油层物理2-1第一节储层岩石的骨架性质.ppt

第二章 储层岩石的物理特性 The Physical Properties of Reservoir Rocks 储层岩石 岩石岩石 (rock)(rock) 岩浆岩浆岩岩 沉积岩沉积岩 变质岩变质岩 碎屑岩碎屑岩( (砂岩砂岩) )：石英、长石：石英、长石 单重介质：单重介质：储集和储集和渗流渗流空间空间均为均为孔隙孔隙（常见），或（常见），或储集储集 和和渗流渗流空间均空间均为裂缝。双重介质：为裂缝。双重介质：孔隙孔隙为主要为主要储集空间储集空间 ，裂缝为主要渗流通道。，裂缝为主要渗流通道。 碳酸碳酸盐盐岩岩( (灰岩灰岩) )：方解石、白云石：方解石、白云石 单重介质：单重孔隙介质单重介质：单重孔隙介质 、单重裂缝介质、单重裂缝介质 、单重溶、单重溶 洞介质。双重介质：裂缝孔隙、裂缝溶洞和溶洞洞介质。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。孔隙双重介质。三重介质：裂缝孔隙溶洞。 其他岩石其他岩石 泥岩泥岩 多孔介质：由毛细管或微毛细多孔介质：由毛细管或微毛细 管结构组成的介质。管结构组成的介质。 99%以上气储量集中在沉积岩储集层中 沉积类型岩 性分 类典型油气田举例 碎屑岩砂岩疏松砂岩萨尔图油田、胜坨油田、涩北气田 粉砂岩文东油田 致密砂岩枣园油田、靖安油田 裂缝性砂岩延长油田 砾岩 砾岩克拉玛依油田 砂砾岩砂砾岩曙光油田 裂缝性砂砾岩蒙古林油田、火烧山油田 泥岩 孔隙缝洞泥灰岩南翼山油田 碳酸盐岩白云岩裂缝孔洞白云岩任丘油田 裂缝孔隙泥质白云岩风成城油田 石灰岩裂缝孔洞灰岩苏桥油田、塔河油田 生物灰岩桩西油田 孔隙裂缝藻灰岩义东油田 其他岩石火成岩裂缝孔隙安山岩风化店油田 裂缝性凝灰岩哈达图油田 火山岩车排子油田、石西油田 玄武岩、安山岩克拉玛依油田417断块 变质岩裂缝性变质岩鸭儿峡油田 裂缝性花岗岩静安堡油田 储层岩石的分类与国内典型油气田实例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% 储量:约50% 产量:约40% 储层岩石的物理特性 最感兴趣的对象最感兴趣的对象 油气；油气； 必须研究油气居留于地下的空间必须研究油气居留于地下的空间: :油气储层。油气储层。 油气储层性质油气储层性质: : 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。中的渗流机理三个部分。 本章着重讨论储层岩石骨架的各种性质本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, ,因而采用某因而采用某 些能用实验方法测量的宏观些能用实验方法测量的宏观 ( (即平均即平均) )几何参数来描述或反映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多孔骨架几何性质，也是油层物理研究方法的一大特点。的一大特点。 第一节 储层岩石的骨架性质 储层岩石储层岩石 碳酸盐岩碳酸盐岩 砂岩砂岩 骨架骨架 空隙空隙 比面比面 粒度组成粒度组成 孔隙孔隙 颗粒颗粒 胶结物胶结物 砂岩中含：砂岩中含：砾石、砂、粉砂、泥砾石、砂、粉砂、泥等碎屑颗粒。等碎屑颗粒。 n n 砂岩：指砂岩：指颗粒颗粒经胶结物胶结而成，经胶结物胶结而成，砂砂含量含量5050的陆源的陆源 碎屑岩。碎屑岩。 一、岩石的粒度组成 vv （1 1）粒度的概念粒度的概念(grain size(grain size，particle 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 粒级粒级 划分划分 泥泥 ( (粘土粘土) ) 粉砂粉砂砂砂砾砾 细粉砂细粉砂 粗粉砂粗粉砂 细砂细砂中砂中砂粗砂粗砂细砾细砾中砾中砾粗砾粗砾巨砾巨砾 颗粒直径颗粒直径 （mmmm） 10001000 一、岩石的粒度组成 vv 粒度组成粒度组成 granular metric compositiongranular metric composition： 指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般 以重量百分数表示，即：以重量百分数表示，即： 式中：式中：WW i i 颗粒含量颗粒含量； w w i i 直径为直径为d d i i 的那部分的那部分颗粒的含量颗粒的含量 粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。 