油层物理教学ppt课件.ppt

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1、油层物理,油层(oil-bearing formation)：是指储存原油的地层。,绪 论,一、什么是油层物理(Petrophysics),油层物理油层物理。,油藏(reservoir)：是指单一圈闭中具有同一压力系统的油的聚积。,油田(oil field)：一般从行政管理角度定义，指同一范围内的油气藏总和。,二、石油工业发展形势,地球上目前已发现的1311个大油田和特大油田，其储量约占世界已探明储量的94%。世界上自1980 年以来再未发现一个开采量在70亿吨到250亿吨的新大型油田。目前，新发现的可采石油每年不超过70亿桶，呈下降趋势，而年开采量230亿桶，呈上升趋势，这使得有限的石油资源

2、更加宝贵。,1桶(bbl)0.158988m3,至1995年底，全国已发现油田454个，其中海域24个，已投入开发油田342个，其中海域16个。中国石油天然气总公司已投入开发油田320个，动用石油地质储量129.57亿吨，其中可采储量43.11亿吨，最终采收率33.3%；各类井共有103423口，其中，采油井72255口，注水井25212口；1995年产油1.398亿吨，累计采出原油28.26亿吨，占可采储量的65.55%；油田产出液的综合含水率已达81.36%。海域开发动用石油地质储量3.15亿吨，1995年产油841万吨，占全国原油总产量的5.6%。,今后15年，陆上现有开发油田主体将逐步

3、向开采后期演化，按目前开采趋势测算，2000年可采储量采出程度为75.8%，综合含水率89%左右；2010年采出程度将达89.2%，综合含水率94.4%。其中，辽河、胜利、大港等油区老油田采出程度将达90%以上；大庆、新疆油区的老油田采出程度也将达86%。陆上现有开发油田到2010年的原油产量，在不采取三次采油等措施条件下，将由目前的14000万吨下降到5576万吨。中国原油产量要保持现有总产量水平并有适度增长，必须依靠新技术投入和新探明储量的增长。,海洋石油总公司原油生产正处于上升期，1996年产油量已达1500万吨，预计本世纪末仍可保持在1500万吨左右。2001-2010年预计可新增探明

4、储量10亿吨左右，2010年原油产量可达2000万吨左右。这样，2010年全国原油产量大致可达1700019000万吨。,中国陆上油田的主体是60-70年代投入生产的，进入80年代以后油田普遍进入高含水采油期，依靠加密钻生产井才维持产量的稳定。1981-1995年期间通过钻加密井所增加的可采储量占新增可采总储量的46.2%；其新建生产能力占新建总生产能力的53.8%。中国石油工业要保持老油田的稳产，主要靠大量的投入。同时，随着油田开采时间的延伸，产出液中水油比大幅度上升，操作费用呈指数增长。1995年单位原油成本已达520元/吨，其中操作费235元/吨。据预测，按目前开采和管理方式，现有开发油

5、田将在2007年操作费用与国际油价持平。陆上各油区除大庆油区外，2010年前老油田将全部达到经济开采年限。,直到九十年代中期，中国的石油供应一直都是自给自足。但随着经济飞速发展，国内油田的出油量却开始下降，中国开始大量进口石油。在1996年中国石油进口达到2262万吨，超过出口，从而使中国成为石油净进口国。目前，中国已成为仅次于美国的世界第二大能源消费国和第三大石油消费国。2002年我国进口石油为9000万吨(包括原油和成品油)，2003年的石油进口量预计将超过1亿吨。据我国有关部门测算，2005年中国可能会超过日本，成为仅次于美国的世界第二大石油进口国。,如果没有持续、稳定的能源供应，中国的

6、现代化建设将蒙上浓重的阴影。正因为如此，在保障中国的能源安全问题上，以中石化、中石油、中海油为代表的石化行业三大巨头，就扮演了举足轻重的角色。研究认为，中国远景油气缺口将主要依靠独联体和中东地区补充，根据需要和可能，2010年，应从独联体进口原油（含国外经营）4000-6000万吨，进口天然气远景可达350-450亿立方米；从中东、非洲进口原油（含国外经营）2000-3000万吨。为此，需要规划建设相应的输油、输气国际管线，开通从俄罗斯西西伯利亚、远东地区至中国，以及未来中东土库曼斯坦至国内的油气供应战略主渠道。,三、油层物理的研究内容,储层岩石的物理性质,储层流体的物理性质,油藏岩石中多相流

7、体的渗流特性,提高原油采收率的方法,油层物理是研究储层岩石、岩石中的流体（油、气、水）以及流体在岩石微小孔道中渗流机理的一门学科。,四、油层物理课程的性质及与其它课的关系,油层物理学是高等石油院校石油工程专业、石油地质专业及油田化学等专业的一门重要专业基础课。前期课程：数、理、化、普通地质、岩石学、物理化学、流体力学等后继课程：渗流力学、油藏数值模拟、油气田开发、采油工程、油田应用化学以及提高油气采收率技术、油层保护、现代试井等重 要 性：它既要运用到许多基础理论，又在专业上有着广泛的实际应用。特 点：概念多、连贯性差、实验性强。,五、油层物理的发展历史,油层物理是随着油气田的开发和发展而形成

