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油层物理学Physical Properties of Petroleum Reservoir,目录,第一章 油藏流体的物理性质 第一节 储层烃类的相态 第二节 油气系统的溶解与分离 第三节 天然气的高压物性 第四节 地层原油的高压物性第二章 储层岩石的物理性质 第一节 砂岩的粒度组成及比面 第二节 储层岩石的孔隙性 第三节 油藏岩石的渗透率 第四节 储层流体饱和度 第五节 砂岩胶结物及胶结类型 第六节 毛管渗流模型及其应用,对油藏的初步认识：石油深埋在地下岩石孔隙中,前 言,石油是一种不可再生的资源。油田开发的好坏（与油藏性质、开采技术有关），很大程度上取决于对油藏的认识程度。,表1 2003年世界主要国家石油储量及消费国的排名,时间 石油产量 石油年消费 净进口1990年 1.38亿吨 1.15亿吨2002年 1.67亿吨 2.41亿吨 0.7185亿吨2003年 1.69亿吨 2.60亿吨 0.9112亿吨,从93年开始成为石油进口国，进口量增长很快。03年成为第二大石油进口消费国。,我国油气发展面临的问题：石油需求量大，供需矛盾逐渐加大。,世界石油生产及需求状况：,表2 我国油气地质储量及可采储量（2003年）,油藏物理,石油地质、有机化学、化学原理,渗流力学 油藏工程 油藏数值模拟 采油工程,我国老油田油田：多数已进入开发中后期，含水高（很多90%），但采出程度低（陆上1540,海上油田18）；,油田开发现状：,新油田逐渐转向特殊油田的开发（稠油、低渗、裂洞、海上）。,开采难度越来越大，对基础知识、综合技术水平要求越来越高。,1949年，美国M.Musket出版“采油物理原理”把以前关于油藏岩石、流体物性方面的概念与研究成果系统化和理论化。1956年，苏联.卡佳霍夫撰著“油层物理基础”该书是“油层物理”从采油工程中单独分科的起点，随后得到了广泛而深入的发展。60年代末，洪世铎在卡佳霍夫课本的基础上，首次在国内编著中文版“油层物理基础”。从此油层物理在国内成为一门独立的学科。98年编写了目前使用的课本，目前已经过三次修订，在全国各油田及部分石油院校使用。,“油层物理”起源：,最早研究内容与油藏工程混在一起。,(4)提高原油采收率的机理。Fundamentals of Enhanced Oil Recovery,油层物理主要内容(Contences)：,(1)油藏流体(油、气、水)的高压物性；Properties of reservoir Fluids,(2)油藏岩石的物理性质；Properties of Reservoir Rocks,(3)饱和多相流体的油藏岩石的物理性质；Properties of Porous Medium Containing Multiple Fluids,特点：概念多、实验性强、较抽象。,参考书：,1、洪世铎 油层物理基础；2、何更生 油层物理；3、杨胜来、魏俊之 油层物理学；,最后成绩：考试70%平时10%实验20%。考试形式：闭卷,以基本概念及其应用为主。,第一章油藏流体的物理性质,油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质。,油藏：深埋在地下的油气聚集的场所。单一圈闭、统一的水动力系统、统一的油水界面。,油田：一个地区地下所有的油藏构成油田。,oil field,特点(characteristic)：处于高温、高压下，石油中溶有大量的天然气，地层水矿化度高。,油藏流体(reservoir fluids)：油藏中的石油、天然气、地层水。,随油藏的开采地下流体的相态发生变化影响最终采收率。为合理开发油藏，就必需搞清地下流体的相态、物性随压力的变化。,第一节 储层烃类的相态 Phase behavior of hydrocarbon system,常温常压下：,1、储层烃类的化学组成及分类,气体,液体,固体（石蜡）,油井中的蜡石蜡原油胶质沥青质泥砂,含蜡量越高，结蜡温度越高，凝固点越高。,1.2石油的商品性质,石油的商品性质：相对密度、粘度、凝固点、含蜡量、含硫量和胶质沥青质含量。,按含蜡量：,按含硫量：,按胶质沥青质含量：,由于对环境保护的要求，含硫量直接影响原油的价格。,1.3石油的分类,国际市场上原油商品性质将原油分为：,（硫化物或硫单体）,表1.1.6 油藏分类表,表1.1.7 气藏分类表,挥发性油藏,2、油藏烃类的相态特性(phase behavior of hydrocarbon),相(Phase)：体系中具有相同成分、相同物理化学性质的均匀部分。