储层岩石的物理特性.ppt

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1、储层岩石的物理特性,储层岩石的物理特性,岩石(rock),岩浆岩,沉积岩,变质岩,碎屑岩(砂岩)：石英、长石单重介质：储集和渗流空间均为孔隙（常见），或储集和渗流空间均为裂缝。双重介质：孔隙为主要储集空间，裂缝为主要渗流通道。,碳酸盐岩(灰岩)：方解石、白云石单重介质：单重孔隙介质、单重裂缝介质、单重溶洞介质。双重介质：裂缝孔隙、裂缝溶洞和溶洞孔隙双重介质。三重介质：裂缝孔隙溶洞。,其他岩石,泥岩,多孔介质：由毛细管或微毛细管结构组成的介质。,储层岩石的分类与国内典型油气田实例,储量:约50%产量:约60%,99%以上气储量集中在沉积岩储集层中,储量:约50%产量:约40%,最感兴趣的对象 油

2、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。,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,因而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，也是油层物理研究方法的一大特点。,储层岩石的物理特性,储层岩石的物理特性,岩石性质,常规性质,其他性质,热学性质电学性质放射性性质敏感性性质（速敏、酸敏、盐敏、水敏、碱敏）,骨架性质（粒度组成、比面）储集性质（孔隙度、饱和度、压缩性）渗透性质（绝对渗透率和相对渗透率）,储层岩石的物理特性,主要内容:第一节 储层岩石的骨

3、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,砂岩：指颗粒经胶结物胶结而成，砂含量50的陆源碎屑岩。储油砂岩颗粒大小一般为0.011mm。,第一节 储层岩石的骨架性质,一、岩石的粒度组成,1、粒度的概念(grain size，particle size)粒度：岩石颗粒直径的大小，用“目”或“毫米”表示 目每英寸长度上的孔数，1英寸2.54cm储油砂岩颗粒大小：一般为0.011mm,一、岩石的粒度组成,粒度组成能定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。,式中：Gi颗粒的重量百分比；Wi颗粒重量

4、；i=1,2,n。,2、粒度组成的概念(granularmetric composition)粒度组成：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多种物理性质）,3、粒度组成测定方法,一、岩石的粒度组成,A、筛析法（sieve or screen analysis method)筛选范围一般按 或 两个级差），适用于较粗颗粒。,颗粒平均直径：,原理,装置,原理,装置,计算公式,B、沉降法(settling method)适用于粒径较细（400目），直径在50100um时有足够的精度，但用得少。原理:岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。测出颗粒的沉降速度v即可由S

5、tokes公式计算颗粒大小。,测量条件：颗粒坚硬，具有光滑球形表面；在粘性和不可压缩液体中颗粒运动缓慢，距离容器壁和底无穷远，颗粒以恒速沉降；颗粒与分散介质之间不发生滑动；颗粒浓度1%,一、岩石的粒度组成,C 直接测量法 极大颗粒岩样（辅助）,D 光学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样）数量少、颗粒小、固结岩样方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。,一、岩石的粒度组成,4、粒度组成的表示方法：数字列表法和作图法,(1)数字列表法,A 粒度组成分布曲线,B 粒度组成累积分布曲线,粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒分布特征（非标准正态分布）,(2)作图法,分布规律：非标准正态分布,1,2,3,4,di

6、(mm),log(di),1,2,3,4,C 粒度组成分布曲线及粒度组成累积分布曲线对比分析,问题：分布曲线的形态如何反映出岩石粒度组成？,一、岩石的粒度组成,尖峰越高，颗粒分布越均匀，比均匀，比均匀；尖峰越靠右，颗粒直径越大，、比、直径大；陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，比均匀，比均匀；陡峭段越靠右，颗粒直径越大，、比、直径大；,1,2,4,1,2,3,4,3,di(mm),log(di),5、粒度参数,粒度参数：定量评价粒度组成特征,可评价颗粒分布均匀程度,(2)平均粒径：岩石颗粒直径的平均值，它表示岩石颗粒分布和集中趋势的参数。,(1)粒径中值：指粒度组成累积分布曲线上50%处对应的粒径，它

