解气很少,所以粘度比地层条件下大得多。6、原油的凝固点、原油的体积系数:原油冷却到失去流动性时的温度,叫做原油的凝固点。地层条件下单位体积原油与其在地面条件下脱气后的体积之比值,称为体积系数。7、原油的收缩率、原油的压缩系数(又称压缩率):地层原油取到地面后,天然气逸出使体积缩小,收缩的体积占原体积的百分数称为收缩率。单位体积的地层原油,压力每增加或缩小 1 帕斯卡时体积的变化称为压缩率。单位是“1/帕斯卡”、符号是“P 8、饱和压力:地层原油在压力降低到开始脱气点时的压力称为饱和压力。原始 饱和压力是指油田开采初期,地层保持在原始状况下测得的饱和压力。一般所说的饱和压力既指原始饱和压力。9、原始溶解气油比、生产气油比:在地层原始状况下,单位重量(或体积)原油所溶解的天然气量称为原始油气比,单位是“米 3/吨”。油井生产时,每采出一吨原油伴随采出的天然气量称为生产油气比,单位是“米 3/吨”。10、天然气的溶解系数:在一定的压力范围内,每增加单位压力时,在单位重量原油中所溶解的天然气量,称为天然气的溶解系数。单位是“米 3/帕”、 “米 3/兆帕”。11、油田水:分布在油田范围内的地下水,广义地称为油田水。第二节 油、气、水的化学性质1、石油的主要化学成分:石油的主要成分是碳和氢,碳占83~87%,氢占 10~14%, 还有氧、氮和硫,但含量都不超过 1%,个别油田含硫量达 3~4%。2、天然气的主要成分:天然气的主要成分有甲烷()、乙烷(丙 烷(C 3丁烷(C 4还有二氧化碳()、一氧化碳(氢(H 2)、硫( S)和氮( 。甲烷在天然气中含量最多,占42~98%,当其含量超过 95%时,则称为干气。而乙烷以上的重烃含量超过 5%时,称为湿气。干气多产自纯气藏,而湿气则多与石油伴生。3、原油中蜡的化学成分,什么叫原油的含蜡量?原油中烷烃的碳原子个数为 右时呈固态 的碳氢化合物,此碳 氢化合物称为蜡。原油中含蜡的百分数称为含蜡量。4、原油的胶质含量、胶质的成分:胶质含量是指原油中所含胶质的百分数。胶质是原油中分子量较大的烃类并含有氧、氮、硫等杂质,它溶解性较差,只能溶解于石油醚、苯、氯仿、乙醚和四氯化碳等有机溶剂中,能被硅胶吸附。石油蒸发或氧化后,胶质成分增加。密度较小的石油一般含胶质 4~5%,而较重的石油则胶质含量可达 20%以上。5、原油的沥青质含量,沥青质指的是什么?沥青质含量是指沥青质在原油中所含的百分数。沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质,含有碳、氢、氧、氮、硫等元素的高分子多环有机化合物。其分子量比胶质大许多倍。不溶于石油醚或酒精,而溶于苯、三氯甲烷及二硫化碳,也可被硅胶吸附。6、天然气分析包括哪些内容?天然气分析一般为常见的几个组分含量,即甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、二氧化碳、硫化氢、氮气、一氧化碳等。7、地层水的矿化度:地层水在地层中和地层岩石长久地接触,溶解了大量的岩石矿物,其中以钾盐、钠盐最多,钙盐、镁盐等碱性金属盐次之。地层水中的含盐量大小,用矿化度来表示,既每公升水中,含有各种离子、分子和化合物(不包括气体)的毫克数,单位为“毫克/升”。地层水的总矿化度低的只有几千毫克/升,而最高的可达 20 万毫克/升以上。8、油田水分析主要有哪些项目?油田水分析主要是确定水中各种化学元素的含量,包括氯离子、钾、钠、钙、镁等离子,硫酸根、碳酸根及水型等。9、什么叫酸度()?测定溶液的氢离子指数,即可判断该溶液的酸度碱度,因为称氢离子指数()为酸度。 