如地层油和水为两相。,组分(Components)：体系中物质的各个成分。如天然气,组成(Composition)：体系中物质的各个成分及其相对含量。,体系(System)：一定种类和数量的物质组成的整体。,PT相图(phase diagram)：表示体系压力、温度与相态的关系图。,3.1 单组分烃相图 Phase behavior of one component system,1)单组分烃相态特点,3.单、双、多组分体系的相图,露点(Dew point)：温度一定，压力增加，开始从气相中凝结出第一批液滴的压力。,泡点(Bubble point)：温度一定，压力降低，开始从液相中分离出第一批气泡的压力。,单组分烃特点：泡点压力露点压力。,图1.1.4,2)单组分烃p-v相图特点:,临界点C处：气、液的一切性质(如密度、粘度等)都相同。,Pc、Vc、tC-临界压力、体积、温度.,当ttc时，气体不再液化。,单一上升的曲线；液相区，气相区，两相区；C点为临界点(critical point)，是两相共的最高压力和最高温度点。随分子量的增加，曲线向右下方偏移。,相图应用：,3）单组分烃P-T相图 P-T diagram of one component system,液相区,气相区,根据P、t，判断单组分烃所处的相态。,混相驱提高采收率常用：CO2和丙烷。,3.2 两组分烃相图 Phase Behavior Of Two-Component Systems,为一开口的环形曲线；C点为临界点，是泡点线与露点线的碰头点；泡点压力露点压力,特点：,图 1.1.5,1）任一双组分混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸气压曲线之间；2）两组分的分配比例越接近，两相区面积越大；若两组分中有一个组分占绝对优势，则两相区面积相应变窄；3）两组分中若某一组分占优势，两相环线向该组分的饱和蒸气压线迁移；4）双组分混合物的临界压力一般高于两纯组分的临界压力，临界温度居于两纯组分的临界温度之间；,两组分的相对分子质量差别越大，临界点的轨迹线包围面积越大。,3.3 多组分烃相图 Phase behavior of multi-component system,测定原理：,多组分烃相图特点：,虚线等液量线。数字-液相所占的体积百分数；P点压力临界凝析压力(Cricondenbar)。,为一开口的环形曲线；C 点为临界点；PC线泡点线，其左上方为液相区；TC线露点线，其右下方为气相区；环形区内为两相区；,T温度-临界凝析温度(Cricondentherm),阴影区：为反常凝析区。,E:第一露点；B:第二露点,反常凝析现象：,B D:反常凝析,Tc 轻烃温度Tc重烃；P轻、重分子动量交换，重分子获得能量蒸发至气相；压力高时分子间的作用力为排斥力，P,排斥力减小。,FEDBA:,产生反常凝析的条件：合适的轻重烃比例，合适的P、T。,D B:反常蒸发,A B D E F,J点：未饱和油藏(Undersaturated oil)；,相图的应用：,确定油气藏的类型，分析其开发过程中相态的变化。,I点：饱和油藏，可能有气顶；,F点：气藏；,A点：凝析气藏。,凝析气藏(Condensate gas)：温度位于临界温度和最大临界凝析温度之间，阴影区的上方。,中国石油大学,含气顶的油藏：,当压力低于露点压力时，地层中有油凝析出来，这部分油一般不流动。因此，必须保持压力开采（PPb)：1）循环注气：采出的凝析气分离后气体回注到油藏，可以减缓压力的降低；2）注相邻气藏的干气。,The pressure will still decline because the gas volume of exported oil is not replaced.,4、典型油气藏的相态特征,低收缩原油(Low-shrinkage crude oil)：指采到地面后体积收缩较小的原油（地下溶解的气量？）。高收缩油：指采到地面后体积收缩较大的油。,1-1-10,低收缩油特点：含重烃较多，地面气油比较小，数值通常小于90m3/m3。原油相对密度较高，常常0.876。颜色呈黑色和深褐色。,高收缩原油：产出的液体数量明显减少。地面气油比相对较高，一般在90-1500m3/m3。地面原油相对密度一般小于0.78。