油层物理绪论第一章.ppt

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1、油 层 物 理（Petrophysics）,主讲：戚志林,石油与天然气工程学院,简历：2004年6月获西南石油大学油气田开发专业博士学位;2008年1月获西南石油大学石油与天然气工程博士后。研究方向：油气田开发理论、油气藏工程及油藏数值模拟。学术概况：主持和主研了国家“十五”科技攻关项目；国家重大专项；国家自然科学基金项目；中石油科技创新基金项目；中国博士后基金项目；重庆市教委科研项目和油田横向合作项目20多项，发表学术论文30多篇，国际学术论文6篇，美国工程索引检索文章5篇。联系方式联系电话,教师简介,绪 论,一、研究对象油层物理学：以油气藏为研究对象，以室内实验为基础，用物理和物理化学的观

2、点研究与石油地质、油气田开发有关的物理和物理化学现象,获取油藏岩石和流体的物理性质，揭示流体在岩石中的渗流机理的科学。,油(气)藏(oil reservoir、gas reservoir)：油气藏是自然界中存在的，由一个或多个相互连通的含油气层组成的具有独立水动力学系统的地下储油容器。,典型的石油和天然气储集层,几个基本概念,油(气)层(formation)：储存石油与天然气的岩层。,油(气)田(oil field)：为一行政管理机构，一个油田通常由多个油气藏组成。,二、研究目的及内容,目的：为准确认识油气藏、能动改造油气藏，高效开发油气藏提供可靠的储层物性参数，揭示其微观渗流机理。,研究内容

3、储层岩石的物理特性：研究骨架性质、储集性、渗透性和敏感性等，提供粒度组成、比面、孔隙结构、孔隙度、饱和度、渗透率等岩石物性参数；,储层流体的物理特性：油气水的高压物性及相态变化规律；,多相流体的渗流机理：流体与储层岩石相互作用的性质；润湿性、毛管压力曲线、相对渗透率曲线等。,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,甚至裂缝孔隙溶洞三重介质。,二、研究目的及内容,三、研究方法,实验研究方法理论研究方法,储层岩石和流体的各种性质复杂，有些性质不能用一般数学方程来描述，因此常采用实验方法测量的宏观(即平均)几何参数来描述其性质。油层物理学是一门建立在实验基础上

4、的实践性很强的学科，因此应注重理论和实验研究相结合。,四、油层物理学发展概况,1949年，美国马斯盖特著采油物理原理开端；1956年，卡加霍夫著油层物理基础，使其从采油工程中独立出来；1960 年，斯坦丁著地下油气相态特征 引入物理化学观点、理论；1977年，卡加霍夫著油气层物理学，增加了孔隙结构等研究内容。,如今，油层物理不论是在理论研究的广度、深度上，还是在实验测试技术以及为油气生产实践服务的内容上，都进入了崭新的发展阶段。油层物理学成了油气田勘探开发中一门重要的基础科学。,油层物理的相关理论和知识贯穿整个油气田开发过程,钻井,采油,编制开发方案,五、课程的地位,地质勘探,油层物理是石油工

5、程专业的一门主干课程，同时也是石油地质、油田化学等相关专业的一门实验性极强的重要专业基础课。在渗流力学、油藏工程、采油（气）工程、油藏数值模拟、提高原油采收率和保护储集层技术等专业课的学习中过程中均需要油层物理的有关知识。,五、课程的地位,六、课程的特点和要求,课程特点专业术语多、基本概念多实验方法和实验技术知识多涉及的其它基础学科知识多,六、课程的特点和要求,课程要求知识和技能方面牢固掌握油层物理的基本理论牢固掌握油层物理的基本技能（实验、计算）初步掌握科学地观察、分析油气田开发中的物理化学现象的研究方法通过该课程的学习，提高自学能力、综合分析和解决问题的能力。,六、课程的特点和要求,学习方

6、法及态度明确学习目的、端正学习态度认真听课，作好笔记课后及时复习、总结按时完成布置的作业积极回答问题多和老师联系，提出教学建议,教材：何更生编，油层物理，石油工业出版社。,七、教材及参考书,参考书：洪世铎主编，油藏物理基础，北京：石油工业出版社，1997.8；罗蜇潭主编，油层物理，北京：地质出版社，1985；张博全主编，油气层物理，北京：中国地质大学出版社，1989；杨胜来、魏俊之编著，油层物理学，北京：石油工业出版社，2005.8；王允诚主编，油层物理学，成都理工大学，2006。,第一章 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

7、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。,本

8、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,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。,第一章 储层岩石的物理特性,第一章 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）,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 储层岩石的流体饱和度第四节 储层岩石的渗透率性第

9、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；i=1,2,n。,2、粒度组成的概念(granularmetric composition)粒

10、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Stokes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

11、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(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

12、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，它表示岩石粒度分布趋势。,5、粒度参数,(3)不均匀系数（）(heterogeneity coef

13、ficient)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)标准方差(standard deviation)：,分选性越好=0 同一粒径。,定义与计算福克沃

14、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

15、。,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

16、,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 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

17、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。,（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：(K

18、ozeny-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

19、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；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

20、。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,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

21、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

22、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。,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

23、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，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,

24、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

25、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

26、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

27、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

28、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，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

29、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Archimedes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

30、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Boyle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

31、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

32、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：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

33、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(compressibility),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

34、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：,(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

35、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)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

36、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

37、(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、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，

38、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 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）：SoSgSw

39、1,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 S

40、wip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(residual 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）

41、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(extraction with a solvent)色谱法(chromatography),据：,1、常压干馏法（又称干

42、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

43、）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(permeabil

44、ity)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

45、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

46、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

47、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ReRec，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%

48、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

49、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

50、：,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