氢离子指数是水溶液中氢离子的浓度,所谓 就是氢离子浓度的负对数。通常 在 0~14 之间,当 时,溶液呈中性,小于7 时为酸性,大于 7 时为碱性。越大,溶液的碱性越 强。10、水的硬度:水中钙镁离子的含量叫做硬度。各国的硬度标准不同,如 1 德国度为每升水含 克当量,而 1 克当量。硬度又分暂时硬度和永久硬度。暂时硬度指水中重碳酸镁和重碳酸钙的含量,加热可以除去,故称暂时硬度。永久硬度是指水加热至沸水后,残存在水中的钙盐和镁盐。暂时硬度和永久硬度之和称水的总硬度,单位为“摩尔/升”。三三三 油气在地下流动的原理第一节 流体的渗流规律1、流体:在自然界中,物体通常可以分为固体、液体和气体。其中液体和气体没有一定的形状,容易流动。在流体力学中将它们统称为流体。2、达西定律:1856 年法国人达西为解决城市供水问题,用砂土层作渗水实验, 发现当流体通过多孔岩石时,流体在单位时间通过的体积流量和岩石两端的压差、岩石的渗透率及岩石的截面积成正比,而和岩石的长度、流体的粘度成反比。后来人们就把这个描述流体通过多孔介质流动的规律叫做达西定律,用公式表示为:Q=KA△ P/µ△L 式中 Q—流量,厘米 3/秒;A— 过水断面面积,厘米 2; △P—岩石两端 压差,P a(帕斯卡) △L—岩石长度,厘米 µ—流体动力粘度,mP aS(毫帕秒)K—渗透率,×10 平方微米) ,达西);3、油层的渗流阻力:油、气在向井底流动过程中,有多种多样的阻力消耗油层能量,称为渗流阻力。它包括三方面:(1)由于油层岩石颗粒大小不等,形状不同,构成错综复杂的微小孔道,流体通过时与岩石颗粒表面的摩擦阻力很大,这阻力主要通过岩石的渗透性反映出来。(2)流体流动时,其本身的摩擦阻力主要通过粘度大小反映出来。(3)流体通过的横截面的大小不同和流动距离的远近不同,则阻力不同。可以看出达西公式实质上反映了油层渗流阻力的表现形式。 第二节驱动力和驱动方式1、驱动力:任何物体在受到外力作用时均发生运动。油藏中的流体(油、气和水)也只有受到外力作用时,才能流动。驱动流体并使其运动的力,统 称为驱动力。例如注水开发的油田,注采压差就是一种驱动力;在倾角较大的油层中,液体本身的重量也可以成为驱动力。2、油藏驱油能量的几种形式:驱油能量就是迫使石油从油层推挤流向油井的动力。驱油能量有油藏的天然能量和人工补充的能量两类:天然能量有边水压力、溶解气膨胀力、气顶压缩气膨胀力、石油和岩石本身的弹性能量及重力等:人工补充的能量有注水注汽等。(1)边水压力是油层含油部分与地表供水区之间具有一定高度差所产生的静水柱压力。如果在油层含油部分钻井,依靠边水压力可以推动石油流向井底并且有时还可使油喷出地面。(2)溶解气膨胀力是油田投入开发后,由于油层压力不断下降,当降至低于饱和压力时,原油中溶解气就会分离出来,并随油层压力的下降而膨胀,这种溶解气膨胀力也能将石油推向井底。(3)气顶压缩气膨胀力是聚集在油层构造顶部高压压缩的天然气。在油井生产后压力不断下降而开始膨胀,推动石油流向井底。随石油不断开采,压力不断下降而气顶不断扩大,使含油部分能量得到补充。特别是气顶大的油藏,这种能量是很客观的。(4)弹性能量是油、水和岩石在高压下体积缩小,而当压力下降时又会膨胀而释放出能量,成为弹性能量。虽然油、水、岩石的压缩系数很小,但围绕着油藏的水体积很大,所产生的弹性能量可以成为推动石油向生产井流动的动力,这在油田开发初期,更为明显。(5)重力是靠石油本身的重量,使原油由高处向低处流动。(6)注水注气补充能量。当油田采用较快采油速度开采时,因油层天然能量不能满足其长期开采的需要,因此采用向油层注水或注气的方法向油层补充能量。