等液量线分布明显不同，小于75%的等液量线密向泡点线方向移动；油藏条件靠近临界点。,1-1-12,1-1-13,第2露点,1-1-14,特点：从低收缩油干气，临界点左移，油藏条件相对于临界点从左向右偏移；相图面积由大小；等液量线由在露点线附近密集在泡点线附近密集。,作业：17、18题,第二节 油气系统的溶解与分离 Solution and separation of gas-oil system,亨利定律：Rs=P,1、天然气在原油中的溶解度(Solubility),1.1单组分气体在原油中的溶解,Rs溶解度，压力P时单位体积地面液体中溶解的气量；标米3/米3；P压力，MPa；溶解系数，标米3/(米3.MPa),注：亨利定律适于气液性质不相近的体系,特点：开始大，之后逐渐减小，最后为常数。,1.2 天然气在原油中的溶解,影响天然气在原油中溶解的因素：,压力：温度,4,油气组成：,图 1.2.2,油气性质越相近，天然气在原油中的溶解能力越大。,2、相态方程(Equilibrium Relations),用途：可以从数量上确定某一压力、温度下从油中分出的油、气量的多少及油、气组成；判断油气藏的相态。,2.1 推导：Derivation,混合物组成已知，且在某一压力温度下达到平衡：,component,composition,Mole fraction,(1.2.3),共1 摩尔,取1mol油气混合物,使其在某一温度t、压力 p 下达到平衡：,P、t,(1)xi与NL的关系,(2)yi 与Ng的关系,(1.2.5),(1.2.6),令yi/xi=ki 即平衡常数,则：,Use“trial-and-error”method to solve above equations 用“试错法”求解,ki=f(P、T、组成),(1)求泡点压力：Ng=0,Nl=1,液相油组成已知：,2.2 相态方程应用,(2)求露点压力：此时Ng=1,Nl=0,平衡常数(Equilibrium constant)：在一定的温度、压力下，油、气系统的气液两相达到平衡时，i组分在气相、液相中的分配比例(mol分数比)。,2.3 平衡常数的确定：,or,油井产物,压力过高或过低都不会有两相存在，因此平衡常数就不存在。,分子间无特殊的作用力，混合后无热效应，总体积不变。,拉乌尔定律：,道尔顿分压定律：,(1)理想溶液：,Pi气相中i组分的分压；,-i组分的饱和蒸汽压,理想溶液：ki只取决于体系的P及T。适应于低温低压下的体系油藏烃类:体系复杂,P、T高，理想溶液定律已不适应。,美国天然气协会(NGAA)1957年出版了一套lgk-lgP的ki图版。八个收敛压力下的8套图版。应用方法：系统组成P收图版,(2)实验测定法：,油藏烃类混合物处于平衡时，分别取少量油、气样，测定气液相中各组分的xi、yi。则：ki=yi/xi,平衡常数的特点：,低压下为斜率为-1的线；与k=1相交时的压力为该组分的饱和蒸汽压；,同一系统中，各组分的P收相同（不受温度影响），不同系统的P收不同；,低压下(2MPa)，各组分的平衡常数ki几乎与系统的组成无关；高压下不同系统各组分的ki相差较大。,每条线都有逼近于1的趋势，k收敛于1时(yi=xi)的压力为收敛压力。当温度是体系的临界温度时，收敛压力为体系的临界压力。,3、油气分离(Separation Of Oil and Gas),3.1 油气分离方式：接触分离、多级分离、微分分离,指使油气烃类体系从油藏状态变到某一特定温度、压力，引起油气分离并迅速达到平衡的过程。,特点：分出气较多，得到的油偏少，系统的组成不变。,(1)接触分离(闪蒸脱气),(Flash vaporization),一般保持在油藏温度条件下,闪蒸脱气主要测定Pb,PPb时原油体积如何变化。,油藏温度,指在脱气过程中分几次降低压力，最后达到指定压力的脱气方法。,(2)多级脱气：,特点：,分出的气量较少，获得的地面油多(其中轻质成分含量多)。系统的组成不断变化。,开始压力为Pb,温度一般是地面分离器的温度。目的是确定不同分离器条件（P,T）及分离级数对分出油气量的影响。,一次脱气，一级脱气,现场一次脱气相当于油井产出的油气直接进罐。此种方式损失掉的轻质油多。适于气油比小的原油。,(3)微分脱气(Differential Vaporization)分离级数无限多的多级脱气。,当压力低于泡点压力时，油藏中的油气分离过程接近于微分脱气。