储层岩石的物理性质.ppt

第二章储层岩石的物理性质 第一节储层岩石的粒度组成和比面 一 岩石的粒度组成 岩石是性质不同 形状各异 大小不等的砂子颗粒经地质胶结而成 颗粒与颗粒之间未被胶结物充填的地方便构成了孔隙 1 粒度组成定义 是指构成砂岩的各种大小不同颗粒的含量 通常以百分数表示 2 分析法 1 筛析法 2 沉降法 第一节储层岩石的粒度组成和比面 3 粒度组成的表示方法目前矿场上通常以粒度组成分布曲线和粒度组成累计分布曲线表示 此图可以分析颗粒的大小 此图尖峰越高 表示粒度分布越均匀 反之 则表示粒度分布不均匀 尖峰所在横坐标表示含量最多的颗粒直径大小 第一节储层岩石的粒度组成和比面 图2 2粒度组成累计分布曲线 此图可以分析颗粒分布的均匀程度 图中曲线越陡直 表示粒度分布越均匀 反之 则表示粒度分布不均匀 第一节储层岩石的粒度组成和比面 二 砂岩的胶结类型 储层岩石的胶结物是除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质 一般是结晶的与非结晶的自生矿物 在砂岩中含量小于50 它对岩石颗粒起胶结作用 使之变成坚硬的岩石 胶结类型 胶结物在岩石中的分布状况以及与碎屑颗粒的接触关系 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 胶结方式可分为基底胶结 孔隙胶结及接触胶结 第一节储层岩石的粒度组成和比面 二 砂岩的胶结类型 1 基底胶结胶结物含量最高 碎屑颗粒孤立地分布于胶结物之中 彼此不接触或少有接触 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 2 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 第一节储层岩石的粒度组成和比面 3 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化物质 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 三 砂岩的比面 比面 是指单位体积岩石内颗粒的总表面积 单位体积岩石内总孔隙的内表面积 当颗粒是点接触时 即为所有颗粒的总表面积 数学表达式为 式中S 岩石比面 cm2 cm3 m2 m3等 A 岩石颗粒的总表面积或孔隙的总表面积 cm3 V 岩石外表体积 或视体积 cm3 岩石中的细颗粒越多 它的比面就越大 反之 就越小 也就是说 岩石比面越大 说明其骨架的分散程度越大 颗粒越细 设岩石为等直径d的球形颗粒组成 每颗颗粒的表面积为 体积应为 从而单位体积岩石中的颗粒总数N则为 显然 单位体积岩石中全部颗粒总表面积 及比面S为 又假设单位体积岩石中孔隙总体积为 则该岩石中颗粒所占的体积Vs为 真实岩石面积的直径彼此不等 可采用加权平均法求得此面 即 式中di 第i组分的颗粒平均直径 Gi 第i组分的颗粒质量分数 由颗粒组成分析给出 由于砂岩颗粒不完全为球形 为了让计算值更接近实际情况 引入校正系数c 即 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 一 岩石的孔隙度 孔隙 岩石中存在的未被固态物质填满的空间 1 孔隙度的定义定义 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Vf的比值 储层的孔隙度越大 能容纳流体的数量就越多 储集性能就越好 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 2 孔隙分类 1 按孔隙大小和在渗流当中所起的作用不同 可分为 a 超毛管孔隙孔径 0 5mm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 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 b 毛细管孔隙0 0002mm 孔径 0 5mm 裂缝宽度介于0 25mm 0 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 