第五章-储层孔隙结构

1、储层中，孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系 微观研究范畴：储层孔隙结构、孔壁特征、充填物特征 宏观研究范畴：储层孔隙度、渗透率、流体饱和度、敏感性 第一节 储层孔隙和喉道类型,第五章 储层孔隙结构,储集空间：孔隙、喉道 孔隙：被岩石颗粒包围的较大储集空间。流体的基本储集空间 喉道：两个孔隙之间的狭窄的连通部分。流体渗流的重要通道 碎屑岩储层孔隙和喉道类型 碳酸盐岩储层孔隙和喉道类型,第一节 储层孔隙和喉道类型,1、孔隙类型 （1）分类 成因分类： 原生、次生及混合成因孔隙。目前国内外比较流行的分类方案 孔隙大小： 超毛细管孔隙、毛细管孔隙、微毛细管孔隙 孔隙成因和几何形状： E.

2、D.Pittman，1979 粒间孔隙、溶蚀孔隙、微孔隙、裂缝孔隙 综合性分类： 按成因：分为原生和次生孔隙二大类；然后，按孔隙产状和几何形状再进一步细分。,一、碎屑岩储层孔隙和喉道类型,碎屑岩储层孔隙类型简表,(1)原生孔隙 沉积作用原生孔隙。按产状特征可分为四类： 原生粒间孔隙,原生孔隙中最主要的孔隙类型。可分为二类： 正常粒间孔隙： 无任何胶结物的孔隙 残余粒间孔隙： 发生胶结，但未完全堵塞的原始粒间孔隙 原生粒内孔隙和矿物解理缝 原生粒内孔隙： 主要为岩屑内粒间微孔、喷出岩岩屑内气孔,矿物解理缝： 主要指长石和云母等矿物中常见的片状或楔形解理缝 宽度一般小于0.1m，有的可达0.2m,

3、杂基内微孔隙 粘土杂基和碳酸盐泥中存在的微孔隙。 特点： 孔隙极细小，仅在扫描电镜下可清晰辩认。 可形成高孔隙度，但渗透率很低。,层面缝 具剥离线理的平行层理纹层面间的孔缝。 在一系列厘米级甚至毫米级厚度的平板薄层间，为力学性质薄弱的界面，极易剥离，其界面间即为层间缝。,(2)次生孔隙 次生作用次生孔隙。按结构可分为六类：,粒间溶孔 颗粒间溶蚀粒间溶孔。 广义上，粒间溶孔是原生和次生的混合孔隙： 次生粒间溶孔 粒间溶孔中次生溶蚀部分大于原生孔部分。 混合粒间溶孔 粒间溶孔中原生部分大于次生部分。 组分内溶孔 粒内溶孔、杂基内溶孔、胶结物内溶孔、交代物溶孔等。,铸模孔 颗粒、生屑或交代物等完全溶

4、解而成。外形与原组分相同。 特大溶孔 孔径超过相邻颗粒直径的溶孔。 特大溶孔内，次生部分多于原生部分，颗粒、填隙物均被溶解。 贴粒溶孔 沿颗粒边缘溶解而成的线状孔缝。 裂缝孔隙,2、孔隙喉道 一个喉道连通两个孔隙，而一个孔隙可连通多个喉道。 常见喉道类型： (1)孔隙缩小型喉道 喉道为孔隙的缩小部分。 特点： 大孔、粗喉型，孔喉直径比接近于1，孔隙和喉道较难区分。 常发育于以粒间孔为主的砂岩储层中：颗粒支撑，胶结物较少甚至没有。,(2)缩颈型喉道 喉道为颗粒间可变断面的收缩部分。 特点： 大孔、细喉型，孔喉直径比很大。 常见于颗粒点接触、衬边胶结型的储层中。,(3)片状或弯片状喉道 颗粒间的长

