油層物理教材word版

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 油層物理教材word版 第一章儲(chǔ)層巖石的物理特性 油氣儲(chǔ)層為地下深處多孔巖層，因此油氣地下儲(chǔ)集空間的特征儲(chǔ)層多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)決定了油藏的賦存特點(diǎn)、油氣的儲(chǔ)存豐度與儲(chǔ)量、油氣井的產(chǎn)能，也決定了油藏開(kāi)發(fā)的難易程度和最終效果。研究和把握儲(chǔ)層物性是認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層、保護(hù)和改造儲(chǔ)層的基礎(chǔ)，是從事石油勘探、鉆井、油田開(kāi)發(fā)開(kāi)采及提高油氣采收率工作所必需把握的基礎(chǔ)知識(shí)。 石油與自然氣儲(chǔ)層主要為沉積巖儲(chǔ)集層，而沉積巖又分為碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)集層（表51）。世界上主要含油氣區(qū)的儲(chǔ)集層多為碎屑巖儲(chǔ)集層，它包括各種類(lèi)型的砂巖、礫巖、礫砂巖以及泥巖。碎屑巖儲(chǔ)集層分布廣、物性好

2、，是主要的儲(chǔ)層巖石。 碳酸鹽巖儲(chǔ)集層是另一類(lèi)重要的油氣儲(chǔ)集層。根據(jù)全球資料統(tǒng)計(jì)，以碳酸鹽巖為儲(chǔ)集層的油氣儲(chǔ)量，約占總儲(chǔ)量的一半，油產(chǎn)量達(dá)到總產(chǎn)量的50以上。波斯灣盆地是世界碳酸鹽巖油田分布最集中的地區(qū)，我國(guó)也發(fā)現(xiàn)了一批碳酸鹽巖油氣藏。實(shí)踐向人們展示了在碳酸鹽巖中尋覓油氣資源的廣闊前景。本篇將以碎屑巖（砂巖）、碳酸鹽巖為主要研究對(duì)象。 表51儲(chǔ)層巖石的分類(lèi)與實(shí)例 砂巖儲(chǔ)層是由砂粒沉積并經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而成的多孔介質(zhì)，顆粒固體物質(zhì)構(gòu)成骨架，顆粒之間存在的間隙為空隙或稱(chēng)孔隙。本篇研究砂巖的粒度組成、比面等骨架性質(zhì)，以及孔隙性、滲透性、飽和度、壓縮性、熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、放射性、聲學(xué)特性等各種性質(zhì)。 這些

3、性質(zhì)或參數(shù)并非一成不變的，而是受鉆井、開(kāi)發(fā)開(kāi)采作業(yè)的影響，儲(chǔ)層敏感性(速敏、水敏、酸敏等)及其評(píng)價(jià)問(wèn)題，也是本篇研究的一個(gè)內(nèi)容。 第一節(jié)儲(chǔ)層多孔介質(zhì)的幾何特性 本章主要介紹儲(chǔ)層巖石的顆粒粒度、孔隙性與流體飽和度等，這些都與多孔介質(zhì)的幾何特性有關(guān)。 1 砂巖的構(gòu)成 砂巖是由性質(zhì)不同、外形各異、大小不等的砂粒經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而成的。儲(chǔ)層性質(zhì)主要受顆粒的大小、外形、排列方式、膠結(jié)物的成分、數(shù)量、性質(zhì)以及膠結(jié)方式的影響。地質(zhì)師可以根據(jù)粒度分布參數(shù)和曲線判斷沉積環(huán)境，油藏工程師可以根據(jù)粒度分布參數(shù)和曲線評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的優(yōu)劣。這里先研究砂粒的粒度與儲(chǔ)層物性間的關(guān)系。 1.1 巖石的粒度組成 1.粒度組成的概念 用橡

4、皮錘將砂巖搗碎、分解成單個(gè)的砂粒，可以發(fā)現(xiàn)砂巖是由大小不同的各種顆粒組成。巖石顆粒的大小稱(chēng)為粒度，用其直徑來(lái)表示（單位mm或m）。按砂粒大小范圍所分的組稱(chēng)為粒級(jí)。劃分粒級(jí)的方法好多，表52是常見(jiàn)的一種。 表52 粒級(jí)的劃分 砂巖的粒度組成是指不同粒徑范圍（粒級(jí)）的顆粒占全部顆粒的百分?jǐn)?shù)（含量），尋常用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。一般用篩析法和沉降法來(lái)測(cè)定砂巖的粒度及粒度組成。 (1)篩析法 篩析法是將由粗至細(xì)的一套篩子疊放、固定在震動(dòng)篩分機(jī)上，對(duì)已破碎、分解的巖石顆粒進(jìn)行篩析，每一個(gè)篩子的篩上剩余顆粒質(zhì)量可由天 平稱(chēng)得，得到顆粒粒級(jí)質(zhì)量分布。 篩子的篩孔尺寸有兩種表示方法：（1）以每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)表示