7、表示岩石粒度分布趋势。,5、粒度参数,(3)不均匀系数（）(heterogeneity coefficient)累积分布曲线上某两个重量百分数所代表的颗粒直径的比值，常用d60/d10。,颗粒的均匀程度;1颗粒组成越均匀；2的土壤视为均质土;2.4 不均匀=120。,定义与计算,不均匀系数描述颗粒均匀性评价标准,5、粒度参数,(4)分选系数（S）:(sorted coefficient)累积分布曲线上，颗粒直径d75与d25比值的1/2次方,S颗粒的分选性变差颗粒不均匀程度。S=12.5 分选好；S=2.54.5 分选中等；S4.5 分选差；,定义与计算,分选系数描述颗粒均匀性评价标准,(5)

8、标准方差(standard deviation)：,分选性越好=0 同一粒径。,定义与计算福克沃德公式,标准方差描述颗粒均匀性评价标准,S岩石比面，cm2cm3，1cm；A骨架的总表面积或孔隙总内表面积，cm2；Vb岩石外表体积，cm3。,1、比面的概念,几百几千,二、岩石的比面,(1)定义比面：单位体积岩石内，岩石骨架的总表面积或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。,砂岩2300 cm2cm3,二、岩石的比面,以岩石孔隙(pore)体积Vp为基准定义的比面Sp,以岩石骨架体积Vs为基准定义的比面Ss,其它定义,（2）三种比面S、Ss、Sp之间的关系,3、比面的实质,反映了单位外表体积岩石中所饱和

9、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,比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。,二、岩石的比面,（4）影响比面的因素（颗粒大小、形状、排列方式）,d,S（颗粒大小）,不园度,S（颗粒形状）,二、岩石的比面,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%,S1,S2,2.1、比面的实验测定（透过法，吸附法）,2、确定岩石比面的方法（实验测定，间接估算方法）,（1）透过法 根据流体对岩石的透过性来求比面，常用空气作测定流体。测定理论：Kozeny-Carmen方程和Darcy方程,直接法,间接法,高才

10、尼卡尔曼方程,二、岩石的比面,Kozeny-Carmen方程（K 与S 关系式）,Darcy方程,式中：p0大气压；p1、p2分别为岩心进、出口端压力；A为岩心截面积，cm2；L为岩心长度，cm；Q0通过岩心的空气量，相当于从马略特瓶中流出的水量，cm3/s；室温下空气的粘度，mPa.s；H为空气通过岩心稳定后的压差，厘米水柱。,高卡方程和达西定律结合,高卡方程,达西定律,式中：S岩石比面，cm2/cm3；孔隙度，f；A岩心截面积，cm2；L岩心长度，cm；Q0通过岩心的空气流量，cm3/s；H空气流量稳定后的压差，cm水柱；室温下空气粘度，mPas。,核心理论公式,岩心、A、L 可测；空气

11、可查表。只要测出压差H 和空气流量Q0，即可用上式算出S。,测定仪器：马略特瓶岩心夹持器水压计量筒,（1）透过法（根据流体对岩石的透过性来求比面。常用空气作测定流体）,二、岩石的比面,多孔介质比面测定仪,打开开关5，通过漏斗向马略特瓶中灌水，排出瓶内空气当瓶内水面升到一定高度时，打开开关7，并控制流出水量当水压计压差稳定在某一高度H时，测定流出水流速Qo。,测定方法,问题：流出的水的流量Qo与通过岩心的空气的流量有何关系？,二、岩石的比面,多孔介质比面测定仪,（2）吸附法 吸附法：通过测定吸附在岩石表面单层分子的吸附量间接测算岩石比面的方法。测定流体：常用惰性气体。测定原理：低温物理吸附原理。

12、,（3）对比透过法和吸附法,2.2、比面的估算,（1）用岩石的孔隙度和渗透率估算 基本原理：(Kozeny-Carmen方程),二、岩石的比面,（2）由岩石的粒度组成资料估算适用条件：适用于岩石胶结疏松，颗粒磨圆度较高，且不含或少含粘土颗粒的岩石比面估算。,二、岩石的比面,岩石颗粒直径d相同时的比面,体积为:,设岩石的孔隙度为，岩石的外表体积为,岩石颗粒所占的总体积就应当为,二、岩石的比面,每个球形颗粒的表面积为：,单位体积岩石颗粒的数量就为:,单位体积岩石颗粒的总表面积即比面S为:,二、岩石的比面,岩石颗粒不等径时的比面假设该岩石是由n种不同粒径的颗粒组成，其粒度组成资料如下:,二、岩石的比

