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1、第二篇 储层岩石的物理特性,第二篇 储层岩石的物理特性,.,储层（又称储集层）是具有孔隙、裂缝或孔洞的、储存有石油或天然气、且石油天然气可以在其中流动的岩层。,第二篇 储层岩石的物理特性,储层的两个重要的特性：1）存在油气在地下储存的空间孔隙性 2）保证油气在岩层中可以流动渗透性,Petro-Physics 油层物理学,中国石油大学（北京）,白云岩,裂缝孔隙泥质白云岩,风成城油田,裂缝孔洞灰岩,苏桥油田,生物灰岩,桩西油田,石灰岩,孔隙裂缝藻灰岩,义东油田,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,火成岩,玄武岩、安山岩,克拉玛依油田,417,断块,裂缝性变质岩
2、,鸭儿峡油田,碳酸盐岩,变质岩,裂缝性花岗岩,静安堡油田,第二篇 储层岩石的物理特性,沉积岩,.,石油与天然气储层主要为沉积岩储集层：（1）碎屑岩：砂岩、砾岩、砾砂岩以及泥岩（2）碳酸盐岩储集层：,第二篇 储层岩石的物理特性,储层岩石的物理特性：广义地说：热学性质、电学性质、放射性、声学特性、力学特性、机械特性等各种性质。狭义地说：孔隙性、渗透性、（饱和度、压缩性）这些性质或参数并非一成不变的，而是受钻井、开发开采作业的影响，储层敏感性(速敏、水敏、酸敏等)及其评价问题，也是本篇研究的一个内容。,第二篇 储层岩石的物理特性,.,油气储层是地下深处多孔介质，因此油气地下储集空间的特征储层多孔介质
3、的结构、性质决定了：油气的储存丰度与储量、油气井的产能，油藏开发的难易程度 油藏开发的最终效果。,第二篇 储层岩石的物理特性,第一节 砂岩的构成一、岩石的粒度组成 1、粒度组成的概念 2、粒度组成的表示方法 3、粒度参数 4、几种平均粒度二、岩石的比面三、岩石的胶结物及胶结类型,第五章 储层多孔介质的几何特性,砂岩从是否被固体物质充填的角度看，分为两部分：岩石骨架（即岩石的固体物质）：石英颗粒、胶结物质 空隙：孔隙、裂缝（溶孔、溶洞),第一节 砂岩的构成,砂岩,实验室用岩芯,岩心铸体薄片X100摄像,岩心电镜图片X200摄像,ESEM2020扫描电子显微镜,(1)单重孔隙介质 a.粒间孔隙结构
4、:b.纯裂缝结构:理想模型见图515,(2)双重孔隙介质 a.裂缝-孔隙结构:特别发育于石灰岩与白云岩中。理想模型见516 b.孔洞-孔隙结构:也特别发育于碳酸盐岩石。它是在粒间孔隙的岩石中分布着大的洞穴，洞穴的尺寸超过毛细管大小所以在这种孔隙结构中，两种不同孔隙服从两种不同范畴的流动规律。流体在粒间孔隙中的流动服从渗流规律；而在洞穴中的流动服从流体力学奈维-斯托克斯方程。因此洞穴-孔隙结构也是一种服从两种流体流动规律的双重孔隙介质，其理想模型如图517。,(3)三重孔隙介质 a.孔隙-微裂缝-大洞穴：由粒间孔隙、微裂缝再加上大洞穴构成。b.孔隙-微裂缝-大裂缝：即粒间孔隙、微裂缝、大裂缝三重
5、孔隙并存的混合结构，特别发育于碳酸盐岩石。对于三重孔隙介质的渗流规律目前还处于探索研究阶段。,3、孔隙结构类型,（1）单重孔隙介质（2）双重孔隙介质（3）三重孔隙介质,3、孔隙结构类型,中国石油大学（北京）,(1)单重孔隙介质 a.粒间孔隙结构:b.纯裂缝结构:,3、孔隙结构类型,(2)双重孔隙介质 a.裂缝-孔隙结构:特别发育于石灰岩与白云岩中。b.孔洞-孔隙结构:也特别发育于碳酸盐岩石。它是在粒间孔隙的岩石中分布着大的洞穴，洞穴的尺寸超过毛细管大小，所以在这种孔隙结构中，两种不同孔隙服从两种不同范畴的流动规律。流体在粒间孔隙中的流动服从渗流规律；而在洞穴中的流动服从流体力学奈维-斯托克斯方