对于稠油井注蒸汽一方面是为了降低稠油粘度易于开采,另一方面也是向油层补充能量的一种开采方式。3、油藏的驱动方式:油田投入开发后,油藏中的流体在各种驱动力的作用下流向生产井井底,通常根据驱动力的性质,把油藏区分为各种类型的驱动方式,但一般的油藏都受两种以上的驱动力的综合驱动。常见的驱动方式有:(1)刚性水压驱动:油藏流体流动主要靠边水或注入水来推动,采出多少油,同时推进(或注进)多少水,流动的弹性能不起作用或作用很少,这种油藏驱动方式叫做刚性水压驱动(刚性是指流体在运动过程中体积不发生变化)。(2)弹性水压驱动:与刚性水压驱动的区别是在弹性水压驱动方式下,注与采不能平衡,油层流体流动时,体 积 要发生变化,因此要考虑弹性对流体运动的影响。(3)弹性驱动:油层中流体运动主要靠油藏中原有流体的弹性膨胀所放出的能量来驱动,称为弹性驱动方式。如单靠这种开采方式,油田的采收率很低。(4)气压驱动:带气顶的油藏,当气顶很大时,开发这类油藏可以利用气顶膨胀来驱油,称为气压驱动。(5)溶解气驱动:任何一个油田,原油中都溶解有天然气,当油层压力降低到低于饱和压力时,这部分天然气从油中分离出来,并随压力下降而膨胀,使一部分原油趋向油井。如果油层开采是以这种驱动方式为主要驱动方式,则叫做溶解气驱方式。这种驱动方式导致原油粘度越来越大,采收率也较低。第三节 各种压力和压差1、静水柱压力:从井口到油层中部的水柱压力,叫做静水柱压力。其公式是:静水柱压力=油层中部深度(米)×水的密度/ 100,单位:兆帕 。因纯 水的密度为 1,故每 100 米深的水柱压力为 1 兆帕。2、原始地层压力:在地层未被打开时所测得的地层压力叫做原始地层压力。事 实上地层未被打开是不可能测得压力的,因此通常在油田投入开发前从探井中测得。3、压力系数、压力系数的计算:压力系数是指原始地层压力与静水柱压力的比值。即:压力系数=原始地层压力/静水柱压力。当压力系数大于 1 时,油井自喷能力强,修井作业时,如无防喷设备,要用比重大于 1 的泥浆压井,否则发生井喷;而当压力系数小于 1 时,清水即可把井压住。4、油层压力、压力恢复曲线:生产过程中,根据取资料的要求,要对油井进行定期关井,关后待压力恢复到稳定状态时,在油层中部测得的地层压力就是油层压力,也叫目前地层压力。测压时压力计首先下入井中,然后对油井关井,井底压力开始不断恢复,当恢复到稳定时测得的压力曲线就叫压力恢复曲线。有时压力计不能下到油层中部,则用下入深度测得的压力梯度加以折算。为了及时了解油田开采过程中注采平衡情况,油井需要定期关井测压。压力恢复曲线就是油井关井测压后压力随时间变化而恢复的曲线,一般用单对数坐标作图,横坐标是以分钟作单位的时间对数,即 坐标为压力变化值,在压力稳定后,曲线即出现直线段,可以用此曲线来计算油层压力及地层系数也叫产能系数(流动系数()、表皮系数也叫污染系数(S)、有效渗透率等。目前 压力恢复曲线多用双对数拟合图来描述。5、总压差:油井投产后,在开采期间所测得的油层压力与原始地层压力比较, ,其差值称为总压差。目前 压力比原始 压力低,总压差为负,成为总压降。目前压力比原始压力高,总压差为正。由于各井总压差都是和各井自己的原始压力比较,因此用总压差也可作等压图。6、饱和压力:地层原油在压力降低到开始脱气点时的压力称为饱和压力。原始 饱和压力是指油田开采初期,地层保持在原始状况下测得的饱和压力。一般所说的饱和压力既指原始饱和压力。7、油井流压:油井在正常生产时所测得的油层中部压力叫流动压力,简称流压。流压的高低,直接反映油井自喷能力的大小。自喷井的流
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