13、面,单位体积岩石所有颗粒的总表面积即比面S就为:,实际真实岩石颗粒并不完全为球形，因此为更接近于实际，应当考虑岩石不园度的影响，引入岩石颗粒形状校正系数C,二、岩石的比面,估算公式：,式中：C颗粒形状校正系数，一般取1.2-1.4；岩石孔隙度，f；di、Gi粒径及其对应的重量组成。,二、岩石的比面,适用范围：适用于岩石胶结疏松，颗粒磨圆度较高，且不含或少含粘土颗粒的岩石比面估算。,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

14、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,第二节 储层岩石的孔隙结构及孔隙性,储层孔隙：岩石中未被固体物质充填的空隙空间孔隙结构：岩石的孔隙类型、孔隙大小、形态、连通关系、以及孔隙表面粗糙度等因素的综合。,一、储层岩石的孔隙结构,孔隙空间形状示意图,1、储层岩石的孔隙类型及组合关系(1)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：粒间溶孔、粒内溶孔。次生；裂缝：成岩改造或构造形变形成的缝隙。次生。,粒间孔,孔隙结构铸摸图,裂缝,

15、溶蚀孔,按大小分类,按形态分类砂岩孔隙归结为孔隙和裂缝两类,一、储层岩石的孔隙结构,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“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,一、储层岩石的孔隙结构,单重孔隙介质、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裂缝孔隙溶洞三重介质,孔隙结构非均质性极强,孔隙组合关系可分为：,（2）孔隙组合关系,2、孔隙大小及分选性孔隙大小的表示和评价,(1)孔隙大小和分布研究方法：半渗透隔板法、压汞法、离心法孔隙分布

16、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,一、储层岩石的孔隙结构,2、孔隙大小及分选性,孔隙分布曲线用于定性表征岩石孔隙大小分布特征。,尖峰越高，孔隙大小越均匀,曲线越陡，孔隙大小越均匀,一、储层岩石的孔隙结构,(2)孔隙大小分选性评价 分选系数Sp：描述孔隙分布的均匀程度,Sp,均匀度,一、储层岩石的孔隙结构,歪度Skp(skewness)歪度：描述孔隙大小分布偏于粗孔径还是细孔径，又称为偏态。,一、储层岩石的孔隙结构,正值表示粗歪度，负值表示细歪度,以峰值为标准，考察细毛管与粗毛管的体积之比，偏于粗孔径称粗歪度，偏于细孔径称细歪度

17、。,Skp0 S2S1 粗歪度；Skp0 S2S1 细歪度,评价标准：当Skp0，粗毛管体积大于细毛管体积，孔隙大小分布曲线上，峰值右边的面积大于峰值左边的面积S2S1，为粗歪度；若Skp=0，粗毛管体积等于细毛管体积，孔隙大小分布曲线对称；若Skp0，粗毛管体积小于细毛管体积，孔隙大小分布曲线上，峰值右边的面积小于峰值左边的面积S2S1，为细歪度。,峰态Kp：(kurtosis)描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。,一、储层岩石的孔隙结构,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

18、，孔隙分布不均匀。若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。,一、储层岩石的孔隙结构,3、孔隙结构参数薄片、铸体及图象分析,(2)孔隙配位数 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215之间。,(1)孔喉比,孔喉比：孔隙直径与喉道直径的比值,一、储层岩石的孔隙结构,(3)孔隙迂曲度 迂曲度：流体质点在岩石中实际流经的路程长度与岩石的外观长度之比。,迂曲度可定量描述孔隙的弯曲程度。但无法测定，一般在1.22.5 范围中取值，常取1.4。,一、储层岩石的孔隙结构,二、岩石的孔隙度(porosity),1、孔隙度定义：岩石孔隙体积Vp与岩石的总体积Vb（外表体

19、积）之比，用希腊字母表示,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,不同的孔隙度概念 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,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）ff随地层压力梯度及岩石、流

20、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,二、岩石的孔隙度(porosity),2 储层孔隙度范围与评价标准,致密砂岩 孔隙度自1-l0；致密碳酸盐岩 孔隙度1-5；中等砂岩 孔隙度自l0-20；中等碳酸盐岩 孔隙度自5-10；好的砂岩 孔隙度自20-35；好的碳酸盐岩 孔隙度自l0-20,二、岩石的孔隙度(porosity),砂岩孔隙度：5%30%，一般为10%20%,内因,四、影响岩石孔隙度大小的因素,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