5、条状通道。 窄片状喉道 强压实或强胶结：次生加大窄片状喉道。 宽片状喉道 颗粒间溶蚀宽片状喉道或管状喉道。 孔喉直径比中等较大。,(4)管束状喉道 填隙物含量高完全堵塞原生粒间孔填隙物中微孔隙：象一支支微毛细管交叉分布组成管束状喉道。,微孔隙： 0.5m，既是孔隙又是喉道。孔喉直径比为1。 微孔隙发育区，渗透率很低，大多小于1毫达西。,储集空间： 与砂岩相比，类型多样，变化 复杂。孔隙、裂缝和溶洞。 次生孔隙地位重要。 储集空间既可与岩石组构有关， 又可与岩石组构无关。 1、孔隙类型 综合性分类： 以成因为主，结合产状进行分类 首先，按成因分二大类：原生孔 隙和次生孔隙；然后，按产状又 可细分

6、为：右表,二、碳酸盐岩储层孔隙和喉道类型,(1)原生孔隙 沉积作用原生孔隙。受岩石组构控制。 粒内孔、生物钻孔、生物格架孔隙、粒间孔、窗格孔隙等。,生物钻孔孔隙 生物在沉积物中钻孔孔隙 特点： 孔隙形态常呈弯曲状，破坏沉积层理与构造，孔隙连通性差，往往加剧储层非均质性。,粒内孔 生物体腔孔隙。 特点： 孔隙连通性差，有效孔隙度低。 与生物碎屑粒间孔隙伴生形成较好储层。,粒间孔隙 浅滩粒间孔 高能浅滩。 特点：灰泥和胶结物少，颗粒分选和圆度好。 远洋白垩孔隙 低能远洋环境。颗石藻等微生物或生物碎屑间的孔隙。 特点：主要为微孔隙。 壳体遮蔽孔隙 生物壳体或壳体碎片沉积而成的孔隙。 原生角砾孔隙 角

7、砾间孔隙、角砾内孔隙。,生物格架孔隙 造礁生物：群体珊瑚、藻类、海绵、层孔虫、厚壳蛤等。 特点：常被纤维状或隐晶质胶结物和内沉积物部分充填。 窗格孔隙 藻类脱水、腐烂、产生气泡窗格孔隙。 特点： 孔隙多呈扁平、透镜状，平行于层面或纹层，成群分布。 受岩石组构控制，形成于成岩初期。,(2)次生孔隙 溶解作用溶孔 溶洞 白云化作用晶间孔 破裂作用、收缩作用裂缝,次生孔隙类型： 晶间孔、晶内溶孔和晶体铸模孔隙 粒间溶孔、粒内溶孔和颗粒铸模孔隙 岩溶角砾孔隙、溶洞 裂缝,(2)喉道类型 成因分类：裂缝型、晶间隙型、孔隙缩小型、管状、解理缝型,裂缝型喉道 裂缝：构造裂缝、收缩裂缝、解理缝。 特点：喉道较

8、长、较宽、较平直。据宽度，可分为： 大裂缝喉道(宽度100m) 微裂缝喉道(宽度100m),晶间隙喉道 白云石或方解石晶体间的缝隙。 特点：片状喉道，窄而短。按形态可分为： 规则型、短喉型、弯曲型、曲折型、不平直型和宽度不等型。,孔隙缩小型喉道 孔隙与喉道无明显界限，扩大部分为孔隙，缩小的狭窄部分为喉道。,管状喉道 特点： 管状喉道，细而长，断面近圆形。 成因： 溶蚀作用形成。负鲕灰岩内鲕粒铸模孔的连通通道。 解理缝型喉道 白云石或方解石晶体中被溶蚀扩大的解理缝。,实验研究方法：二大类 直接观测法：岩心观测、铸体薄片法、图像分析法、扫描电镜法等； 间接测定法：毛细管压力法，主要为压汞法。 一、