8、并独立出来的一门学科。自1859年和1860年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以来，油田开发和开采的历史有一百多年了。开始时人们对油层的认识很肤浅。到了30年代人们经过漫长的实践、摸索和研究，对油藏有了初步的认识，油层物理学开始有了很大的发展。,1933年，美国人G.H.法奇等人首先进行了油层物理方面的研究，研究了流体性质和测试技术；1934年，R.D.乌索夫和M.马斯盖特等在达西定律基础上研究了测量岩样渗透率的方法；1935年，R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质的方法。测量项目包括：压力-体积-温度之间的关系，饱和度、饱和压力、油中的溶解气量、原油由于气体的分离而导致的伸缩

9、等。,1949年，美国的M.马斯盖特写了采油物理原理，汇总了当时油层物理技术，为该学科形成打下基础。50年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了油层物理基础书，标志着这一学科的形成，并且从采油工程学科中分离出来。,在我国五十年代就有专门从事油层物理研究的专业技术人员，在原北京石油学院首次开设了油层物理课程，培养了相应研究生。60年代从采油工程中分离出来，大庆油田的开发使我国油层物理学科有了进一步发展。华东石油学院的张朝琛编写了油层物理一书，但没有正式出版。随着各类油田的开发与开采，油田的研究单位都相应地建立了有关油层物理的各类实验室，开展了油层物理各个领域的实验研究，同时也进行了各自油田的现

10、场试验研究以及不同方法提高原油采收率的试验研究。,80年，华东石油学院，洪世铎油藏物理基础；84年，武汉地质学院，张博金油气层物理学；85年，成都地质学院，罗蛰潭油层物理；91年，西南石油学院，何更生油层物理；92年，我们学院根据大庆油田特点，编写了这本书。,油层物理已成为我国石油工程专业中不可缺少的重要学科，随着石油工业的迅猛发展，它必将在我国油田开发和开采工作中起着越来越重要的作用。而且，随着深层油藏、碳酸盐油藏、低渗透油藏、稠油油藏以及凝析气藏等各类油（气）藏的开发，将不断给油层物理学科提出新的研究课题，经过不断努力，油层物理学科将不断完善和发展。,六、参考书,1.油层物理 罗蛰潭主编

11、地质出版社 1985年；2.油层物理 何更生编 西南石油学院 1991年；3.油藏物理 洪世铎编 石油工业出版社 1985年；4.油气层物理学 张博金编 武汉地质学院 1984年。,不许迟到早退，有事拿正式假条请假，其它无效；提前五分钟到教室，凡迟到者，按旷课处理；请按时交作业，不交或迟交三次者不得参加考试；上课请注意听讲，有不明白的地方及时举手发问；请注意保持黑板及地面清洁；交作业时间为周四上课前；,课堂纪律及要求,寄 语 由于油层物理课的前后联系非常紧密，如果前面的内容掌握不好，对后续内容的理解就会产生不利的影响因此，希望同学们努力学习，取得优异的成绩。祝愿同学们学习进步！,第一章 储层岩

12、石的物理性质 Fundamentals of rock properties,储层岩石的粒度组成和比面储层岩石的孔隙结构及孔隙度储层岩石的渗透率渗透率和其它岩石物性关系储层的流体饱和度,第一节 储层岩石粒度组成和比面,岩石的粒度组成和比面是反映岩石骨架构分散程度的指标，也是划分储层、评价储层的重要物性参数。,定义粒度的级别粒度大小的表示方法粒度分析方法粒度组成的描述方法粒度参数,二、砂岩的比面,二、砂岩胶结物的敏感矿物,三、砂岩的胶结类型,一、岩石的粒度组成,岩石粒度组成,粒度(grain size)组成:是指构成岩石的各种大小不同的颗粒(grain)的含量，通常以百分数表示。粒度组成是储层岩

13、石的一个重要特性。储层岩石的许多性质，如孔隙度、渗透率、密度、比面、表面性质等都与它有关，在地质上根据粒度组成可以判断地层沉积的地质和古地理条件。,2.粒度的级别,1.定义(granularmetric composition),岩石粒度组成,3.粒度大小的表示方法,在实验室中进行筛析时，一般都采用细金属丝编成的标准筛进行。把选用的筛子按筛孔大小从大到小排列好，取处理好的砂子50g放入最上面的筛子中，开动振筛机振动15分钟。取下筛子，把每个筛子中的颗粒小心地倒到纸上，逐份称量，算出重量百分数和累积重量百分数。,4.粒度分析方法,筛析法原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析,水力沉降法原理：基于

14、大小不同的颗粒在粘性液体中沉降速度不 同进行分离的原理。,颗粒直径大小可按照斯托克斯(C.J.Stockes)公式计算，即,式中：d:颗粒直径，cm;g:重力加速度，981cm/s2:液体的运动粘度，cm2/s;s:颗粒密度，g/cm3；l:液体密度，g/cm3；V:颗粒的运动速度，cm/s。,颗粒为球型；颗粒在粘性和不可压缩液体中运动，十分缓慢；颗粒坚硬，且表面光滑；颗粒沉降以常速进行；颗粒与分散介质之间的界面上，不发生滑动。,其中：运动粘度。,其中：动力粘度。,在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：,受力分析,平均粒径可用下式求得：,注意：筛析法和水力沉降法所求得的粒径并不是定值而是一个