21、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,一般规律：矿物吸附性、润湿性强、粘土矿物ff 石英长石(其它条件相同，液膜厚度 H石英H长石)矿物易破碎、溶蚀a 风化程度高a易形成低渗透储层云母的片状结构a黄铁矿、绿泥石等易嵌入孔隙中a矿物表面性质、敏感性影响储层ff矿物稳定性、特殊矿物含量影响储层a,1、岩石的矿物成分,2、颗粒排列方式及分选性,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,3、埋深对孔隙度的影响,颗粒排列方式：埋深排列紧密a,此外颗粒

22、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。,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：驱动压差减薄孔隙表面液膜ff；流体粘度增厚孔隙表面液膜ff。,还有以下因素影响流动孔隙度大小：,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；,四、影响岩石孔隙度大小的因素,五、岩石孔隙度的测定方法,1、常规岩心分析法,与Vb、Vp、Vs 三个参数有关，求出其中任意两个

23、，则可得。,从定义出发,测定内容：总体积Vb孔隙体积Vp骨架体积Vs,五、岩石孔隙度的测定方法,（1）岩石外表体积Vb的测定直接测量封蜡法矿场常用饱和煤油法水银法,直接量度法用千分卡尺直接测量小岩心的直径d和长度L,特点：简单适用对象：胶结好，钻切过程中不垮、不碎的岩心,封蜡法原理：利用阿基米德浮力原理进行测量步骤：称岩样在空气中的质量:w1称覆盖蜡衣岩样在空气中的质量:w2称覆盖蜡衣岩样在水中的质量:w3 岩样Vb覆盖蜡衣的岩样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,(1)岩石外表体积Vb的测定方法,(1)岩石外表体积Vb的测定方法,饱和煤油法原理：利用Arc

24、himedes浮力原理进行测量步骤：将干岩样抽成真空后饱和煤油；将饱和煤油的岩样在空气中称重，其质量为：w1将饱和煤油岩样在煤油中称重，其质量为：w2岩样Vb,适用对象：外表不规则，但不疏松、不垮、不碎的岩样,(1)岩石外表体积Vb的测定方法,水银法 原理：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，但对人体有害适用对象：外表不规则，无大溶孔、溶洞的岩样,气体孔隙度仪饱和煤油法流体加和法,气体孔隙度仪 矿场上广泛采用的测定方法,(2)岩石孔隙体积Vp的测定,(2)岩石孔隙体积Vp的测定,原理：据Boyl

25、e定律，通过测孔隙中气体的体积测定Vp使标准室气体进入装岩样的未知室等温膨胀，由Boyle定律,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,饱和煤油法 原理：通过测孔隙中饱和的煤油Vo测Vp步骤：称出干岩样空气中重：w1称出干岩样饱和煤油后在空气中重：w2则岩样：,特点：简单；煤油易挥发产生误差,(2)岩石孔隙体积Vp的测定,(2)岩石孔隙体积Vp的测定,流体加和法 原理：由测定的流体V 求岩石Vp分别测出岩样中油、气、水的体积V0、Vg、Vw，则Vp：,特点：油气体积不易测准，误差大,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,(3)岩石颗粒

26、体积Vs的测定方法,(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,2、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,表征体积单元：岩石参数K、随着测定岩心Vi 的变化而变化，当K、趋于稳定时的最小Vi 则称为表征体积单元，用V0 表示,表征体积单元含义：

27、能代表油藏岩石物性参数的最小岩样体积岩石K、等物性参数测定：一般砂岩用小岩心测定缝、洞发育的岩石用全直径岩心测定,五、孔隙度与表征体积单元,1、油藏开发过程中的受力变化 油气层储层骨架孔隙中流体,内压（孔隙、流体、地层压力),平衡状态！,六、储层岩石的压缩性,外压上覆岩石静压与水平方向围压,1、油藏开发过程中的受力变化,开发中，油藏内压力不平衡：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,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,六、储层岩石的压缩性,2、岩石的压缩系数Cf(compressibi