岩石的粒度组成可以决定岩石的多种物理性质岩石的粒度组成可以决定岩石的多种物理性质 一、岩石的粒度组成 （2 2）粒度组成测定粒度组成测定 测定方法测定方法 筛析法筛析法 沉降法沉降法 直接测量法直接测量法 光学、电学、薄片及图象分析法光学、电学、薄片及图象分析法 常规岩样（主要）常规岩样（主要） 极小颗粒岩样（辅助）极小颗粒岩样（辅助） 极大颗粒岩样（辅助）极大颗粒岩样（辅助） 数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样 方法选择：方法选择： 依据颗粒大小和岩石致密程度。依据颗粒大小和岩石致密程度。 测定原理测定原理 筛析法筛析法 sieve or screen analysis methodsieve or screen analysis method 分离：分离： 称量：称量： 计算：计算： 用振动筛将粉碎的岩样用振动筛将粉碎的岩样 分离成不同粒径分离成不同粒径（d d i i ）范范 围的颗粒；围的颗粒； 用天平称出各筛中颗粒用天平称出各筛中颗粒 重量；重量； 按按 算出各算出各 筛中颗粒的百分含量，筛中颗粒的百分含量， 即得岩石粒度组成。即得岩石粒度组成。 粒度组成测定粒度组成测定 粒度组成测定粒度组成测定 沉降法沉降法settling methodsettling method 岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v v不同。通不同。通 过测定各颗粒的沉降速度过测定各颗粒的沉降速度v v，据斯托克，据斯托克StokesStokes公式可计算公式可计算 颗粒大小：颗粒大小： 颗粒粒径：颗粒粒径： 式中：式中：g g液体运动粘度；液体运动粘度； g g重力加速度；重力加速度； r rs s 颗粒密度；颗粒密度； r rL L 液体密度。液体密度。 粒度组成测定粒度组成测定 v沉降法测量条件： 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400目），直径在 50100um时有足够的精度，但用得少。 粒度组成平均粒径 v筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平 均大小，即平均粒径 平均粒径计算：平均粒径计算： 式中：式中： 粒级粒级i i的颗粒平均粒径；的颗粒平均粒径； d d i i 、d d i i ” ” 与粒级与粒级 i i 相邻的前后两层筛子的相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。孔眼直径。 粒度组成测定粒度组成测定 v直接测量法 极大颗粒岩样（辅助） v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 v方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。 2.粒度组成的表示方法 v(1)数字列表法 颗粒颗粒 直径直径 d di i d d1 1 d d2 2 d dn n 颗粒颗粒 重量重量 W Wi i W W1 1 W W2 2 W Wn n 粒度粒度 组成组成 W Wi i /W/W W W1 1 /W/W W W2 2 /W/W W Wn n /W/W 粒度累粒度累 积组成积组成 WW i i /W/W W W1 1 /W/W(W(W 1 1 + W+ W 2 2 )/W)/W 1(W1(W i i /W)/W) 2.粒度组成的表示方法 v(2)作图法 粒度组成分布曲线 粒度组成累积分布曲线 求粒度参数 曲线越陡，岩石颗粒越均匀曲线越陡，岩石颗粒越均匀曲线峰越尖，岩石颗粒越均匀曲线峰越尖，岩石颗粒越均匀 2.粒度组成的表示方法 曲线位置不同，岩石平均粒径不同曲线位置不同，岩石平均粒径不同 粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。 尖峰越高，颗粒分布越均匀，尖峰越高，颗粒分布越均匀， 比比均匀，均匀， 比比均匀；均匀； 尖峰越靠右，颗粒直径越大，尖峰越靠右，颗粒直径越大， 、比比 、 直径大；直径大； 陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，比比均匀，均匀， 比比均匀；均匀； 陡峭段越靠右，颗粒直径越大，陡峭段越靠右，颗粒直径越大， 、比比 、 直径大；直径大； 1 24 1 2 3 4 3 di(mm)log(di ) 粒度参数 v粒度参数 粒度组成特征的定量评价 不均匀系数不均匀系数 a a 分选系数分选系数 S S 标准偏差标准偏差 s s 评价颗粒分布的均匀程度评价颗粒分布的均匀程度 粒度参数 （1 1）不均匀系数）不均匀系数 a a (heterogeneity coefficient) (heterogeneity