15、范围。,5.粒度组成的描述方法,（1）数字列表法,（2）作图法,a.粒度组成分布曲线,（1）曲线表示了各种粒径的颗粒所占的百分数，可用它来确定任一粒级在岩石中的含量；（2）曲线尖峰的位置表示含量最多的颗粒直径的大小；（3）曲线的尖峰越高颗粒分布越均匀，说明该岩石以某一粒径颗粒为主；（4）曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。,b.粒度组成累积分布曲线,(1)粒度中值(d50)：在累积分布曲线上相应累积重量百分数为50%的颗粒直径。(2)不均匀系数 n：,S=11.5，分选好；S=2.54.5，分选中等；S4.5，分选差。,欧美国家常以累积重量25%、50%、75%三个特征点，将累积曲线划分为四段，

16、然后按特拉斯克方程求出分选系数，即：,(3)分选系数：,6.粒度参数,（4）颗粒等效直径假想土壤模型：等径球形颗粒所组成的模型。,用假想土壤模型研究真实颗粒组成岩石时，用假想土壤模型的颗粒直径代替真实岩石的粒度组成后，假想土壤模型所产生的渗滤阻力与真实岩石所产生的阻力相同，满足于这样条件的假想土壤模型的颗粒直径就称为“等效颗粒直径”。,福克、沃德参数,偏度（歪度）,0.35,分选极好0.350.5,分选好12,分选差4.,分选极差,标准偏差,峰态,-10，细歪度01，粗歪度,0.67，很平坦0.670.9，平坦0.91.11，中等尖锐1.111.56，尖锐3，非常尖锐,平均直径,Skp值在1之

17、间变化；正值表示曲线偏于粗颗粒为粗歪度（粗偏度）；负值表示曲线偏于细颗粒为细歪度（细偏度）。,对称，Skp=0,粗偏度，Skp0,细偏度，Skp0,二、砂岩胶结物的敏感矿物,近年来，随着对储层的进一步研究，在我国“油田开发管理纲要”及保护储层技术的研究中，都提出要对储层的各种敏感性进行评价。就是说，在一个油田投入开发之前，即打第一口探井时，就应通过取芯，除进行常规的孔、渗、饱、孔隙结构等研究外，还必须对岩心进行各种敏感性评价实验，以找出该储层当与外来施工流体接触时，可能潜在的危险及对储层可能造成伤害的程度。,什么是敏感矿物？储层的敏感性主要受胶结物中的敏感性矿物影响，这些敏感性矿物从不同方面将

18、影响岩石的骨架性质和岩心分析的正确性。,什么是胶结物(cement)？是指除碎屑颗粒衣物的化学沉淀物质，在砂岩中含量小于50，对岩石颗粒起胶结作用，使之成为坚硬的岩石。,1.粘土遇水膨胀的特性（1）粘土 直径小于0.01mm的颗粒占50%以上的细粒碎屑。它的成分包括粘土矿物和非粘土矿物，还有碱金属、碱土金属，铝和铁的氧化物等。粘土矿物是砂岩的主要胶结物。粘土矿物分为：高岭石型、蒙脱石型、水云母型、绿泥石型等。,（2）粘土遇水膨胀的原因,这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的。,与晶格取代发生的程度和吸附离子的性质有关,与地层水矿化度的有关,粘土矿物大都由两种基本晶格组成：硅氧四面体 铝氧八面体具

19、有层状结构,这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的。,硅氧四面体 硅氧四面体晶片（T）,铝氧八面体 铝氧八面体晶片（O）,伊利石（TOT）结构与蒙脱石相似，只是其晶层之间卡有钾原子，大小与晶层硅氧四面体的六角环内径接近，使晶层之间联结牢固，外来物质很难进入。,蒙脱石（TOT）是由两个硅氧四面体晶片中间夹一个铝氧八面体晶片所组成的晶层。晶层之间由分之间力联接，因此，结构较弱，晶层之间距离较大（),外来物质很容易进入。当和水相遇时，水分之就容易进入蒙脱石之间，造成晶体膨胀。,高岭石（TO）是一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片组成的晶层。晶层薄，层间距小（），两个晶层之间一面是氢氧原子，一面是氧原

20、子，因而形成氢键，也就是说，相邻两晶层之间除范德华力外，还有氢键，结合力强，水分子不容易进入，膨胀性就小。,蒙脱石结构,高岭石结构,TOT,TO,TOT,在蒙脱石的形成过程中常常发生晶格取代，晶层带负电吸附阳离子来保证电荷平衡。,吸附层,与晶格取代发生的程度和吸附离子的性质有关,Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+,Na+Na+Na+Na+Na+Na+,在注水开发过程中，晶层表面形成双电层，产生双电层斥力；,吸附金属阳离子水化能力不同，水化半径不同，使晶层间距离增加；,高岭石中，硅和铝在形成过程中都没有被置换，因此，膨胀性就很小。,与地层水矿化度的有关,在地层水和储层岩