28、lity),岩石Cf 定义或物理意义：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1210-6/MPa Cf描述岩石的压缩性，也反映其形变具有的驱油能力,(1)岩石压缩的弹性驱油量 岩石驱油量岩石形变引起的Vp 减小值，即：,六、储层岩石的压缩性,3、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：VoVofVoL,(2)流体膨胀的弹性驱油量 流体压缩(CL)系数定义或物理意义：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。,则

29、：,(3)地层弹性驱油量(压力下降P时),4、地层综合弹性压缩系数C*地层C*：当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。,问题：油气、油水或气水两相综合弹性压缩系数如何表示？,C*反映了岩石和流体弹性驱油的综合效应,5、压缩系数的应用岩石Cp校正实验室测定的孔隙度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 但也有专家认为不需要校正。计算油藏弹性驱油量（地层压力从原始地层压力pi下降至 原油泡点压力pb时可采出的流体量）,5、压缩系数的应用研究岩石、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(约为1025

30、)流体的CL与岩石Cf 数量级基本相同，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。,Vp中有油、气、水,第三节 储层岩石的流体饱和度,流体饱和度(fluid saturation)是又一个重要的储层岩石物性参数。它关系到对油气藏规模、开采效益及经济价值等重要内容的评价。,本节内容储层流体饱和度的概念几个重要的流体饱和度影响饱和度的因素流体饱和度的实验室测定,第三节 储层岩石的流体饱和度,本节重点：流体饱和度的定义流体饱和度的影响因素流体饱和度的各种测定方法,本节难点：几个重要流体饱和度概念的理解蒸馏法测定流体饱和度的基本原理,一、流体饱和度的概念,式中：i

31、某种流体（如油，气，水）Vi 孔隙中流体i的体积（地下体积）Vp岩石孔隙体积；Vb岩石体积,1、流体饱和度Si(saturation),流体饱和度：储层岩石孔隙体积中某种流体所占的体积百分数，即：,含水饱和度：,Vo含油体积,含气饱和度：,Vg含气体积,Vw含水体积,一、流体饱和度的概念,2、各相流体饱和度孔隙中每种流体称为一相，则储层流体Si：,含油饱和度：,各相流体饱和度间的关系 Si100 或Si1，io、w、g不同油气藏、不同含油气区，Si1 的具体关系式不同-油藏(油区)：SoSw1-气藏(气区)：SgSw1-油气藏（三相共存区）：SoSgSw1不同开采阶段，Si1 的关系式不同,一

32、、流体饱和度的概念,流体饱和度反映了储层孔隙中流体的丰度，流体饱和度将随油藏开发动态过程而变化。针对不同阶段，引入不同的饱和度概念：原始含油（气、水）饱和度目前含油（气、水）饱和度残余油（气）饱和度,二、几个重要的饱和度,原始流体饱和度概念(initial fluid saturation)原始饱和度：油气藏处于原始状况下的流体饱和度原始含油饱和度：SoiVoiVp原始含水饱和度：SwiVwiVp原始含气饱和度：SgiVgiVp,1、原始流体饱和度,1、原始流体饱和度,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Swi 计算：,不同油气藏、不同含油气区，Si1

33、 的具体关系式不同-气藏(纯气区)：SgSw1-油藏(纯油区)：SoSw1-油气藏（三相共存区）：SoSgSw1,各相流体饱和度间的关系：Si100 或 Si 1，io、w、g,(1)原始含水饱和度Swi 的不同名称,1、原始流体饱和度,1、原始流体饱和度,束缚水的附存形式 以薄膜状存在于大孔隙的岩石表面 充填于死孔隙、极小的孔隙、裂缝中原因：储层孔隙为水饱和，油为非润湿相流体 油气成藏是油气开采的反过程：开采水驱油过程；成藏油驱水过程 油先占据大孔道，最终不能进入死孔隙、极小孔隙（其大小取决于成藏时孔隙流体压力）,影响束缚水饱和度的因素 静态因素(储层、油气性质)、动态因素(成藏动力)一般规

34、律：储层孔隙结构越好 Swi渗透率垂向非均质性 Swi 岩石表面润湿性：水湿Swi油湿Swi 油气性质：o Swip形成 Swi,砂岩储层Swi范围：15-50左右,1、原始流体饱和度,(2)原始含油气饱和度的影响因素 与影响Swi的因素相同,只是影响的趋势刚好相反储层孔隙结构越好含油气饱和度越高渗透率垂向非均质性 含油气饱和度 岩石表面润湿性：含油气饱和度油(湿水湿)油气性质：o含油气饱和度p形成 含油气饱和度,1、原始流体饱和度,2、目前含油、气、水饱和度(So、Sg、Sw）在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,二、几个重要的饱和度,3、残余油饱和度(resid