,微分脱气计算：,dn,n-dn,气液mol数,I组分在气、液中的mol 分数,yi,Xi-dxi,共n mol系统组成为xi,分离变量积分：,已知系统的组成和终点压力，可以求分离出的气量；已知系统组成和分离出的气量，求终点压力,i组分的平衡关系：,2.2 油气分离计算举例,例题:一次脱气压力：0.1Mpa 多级脱气压力：3.5MPa、0.46MPa、0.1MPa 脱气温度：49。地下原油组成及不同压力下的平衡常数见表1.2.1,解：一次脱气：设取1 mol油井产物，压力降至0.1MPa时，有Nl mol液体分离出来,多级脱气计算：,表1.2.3 第一级分离计算结果,表1.2.4 第二级分离计算结果,第二节 小结一、天然气在原油中的溶解二、相态方程及其应用三、油气的分离及特点,作业：第一章 1、3、4、7(8)、11(12)、16、17、18、21、24、25、29,第三节 天然气的高压物性 Properties of Natural Gas,1、天然气的组成、视相对分子质量及相对密度：,1.1天然气的组成及分类：,烷烃,非烃气体：H2S、CO2、CO、N2、H2O蒸汽等少量稀有气体：氦(He)和氩(Ar),组成：天然气低分子饱和烷烃少量非烃气体组成,Composition Apparent Molecular Weight Specific Gravity,标准状况下，甲烷和乙烷气体；丙烷和丁烷也是气体，但很容易液化，是民用液化气（LPG）的主要成分。,天然气的组成表示法：,i=mi/mi(1)mi某组分的含量；mi总质量。,(1)质量组成(Weight Fraction)wi：,(2)体积组成(Volume Fraction)vi：相同T、P下，各组分的体积vi占天然气总体积的百分数。,(3)摩尔组成(Mole Fraction)yi：各组分的mol数nI与气体总mol数的比值。,低温低压下，体积组成 摩尔组成,质量组成、mol组成转换：,Mii组分分子量,知质量组成求摩尔组成：,天然气分类：,按矿藏,按油蒸汽含量,按含硫量,Sweet gasSour gas,典型气藏组成见表1.3.1,1.2 天然气的视相对分子质量和相对密度,标准状况下(0、760mm汞柱)，1mol天然气所具有的质量称为天然气的“视相对分子质量”。,视相对分子质量Mg：,（Apparent molecular weight and Specific Gravity）,空气的相对分子质量为28.97。,在标准状态（20，0.101MPa）下，天然气的密度与干燥空气密度的比值。,空气密度,相对密度(Specific Gravity)：,1.3 天然气的视临界参数,天然气在临界点的温度、压力称为临界参数，一般用其视临界参数：即视临界温度和视临界压力。,（1）Kay方法：若天然气由k种组分组成，其视临界参数为：,（2）经验公式方法：,干气：,湿气：,2天然气的状态方程(Equations of State),2.1 理想气体状态方程：Behavior Of Ideal Gas,不计分子的体积和分子间作用力。,气体的密度：,状态转换(一定量的气体)：,2.2 真实气体状态方程(Behavior Of Real Gases),气体的密度：,状态转换：,Z compressibility factor,Z-factor(压缩因子),Z反应了与理想气体相比，实际气体压缩的难易程度。,Z=1,实际气体为理想气体；Z1,实际气体比理想气体难压缩；,1）实验测定法：,P0=0.1MPa,T=C,2.3 压缩因子的确定（图版法）,2）压缩因子的确定（图版法）,a、纯烃：(直接据P、t查图),特点：压力很低时，Z1；,(引力起作用),(斥力起作用),压力较低时,Z1；,高压下，Z1。,b、天然气：（Standing和Katz图版）,对应状态定律（Law of Corresponding States）：,在相同的对应温度、对应压力下，所有的纯烃气体具有相同的压缩因子,Standing和Katz压缩因子z的图版：,对应参数：,天然气视临界参数：,对应参数：,根据对应参数查天然气的压缩因子图版，得Z值。,pseudocritical temperature pseudocritical pressure,Reduced temperature,KReduced pressure,纯烃的临界参数可查表1.3.2.,Z的校正：,1)天然气中含氮时：(5),天然气中氮的mol分数,纯氮气的压缩因子,不含氮气时(扣除)，纯烃部分的压缩因子,例：试计算下列组成的天然气在35、10.2MPa的Z？