9、孔隙铸体法 主要测定：孔隙形状、大小和分布，喉道类型、孔喉连通性等。 孔隙铸体类型： 三维孔隙铸体 将染色树脂灌注到孔隙空间中，待树脂固结后，再溶解掉岩石骨架，便得到三维孔隙铸体孔隙实体。采用扫描电镜观察研究。 特点： 三维化、直观化、定量化。方法先进。,第二节 孔隙结构表征,孔隙铸体薄片 孔隙中灌注染色树脂切成薄片。显微镜下观察研究。 特点： 二维化、直观化、定量化。 规则网格化的切片可了解孔隙三维空间结构。 与常规薄片相比，最大优点： 孔隙结构颜色鲜明，易观察。 可避免常规薄片常出现的人工诱导孔隙和裂缝。,铸体薄片法： (1)孔隙类型及喉道类型 (2)孔隙大小及其分布 最大孔径值Rmax和

10、最小孔径值Rmin； 孔径中值：累积频率曲线上50%处的孔径值R50； Rs：孔径平均值； Ri：第i个孔径分类组的中值； 孔径平均值Rs： bi：对应于Ri的各类孔隙的 百分比； n：孔径分类组数。 孔隙分选系数,(3)面孔率 mSk/Ss m：面孔率，显微镜下的可视孔隙度，不包括微孔隙； Sk：薄片观测孔隙总面积； Ss：薄片观测视域总面积。 微孔隙度物性孔隙度-面孔率 (4)孔喉配位数 连接每一个孔隙的喉道数。 (5)孔喉平均直径比Dpt 孔隙平均直径：铸体薄片或孔隙铸体上所确定的孔隙真实大小； 喉道平均直径：压汞曲线上得到的喉道直径平均值。,1、基本原理 非润湿相流体：水银。 施压水银

11、克服孔喉的毛细管阻力进入喉道：通过测定毛细管力可间接测定岩石的孔喉大小及分布。 基本假设：视孔喉大小分布 实际喉道断面形状复杂用等效圆面积近似：每一支喉道可看作一支毛细管岩石中的喉道组合可看作一组毛细管束。 压汞实验： 连续注水银。注入压力，水银不断进入更小的孔隙喉道。 Pc：毛细管力，105Pa； ：水银表面张力，480dyn/cm2； ：水银润湿接触角，146； R：孔隙喉道半径，cm。,二、压汞法,PcR VHg SHg：水银饱和度； VHg：岩石孔隙系统中所含水银的体积； Vf：岩样的外表体积； ：岩样的孔隙度。,2、毛细管压力曲线及形态分析 形态控制因素：孔喉分布的歪度、分选性 歪度

12、 孔喉大小分布的偏度。 偏粗孔喉粗歪度，偏细孔喉细歪度。歪度愈粗愈好。 孔喉分选性 孔喉大小分布的均一程度。 孔隙大小分布愈集中分选性愈好，毛管压力曲线上会出现一个水平的平台；孔喉分选较差毛管压力曲线倾斜。 直角座标系中： 歪度愈粗、分选愈好，毛管压力曲线愈靠左下方座标，而且曲线凹向右方； 歪度愈细、分选愈差，毛管压力曲线愈向右上方座标偏移，而且曲线凹向左方。,曲线形态分类： 六种典型的曲线模式 （Chilingar，etc，1972） 未分选 分选好 分选好，粗歪度 分选好，细歪度 分选不好，略细歪度 分选不好，略粗歪度,3、定量特征参数研究基本图件 孔隙喉道半径频率分布直方图 反映不同大小

13、孔喉的分布特征。 作图法：沿毛管压力曲线作横平行线，并以此横线作为所取的间隔大小；横线与毛细管压力曲线相交处的饱和度减去前一条横线与毛细管压力曲线相交处的饱和度，即为该两条横线所相应间隔的孔隙喉道体积占总孔隙体积的百分数，并以直方图形式表示。,孔喉半径累积频率分布曲线 反映不同大小孔喉的累积频率分布特征。 作图法：只须将毛细管压力曲线顺时针转90，即把孔喉半径标度由纵座标变为横坐标，水银饱和度则对应于累积孔隙体积百分比。,4、孔隙结构的定量特征参数 (1)最大连通孔喉半径Rd、排驱压力Pd Rd 孔隙网络中，水银最先进入的喉道值。即沿毛细管压力曲线的平坦部分作切线与孔喉半径轴相交所对应的孔喉半