35、ual oil saturation)Sor(1)残余油Sor 以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。(2)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）,二、几个重要的饱和度,(3)影响残余油饱和度的因素 静态因素储层、流体性质 动态因素压差、开采水平 一般规律：孔喉越均匀，孔喉比和岩石比面Sor岩石表面润湿性不同，Sor不同压差Sor原油类型不同，Sor 不同，如oSor,二、几个重要的饱和度,求得Vi 和Vp，可算出流体Si,三、饱和度的测定方法,常用方法：常压干馏法(retort method)溶剂抽提法(extra

36、ction with a solvent)色谱法(chromatography),据：,1、常压干馏法（又称干馏法、蒸发法、热解法）,原理：油水蒸发冷凝 加热蒸发出岩心中的流体，经冷凝管冷凝为液体后直接测量流体体积，计算So、Sw,特点：简单。但存在Vo 测定误差（可30）干馏过程中蒸发损失、结焦及裂解存在水Vw 测定误差温度上升过高易导致岩石结晶水被干馏出,三、饱和度的测定方法,原理：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：将岩样置于有机溶剂中加热抽提收集、测量岩样中蒸发出的水Vw由水的Vw 计算油Vo：Vo(w1w2Vww)o w1抽提前岩样总重量；w2

37、干岩样重,2、溶剂抽提法（又称蒸馏抽提法）,三、饱和度的测定方法,计算岩石各相流体饱和度：含水：Sw（VwVp）100 含油：So（VoVp）100 含气：Sg1SoSw特点：简单，易操作能精确测定岩样的含水量，求得的流体Si准确度高，特别适于束缚水Swi 的测定测定后，岩样清洗干净，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。,第四节 储层岩石的渗透性,孔隙度(porosity)评价储层的储集性;饱和度(saturation)评价储层中的含油气性。,如何描述岩石让流体通

38、过的能力？Q与哪些因素有关？Q1、Q2哪个更大？,问题,液体渗流与气体渗流的异同？,渗透率(permeability)可表征岩石让流体通过的能力。它是油气田开发、油藏工程动态分析的关键储层物性参数。,本节内容Darcy定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定原理岩石绝对渗透率的实验室测定岩石绝对渗透率的影响因素岩石绝对渗透率的估算,第四节 储层岩石的渗透性,本节重点：Darcy公式及其单位制体系绝对渗透率定义及测定条件气测渗透率实验流程及其计算公式分析气体滑脱效应对气测渗透率的影响及其修正方法本节难点：气测渗透率计算公式的推导分析气体滑脱效应对气测渗透率的影响及其修正方法,第四节 储层岩石的渗透

39、性,Darcy定律描述流体在多孔介质中的宏观流动规律，是油气藏工程计算的核心定律。岩石的绝对渗透率是指岩石让流体通过的能力。,一、达西定律及岩石绝对渗透率,1、Darcy实验及Darcy定律装置：如图条件：单相流目的：考察影响流量的因素,2)改变填砂柱的粒径，则流体流量不同，引入比例系数K，建立Darcy定律。,Darcy通过实验发现：1)水通过等粒径填砂柱时，水流量Q：与砂柱截面积A成正比与砂柱两端进出口压差p成正比与砂柱长度L成反比与流体粘度成反比(流体不同时),即：,Darcy定律,单位时间内流体通过多孔介质的流量Q与加在多孔介质两端的压力差p和介质的截面积A成正比，与多孔介质长度L和流

40、体粘度成反比。当其他条件相同时，粒径不同其流量也不同。,Darcy定律是流体渗流的基本定律；Darcy定律对单相和多相渗流都适用；Darcy定律适用于松散砂柱、胶结砂岩及其它多孔介质中流体渗流；,若压差p采用矿场单位(MPa)，则：,1atm0.0981MPa0.1MPa,2、岩石绝对渗透率K(permeability)不与岩石发生任何物理化学反应的不可压缩流体，100%饱和岩心后，在线性渗流条件下测得的岩石渗透率为岩石的绝对渗透率。,注意单位,(1)岩石绝对渗透率K 的单位岩石K 法定计量单位：D（达西）矿场常用mD（毫达西），1D1000mD储层岩石的渗透率一般为51000mD,问题：K与