coefficient) 评价标准评价标准： a a 越越1 1，颗粒越均，颗粒越均 匀，分选越好匀，分选越好 不均匀系数不均匀系数 a a: : 累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径 之比：之比： a a d d60 60 d d10 10 式中：式中：d d10 10 累积重量为累积重量为 1010 对应的平均粒径对应的平均粒径 d d 6 60 0 累积重量为累积重量为6060 对应的平均粒径对应的平均粒径 粒度参数 （2 2）分选系数）分选系数S S sorted coefficientsorted coefficient 评评价价标标准准： （特拉斯克） S12.52.54.54.5 分选好中等差 粒度参数 （3 3）标准偏差）标准偏差 s s (standard deviation) (standard deviation) 分选性越好 =0 同一粒径。 定义与计算定义与计算 福克福克 沃德公式沃德公式 标准方差描述颗粒均匀性评价标准 标标准方差分选选等级级 4.00分选选性极差 粒度参数 v（4）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。 v（5）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。 二、岩石的比面二、岩石的比面 v1. 比面的概念 比面比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积；：单位体积岩石内，骨架的总表面积； 单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。 S S岩石比面，岩石比面，cmcm 2 2 cmcm 3 3 ，1 1cmcm； A A骨架的总表面积骨架的总表面积或孔隙总内表面积，或孔隙总内表面积，cmcm 2 2 ； V V b b 岩石外表体积，岩石外表体积，cmcm 3 3 。 几百几千 砂岩2300 cm2cm3 1. 比面的概念 v其它定义 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 =+ VbVsVp 1. 比面的概念 v三种比面S、Ss、Sp之间的关系 定义： 比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。 比面越大，分散程度越大。 二、岩石的比面二、岩石的比面 （3 3）比面的实质）比面的实质 n n 比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比 ，比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。，比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。 n n 反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的 大小。大小。比面越大，吸附阻力越大比面越大，吸附阻力越大。 n n 反映岩石颗粒平均大小。反映岩石颗粒平均大小。 8 8个球的表面积：个球的表面积：s s88（2R2R）2 2 立方体体积：立方体体积：V V（4R4R）3 3 立方体的比面：立方体的比面：S Ss/Vs/V 2R2R 即：即：S S1 1R R 假设由半径为假设由半径为R R的球按立方体排列组成一个边的球按立方体排列组成一个边 长为长为4R4R的多孔介质立方体，则的多孔介质立方体，则 二、岩石的比面二、岩石的比面 v（4）影响岩石比面的因素 颗粒大小、分选、形状、排列方式颗粒大小、分选、形状、排列方式 结构结构 胶结物含量（少则比面大）胶结物含量（少则比面大） 组成组成 一般，一般，岩石颗粒越小，岩石比面越大。岩石颗粒越小，岩石比面越大。 不圆度 S（颗粒形状） 二、岩石的比面二、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% S1S2S S透 透 适用于需考虑吸附适用于需考虑吸附 情况的开发作业过情况的开发作业过 程的评价和研究程的评价和研究 （1 1）据孔隙度和渗透率估算）据孔隙度和渗透率估算 由高采尼方程：由高采尼方程： （K K与与S S关系式）关系式） 式中：式中：k k高采尼常数（高采尼常数（k k2 2 t t 2 2 ），）， t t 毛管迂曲度；毛管迂曲度； 孔隙度，孔隙度，f f；K K渗透率，渗透率，m mmm 2 2 ；S S比面比面. . 