5、，稱(chēng)為目或號(hào)，例如200目表示每英寸長(zhǎng)度上有200孔；（2）以毫米直接 來(lái)表示篩孔孔眼的大小。成套篩子的孔眼大小排列有一定的規(guī)矩，例如相鄰兩級(jí)篩孔孔眼大小的級(jí)差為4 2或2。顯然，粒度分級(jí)取決于該套篩 子的尺寸。 儲(chǔ)層砂巖顆粒的直徑一般在10.01mm 之間。例如，L 油田巖樣的篩分結(jié)果見(jiàn)表53。(2)沉降法 最細(xì)一層篩子篩下的顆粒是極細(xì)的軟泥，需要再細(xì)分其粒級(jí)時(shí)，可采用沉降法（用于確定巖樣中小于7253m 的粒級(jí)含量）。其原理是根據(jù)不同直徑的顆粒在液體中具有不同的沉降速度，因而到達(dá)底部所需時(shí)間不同。 假設(shè)（1）砂巖顆粒堅(jiān)硬、為球形顆粒； （2）微粒在粘性、不可壓縮液體中的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)緩慢，且距離

6、容器壁及底面為無(wú)窮遠(yuǎn)； （3）微粒以恒速沉降；微粒在沉降時(shí)呈單粒分散； （4）在運(yùn)動(dòng)著的微粒與分散介質(zhì)之間介面上，不發(fā)生滑動(dòng)。 在上述假設(shè)條件下，根據(jù)流體力學(xué)斯托克公式，顆粒的沉降速度為： ) 1(182-=L s gd V （51） 由此導(dǎo)出粒徑的計(jì)算式： )1( 18-= L s g V d （52） 式中：d 顆粒直徑，cm ； V 粒徑為d 的顆粒在液體中的下沉速度，cm s ； s 顆粒密度，g cm 3； L 液體密度，g cm 3； v 液體的運(yùn)動(dòng)粘度，cm 2s ； g 重力加速度，g =981cm s 2。 由上式可知，選定懸浮液(常用清水)后，L 和v 為已知數(shù)，顆粒密度s

7、 可用比重瓶等方法測(cè)得。假如再測(cè)出顆粒在液體中的下降速度V ，則顆粒直徑d 便可按(52)式求得，并用計(jì)數(shù)法測(cè)出直徑d 的顆粒在顆粒中所占的個(gè)數(shù)百分比。 閱歷說(shuō)明，當(dāng)顆粒直徑為50100m 時(shí)，該方法有足夠的精度。此外，顆粒的濃度對(duì)顆粒在分散液中下沉速度影響較大，測(cè)定時(shí)要求巖石顆粒在懸浮液中的重量濃度不超過(guò)1。 篩析法或沉降法所得出的粒徑d 值只是一個(gè)范圍，它們比上一級(jí)篩孔的直徑d 1小，又比下一級(jí)篩孔的直徑d i 大，其平均值d 可用下式求得： )1 1(211 i i i d d d += (53) 式中：i d 顆粒的平均直徑； ,i i d d 分別為相鄰的兩層篩子的孔眼直徑。 對(duì)于較

8、致密的細(xì)粒巖石，還可以制成巖石薄片用顯微鏡觀測(cè)或圖像分析儀器測(cè)定其粒度組成。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研制和使用了多種基于光學(xué)原理的顆粒直徑測(cè)定方法和儀器。 表53 某巖樣的粒度組成 2、粒度組成的表示方法 表53所示的粒度組成還可以用作圖法表示，作圖法可采用不同的圖形來(lái)表示粒度分布，如：直方圖、累積曲線圖、頻率曲線圖等等，其中 礦場(chǎng)上常用的是粒度組成分布曲線(圖51)和粒度組成累積分布曲線(圖52)。 粒度組成分布曲線表示了各種粒徑的顆粒所占的百分?jǐn)?shù)，即任一粒級(jí)顆粒在巖石中的含量。曲線尖峰越高，說(shuō)明該巖石以某一粒徑顆粒為主，巖石粒度組成越均勻；曲線尖峰越靠右，說(shuō)明巖石顆粒越粗。反之亦然。 在粒度組成累積分