,查Zg,2)含H2S和CO2时：,按摩尔平均求得的视临界参数,经验公式法*确定Z:,3天然气的等温压缩系数Cg：(Coefficient of Isothermal Compressibility),指在等温条件下，单位体积天然气体的体积随压力的变化率。,对理想气体：,随压力增加，气体难压缩。,单组分实际气体：,对天然气：,Cg求法：查图：查图1.3.3，并求该点切线的斜率；,经验公式法：,据查图1.3.6、1.3.7,查得：,4、天然气的体积系数Bg（Formation volume factor of natural gas）,定义：地面标准状态(20，0.1MPa)下，单位体积的天然气在地层条件下的体积。,地面标准条件下体积,Bg1,膨胀系数:,例1.3.3 已知 P16.548MPa,t=138.9 Z0.923 气体在地下的体积Vrec=1.5*108m3求：气体的储量(地面标准状态m3)？,解：,(2),(1),(3),5、气体的粘度(viscosity of gas),5.1 粘度的定义 及单位,设两气层间的摩擦力为F，接触面积为A。实验证明：,速度梯度，1/s;,单位面积上的内摩擦力，N/m,粘度，动力粘度,粘度定义：,CGS制单位：,1N=105达因,标准单位：,常用单位：mPa.s；1Pa.s=1000mPa.s,1泊100厘泊,1厘泊1 mPa.s,运动粘度：,Pa.s,Kg/m3,m2/s,动力粘度,5.2 气体粘度计算,(1)低压气体混合物的粘度：,方法1：,组分i、j 的结合因子，由 确定,组分多时：,1.3.11,方法2：,1.3.10,方法3：查图版,(2)高压下气体粘度计算,方法1：,方法2：查图 查图1.3.10，求，再查图1.3.12得,1.3.13,5.3 天然气粘度的特点：,低压下：,低压下气体的粘度几乎与压力无关。分子作用力小，粘度主要受分子动量交换的影响。,(1)T g,(高、低速气层分子交换数量增加),(2)M g,(分子运动减慢，内摩擦力减小),(3)非烃气体的粘度一般较高,具有液体粘度特点。,高压下，作用力为结合力：P增加，结合力增加；T增加，运动加快，结合力破坏；M增加，结合力增强。,高压下：,(1)Pug；(2)T ug；(3)M ug。,第三节 小 结,(6)低压：式1.3.69，查图1.3.12 高压：式1.3.70，查图1.3.10,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,第一章作业：1、3、4、7(8)、11(12)、16、17、18、21、24、25、29,天然气水合物是由天然气和水在低温(但在水的凝固温度以上)、长期高压下形成的似冰状的白色固体(或称水合物)，广泛分布于海洋大陆坡沉积物中和陆地永久冻土地带。天然气成分以甲烷为主，故又称甲烷水合物。,6、Gas Hydrates(天然气水合物),形态：水合物为固体结晶物，象雪或冰，密度为0.880.90g/cm3，一般，1m3气体水合物中含有0.9m3的水和70240(标)m3的气，含气量的多少取决于气体的组成。,6.1定义及构成：,水合物的结构,天然气水合物在燃烧,天然气水合物的形态,天然气水合物的状态,图1.3.13 水、轻烃混合物相图,6.2形成条件,气体水合物可视为“固体溶液”，水合物晶体的骨架由水分子靠氢键形成，而气体分子靠范德华力保围在晶格的空穴之中。,图 1.3.14 单组分烃的水合物形成条件(据katz等，1945),图 1.3.15 天然气的水合物形成条件(据katz等，1945),6.3防止水合物的形成,图1.3.16 化学剂对水合物形成温度的影响,图1.3.17 液态烃对水合物形成温度的影响,图1.3.18气体膨胀后无水合物形成的温度压力条件(相对密度为0.6的气体),A gas cylinder contains methane at 7MPa and 21.If the cylinder has a volume of 0.084m3,assuming methane is an ideal gas.Calculate:(1)the mass of methane in the cylinder.