21、石长期接触，地层水的矿物盐的浓度很高；油田注水开发之后，注入水的矿物盐的浓度相对较低。由于二者浓度的差异，产生渗透压，使 晶层间的距离进一步增加。,（3）粘土膨胀的危害,a.大幅度降低岩石的渗透率；b.套管损坏、井底坍塌等；c.粘土的吸附作用能使注入地层的化学剂作用降低甚至失效。,a.离子交换法；b.增加电解质浓度；c.注酸性水；d.注粘土稳定剂。,（4）防止粘土膨胀的措施,（5）粘土的膨胀度 它是指粘土膨胀的体积占原始体积的百分数，它是衡量粘土膨胀大小的指标。,2.石膏高温脱水特征,为防止高温下石膏脱水带来的误差，在岩心分析过程中可采取两种方法：用离心机冷洗岩心，即用离心机高速旋转下所产生的

22、离心力，将岩心中的油、水甩出；改用氯仿和甲醇配置的共沸液，其沸点为53.5，它远小于石膏的脱水温度，其沸液中甲醇和氯仿的重量百分比为13:87。,106,74,81,64,3.碳酸盐遇酸分解和酸敏矿物伤害地层,（1）碳酸盐遇酸分解,砂岩储层碳酸盐含量很少或根本不含，而碳酸盐岩储层就全由碳酸盐类所组成，如石灰石（CaCO3)、白云石（CaMg(CO3)2）、钠盐（NaCO3）、钾盐（CaCO3）和菱铁矿都能与酸反应。它们的含量在各油田很不一致，就其在胶结物中的含量看，多从9.5%21%，其含量的多少不仅影响到储层岩石的物性，而且直接决定着油井的增产措施，碳酸盐含量是评价储层性能的一个重要参数。,

23、碳酸盐含量的测定多基于下述反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 实验测定中，碳酸盐含量是采用反应后CO2的体积或压力来计算。由于碳酸钙在岩石分布最广，可将全部碳酸盐含量换算为CaCO3的含量，根据反应后测出的CO2体积,由下式求出：,式中：C：岩样中CaCO3的含量，%；V：岩样与HCl反应后所得的CO2体积，cm3；：在实验温度及大气压下，CO2气体的密度，g/cm3；W：岩样总重，g。,（2）酸敏矿物及特点,能与酸反应的矿物并不都叫酸敏矿物，只有那些与酸反应后容易生成沉淀而阻塞孔道引起渗透率降低的那些矿物才叫酸敏矿物。如富铁绿泥石（FeO Al2O3SiO2H2O）、黄铁

24、矿（FeS2）、菱铁矿（FeCO3）等属酸敏矿物。,酸化时，除粘土膨胀因素外，富铁绿泥石酸溶后当PH为56时，Fe2+呈胶体沉淀，伤害地层，其反应式为：3 FeO Al2O32SiO23H2O+6HCl=3FeCl2+2Al(OH)3+2SiO23H2O2FeCl2+3H2O+3O=2Fe(OH)3+2Cl2 Fe(OH)3是一种片状结晶，通常其体积比喉道还大，故可阻塞孔喉。预防措施：加铁的螯合剂和净氧剂。,三、砂岩的胶结类型胶结物的存在使储层物性变差，随着胶结物成分变化与胶结物类型的不同对储层的影响也不同，使粒间孔隙可变为充填残留物的孔隙，使孔隙度变小。胶结物的成分可分为泥质、钙质（灰质）、

25、硫酸盐、硅质和铁质。,泥质（小于0.01mm的碎屑）胶结比较疏松，并能形成一些充填内孔隙。灰质胶结主要是方解石和白云石，它常呈结晶状态，胶结致密。硅质胶结最致密，影响也最大。,1.胶结类型的定义 胶结物在岩石中的分布状况及与碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。它通常取决于胶结物的成分和含量的多少、生成条件以及沉积后的一系列变化等因素。,c.接触胶结 胶结物含量很少，一般小于5%，仅分布于颗粒相互接触的地方，颗粒呈点状或线状接触，胶结物多为原生或碎屑风华物质，最常见者为泥质。此种胶结的储油物性最好。大庆油田属于这种胶结。岩石孔隙度大于25%，渗透率从几十个毫达西到几个达西。,a.基底胶结 胶结物含量

26、最高。碎屑颗粒孤立地分布于胶结物之中，彼此不相接触或少有颗粒接触。由于胶结物与碎屑颗粒同时沉积，故称原生胶结，胶结强度很高。孔隙类型全为胶结物内的微孔，其储油、气物性很差。,b.孔隙胶结 胶结物含量不多，充填于颗粒之间的孔隙中颗粒呈支架状接触。胶结物多是次生的，分布不均匀，多充填于大的孔隙中，胶结强度次于基底胶结。,根据胶结强度不同，砂岩一般可分为强胶结、胶结和弱胶结或疏松等。,胶结方式可分为：,四、砂岩的比面(specific surface),1、比面的概念 所谓比面是指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。,式中 S:岩石比面，cm2/cm3,m2/m3等 A