14、径值。 Pd 孔隙系统中最大连通孔喉Rd所对应的毛细管压力。,物理意义：用非润湿相（水银）驱替润湿相（油水）时，非润湿相的前沿曲面突破岩样最大孔喉而连续地进入岩样并将润湿相排驱出去时的压力值，即使非润湿相在孔隙中连续运动的初始压力。 SAB：曲线平坦部分的起点和终点所对应的汞饱和度差值； 角：曲线AB段的斜度。 、SAB孔喉分选性越好，结构越均匀。 SHg50%时，Pd常难于确定：微孔隙发育，K很低，Pd可能高于实验室所施加的最大注入压力。,(2)孔喉半径中值R50、毛细管压力中值P50 R50：SHg50%所对应的孔喉半径值。孔喉分布正态分布。 P50：SHg50%所对应的毛管压力值。 实际

15、生产中，P50：油气产出能力的标志。 P50偏向细歪度岩石越致密生产能力下降； P50偏向粗歪度岩石渗透性越好生产能力高。,(3)最小非饱和孔隙体积百分数Smin Pc达到仪器最高压力时，水银无法侵入的孔隙体积百分数 Smin微孔喉体积岩石储集性能越差 Sminf（颗粒大小、均一程度、胶结类型、孔隙度、渗透率） Smin090%,1、Smin取决于所使用仪器的最高压力 水银系统的毛细管力曲线上：曲线尾部常不平行于压力轴，仪器的最高压力越高，曲线越向纵轴偏。此时： SwirrSmin 油-水系统的毛管压力曲线上：曲线尾部通常与压力轴平行。此时： SwirrSmin,Smin讨论,2、Smin与岩

16、石润湿性的关系： 水湿岩石：水占据很细小的孔隙和喉道，Smin是水饱和度的一部分；当仪器的最高压力按油田实际的油柱高度设计时，此时： SwirrSmin 油湿岩石：油占据细小的孔喉，成为残余油，但：SorSmin，因为：成藏时存在油无法替代的Swirr，所以： Swirr+SorSmin 斑状润湿岩石：岩石矿物表面具有对油或水的不同选择性润湿，此时： Swirr+SorSmin,(4)孔喉半径平均值Rm、孔喉均值rm Rm：基于孔喉分布服从对称性正态分布数学模型 Ri：孔喉半径累积频率分布曲线中，累积孔喉体积百分比为i%所对应的孔喉半径值 rm：基于地质混合经验分布数学模型 ri：孔喉半径分布

17、函数中某一区间孔喉半径 n：SHg轴上，0100%的划分区间个数,(5)主要流动孔喉半径平均值Rz 不同大小的孔喉，允许流体通过的能力不同，因而对岩样渗透率的贡献不同，大孔喉贡献大，小孔喉贡献小。 第i类孔喉的渗透率值为： ：岩样孔隙度 LP：岩性参数 第i类孔喉对岩样渗透率的贡献值ki： n：孔喉区间总个数 Pci：第i类孔隙的毛管力 ,Rz：指渗透率贡献值累计达95%时的孔喉半径平均值 n：渗透率贡献值累计达95% 的孔喉区间个数 (6)难流动孔喉半径Rn 渗透率贡献值累计达99.9%时所对应的孔喉半径 此时，非润湿相难于驱替润湿相 Rn相当于流体渗流的临界孔喉半径值 (7)孔喉峰值Km

