油层物理-储层岩石的物理特性

EORDEPARTMENT,油层物理,1、基本概念,绪论,油层：指储存原油的地层，包括储存原油的岩石和岩石中的流体两部分。,油藏：是指单一圈闭中具有同一压力系统的油的聚积。它可以看成是地下独立的储油容器，具有独立的水动力学系统。一个油藏可由一个或多个油层组成。,油田：一般从行政管理角度定义。,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。,储运工程,油藏工程,对整个油气藏的认识,Gas,Oil,Water,取一小块岩心出来研究,用户,采油工程,WOC,GOC,2、研究内容,（2）储层流体的物理性质孔隙中的油、气、水在高压下的物理性质及相态变化规律。,（1）储层岩石的物理性质研究岩石的固体骨架性质。如粒度组成、比面、储液性、可渗性等等。,绪论,3、油层物理的发展历史,绪论,19世纪30年代人们经过漫长的实践、摸索和研究，油藏有了初步的认识，油层物理学开始有了初步发展。,1933年，美国人G.H.法奇首先进行了流体性质和测试技术研究，第一届世界石油大会在伦敦召开。,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。,50年代，卡佳霍夫教授写了油层物理基础，标志着这一学科的形成，并且从采油工程学科中分离出来。,1949年，美国的M.马斯盖特写了采油物理原理。,绪论,1935年，薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质的方法。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。,60年代大庆油田、胜利油田的开发使我国油层物理学科有了进一步发展。,目前已经初步形成了比较完善的理论体系，在常规岩心分析、专项岩心分析、提高采收率实验、地层流体与储层敏感性分析、微观可视化方面具有成熟的分析方法。,绪论,4、本门课程的特点,（1）基本概念、规律多，不容易理解；,（2）知识涉及面广，横跨多个学科；,（3）侧重于室内实验。,高压、高温驱油装置,室内驱油装置,从英国引进的界面流变仪CIR-100&CIR-LT,ISCO公司引进的高压精密注射泵,5、油层物理与其它课的关系,绪论,普通地质学,岩石学,物理化学,流体力学,油藏工程,钻井工程,油层物理,渗流力学,提高采收率,勘探工程,6、参考教材,油气层物理学张博金编武汉地质学院1984年；油层物理罗蛰潭编地质出版社1985年；油藏物理洪世铎编石油工业出版社1985年；油层物理何更生编西南石油学院1991年。,绪论,第一章储层岩石的物理性质,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度,第三节储层岩石的渗透率,第四节渗透率和其它岩石物性关系,第五节储层流体的饱和度,第六节储层岩性参数的平均值,第七节储层岩石的敏感性,本节重点：1、粒度组成、比面的概念2、粒度参数：分选系数、不均匀系数,本节难点：1、粒度分析方法：筛析法、沉降法2、粒度组成累积分布曲线及粒度参数的求解3、比面的测定方法及估算方法,第一节储层岩石的骨架性质,沉积岩,基础知识：,第一节储层岩石的粒度组成和比面,第一节储层岩石的物理性质,粒度：,1、粒度、粒度组成的概念,粒度组成：,指颗粒的大小，通常用粒级来表示。,指构成岩石的各种大小不同的颗粒的含量，通常以百分数表示。,一、岩石的粒度组成,砂岩粒级分类,2、粒度组成分析方法定义：采用一定的机械的或物理的方法测定出岩石中不同大小颗粒的含量。,岩石的粒度组成通常采用筛析法和水力沉降法来分析。（1）筛析法：原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析（适用于直径0.05mm以上的颗粒组分。主要用于砂岩分析,筛子的筛孔有两种表示方法：一种是以英制每英寸长度上筛孔数表示，称为目或号；另一种则是以毫米直接来表示筛孔孔眼的大小。,2、粒度组成分析方法,某岩样的粒度组成,2、粒度组成分析方法,（2）水力沉降法：主要用于粉沙岩和泥质粉沙岩分析,2、粒度组成分析方法,原理：基于大小不同的颗粒在粘性液体中沉降速度不同进行分离。