27、:岩石颗粒的总表面积或岩石孔隙的总表面剂，cm3 Vf:岩石外表体积（或视体积），cm3,此外，在有关比面的定义中，分母也有采用“单位重量”来定义比面的。如，对于砂岩按单位重量定义的比面为5005000cm2/g对于页岩为100 m2/g（1000000cm2/g）。,除常以外表体积V定义外，还采用颗粒骨架体积Vs和孔隙体积Vp为基准的比面，即：,按以上三种不同体积定义的比面有如下关系：,一般情况下，未加注明，岩石比面是指以岩石外表体积为基准的比面。,2、比面的其它定义方法,四、砂岩的比面,若岩石由等径圆球形颗粒构成，按立方体排列，根据对称性，取一个球占据的空间为研究对象：,对于直径为0.1m

28、m的砂岩，其比面是多大哪？,岩石的颗粒越细，它的比面就越大，反之，就越小。,真实岩石的比面更大！,3、研究比面的意义,(2)和渗透率有关。S越大，K越小 泥质砂岩、粉砂岩渗透率很低,(3)和孔隙表面吸附量有关,(4)和离子交换的能力有关,(5)和束缚水含量有关,(1)岩石分类和对比指标,表 不同类型岩石的比面,4、比面的测定方法,表比面的确定方法,由岩石粒度组成资料估算比面,考虑问题的思路是：先从繁到简,第一步：假设岩石由球形颗粒组成,孔隙度,第二步：由于实际岩心是由不同直径的球形颗粒组成，根据粒度组成的资料求比面。,若单位体积岩石中颗粒组成为：粒径为d1者占G1%，粒径为d2者占G2%，粒径

29、为dn者占Gn%,把所有颗粒表面积加起来即得到该颗粒组成的岩石比面为：,式中：di：第i组分的颗粒直径 di“,di“分别为乡邻两筛子的孔眼大小 Gi：第i组分的颗粒重量百分数,第三步：由于岩石颗粒不完全为球形，为了近似的符合实际情况，引入一个颗粒形状校正系数C则,C值由实验确定，通常C=1.21.4。对球度好的颗粒取用较小的C值；对带棱角而非常不圆的颗粒取较大的C值。,岩石中除有固体物质外，还有未被固体物质所占据的空间，称为孔隙或空隙。世界上没有孔隙的岩石是不存在的，只是不同的岩石，其孔隙大小、形状和发育程度不同而已。石油和天然气正是储存和流动于岩石的孔隙之中。因此，岩石孔隙的大小、形状、连

30、通及发育程度就直接影响岩石中储集油气的数量和生产油气的能力，也是油层物理学最关心和研究最多的课题。,第二节 储层岩石的孔隙结构及孔隙度,一、储层岩石的孔隙结构,研究岩石的孔隙结构，实质上是研究岩石的孔隙构成，它包括研究岩石的孔隙大小、形状、孔隙间连通情况、孔隙类型、孔壁粗糙程度等全部孔隙特征和它的构成方式。,1.孔隙类型和组合关系,组合关系：具有一种孔隙的介质称为单纯（单一）介质；孔隙、裂缝；具有两种孔隙的介质称为双重介质，孔隙裂缝；具有多种孔隙的介质称为多重介质，孔隙溶洞裂缝。,2.孔隙简化模型,（1）简化成等径球形颗粒的土壤模型（2）假想毛管模型 等径毛管模型 不等径毛管模型 变径毛管模型

31、（3）网状模型（4）概率模型,3.孔隙结构参数和孔隙大小分布表示法,孔隙：一般将岩石颗粒包围着的较大空间称为孔隙；喉道：仅在两个颗粒之间连通的狭窄部分称为喉道；孔隙直径d：孔隙空间内任何一点的孔隙直径规定为在该点装得进去并且整个都在孔隙空间内的最大球形直径；喉道直径：指能通过孔隙喉道的最大球形直径；孔喉比：孔隙与喉道直径的比值；孔隙的配位数：每个孔道所连通的喉道数。如一个孔道与三个喉道相连，则配位数为3，一般砂岩的配位数为215之间或更多些；孔隙的迂曲度（）：用以描述孔隙弯曲程度的一个参数。是流体质点实际流经的路程长度和岩石外观长度之比值，可从1.22.5之间选用，一般无法直接测得。,孔隙大小

32、分布表示方法,孔隙大小分布的表示方法与颗粒大小分布的表示方法相类似，即可表示为孔隙大小分布曲线和孔隙大小累积分布曲线。,a.分选系数,b.偏度：又称歪度，指孔隙大小分布偏于粗可机孔径或细孔径。,实际岩石样品Skp值在1之间变化，正值表示曲线偏于粗孔径为粗歪度；负值表示曲线偏于细孔径为细歪度。,c.峰态：量度粒度组成分布曲线陡峭程度。量度分布曲线的两个尾部颗粒直径的展幅与中央展幅的比值。,孔隙大小分布的测定方法：,（1）半渗透隔板法（2）压汞法（3）离心机法（4）吸附法（5）岩石切片用显微镜统计测量（6）X射线散射法（7）图象分析法,4.孔隙分类,（1）按大小可分为：,a.超毛管孔隙：孔径0.5