6、程。因此洞穴-孔隙结构也是一种服从两种流体流动规律的双重孔隙介质，其理想模型如图517。,(2)双重孔隙介质 a.裂缝-孔隙结构:特别发育于石灰岩与白云岩中。b.孔洞-孔隙结构:也特别发育于碳酸盐岩石。它是在粒间孔隙的岩石中分布着大的洞穴，洞穴的尺寸超过毛细管大小，所以在这种孔隙结构中，两种不同孔隙服从两种不同范畴的流动规律。流体在粒间孔隙中的流动服从渗流规律；而在洞穴中的流动服从流体力学奈维-斯托克斯方程。因此洞穴-孔隙结构也是一种服从两种流体流动规律的双重孔隙介质，其理想模型如图517。,第三节 储层岩石的孔隙度,一、孔隙度的定义1、岩石的绝对孔隙度2、岩石的有效孔隙度3、岩石的流动孔隙度
7、二、储层按孔隙度分级三、双重介质岩石孔隙度,第三节 储层岩石的孔隙度,岩石的总体积Vb（又称外表体积、视体积）是由孔隙体积Vp及固相颗粒体积(基质体积)Vs两部分组成，即：VbVp十Vs 孔隙度（）是指岩石中孔隙体积Vp与岩石总体积Vb的比值,一、孔隙度的定义,1、岩石的绝对孔隙度()岩石总孔隙体积（Va）可以细分为以下几种孔隙：,岩石的绝对孔隙度(a)指岩石的总孔隙体积Va与岩石外表体积Vb之比，即：,2、岩石的有效孔隙度 是指岩石中有效孔隙的体积Ve与岩石外表体积Vb之比。计算储量和评价油气层特性时一般指有效孔隙体度。3、岩石的流动孔隙度,是指在含油岩石中，可流动的孔隙体积Vf与岩石外表体
8、积Vb之比。,流动孔隙度与有效孔隙度不同，它既排除了死孔隙，又排除了微毛细管孔隙体积。流动孔隙度不是一个定值，因为它随地层中的压力梯度和液体的物理-化学性质而变化。在油气田开发中，流动孔隙度具有一定的实用价值。由上述定义可知：绝对孔隙度a有效孔隙度e流动孔隙度f。,Petro-Physics 油层物理学,中国石油大学（北京）,二、储层按孔隙度分级,砂岩储层的孔隙度介于525%，碳酸盐岩基质的孔隙度一般小于5。一般认为孔隙度小于5的砂岩储层没有开采价值,一、岩石压缩系数（岩石弹性压缩系数）,第四节 储层岩石的压缩性,-油层压力降低,-岩石的体积,-岩石的压缩系数 Mpa-1,时，孔隙体积缩小值,
9、当油层压力每降低单位压力时，单位体积岩石孔隙体积缩小值。孔隙体积缩小，才使油不断从油层中流出。（驱油动力）,定义综合弹性压缩系数,第四节 储层岩石的压缩性,流体压缩系数,-油层压力降低,-液体的绝对体积,-岩石的压缩系数 Mpa-1,时，孔隙体积缩小值,一、流体饱和度的定义1、含油饱和度2、原始含水饱和度束缚水饱和度3、原始含油饱和度二、测定油、气、水饱和度的方法,第五节 储层岩石流体饱和度,1、含油饱和度、含水饱和度、含气饱和度 根据上述定义，储层岩石孔隙中油、水、气的饱和度可以分别表示为：,第五节 储层岩石流体饱和度,1、原始含水饱和度束缚水饱和度,原始含水饱和度(Swi)是油藏投入开发前
10、储层岩石孔隙空间中原始含水体积Vwi和岩石孔隙体积Vp的比值。,流体饱和度 时间和空间的函数,2、原始含油饱和度地层中原始状态下含油体积Voi与岩石孔隙体积Vp之比称为原始含油饱和度：Soi1Swi,3、当前油、气、水饱和度 油田开发一段时间后，地层孔隙中含油、气、水饱和度称为当前含油、气、水饱和度，简称含油饱和度、含气饱和度或含水饱和度。,5、残余油饱和度与剩余油饱和度 经过某一采油方法或驱替作用后，仍然不能采出而残留于油层孔隙中的原油称为残余油，其体积在岩石孔隙中所占体积的百分数称为残余油饱和度用Sor表示。可以理解，驱替后结束后残余油是处于束缚状态、不可流动状态的。剩余油主要指一个油藏经