(2)the density of the gas in the cylinder(3)the volume the gas would occupy at standard conditions.,Example:,1-17题：,1-18题：,第四节 地层原油的高压物性,Solution Gas-Oil Ratio(溶解气油比)Formation Volume Factor of Oil(原油的体积系数)Total formation factor(两相体积系数)Specific Gravity of a Liquid(液体的相对密度)The Coefficient of Isothermal Compressibility of Oil(原油的等温压缩系数)Oil Viscosity(原油的粘度),Contens:,第四节 地层原油的高压物性,1、地层油的溶解气油比Rs(solution gasoil ratio),定义1：地层油在地面进行脱气，分出气体的标准体积与地面脱气原油的体积之比。,定义2：1m3的地面脱气油,在油藏条件下所溶解的气体的标准体积。,例：一油藏原油储量为N(地面)m3，原始溶解气油比Rsi标m3/m3，求储气量G(标m3)？,解：G=NRsi(标m3),Rsi表示原始状态下的溶解气油比。平均生产气油比Rp：累积产气量(标m3)与累积产油量的比值。,不同的脱气方式，分出的气量不同，因此测得的气油比不同。,Pi,Rsi,Rs,P,Pb,标准状态,地层状态,20C 时的地面油的密度与4C 水的密度之比（）,当压力高于泡点压力时：,2、地层油密度与相对密度（density and specific gravity）,1)地层油密度：,2)地面油的相对密度ro:,注意：原油相对密度、地层油相对密度的区别。,地层油相对密度比,3、地层油的体积系数(formation volume factor of oil),3.1 Bo定义：原油的地下体积Vof与地面脱气后的体积Vos之比。,或定义为：1m3的地面油在地下溶有气后的体积。一般 Bo1,Bo随压力变化特点：,Bob泡点压力下原油的体积系数；Boi原始压力下原油的体积系数。,地面,Vos=1m3,Boi,B,o,P,Pb,u,Bob,地层条件,Pi,低于泡点压力时，地层油和其释放出气体的总体积与地面脱气原油的体积之比。,3.2 两相体积系数u或Bt(Two phase formation volume factor),3.3 地层油收缩率：原油从地下采到地面后，体积收缩的百分数.,例2.4.1 已知ros0.876,Rsi=138标m3/m3 rg=0.75 Bob=1.42。求：Pb下地层油的密度,解：,4、地层油等温压缩系数Co：(Isothermal Compressibility of oil),定义：温度一定，单位体积地层油的体积随压力的变化率（PPb）。,一般用某一压力区间的平均压缩系数表示，如Pi与Pb之间：,Vof高压下体积,地层油压缩系数的特点：,(1)溶解汽油比Rs的影响,(2)温度的影响,(3)压力区间的影响,一般，地面油的压缩系数(47)*10-4MPa-1,5、地层油的粘度(viscocity of oil),影响地层油粘度的因素：,不同油藏的原油，其粘度相差很大，主要受原油的化学组成，溶解气油比、P、T的影响。,(1)重烃、非烃（胶质、沥青质）含量的影响,原油的粘度影响其在地下的运移、及管道中的流动能力。,(2)温度的影响：温度粘度,在一定温度范围内，温度每升高10，原油粘度下降一半。,温度增加，液体分子运动速度加快，分子间引力减小。,（3）溶解气的影响,大庆某脱气油：50 时粘度=15.815.9mPa.s 地层条件下(45)：9mPa.s,(4)压力的影响：,9,第二章 储层岩石的物理性质,储层岩石以沉积岩为主,主要有：,第一节 砂岩的粒度组成及比面,1、粒度组成(Granulometric compsition)及测定：（1）定义 指构成砂岩的各种大小不同的颗粒的含量。通常用质量%表示。,储层岩石特点：,具有孔隙性、渗透性。,Properties of Reservoir Rocks,（2）粒度分析方法：,主要用于粒度较大的砂岩。,methods of determination,Thin-section method,薄片法：将岩石切成薄片，用显微镜观测和图 象分析仪测定其粒度组成；,(1)筛析法：,做法：将岩石洗油烘干称重A松解成单个颗粒溢流法去胶结物、烘干称重B过筛分筛称重。,筛孔大小：1)目：每英寸长度上的筛孔数；2）用mm表示筛孔直径。