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 2 孔隙分类 2 按连通状况分 连通孔隙 敞开孔隙 不连通孔隙 封闭孔隙 3 按流动情况分 有效孔隙 无效孔隙 3 不同孔隙度的概念 1 岩石的孔隙度 绝对孔隙度 岩石的总孔隙体积Vp与岩石的表观体积Vf之比 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 有效孔隙度用于评价油层特性 计算储量及饱和度 3 不同孔隙度的概念 2 岩石的有效孔隙度 岩石的有效孔隙体积Ve与岩石的表观体积Vf之比 3 岩石的流动孔隙度 L 指在含油岩石中 油能在其内流动的孔隙体积VL与岩石的表观体积Vf之比 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 流动孔隙度不仅排除了死孔隙 亦排除了那些为毛管力所束缚的液体所占有的孔隙体积 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 流动孔隙度在数值上是不确定的 但在油田开发分析中 具有一定的实际价值 三者之间的关系 p e L 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 碳酸盐储层 一般小于5 4 储层孔隙度分级砂岩储层 5 30 之间 一般10 25 表2 2储层岩石按孔隙度的分类 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 天然岩石是各种粒度的结合体 孔隙度的大小与粒径的分选程度有关 分选越好 孔隙度则越大 5 与d孔隙度与砂粒粒径没有直接关系 等径球形颗粒组成的理想岩石 其孔隙度和颗粒排列方式有关 正方形排列孔隙度最大 47 5 菱形排列最小 25 9 6 测定方法地球物理测井方法 岩心室内试验 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 二 岩石的压缩系数 1 岩石压缩系数在油田开发前 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 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 此时 岩石颗粒挤压变形 排列更加紧密 从而孔隙体积缩小 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 由于压力降低时 孔隙体积缩小 使油不断地从油层中流出 因此 从驱油角度讲 这是驱油的动力 它驱使地层岩石孔隙内的流体流向井底 岩石压缩系数的大小 表示了岩石弹性驱油能力的大小 也称为岩石弹性压缩系数 压缩系数 Cf 是指油层压力每降低一个大气压时 单位体积岩石内孔隙体积的变化值 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 2 综合弹性系数虽然岩石的压缩系数很小 但考虑到还有流体的压缩系数 特别是当边水或底水区很大时 岩石的压缩系数使孔隙体积缩小 连同流体的压缩系数使流体发生膨胀两者的作用 就可以从地层中将大量的流体排到生产井中去 它反映了弹性驱油能量的大小 第二节储层岩石的孔隙度及压缩系数 式中Cl 液体的压缩性质 C 称为地层综合弹性压缩系数 物理意义 当油层压力降低单位压力时 单位体积油层内 由于岩石颗粒的变形 孔隙体积的缩小 液体体积的膨胀 所排出的油体积或水体积 储层弹性能量的大小通常用综合弹性系数C 表示 第三节储层岩石的渗透性 它的大小用渗透率表示 岩石渗透率的大小反映了流体在岩石内流动的阻力大小 它与岩石的孔隙结构有关 在其他参数相同的情况下 岩石的渗透率高 液流渗流阻力就低 所以 渗透率是评价一个储层好坏的重要指标 由岩石的孔隙结构已经知道 孔隙是储存油 气的空间 相互连通的孔隙网就构成了油气流动的通道 渗透性 在一定的压力下 孔隙具有让流体 油 气 水 通过的性质 1 达西定律实验过程 设有一截面为A 长度为L的圆柱形待测岩心 将其夹紧于岩心夹持器中 如图所示 用粘度为 的流体充满岩心 并在p1的压力下使流体通过岩心 通过岩心后的压力为p2 此时测得的流量为Q 第三节储层岩石的渗透性 一 达西定律 实验结果 