18、指孔喉半径频率分布曲线上的峰，即：最常出现的孔喉半径。 单峰模式、双峰模式、多峰模式,(8)孔喉分选系数Sp 反映：孔喉大小分布的均一程度 孔喉大小愈均一，分选性愈好，Sp0，毛管压力曲线出现水平平台，累积频率曲线十分陡峭 孔喉分选较差，毛管压力曲线倾斜，累积频率曲线平缓 (9)相对分选系数Dr 相当于数理统计中的变异系数 反映：孔喉分布均匀程度 相对分选系数越小，孔喉分布越均匀,(10)均质系数 孔隙网络中每一个孔喉半径ri与最大 连通孔喉半径Rd的偏离程度的总和 ：01。 ，喉道分布愈均匀。 (11)孔喉歪度Skp 反映：孔喉频率分布的对称度 Skp0：对称分布 Skp0：正偏态(粗歪度)

19、 Skp0：负偏态(细歪度) 储层：Skp越大越好,(12)孔喉峰态Kp 反映：曲线的尖锐程度 Kp = 1：正态分布 Kp1：高尖峰型 Kp1：缓峰、平峰型,(13)退出效率We Pc由MaxMin时，水银退出体积占降压前注入总体积的百分数。 Smax：注入水银最大饱和度 SR：降压后汞残余饱和度，由水银的捕集滞后造成 反映：非润湿相毛细管效应采收率 水湿油层：We，SorSR,(14)平均孔喉体积比 Wardlaw(1976)理想模型： 进汞： 孔隙体积含量喉道体积含量 退汞： 喉道体积含量（孔/喉比较大时）,注退出曲线的低压部分呈垂直线时，具有较高的精确度。,（15）孔隙结构系数P Le

20、：喉道有效流动路径 L：宏观渗流最短路径 rm：孔喉均值 ：岩样孔隙度 K：岩样渗透率 （16）特征结构参数T P：孔隙结构系数 Dr：相对分选系数,（17）结构难度指数D 单一不等径孔隙：油滴欲通过喉道，须克服毛管压力： r1：孔隙曲面半径 r2：喉道曲面半径 ：界面张力 ：润湿角 复杂孔隙系统：油滴欲通过喉道，须克服毛管压力： cw：润湿角 re 、re：分别为孔隙、喉道半径 （ re 、re）：储层中孔、喉大小分布函数,结构难度指数D：反映油滴在该种孔隙系统中排出的困难程度,微观非均质性微观驱替效率微观规模剩余油分布 1、孔隙系统中的微观驱替机理 孔隙介质中滞留石油的力共有三种：(Daw

21、e，1979) 粘滞力：流体沿孔隙流动时的剪切应力造成 重力：油、气、水的密度差造成 毛管力：油湿储层（阻力），水湿储层（动力） 自由渗吸现象： PC2PC1 润湿相液滴从大孔道 自吸入小孔道 （1）单孔道模型 采油过程是驱动力克服阻力的过程。,润湿相液滴从大孔道自吸入小孔道的力分析示意图,第三节 微观孔隙结构（非均质性）对采收率的影响,（2）双孔道模型：一对不等径的并联孔道模型 A、水湿体系：取决于施压的大小 施压很大：主要动力外加压力，主要阻力粘滞力（图C） 施压过小：主要动力毛管力，主要阻力粘滞力（图D）,B、油湿体系 驱油动力外加压力，驱油阻力毛管力、粘滞力 孔间干扰的典型模式： 指进

22、作用：注入水总是优先选择大孔道向前推进 旁超作用：油滴被滞留在小孔道中 C、混合润湿体系 亲油部位捕集残余油滴。并联双孔道模型不适用,(3)串联孔道模型 毛管截面渐扩渐缩模式： 海恩斯跃进(Haines jumps)界面曲率逐点改变界面两侧的毛管压力逐点改变弯液面时而扩张、时而收缩：瞬变不平衡状态。,水湿体系： 动力毛管力、外力。残余油形成机理：侵入水自动润湿孔喉表面，随水膜变厚，喉道轴心的油颈被挤成丝状，最后油丝断裂，在喉道处形成水桥阻塞油路水桥后形成残余油。 油湿体系： 动力外力，阻力毛管力。孔喉隘口处孤立油滴,(4)残油特征 水湿储层 不规则油滴（图A）：不同产状 并联孔道中（a） H型