11、过某一采油方法开采后，仍不能采出的地下原油。一般包括驱油剂波及不到的死油区内的原油及驱油剂（注水）波及到了但仍驱不出来的残余油两部分。剩余油的多少取决于地质条件、原油性质、驱油剂种类、开发井网以及开采工艺技术，通过一些开发调整措施或增产措施后仍有一部分可以被采出。剩余油体积与孔隙体积的之比称为剩余油饱和度。,第五节 储层岩石流体饱和度,原油体积系数Bo,原油在地层条件下的体积Vf与其在地面脱气后的体积Vs之比叫原油体积系数。,由于溶解气和热膨胀的影响远远超过弹性压缩的影响，地层原油体积总大于地面脱气后原油体积，所以原油体积系数都大于1，一般在1.051.8之间变化,例51某油藏含油面积A=14
12、.4平方公里，油层有效厚度10米，孔隙度0.2，束缚水饱和度0.3，原油地下体积系数1.2，原油相对密度 为0.86。试计算该油藏的原油储量。,解：根据题意，该油藏原油的地下体积为,则原油储量（地面体积）为：,或该油藏的原油储量为1.681070.86=1.445万吨。,第六章储层岩石的流体渗透性,第一节 达西定律及岩石绝对渗透率,第一节 达西定律及岩石绝对渗透率,压差,流量Q或流速,达西定律：,A砂柱截面积，cm2；L砂柱长度，cm；通过砂柱的流体粘度，mPas；P流体通过砂柱前后的压力差，atm；K比例系数，称为该孔隙介质的绝对渗透率，D。,式中：Q在压差P下，通过砂柱的流量，cm3s；,
13、渗流速度,达西定律：,渗透率,渗透率具有面积的因次，它代表多孔介质中孔隙通道面积的大小。渗透率越高，孔道总面积越大，液体在其中流动越容易，渗透性也越好。,达西定律常用的单位制,达西定律常用的单位制,1达西的物理意义是：粘度为lmPa.s的流体，在压差latm作用下，通过截面积lcm2、长度1cm的多孔介质，其流量为1cm3s时，则该多孔介质的渗透率就是1达西。,单位换算：,1达西1D常用毫达西(millidarcy，简写mD)来表示1D=1000mD=1.0210-8cm2 10-8cm2=1m2 1mD=10-3m2,储层岩石的渗透率是评价储层优劣的主要指标，油藏岩石渗透率变化范围一般在51
14、000mD之间，俄国人TH捷奥多罗维奇按渗透率大小将储层分为五级，,我国石油工业标准SY/T6169-1995，对油藏储层渗透性的划分见下表:,我国石油工业标准SY/T6168-1995，对气藏储层渗透性的划分见下表:,达西定律的适用条件,达西定律有一定的适用条件，当渗流速度增大到一定值之后，除产生粘滞阻力外，还会产生惯性阻力，此时流量与压差不再是线性关系，这个渗流速度值就是达西定律的临界渗流速度（图62曲线1）。若超过此临界渗流速度，流动由线性渗流转变为非线性渗流，达西定律也不再适用。图中压力梯度超过b，则为非达西流。,对于低渗致密岩石，在低速渗流时，由于流体与岩石之间存在吸附作用，或在粘土
15、矿物表面形成水化膜，当压力梯度很低时，流体不流动，因而存在一个启动压力梯度（图62中a点）。,图62,第一节 达西定律及岩石绝对渗透率,第二节 气测渗透率及气体滑动效应,气测渗透率的计算,Q是变化的，假设等温膨胀过程，根据玻意尔-马略特定律：,气测渗透率的典型实验流程见图64。气源由高压氮气瓶供给，经减压阀和恒压器后，上游压力保持稳定，气体通过岩心，岩心两端产生一定的压力差。待气体流动稳定后，测量岩心两端压差及出口流量，即可按上式计算气测渗透率。,图64,第二节 气测渗透率及气体滑动效应,第二节 气测渗透率及气体滑动效应,气体滑脱效应,气测渗透率时，由于气-固间的分子作用力远比液固间的分子作用力小，在管壁处的气体分子仍有部分处于运动状态；另一方面，相邻层的气体分子由于动量交换，可连同管壁处的气体分子一起沿管壁方向作定向流动，管壁处流速不为零，形成了所谓的“气体滑动效应”。克林肯贝格(Klinkenberg)发现了气体在微细毛管孔道中流动时的滑动效应，故称“克氏效应”。,第二节 气测渗透率及气体滑动效应,