33、mm或裂缝宽度0.25mm，在此类孔隙中，流体在重力作用下可自由流动。岩石中的大裂缝、溶洞及未胶结或胶结疏松的砂层孔隙多属此类。,b.毛细管孔隙：0.0002mm孔径0.5mm，裂缝宽度介于0.25mm0.0001mm之间。由于毛细管的作用，液体不能自由流动，必须有超过重力的外力去克服毛细管力，液体才能沿毛细管孔隙流动。一般砂岩孔隙属此类。,c.微毛管孔隙：孔径0.0002mm或缝宽0.0001mm，在此类孔隙中，分子间引力很大，要使流体在孔隙中移动，需要非常高的压力梯度，这在油层条件下一般无法达到。因此，实际上液体是不能沿微毛细管移动的。泥页岩中的孔隙一般属此类型。,（2）按连通状况分,（3

34、）按流动情况分,二、岩石孔隙度(porosity),1.孔隙度的定义 指岩石中孔隙体积Vp（或岩石中未被固体物质充填的空间体积）与岩石总体积Vb的比值。,Vb=Vs+Vp,2.在油田开发中应用的孔隙度,（2）有效孔隙度：指在一定的压差下被油气饱和并参与渗流的连通孔隙体积与岩石外表体积之比。,（1）绝对孔隙度：岩石的总孔隙体积与岩石外表体积之比。,（3）流动孔隙度：指在含油岩石中，油能在其内流动的孔隙体积与岩石外表体积之比。,流动孔隙体积还排除了岩石颗粒表面上液体薄膜的体积。流动孔隙度与地层中的压力梯度和流体的性质有关。,3.孔隙度的数值,砂岩储层：530之间，一般1020。碳酸盐储层：一般小于

35、5。,莱复生按孔隙度的大小，将砂岩储层分为五级：,4.孔隙度的影响因素,（1）颗粒的大小、形状、排列方式；（2）颗粒尺寸的非均匀性，分选性；（3）胶结物含量、胶结方式、压实程度；（4）岩性。（砂岩 1020%，碳酸盐岩5%）,三、岩石孔隙度的测定方法,常规岩心分析中，测定岩石孔隙度的各种方法均从孔隙度的定义出发，只要测得其中得两个值，就可求出孔隙度。,很多方法均可测定岩石的孔隙度。特别是近年来，关于岩石孔隙度测定又出现了许多新的进展。例如在地质上，有岩石簿片、铸体法以及各种地球物理测井方法，如中子、声波、密度测井、微电极测井和微侧向测井等，并已有了相应的图板，根据实测的测井曲线查相应孔隙度图板

36、即可求得地层中岩石孔隙度。,目前，孔隙度的测定方法可归纳为两类：即实验室的直接测定法和以各种测井方法为基础的间接测定法，各种方法可互相对比，互为补充。由于间接测定法误差较大，影响因素较多，故目前国内外普遍采用油层物理实验室（或开发实验室）常规岩心分析法来直接测定岩心的孔隙度值。,在实验室内，为了确定岩样的体积、岩样的孔隙体积和岩样颗粒的体积，可以采用许多种方法，其中包括气体法、液体法和颗粒密度等方法。近年来根据波义耳定律，利用气体测量孔隙度的方法占了优势的主要原因是因为它简单可靠。所有确定孔隙度方法的精确度都在5%以内。,表2-5 实验室孔隙度的测定,饱和煤油法测定孔隙度,采用抽真空饱和煤油的

37、方法确定孔隙度，是一种基于流体在岩石中流动的实验，因而测得的孔隙度为有效孔隙度。测定方法：,称得干岩样的重量W1；干岩样抽真空饱和煤油后在煤油中的重量W2；饱和煤油后的岩样在空气中的重量W3。,W1,在油田开发前，地层中岩柱压力和油藏压力及岩石骨架所承受的压力处于平衡状态。,开发前,四、储层岩石的压缩性,开发后,投入开发后，随着油层中流体的采出，油层压力不断下降，平衡遭到破坏，使外压与内压的压差增大。结果是：岩石颗粒挤压变形，岩石颗粒体积Vs增加，流体体积Vl增加，孔隙积Vp缩小，油层依靠弹性能量向井底排出流体。,任何物质都具有压缩性，外表坚硬的岩石也不例外。,所谓岩石的压缩系数是指油层压力每

38、降低一个大气压时，单位体积岩石孔隙体积的变化值。,岩石的压缩系数,所谓流体的压缩系数是指油层压力每降低一个大气压时，流体体积的变化率。,流体的压缩系数,所谓油层的压缩系数是指油层压力每降低一个大气压时，单位体积岩石由于孔隙体积的缩小和流体体积的膨胀而排出流体的体积。,油层的综合压缩系数,其中：So、Sw、Sg为流体的饱和度，既每相流体占孔隙体积的百分数。,Compressibility,第三节 储层岩石的渗透率（Permeability）,储层岩石中绝大多数孔隙是相互连通的，因此，在一定压差作用下，它有允许流体通过的性质，这种性质称为岩石的渗透性。用以衡量流体渗过岩石能力大小的参数就是通常所说