23、孔隙中（b） 死胡同孔隙中（c） 孤立孔隙中（d） 索状（图B） ：油饱和度较大，残余油连贯 簇状油块（图C） ：油丝断裂、水桥阻塞、旁超作用造成,油湿储层 油滴（图A）：“死胡同”孔隙中 油膜（图B）：附着在孔壁上， 尤其孔隙表面较粗糙部分 簇状油块（图C）：被小孔喉圈闭的死油区,2、碎屑岩孔隙非均质性对驱油效率的影响 孔隙非均质性愈强，驱油效率越低 （1）均质系数与驱油效率（沈平平：东部、下第三系沙河街组砂岩） 01：1，孔隙结构越均质 强亲油条件下：阻力毛细管力、粘滞力 动力外力 0 -6.7466.42 r0.85 0.57.359.7 r0.91 10 3148.6 r0.98 30

24、 41.240.9 r0.93 30：岩样的驱油效率，下标为含水百分数 结论：越小，孔隙结构非均质越差，Rave与Rmax偏离越大，水线前沿大孔道突进严重，小孔道被其周围大孔道的水隔截为不连通孔隙，无水期直至最终期的驱油效率越低。,强亲水条件下：动力外力、毛细管力，阻力粘滞力 0 -0.8375.2 r0.76 0.524.650.38 r0.73 10 42.3645.78 r0.71 30 49.636.54 r0.65 外力下（进汞曲线）：孔隙+喉道越均一 毛细管力下（退汞曲线）：喉道越不均一 孔隙结构特征参数 0 69.246.6 r-0.75 0.575.437.6 r-0.87 1

25、0 8833.1 r-0.82 30 85.625.8 r-0.74 (、) 与相关性：较高,（2）特征结构系数（1/Drp）与水驱油效率（王传禹，1981：大庆、砂岩）,孔隙结构参数与驱油效率相关性对比表,p：迂曲度因子，反映真实岩石孔隙结构与理论平行毛细管束之间的差别。 p=1：毛细管束模型（p1） Dr：孔喉相对分选系数，反映均一度 Dr孔喉越均一（ Dr0）,（4）结构难度指数 D 与三次采油采收率（Dullien，1972） 反映油滴在该种孔隙系统中排出的困难程度，D越大，油滴越不容易排出。 统计样品：15种不同的砂岩、水湿油层、流体粘度中等,（3）孔隙结构系数 Gs 与水驱油效率（

26、张芳洲等，1981：玉门老君庙、M层） M层储层发育特点：Perm低、So低、裂缝发育、厚度大、沉积稳定，孔隙小、非均质性很强。 Dm：孔喉直径平均值 Sp：孔喉分选系数 r：大于有效孔喉（M层：0.691um） 的连通孔喉百分数 Gsf（胶结物成分、含量、产状） 与宏观物性的关系： Gs28.46040.025908K0.0090045 与驱油效率的关系： 与驱油效率呈反比。孔隙结构越好 Gs，,K：渗透率，md ：孔隙度，%,3、碳酸盐岩储层孔隙结构对石油采收率的影响 储层非均质性较砂岩储层严重得多 砂岩：少量试验数据一般具有代表性 碳酸盐岩：少量试验数据一般不具有代表性 采收率f（流体性质、孔隙系统） A、孔喉大小比值： （孔隙、喉道）直径比和体积比 （孔隙、喉道）直径比不变，但绝对大小 B、孔喉配位数： Fatt(1956)： 无限大的网络，配位数,Wardlaw(1978)： 孔隙网络与采收率关系模型：四种基本孔隙网络 每种基本网络具有相应的油气采收率 实际孔隙网络由基本网络组合而成,（1）高晶间孔隙网络（数码XH） 特点：三重六边形网络，高晶间孔隙度，孔隙度20%， 孔/喉比