若取若取 t t 1.41.4，则比面估算式为：，则比面估算式为： 储层岩石的骨架性质储层岩石的骨架性质 3. 3. 比面的估算比面的估算 uu 据据 和和K K估估算算 uu 据粒度组成估算据粒度组成估算 储层岩石的骨架性质储层岩石的骨架性质 估算思路估算思路 （2 2）据岩石粒度组成估算）据岩石粒度组成估算 储层岩石的骨架性质储层岩石的骨架性质 估算公式推导估算公式推导 假设单位体积岩石中，有假设单位体积岩石中，有n n 颗直径为颗直径为d d 的同等大小的理想圆的同等大小的理想圆 球；每个圆球的：球；每个圆球的： 表面积：表面积： s s i i dd 2 2 ， 体积：体积：V V i i dd 3 3 6 6 设该球形颗粒组合的孔隙度为设该球形颗粒组合的孔隙度为f f，则单位体积岩石中的颗粒，则单位体积岩石中的颗粒 数量为颗粒所占总体积数量为颗粒所占总体积/ /每个颗粒的体积，即：每个颗粒的体积，即： 则单位体积中岩石的比面：则单位体积中岩石的比面： S Sn n s s i i n n dd 2 2 6 6（1-1- ）d d 储层岩石的骨架性质储层岩石的骨架性质 则单位体积岩石的比面：则单位体积岩石的比面： 鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形，在上公式中引入颗粒形状鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形，在上公式中引入颗粒形状 校正系数校正系数C C，则，则由由岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为：岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为： 实际岩石由不等大小的颗粒组成，仍假设其为圆球形，则第实际岩石由不等大小的颗粒组成，仍假设其为圆球形，则第i i 种平均粒径为种平均粒径为d d i i ，含量为，含量为G G i i 的岩石颗粒的总表面积：的岩石颗粒的总表面积： 储层岩石的骨架性质储层岩石的骨架性质 n n 适用范围适用范围 胶结疏松、颗粒磨圆度较高、不含或少含粘土颗粒胶结疏松、颗粒磨圆度较高、不含或少含粘土颗粒 的岩石。的岩石。 式中：式中：C C颗粒形状校正系数，一般取颗粒形状校正系数，一般取1.2-1.41.2-1.4； 岩石孔隙度，岩石孔隙度，f f； d d i i 、G G i i 粒径及其对应的重量组成。粒径及其对应的重量组成。 三、胶结物及胶结类型 v 砂岩中的填充物是由杂基和胶结物组成。 v 胶结物： 是指除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，一般是结晶的或非结晶的 自生矿物。它对岩石颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。在 砂岩中含量不大于50%。 v 杂基： 又称基质。它是指充填于碎屑颗粒之间的细小机械混入物，一般 为粉砂和粘土物质,还有细粉砂和碳酸盐灰泥，粒度小于0.03mm 。 杂基对于碎屑也起胶结作用，但它不同于胶结物。杂基不是化学 成因的矿物，而主要以悬浮方式搬运，作为机械沉积分异作用的 最终产物进入沉积场所的。 v 胶结物质含量增加总使岩石的储油能力和渗透能力变差。 v 砂岩中胶结物的成分、数量和胶结类型，影响着砂岩的致密程度、孔 隙性、渗透性等岩石物性。 v 胶结物成份可分为： 泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。 最常见的是泥质、钙质（灰质）、硫酸盐。 v 胶结类型： 胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒之间的 接触关系。 v 通常取决于胶结物的成分和含量的多少、沉积条件以及沉 积后的一系列变化等因素。 基底胶结 胶结类型 孔隙胶结 接触胶结 胶结类型 胶结类结类 型接触式胶结结孔隙式胶结结基底式胶结结 孔隙度，%23301828817 渗透率，10-3m250100011501 胶结类型 1、基底胶结 胶结物含量较高，碎屑颗粒孤立地分布在胶 结物之中，由于胶结物与碎屑颗粒同时沉积，也 称原生胶结。 特点：胶结强度很高，孔隙性很差。 胶结类型 2、孔隙胶结 胶结物含量较少，颗粒大部分能相互接触。 特点：胶结强度较低，孔隙性较好。 胶结类型 3、接触胶结 胶结物含量很少,一般小于5%，颗粒之间 的接触为点接触或线接触，胶结物多为泥质。 特点：胶结物强度较差，孔隙性、渗透性最好 。 四、砂岩胶结物的敏感性矿物 v储层伤害 在油气田勘探、开发过程的各个环节，储层都 会与外来流体以及储层所携带的固体颗粒接触 ；如果这些流体