39、的渗透率。渗透率是储层岩石通过流体能力的重要量度。法国科学家Darcy(达西)于1856年，公布了他利用水通过自制的铁管砂子滤器，进行稳定流实验研究的结果。后人把他的成果进行归纳和推广，称之为达西定律，并将渗透率的单位命名为达西。,一、达西定律,1.达西试验,达西定律：单位时间内，通过岩心的流体体积Q与岩心两端压差P及岩心的横截面积A成正比；与岩心长度L及流体粘度成反比。比例系数K为岩石的绝对渗透率。,2.达西公式,混和单位制岩心渗流的截面积，Acm2；岩心两端的压差，Patm;（物理大气压）流体的粘度，cp；(厘泊）岩心长度，Lcm；流体的流量，Qcm3/s岩石的渗透率，KDarcy（达西）

40、,国际（SI）单位制岩心渗流的截面积，Acm2；岩心两端的压差，P0.1MPa;（bar）流体的粘度，mPas；岩心长度，Lcm；流体的流量，Qcm3/s岩石的渗透率，Km2；,以粘度为1厘泊的流体完全饱和岩心孔隙，在1大气压的压差下以层流方式通过横截面积为1平方厘米，长为1厘米的岩样时，其流量为1cm3/s,则该岩石的渗透率即为1达西。,3.1达西的物理意义,1cm21cp1cm3/s,3.单位换算,4.达西定律的其它形式,渗流速度和液体流动速度的关系,（1）岩石孔隙被单相、均质、不可压缩流体所充满；（2）流体不与岩石任何物理或物理化学作用；（3）层流；（4）忽略重力及毛管力影响。,液体在管

41、道中流动，当流速不同时，流体可有两种不同的流态。当流速较小时，管中水流的全部质点以平行而不互相混杂的方式分层流动，这种形态的液体流动叫层流。当流速较大时，管中水流各质点间发生互相混杂的运动，这种形态的液体流动叫做紊流。层流与紊流的沿程水头损失规律也不同。层流的沿程水头损失大小与断面平均流速的1次方成正比，即。紊流的沿程水头损失与断面平均流速的1.752.0次方成正比。,4.适用条件：,5.重要性：（1）是多孔介质渗流的基础理论；（2）在不同的流动过程中有不同的解法；（3）可推广到多孔介质的多相流动。,二、岩石渗透率的测定,岩石的绝对渗透率是岩石本身所固有的性质，只取决于岩石的孔隙结构，而与所通

42、过的流体性质及外界条件无关。,1.气测渗透率,气测渗透率的理论基础是达西定律。,气体的体积随压力和温度变化而变化。在岩心沿长度L，每一断面的压力均不相同，因此，进入岩心的气体体积流量在岩心各点上是变化的，沿着压降方向不断膨胀、增大，所以应采用达西定律的微分形式：,如果把流动过程中气体膨胀看作是等温过程，那么，根据波义耳马略特定律：,则：,Q0为大气压P0下的气体体积流量。所以：,分离变量，两边积分，则：,即为气测岩石渗透率的公式。,实验发现：,（1）同一岩心，同一种气体，采用不同的平均压力所测得的渗透率不同；（2）同一岩心，不同气体，在同一平均压力下所测得的渗透率不同；,（3）同一岩心，不同气

43、体所测得的渗透率和平均压力的直线交纵轴于一点，该点的 渗透率等效于液测渗透率，叫做等效液测渗透率，或克氏渗透率。,H2,He,Co2,2.气体的滑动效应,我们来看一下液体和气体在毛管中是怎样流动的？,液体在管道中的速度分布,液体在管道中的速度分布,由于粘度的差异，液体在管壁处的流速为零而气体在管壁处的速度不为零，这种现象称为气体的滑动效应。,滑动效应是克林肯伯格发现的所以也叫克氏效应。,在1941年，克林肯伯格就给出了考虑气体滑动效应的气测渗透率数学表达式：,b：滑脱系数或滑脱因子，取决于气体性质和岩石孔隙结构。,气体的分子量越小、实验平均压差越小，岩芯渗透率越低、气体的滑动效应越严重。,目前

44、有关常规的小岩心的渗透率测定的仪器各不相同，但原理一致，根据前面提到的气测渗透率方法计算出岩心的绝对渗透率。对于非均质储层，如裂缝溶洞及砾岩等，小岩心柱的尺寸已不能代表储层岩石的“表征体积单元”了，而应选用全径岩心或称全直径岩心，下面主要讲述全直径岩心测定渗透率的方法。,水平渗透率的测定测定所用的哈斯勒（Hassler）型岩心夹持器如图2-8所示。该夹持器有一个内部装有胶皮筒的长钢管，胶皮筒的端部紧贴于钢管上，使钢管与胶皮筒之间的环形空间密封。在上、下加压柱塞上有一小孔眼以便气体进入岩样。当测定水平渗透率时，借助液压泵使加压柱塞上移，直至胶垫与岩样两端密封起来。加环压使胶皮筒密封住岩样侧表面（