41、Q、p、A、L、是否有关？,(2)1D的物理意义 在长度L1cm，截面积A1 cm2 的岩心中，粘度为1cP 的流体在1atm的压差下流过岩心流量Q1 cm3/s 时，称岩石渗透率为1D（达西）：,1D1m2，岩石K 具“面积”因次。,3、使用Darcy定律的流速条件,v为Darcy速度或渗流速度，是假设过水断面处处有流体通过时的平均速度，单位cm/s。,Q or 与 or 成正比,渗流速度：由Darcy方程,使用条件：流体为线性渗流，其渗流速度临界流速vc线性渗流的判断方法作图法：Qp为过原点直线，则为线性流雷诺数Re 法据卡佳霍夫公式：,一般砂岩储层的临界Rec 为0.20.3若实际ReR

42、ec，则为线性流动（层流）,1、岩石绝对渗透率的测定条件 不与岩石发生任何物理化学反应的不可压缩流体，100%饱和岩心后，在线性渗流条件下测得的岩石渗透率为岩石的绝对渗透率。流体与岩石性质稳定，不发生任何物理化学反应；单相不可压缩流体稳定渗流；流量与压差之间成线性关系（保持线性渗流）。,岩石的绝对渗透率是岩石的固有性质，与测定条件无关。只有严格满足上述三个条件测得的渗透率才为岩石绝对渗透率。,二、岩石绝对渗透率的测定原理,注意：理论上：油、气、水都可作K 的测定流体实际上：除线性流动条件外，其它条件在实验室条件下难以严格满足。例如：油测时，物理吸附孔隙表面形成油膜孔隙空间岩石K水测时，水敏性矿

43、物膨胀岩石K；气测时，气体膨胀、流量变化Darcy公式不能用 气体滑脱效应岩石K据Darcy公式用任何流体测定岩石K都存在误差。,二、岩石绝对渗透率的测定原理,2、岩石绝对渗透率的测定方法方法：行业标准规定使用气体测量岩石K，即：低压下用干燥空气或氮气通过岩心，测定K。原因：气体性质较稳定，不易变化；不与岩石表面作用而改变孔隙大小；气体测岩石K的误差容易校正；气体膨胀流量不稳定校正 气体分子扩散气体滑脱效应校正,二、岩石绝对渗透率的测定原理,3、气测渗透率的计算公式 流量不稳定校正,分析：在等温条件下，气体通过岩心，沿压降方向（岩心长度）发生膨胀流量不稳定（需校正）。,(1)气体体积流量Q 在

44、各断面处不等，但每一断面上的流量符合Darcy定律。在微单元dL 上满足：,(3)将式带入微分Darcy公式有：,分离变量、积分:,得气测K 公式：,（混合单位制）,式中：Ka气测岩石绝对渗透率，m2；p1、p2岩心进、出口端压力，atm；p0大气压力，atm；Q0大气压p0 下的体积流量，cm3/s。,气测岩石Ka 与液测KL 公式比较：,二、岩石绝对渗透率的测定原理,结论：Ka 随测定条件变化；Ka 与绝对渗透率K之间还存在偏差。原因：气体滑脱效应,4、气测岩石渗透率的结果分析：同种气体，不同平均压力 测得的Ka 不同；相同平均压力，不同气体测得的Ka不同。Ka与 成直线关系。,5、气体滑

45、脱现象(gas slippage),在单根毛管渗流模型中：液体：流速断面呈圆锥曲线：,气体：流速断面呈近直线分布：,从孔中心孔壁v 液孔壁处v 液0,孔壁处v 气0。,(1)滑脱现象(效应)：低压气体渗流时，其流速在毛孔断面上的分布偏离粘性流体流动特性，出现管壁处气体分子速度不等于0的流动现象。,(2)产生滑脱现象的原因液体在毛管中流动特性：粘滞流动。粘性流体分子间存在粘滞阻力，F液-管壁F液-液 阻力：中心最小，管壁最大 流速：中心最大，管壁最小0,（管壁上液体分子被粘住表现为v0。）,低压下,气体在毛管中流动特性：碰撞运动为主。-分子间距大，Fg-g、Fg-s小粘滞阻力小-分子碰撞动量交换