,Screen analysis,孔数/cm2,(目）,胶结物含量=,各粒级的质量%分别为：,Wi-第i级筛上颗粒的质量。,A岩样干重B去胶结物后重,(2)沉降法：,原理：stokes公式:,V颗粒下沉速度，cm/s；d颗粒直径，cm;v运动粘度，cm2/s;密度-g/cm3。,1mPa.s=1厘泊,1.2 粒度组成表示方法及评价,曲线峰值越高，说明粒度组成越均匀。,相邻两筛间颗粒直径的平均值:,表格法：,累积曲线：直径小于某一值的所有颗粒的质量。,Cumulative-Distribution Curve,曲线越陡，说明岩石粒度组成越均匀。,粒度组成累积曲线上某两个质量百分数所代表的颗粒直径之比。,不均匀系数（Heterogeneity coefficient）：,1颗粒越均匀，2的岩石可视为均质岩石。,按Trask规定，S12.5 分选好；S2.54.5分选中等；S4.5 分选差。,1.3.2 粒度组成的评价,2岩石的比面S:(Specific area),2.1定义：单位体积(外表)岩石内所有孔隙的内表面积。,或：单位体积(外表)岩石内所有颗粒的总表面积。(胶结物少),2.2 例：若岩石由等直径球形颗粒组成(直径为D)，颗粒正方形排列，求比面？,结论：颗粒越小，比面越大,解：则取一正方形，边长nD，则：,nD,2.3 影响比面的因素,（1）颗粒的大小；（2）粘土含量；（3）颗粒的圆球度。,2.4岩石比面的求取,（1）直接法实验测定法,取岩石体积1cm3，设各颗粒密度相同：,质量%=体积%,设岩石孔隙度为，由不等直径的球形颗粒组成：,（2）间接计算法：,直径为di的颗粒的总表面积：,单位体积岩石中所有颗粒的总表面积：,对于不规则颗粒：,C=1.21.4,第二节 储层岩石的孔隙性,1孔隙和孔隙结构,1.1空隙(pore):指岩石中未被碎屑颗粒、胶结物充填的空间。常称为孔隙,空隙的类型有:粒间孔隙、裂缝、溶洞。,Porosity of Reservoir Rocks,(微观上)粒间空隙空间由孔隙主体和喉道组成。,孔隙控制着岩石储油能力；喉道控制着孔隙的渗流能力。,配位数：与一个孔隙相连的喉道的数目。,1.2 孔隙结构(pore structure)模型,等直径球形颗粒模型,毛管束模型,网络模型(一维、两维),无效孔隙：直径小于0.0002mm的微毛管孔隙和不连通孔隙。,1.3 孔隙分类：,有效孔隙：直径大于0.0002mm，可以让流体通过的孔隙。,根据孔隙的大小分为：超毛管孔隙、毛管孔隙和微毛管孔隙。,根据流体在其中能否流动分为：,3.1 孔隙度定义：岩石的孔隙体积与岩石外表体积之比。,3储层岩石的孔隙度（Porosity）,3.2 经典孔隙度模型,等径球形颗粒正排列（Cubic packing）:设单元立方体的边长为2r，则立方体的体积Vf为：,单元体中固相体积:,流动孔隙度：饱和流体的孔隙中，可动流体的体积与岩石外表体积之比。,绝对孔隙度（Total porosity）:岩石总孔隙（有效+无效孔隙）与岩石外表体积之比。,3.3 岩石孔隙度分类：,3.4 储层岩石孔隙度的评价,砂岩：孔隙度10%-40%;碳酸盐岩：孔隙度5%25%粘土岩或页岩：孔隙度20%45%,储层平均孔隙度：,3.5 双重介质孔隙度：(含有孔隙和裂缝或溶洞的介质),4、影响岩石孔隙度的因素,(1)颗粒的排列形式：,(2)颗粒的分选性和磨圆度,(3)胶结物：胶结物含量少，孔隙度大,(4)压实程度：埋深，孔隙度降低,(5)后生成岩作用：产生缝、溶蚀，水中矿物沉淀,5.岩石孔隙度的测定方法,原理：据孔隙度定义：,测定方法：,5.1.1 Measurement Of The Total Volume VT,(1)量尺法:,(2)排开体积法：,If it is not chipped(有缺口的)or notched(有刻痕的),a sliding caliper(游标卡尺)is used.,Vernier 游标,Piston 活塞,(3)浮力测定法,F 浮标R 参考指针,P,Vf岩样外表体积，G岩样干重，g；P外加砝码重，g。,测试前，使浮标指针接触汞面。然后将岩心放于浮标下，在下部加砝码，使指针与汞面接触。,(1)Determine the Vs by Gas expansion,principle：,5.1.2.Determination of solid volume Vs,determine Vs:,P1the balanced pressure,5.1.3.Determination of pore volume Vp:,(1)Gas expansion method：,Porosimeter孔隙度仪,W1干岩样重；W2饱和煤油后在空气中的质量；W3饱和煤油后在煤油中重。