,颗粒直径大小可按照斯托克斯公式计算，即,2、粒度组成分析方法,在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：假设颗粒为球型；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；在运动着的颗粒与分散介质之间界面上，不发生滑动。,2、粒度组成分析方法,若固体颗粒的粘滞阻力为：,当颗粒直径为50100m时，具有足够的精度。,筛析法和水力沉降法所求得的粒径并不是定值而是一个平均值，即,思考：,（1）如此理想的假设条件，斯托克斯公式是否具有实用价值？,（2）筛析法和水力沉降法所得颗粒直径是否为准确值？,2、粒度组成分析方法,*3、颗粒分析新技术,对于较致密的细粒岩石，还可以制成岩石薄片用显微镜观测或图像分析仪器测定其粒度组成。近年来国内外研制和使用了多种基于光学原理的颗粒直径测定方法和仪器。,扫描电镜图像,铸体薄片图像,4、粒度组成的表示方法,（1）数字列表法,（2）作图法,d.曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。,一般储油砂岩颗粒的大小均在10.01mm之间。,a.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；,b.曲线尖峰的位置表示含量最多的颗粒直径的大小；,c.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、粒度组成的表示方法,粒度组成累积分布曲线上升段直线越陡直，说明岩石越均匀。该曲线的最大用处是可以根据曲线上的一些特征点求得粒度参数，进而从定量上来表示岩石粒度组成的均匀性。,4、粒度组成的表示方法,(3)分选系数：,a2.4不均匀,a=12.4均匀,5、粒度参数,(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。,指累积分布曲线上某两个重量百分数所代表的颗粒直径之比值。常用累积重量60%的颗粒直径d60与累积重量10%的颗粒直径d10之比，即：,代表碎屑物质在沉积过程中的分选的好坏，即表示颗粒大小集中的程度。,(2)不均匀系数n：,欧美国家常以累积重量25%、50%、75%三个特征点即：,S=11.5，分选好；S=2.54.5，分选中等；S4.5，分选差。,（4）标准偏差：由福克、沃德提出，用来划分岩石的分选性的等级。,5、粒度参数,（5）偏度：,对称，Skp=0,粗偏度，Skp0,粗偏度，Skp0,又称歪度，指粒度组成分布偏于粗颗粒或细颗粒。,5、粒度参数,（7）颗粒等效直径,（6）峰态,量度粒度组成分布曲线陡峭程度，即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。,假想土壤模型：等径球形颗粒所组成的模型。,5、粒度参数,其中，def：颗粒的等效直径；gi：第i组分砂子的重量百分数；di：表征第i组分的颗粒平均直径。,公式如下：,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“颗粒等效直径”。,5、粒度参数,（7）颗粒等效直径,思考：碳酸盐岩为什么不考虑粒度问题？,骨架颗粒、胶结物及孔隙充填物基本上都是相同物质，无法将它们分为单个颗粒。,5、粒度参数,二、岩石的比面,1、比面的概念,V,A,S,=,式中：S:岩石比面，cm2/cm3,m2/m3等A:岩石颗粒的总表面积或岩石孔隙的总表面积，cm3V: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。,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:以岩石外表体积为基准的比面，cm2/cm3；Ss:以岩石骨架体积为基准的比面，cm2/cm3；Sp:以岩石孔隙体积为基准的比面，cm2/cm3；,按以上三种不同体积定义的比面有如下关系：,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100m2/g（1000000cm2/g）。,2、比面的其它定义方法,(2)影响渗透率,(3)影响孔隙表面吸附量,(4)影响离子交换的能力,(5)影响束缚水含量,(1)岩石分类和对比指标,3、研究比面的意义,砂岩S2300cm2/cm3(粒径0.10.01mm),S越大，K越小泥质砂岩、粉砂岩渗透率很低,4、比面的测定方法,（1）透过法,（2）吸附法,5、由岩石粒度组成资料估算比面,第一步：假设单位体积球形颗粒组合中，有N个直径为d的颗粒，则每个球形颗粒的表面积为,体积Vi为,该法适用于胶结疏松或不含粘土颗粒的岩石。