46、管壁处分子不会粘在管壁上，仍处于运动状态；断面上气体分子间流速差消失，出现滑动效应（v0）,(3)滑脱现象对气测Ka 的影响滑脱现象管壁处气体分子参与流动 与液测相比，相当于增大了孔道流动空间吸附作用管壁处液体分子形成液膜不流动 减小了孔道流动空间液测KL气测Ka 对同一岩石有：气测Ka液测KL,二、岩石绝对渗透率的测定原理,(4)等效液体渗透率当，气体分子间距，气体性质越接近液体性质。根据Ka与 直线关系，Klinkenberg提出：,当 时，Ka常数K（在数值上，K岩石K）,K称等效液体渗透率或克氏渗透率,b 滑脱系数；与气体性质、孔隙结构有关,(5)滑脱现象的影响因素,r毛管半径；C1；

47、d 分子直径；为 下分子平均自由程 n分子密度（与 有关）,平均压力越低，气体分子量越小，岩石孔隙越小，气测渗透率的滑脱效应越严重（b越大），Ka 越大,方法：实验测定数据经验公式图版法,6、气测渗透率Ka的校正滑脱效应校正,二、岩石绝对渗透率的测定原理,（1）气测渗透率Ka 的实验校正（同一气体对同一岩心）,结果,原理,（2）经验公式伊弗莱计算法,使用条件：当平均压力接近0.1MPa时,（3）图版法（见图126）,式中：,：由压汞法所得出的毛管压力曲线中平缓段的平均压力,1、常规小岩心测定 适用：一般砂岩储集层岩心 原理：Darcy定律 数据处理：液测、气测渗透率公式（至少测45组数据）,三

48、、岩石渗透率的实验室测定,2、全直径岩心测定适用：含有较大的溶孔、溶洞、裂缝等非均质较强的砂、砾岩储层岩样。内容：a）水平K 测定；b）垂直K 测定；c）径向K 测定设备：全直径岩心夹持器。原理：Darcy定律,(1)垂直渗透率测定(vertical),同常规小岩心测定,流体沿着垂直岩石层面方向线性流动时，测得的渗透率,三、岩石渗透率的实验室测定,(2)水平渗透率测定(horizontal),流体沿着平行岩石层面方向线性流动时，测得的渗透率,装置,计算公式,（混合单位）,E 为形状系数，取决于滤网分配气体的弓形角；,三、岩石渗透率的实验室测定,(3)径向渗透率测定(radial),流体在岩心中

49、呈径向线性流动时，测得的渗透率,装置,计算公式,（混合单位）,de岩样外径dw 及孔眼内径p1进口压力p2 出口压力,测定关键,在岩心正中心钻一小孔，使流体在岩心中呈径向流动,三、岩石渗透率的实验室测定,四、影响岩石渗透率的因素,岩石骨架构成及构造力岩石孔隙结构地静压力和地层温度,1、储层岩石骨架构成及构造力的影响(1)岩石骨架构成（微观因素）颗粒：组成和结构（大小、分选、排列等）胶结物：含量、胶结类型等 骨架结构决定岩石、S 大小影响岩石K颗粒越粗，分选越好，胶结物含量越少，渗透率越高。,四、影响岩石渗透率的因素,(2)构造力(宏观因素)不同层理，渗透性不同同一层理，不同方向渗透性不同(顺和

50、垂直水流)骨架结构从微观上决定了储层渗透率的大小。沉积构造在宏观上决定了储层渗透率的方向性。,四、影响岩石渗透率的因素,2、储层孔隙结构的影响,K孔隙越大K 越大孔道越弯曲K 越小孔隙连通度越低K 越小孔喉比越大K 越小孔隙结构是影响岩石K的微观因素；孔隙度是影响K的宏观因素，是微观在宏观的表现。,四、影响岩石渗透率的因素,3、地静压力和地层温度地静压力和地层温度对岩石K 的影响具有互补关系：地静压力岩石K,（T岩石骨架、流体膨胀）,地温减小地静压力降低K 的作用,四、影响岩石渗透率的因素,方法：用测井资料估算,用岩样孔隙数据估算(基于等效渗流阻力原理)等效渗流阻力原理：两种岩石在其它条件相同