9、布曲線上，上升段越陡說(shuō)明巖石顆粒越均勻。利用該曲線，可以根據(jù)一些特征點(diǎn)來(lái)求得粒度參數(shù)，進(jìn)而定量分析巖石粒度組成的均勻性。 粒度組成分布曲線的幾種常見(jiàn)形態(tài)見(jiàn)圖53（m i 為質(zhì)量百分比，d 為粒徑）。圖形表示法直觀明白，可以清 楚地表示出巖石粒度的均勻程度以及顆粒按大小分布的特征。為了定量計(jì)算粒度組成的均勻程度或特征，引入了粒度參數(shù)。粒度分布的屬性及粒度參數(shù)見(jiàn)表54。下面介紹幾種常用的粒度參數(shù)。 3、粒度參數(shù) (1)不均勻系數(shù) 累計(jì)分布曲線上累積重量60所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑d 60與累積重量10所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑d l0之比稱(chēng)為不均勻系數(shù)，即： 1060/d d = (54) 儲(chǔ)層巖石的不均勻系數(shù)一般

10、在120之間。對(duì)照累積分布曲線不難理解，粒度越均勻則不 均勻系數(shù)越接近于1。 (2)分選系數(shù)S 用累積重量25，50，75三個(gè)特征點(diǎn)將累積曲線劃分為四段，特拉斯特取兩個(gè)特征 點(diǎn)定義分選系數(shù)為： 2575 d d S = (55) 式中：d 25累積分布曲線上25處所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑，mm ； d 75累積分布曲線上75處所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑，mm 。 按特拉斯克的約定：S 12.5為分選好；S 2.54.5為分選中等；S 4.5為分選差。 (3)標(biāo)準(zhǔn)偏差 福克、沃德等人提出用正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小來(lái)劃分顆粒分選性的等級(jí)，其公式如下： 6.6) (4)(5951684-+-= (56) 式中：i 第i

11、 種粒級(jí)直徑取以2為對(duì)數(shù)的值， i i i d d 1log log 2 2=-= d i 第i 種粒級(jí)處的顆粒直徑（即累計(jì)曲線上95、84、16、5處所對(duì)應(yīng)的直徑），mm 。 由式(56)可看出，該方法既包括了粒度組成累積分布曲線上從16到84的主體區(qū)間，也包括了曲線的首部（5）和尾部(95)的特征，因此用該參數(shù)評(píng)價(jià)顆粒的分選性效果對(duì)比理想，它是對(duì)比常用的粒度參數(shù)之一。表55說(shuō)明，標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，巖石分選性越好。 表55 按標(biāo)準(zhǔn)偏差劃分的分選等級(jí)(據(jù)?？撕臀值?，1957) 4、幾種平均粒度 （1）粒度中值d 50：累積分布曲線上質(zhì)量50%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑，mm （2）粒度平均值d m ：用幾個(gè)

12、特征點(diǎn)的顆粒直徑進(jìn)行算術(shù)平均，有以下幾種平均方法： 1095 8525155d d d d d d m +?+= (57) 或 3845016d d d d m += （57） 或 3755025d d d d m += （57） 碳酸鹽巖（如灰?guī)r和白云巖等）不存在粒度問(wèn)題，由于其骨架顆粒、膠結(jié)物及孔隙充填物基本上都是一致物質(zhì)，無(wú)法將它們分為單個(gè)顆粒。 1.2 巖石的比面 1、比面的概念及研究它的意義 巖石骨架分散性還可以用巖石的比表面積（又稱(chēng)比面）來(lái)描述， 所謂比面是指單位體積巖石內(nèi)孔隙總內(nèi)表面積或單位體積巖石內(nèi)巖石骨架的總表面積。其表達(dá)式如下： V A S = (58) 式中：S 巖石比面，cm 2cm 3； A 巖石孔隙的總內(nèi)表面積，cm 2； V 巖石外表體積(或稱(chēng)為視體積)，cm 3。 當(dāng)顆粒間是點(diǎn)接觸時(shí)，巖石孔隙的總內(nèi)表面積即為所有顆粒的總表面積。例如，半徑為R 的球體所組成的多孔介質(zhì)，其比面應(yīng)為S 8?4R 2(4R )32R 。