,，则单位体积岩石颗粒的数量为，,即比面积为,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,每种直径的岩石颗粒的总表面,粒径为d2者占G2%,粒径为dn者占Gn%,粒径为d1者占G1%，,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。,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：,第二节储层岩石的孔隙结构及孔隙性,本节重点：1、孔隙类型、孔隙结构参数、孔隙度、地层压缩系数的概念2、孔隙度大小的影响因素,本节难点：1、孔隙度的测定原理2、地层综合弹性系数计算公式的推导,一、储层岩石的孔隙结构,储层孔隙：岩石中未被固体物质充填的空间。,孔隙结构：岩石的孔隙类型、孔隙大小和分布、形态、连通关系、孔隙表面粗糙度等因素的综合。,概念：,1、孔隙类型和组合关系,（2）按不同组合关系分类a.具有一种孔隙的介质称为单纯介质：孔隙、裂缝、溶洞；,一、储层岩石的孔隙结构,b.具有两种孔隙的介质称为双重介质：孔隙裂缝；,c.具有多种孔隙的介质称为多重介质：孔隙溶洞裂缝。,（1）按成因分类,（3）Meinzer分类（1942）,一、储层岩石的孔隙结构,2、孔隙的大小及其分选性,（2）孔隙大小表示方法：列表法和作图法,（1）孔隙大小分布测定：毛管压力曲线,一、储层岩石的孔隙结构,曲线越陡，孔隙大小越均匀,一、储层岩石的孔隙结构,b.偏度：又称歪度，指孔隙大小分布偏于粗孔径或细孔径。,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。,a.分选系数：,（3）常用定量表征参数,一、储层岩石的孔隙结构,Kp1,Kp=1,Kp1,Skp=1,Skp0.5mm或裂缝宽度0.25mm，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，一般砂岩孔隙属此类。,c.微毛管孔隙：孔径0.0002mm或缝宽Sb。3.三种不同孔隙度之间的关系为流动SsB.SsSpSfC.SpSsSfD.SfSsSp4.若a、e、d分别为岩石的绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度，则三者的关系为_。A.aedB.edaC.daeD.ade,5.饱和煤油法测得的孔隙体积为_，离心法测得的孔隙体积为_。A.总孔隙体积，有效孔隙体积；B.总孔隙体积，流动孔隙体积；C.流动孔隙体积，有效孔隙体积；D.有效孔隙体积，流动孔隙体积。6.随地层压力下降，岩石孔隙体积将_，地层流体体积将_。A.膨胀，膨胀；B.膨胀，收缩；C.收缩，膨胀；D.收缩，收缩7.若Cf、Co、Cw分别为岩石、地层油、底层水的压缩系数，则三者的关系为_。CfCoCwB.CoCwCfC.CwCfCoD.CoCfCw8.若T1、T2、T3分别为蒸馏法、干馏法、离心法测定流体饱和度的测试温度，则三者的关系_。A.T1T2T3B.T2T3T1C.T3T1T2D.T2T1T39.岩石绝对渗透率与岩石孔隙结构_，与通过岩石的流体性质_。A.有关，有关；B.有关，无关；C.无关，有关；D.无关，无关,10.若K、Kl、kg为同一岩石的绝对渗透率、液测渗透率、气测渗透率，则三者的关系为_。A.KKlKgB.KlKgKC.KgKKlD.KKgKl11.气体滑动效应随平均孔道半径增加而_，随平均流动压力增加而_。A.增强，增强；B.增强，减弱；C.减弱，增强；D.减弱，减弱12.岩石孔隙结构的分选性愈_，迂回度愈_，则岩石的绝对渗透率愈低。A.好，大；B.差，大；C.好，小；D.差，小13.岩石的埋藏深度愈_，胶结物含量_，则岩石的绝对孔隙度愈小。A.深，高；B.深，低；C.浅，高；D.浅，低14.三种岩石胶结类型的胶结强度的顺序为_。A.接触胶结孔隙胶结基底胶结；B.孔隙胶结基底胶结接触胶结；C.基底胶结接触胶结孔隙胶结；D.基底胶结孔隙胶结接触胶结。15.高岭石、蒙脱石、伊利石的水敏性强弱顺序为_。A.高岭石蒙脱石伊利石；B.蒙脱石伊利石高岭石；C.伊利石高岭石蒙脱石；D.伊利石蒙脱石高岭石。,16.蒙脱石