,(2)饱和称重法：,煤油,6岩石的压缩系数(compressibility coefficient),6.1 岩石压缩系数Cf：,一般,单位体积油藏岩石，当流体压力降低1MPa时，孔隙体积的缩小值。,P=Pf-Pp,Pp 流体压力,6.2 岩石的孔隙压缩系数Cp（Pore Compressibility）：,单位孔隙体积油藏岩石，当流体压力降低1MPa时，孔隙体积的缩小值。,Vp=Vf,6.3 油藏的综合弹性压缩系数C（total compressibility）,定义：油藏压力每降低一个1MPa时，单位体积油藏岩石，由于岩石孔隙体积的缩小、其中流体的膨胀，总共排出的液量。,孔隙度，Soi孔隙中含油体积%，Swc孔隙中束缚水所占体积%,=1m3,=Cf,设：Vf油藏含油区体积，原始压力Pi，泡点压力Pb,，则，油藏的弹性储量：,(地面m3),6.4 弹性储量(Elastic Reserve),弹性采油量：油藏压力从原始压力降到泡点压力时靠岩石及流体的弹性膨胀而采出的油量。,作业：第二章P187 1、4、8、10、12、14、15、16,第三节 油藏岩石的渗透率(Permeability),1、达西定律(Darcys law),1-1断面总水头：,2-2断面总水头：,其折算压力分别为：,地层倾斜：,K岩石的渗透率(Permeability),满足条件：P125,第三节 油藏岩石的渗透率(Permeability),达西公式的微分形式：,x流体流动方向。,1厘泊=1mPa.s,=10-8 cm2=1m2,1.2 渗透率的单位：,1达西=1um2,达西单位：,达西公式的微分形式：,x流动方向,(1)水平地层单向流：,1.3 达西定律的 推广,1.3 达西定律的 推广,（2）垂直线性流：,(3)水平地层径向流（radial flow）：,2、气测岩石的绝对渗透率,2.1 气测渗透率原理,据气体等温膨胀定律：,对液体：由于固液分子间力大，孔隙壁面液体分子的流速为零。,2.2 Klinkenberg 效应,这种现象称为气体滑动效应。,对气体：孔隙壁面上气体分子的流速不零。,影响气体滑动效应的因素：平均压力；气体的相对分子质量。(主要是流体与管壁间的作用力),Klinkenberg effect or Slippage effect,2.3气测渗透率的特点：,不同气体的 的直线交纵坐标于一点，该点的Kg与液测K等价，称为等价液体渗透率或克氏渗透率，记为K,同一平均压力下，不同气体测得的Kg不同；,在不同平均压力下，用同一气体测得的Kg不同；,(1)沉积作用影响,3、渗透率的影响因素:P130 自学,岩石喉道半径：,(3)构造应力作用,(2)成岩作用影响,岩石构造：层理和纹理,岩石的结构：粒度、分选性、胶结物含量,压实作用、胶结、溶蚀,储层岩石:,4、储层渗透率的评价,储层岩石渗透率多在（10-1000）10-3m2之间。,表2.3.1 渗透率评价表,mm,气测渗透率原理：,5.岩石渗透率的求取：,K=CQorhwL/(200A),QoQorhw/200,式中：,孔板常数，cm3/s,(10-3um2),cm3/s,7非均质储层渗透率的计算,1、纵向非均质：,求平均K时，按渗流能力等效原则；求平均时，按储集能力等效原则。,单向流：,（油层视为均匀的）,径向流：,横向非均质：,径向流：,储层渗透性差异的描述：定义,2、渗透率非均质系数,1、渗透率变异系数：,3、渗透率级差,第四节 储层流体饱和度(saturation),1、定义：岩石孔隙中流体所占的体积百分数。,设孔隙中所含油、气、水的体积分别为：,Soi原始含油饱和度；Swc束缚水饱和度,Sgi原始含气饱和度。,（1）束缚水饱和度(connate water saturation)束缚水：油藏形成时留下的不能被油气驱走的水。,影响束缚水饱和度的因素：P146 岩石的孔隙连通性、渗透率、泥质含量、润湿性，原油粘度。,Sg+Swc=1,Soi+Swc=1,Sw=1,（2）残余油饱和度,残余油：被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。,（3）剩余油饱和度 剩余油：未被工作剂驱扫或波及到的油。,由于重力分异、低渗透夹层、平面非均质、注水方式等造成。