流量Q分别与岩心截面积A和压差 p p1 p2成正比 与 和L成反比 第三节储层岩石的渗透性 达西将非胶结砂层中水流渗滤的实验研究结果概括成一个定律 又被命名为达西定律 在一定条件下 达西定律也适用于流体在胶结岩石和其它多孔介质中的渗滤 若将水头差折算成压力差计算 达西定律可以下式来描述 达西实验发现 当水通过同一粒径的砂子时 其流量的大小及砂层截面积及进 出口端的压差成正比 与砂层的长度成反比 在采用不同粒径的砂粒和流体时还发现 流量与流体的粘度成反比 粒径不同 当其它条件相同时 其流量也不同 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 K为岩石的绝对渗透率 第三节储层岩石的渗透性 加一比例系数K 则当岩心全部孔隙为单相液体所充满并在岩心中流动 岩石与液体不发生化学和物理化学作用的条件下 对同一岩心 比例系数值K的大小是与液体性质无关的常数 因此 在上述条件下 K仅仅是取决于岩石孔隙结构的参数 我们把这一系数称为岩石的绝对渗透率 第三节储层岩石的渗透性 在石油工业中 常用达西作为渗透率单位 第三节储层岩石的渗透性 当压力用标准大气压时 1D 0 9869 10 8cm2 0 9869 m2 当压力用工程大气压时 1D 1 0197 10 8cm2 1 0197 m2 在国际单位制中 渗透率单位用 m2 1D 1 m2 物理意义 它代表了多孔介质中孔隙通道面积的大小和孔隙弯曲程度 渗透率越高 多孔介质孔道面积越大 流动越容易 可渗性也越好 在实际用液体测定时 不与岩石发生物理 化学作用的液体很难选用到 例如 当用水测岩石渗透率而岩石中含有粘土矿物时 粘土会遇水膨胀而使渗透率降低 而空气具有来源广 价格低 氮气又具有化学稳定性好 使用方便的优点等 故目前我国常规岩心分析标准中 规定用气体 干燥空气或氮气 来测定岩石的绝对渗透率 第三节储层岩石的渗透性 二 气测渗透率 第三节储层岩石的渗透性 三 给出了我国及世界上一些油田的渗透率值 一般油气层岩石孔隙中总含有液态烃 原油 和气态烃 天然气 以及地层水 而这些流体在储层条件下会按一定的方式分布 油田开发中人们首先关心的就是油 气 水在孔隙中各自占多大的空间 因为它直接关系到油气在地层中储量的大小 为了描述所占比例的大小 采用了饱和度这一参数 第四节储层岩石的流体饱和度 一 流体的饱和度 第四节储层岩石的流体饱和度 定义 单位孔隙体积内 某种流体所占体积的百分数 油的饱和度为 水的饱和度为 气的饱和度为 如果储层孔隙中只存在油水两相 则Sw So 1 如果储层孔隙中 油 气 水三相共存时 Sw So Sg 1 总之 岩石中由几相流体充满其孔隙 则这几相流体饱和度之和就为1 即100 二 原始含油饱和度及束缚水饱和度 第四节储层岩石的流体饱和度 流体饱和度是继岩石孔隙度之后的储层岩石又一重要参数 随着油田的开发 不同时期地层中油 气 水饱和度的大小是不同的 它直接反映了地层油气储量的变化 为此 在勘探阶段所测的流体饱和度可以分为原始含油 含气饱和度和原始含水饱和度 1 原始含油饱和度Soi定义 油藏投入开发以前所测出的储层岩石孔隙空间中原始含油体积Voi与岩石孔隙体积Vp的比值 第四节储层岩石的流体饱和度 若油藏存在气顶或含气域时 则还具有原始含气饱和度 2 束缚水饱和度 Swi 原始含水饱和度 是当油藏投入开发以前储层岩石孔隙空间中原始含水体积Vwi与岩石孔隙体积Vp的比值 第四节储层岩石的流体饱和度 a 束缚水 原生水 共存水 残余水 b 束缚水的存在形式 孔隙表面 亲水 薄膜 微毛管孔隙 死胡同 颗粒接触处 二者之间关系油藏刚投入开发时 地层中通常只存在油和束缚水两相 故当测定出束缚水饱和度Swi时 则Soi 1 Swi 3 目前油 气 水饱和度是指在油田开发的不同时期 不同阶段所测得的油 气 水饱和度 也称含油 含气 含水饱和度 第四节储层岩石的流体饱和度 4 残余油饱和度剩余油或残余油 随着油田开发油层能量的衰竭 即使是经过注水后还会在地层孔隙中存在着尚未驱尽的原油 剩余油饱和度或残余油饱和度 剩余油或残余油在岩石孔隙中所占体积的百分数 严格地讲 将剩余油饱和度看成残余油饱和度 只有当剩留在孔隙内的油变成不可流动状态时才是正确的 第四节储层岩石的流体饱和度 5 我国一些油田原始含油饱和度数据