45、除有滤网处以外的表面），测定两滤网水平方向的渗透率。,垂直渗透率的测定应用上述Hassler夹持器测定垂向渗透率时，需将岩样侧表面的滤网除去而在岩样两端加上滤网，使气体由岩样的两端通过，测定其垂向渗透率。其过程和计算公式与常规小岩心测渗透率完全相同。,3.滑脱现象校正方法,（2）经验公式 a.伊弗莱法 b.普塞尔法,（1）实验测定时的校正,（3）图版法,三、裂缝岩石的渗透率,Af,若裂缝的宽度为0.1mm，裂缝的孔隙度为0.01，裂缝的渗透率是多少？,四、影响岩石渗透率的因素,孔隙度的影响因素，如胶结物的含量、颗粒排列方式等对渗透率都有影响，除此之外，还有：,（1）岩石颗粒大小（2）储层的方向

46、性，岩石的渗透率的各向异性。（3）岩石孔道的迂曲度和内壁粗糙度（4）粘土矿物产状（5）流体性质,水敏现象：与地层不配伍的外来流体进入地层后，引起粘土膨胀、分散、运移、堵塞孔道，导致渗透率降低的现象。,水敏指数：岩心在蒸馏水下的渗透率Kw与岩心的克氏渗透率K的比值，即Kw/K。,第四节 渗透率和其它岩石物性关系,储层岩石的孔隙度、渗透率、比面都是表示岩石渗流特性的参数，它们之间必然存在一定联系，但由于岩石孔道结构复杂多样，很难得出一个普遍性的定量关系。,A,真实岩石 假想岩石,L,L,一、毛管渗流定律,从上述的毛管束模型中，任意取出一根长为L，内壁半径为r0的毛细管，其中有粘度为的流体，在压差为

47、p1-p2的作用下做层流或粘滞性渗流。我们认为该液体可以润湿毛细管壁，则在管壁处的流速为零，在管中心处的流速最大。这种渗流可视为一组分别以不同速度运动的同心液筒，在液筒之间存在着粘滞力。,P1,P2,p,L,q,r0,r0,r,dr,Vr0=0,V0=max,Vr0=0,dV,粘滞力的大小可由牛顿内摩擦定律表示，即：,式中:F：粘滞力；A：同心液筒柱的表面积，A=2r L；dv/dr：速度梯度。,于是，作用于半径为r的液筒上的粘滞力则为：,此时，作用在同一液筒上的驱动力则为：,如果假设液流没有加速度，那么驱动力和粘滞力应相等。,分离变量，积分，得：,这就是半径r的液筒的运动速度公式，而且从公式

48、可以看出，沿着半径方向速度分布规律为一抛物线。,r0,r,dr,Vr0=0,V0=max,Vr0=0,dV,假设通过厚度为d r的单元液筒的体积流量为dq=vdA,这里的dA=2rdr。那么，通过整根毛管的流量看成是若干个这样液筒的流量的叠加，即：,积分，得：,如果r0取任意值r，则:,此即液体在毛管中做粘滞性渗流的毛管定律，也叫“泊谡叶”定律。,二、渗透率和孔隙半径的关系,设假想岩石中，单位面积内有n根半径为r的毛管，其余尺寸、流体性质和外加压差与真实岩石相同。那么，通过此假想岩石的流量，由单管渗流定律，得：,而通过实际岩石的流量，由达西定律，得：,根据等效渗流阻力原理，则有：Q=Q,即：,

49、等效渗流阻力原理：若假想岩石与实际岩石的渗流阻力相等，则在几何尺寸，流体性质、外加压差相同时，二者流量应相等。,化简上式，得：,假想岩石得孔隙度,将其代入上式，化简得：,式中r可视为真实岩石的平均孔隙半径。可以利用该式计算岩石的平均孔隙半径。,从公式可以看到，决定岩石渗透率的主要因素是孔隙半径。储层岩石的平均孔隙半径经常在110m。岩石的孔隙度大，渗透率不一定大。,三、渗透率和比面的关系,为了获得渗透率和比面的关系也从假想岩石出发。,根据比面定义：,假想岩石的孔隙度：,那么：,代入,在推导过程中，假设毛管长度与实际岩石的长度相等，即毛管长=岩石长=L,而实际岩石孔道是弯弯曲曲的，所以岩石孔道的

50、实际长度与假想岩石的长度不等。,引入迂曲度，对其进行修正，即：,由达西公式和泊谡叶公式：,得：,而,则,令 k=22，则：,这就是表征K与S关系的高才尼方程。k称为高才尼常数。,物理意义：对假想岩石长度进行了修正；孔道半径仍视为半径为r的圆形孔道，即未对孔道截面积进行校正。,饱和度在油藏评价中占有重要的地位，它是储量计算的重要参数。众所周知，在油藏的形成过程中包含着油气的运移。油气从生油原岩中进入储层，并经过富集而形成油藏其中包括了一个油驱水(非润湿相驱替润湿相)的过程。理论分析和实际工作都证明，在油藏形成的过程中，并不是全部地层水都被驱替出去，而总会有一部分原来存在于地层孔隙中的水被驱替出去