油層物理儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

99%以上氣儲(chǔ)量集中在沉積巖儲(chǔ)集層中

沉積類型巖性分類典型油氣田舉例碎屑巖砂巖疏松砂巖薩爾圖油田、勝坨油田、澀北氣田粉砂巖文東油田致密砂巖棗園油田、靖安油田裂縫性砂巖延長(zhǎng)油田礫巖礫巖克拉瑪依油田砂礫巖砂礫巖曙光油田裂縫性砂礫巖蒙古林油田、火燒山油田泥巖孔隙縫洞泥灰?guī)r南翼山油田碳酸鹽巖白云巖裂縫孔洞白云巖任丘油田裂縫孔隙泥質(zhì)白云巖風(fēng)成城油田石灰?guī)r裂縫孔洞灰?guī)r蘇橋油田、塔河油田生物灰?guī)r樁西油田孔隙裂縫藻灰?guī)r義東油田其他巖石火成巖裂縫孔隙安山巖風(fēng)化店油田裂縫性凝灰?guī)r哈達(dá)圖油田火山巖車排子油田、石西油田玄武巖、安山巖克拉瑪依油田417斷塊變質(zhì)巖裂縫性變質(zhì)巖鴨兒峽油田裂縫性花崗巖靜安堡油田儲(chǔ)層巖石的分類與國(guó)內(nèi)典型油氣田實(shí)例儲(chǔ)量:約50%產(chǎn)量:約60%儲(chǔ)量:約50%產(chǎn)量:約40%第1頁(yè)/共51頁(yè)第一頁(yè)，共52頁(yè)。儲(chǔ)層巖石的物理特性最感興趣的對(duì)象——

油氣；必須研究油氣居留于地下的空間:油氣儲(chǔ)層。油氣儲(chǔ)層性質(zhì):

巖石骨架、骨架孔隙中的流體以及流體在孔隙中的滲流機(jī)理三個(gè)部分。本章著重討論儲(chǔ)層巖石骨架的各種性質(zhì)骨架復(fù)雜，不能用表示其邊界曲面的方程來確定,因而采用某些能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量的宏觀(即平均)幾何參數(shù)來描述或反映多孔骨架幾何性質(zhì)，也是油層物理研究方法的一大特點(diǎn)。第2頁(yè)/共51頁(yè)第二頁(yè)，共52頁(yè)。第一節(jié)儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)儲(chǔ)層巖石碳酸鹽巖砂巖骨架空隙比面粒度組成—孔隙顆粒膠結(jié)物砂巖中含：礫石、砂、粉砂、泥等碎屑顆粒。砂巖：指顆粒經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而成，砂含量＞50％的陸源碎屑巖。第3頁(yè)/共51頁(yè)第三頁(yè)，共52頁(yè)。第4頁(yè)/共51頁(yè)第四頁(yè)，共52頁(yè)。一、巖石的粒度組成（1）粒度的概念(grainsize，particlesize)粒度：巖石顆粒直徑的大小，用“目”或“毫米”表示目——每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)，1英寸＝2.54cm儲(chǔ)油砂巖顆粒大?。阂话銥?.01～1mm粒級(jí)劃分泥(粘土)粉砂砂礫細(xì)粉砂粗粉砂細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫巨礫顆粒直徑（mm）<0.010.010.050.050.10.10.250.250.50.51110101001001000>1000第5頁(yè)/共51頁(yè)第五頁(yè)，共52頁(yè)。一、巖石的粒度組成

粒度組成granularmetriccomposition：指構(gòu)成砂巖的各種大小顆粒的含量組成。一般以重量百分?jǐn)?shù)表示，即：式中：Wi－顆粒含量；

wi－直徑為di的那部分顆粒的含量粒度組成可定量表征巖石顆粒的大小和分布特征。巖石的粒度組成可以決定巖石的多種物理性質(zhì)第6頁(yè)/共51頁(yè)第六頁(yè)，共52頁(yè)。一、巖石的粒度組成（2）粒度組成測(cè)定①測(cè)定方法篩析法沉降法直接測(cè)量法光學(xué)、電學(xué)、薄片及圖象分析法

——

常規(guī)巖樣（主要）

——

極小顆粒巖樣（輔助）

——

極大顆粒巖樣（輔助）——

數(shù)量少、顆粒小、固結(jié)巖樣等特殊巖樣方法選擇：

依據(jù)顆粒大小和巖石致密程度。第7頁(yè)/共51頁(yè)第七頁(yè)，共52頁(yè)。②測(cè)定原理

＜篩析法＞sieveorscreenanalysismethod分離：稱量：計(jì)算：用振動(dòng)篩將粉碎的巖樣分離成不同粒徑（di）范圍的顆粒；用天平稱出各篩中顆粒重量；按算出各篩中顆粒的百分含量，即得巖石粒度組成。粒度組成測(cè)定第8頁(yè)/共51頁(yè)第八頁(yè)，共52頁(yè)。粒度組成測(cè)定＜沉降法settlingmethod＞

巖石顆粒大小不同，其在液體中的沉降速度v不同。通過測(cè)定各顆粒的沉降速度v，據(jù)斯托克Stokes公式可計(jì)算顆粒大?。?/p>

顆粒粒徑：

式中：g－液體運(yùn)動(dòng)粘度；

g－重力加速度；

rs－顆粒密度；

rL－液體密度。第9頁(yè)/共51頁(yè)第九頁(yè)，共52頁(yè)。粒度組成測(cè)定沉降法測(cè)量條件：顆粒堅(jiān)硬，具有光滑球形表面；在粘性和不可壓縮液體中顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢，距離容器壁和底無窮遠(yuǎn)，顆粒以恒速沉降；顆粒與分散介質(zhì)之間不發(fā)生滑動(dòng)；顆粒濃度<1%適用于粒徑較細(xì)（<37um或>400目），直徑在50～100um時(shí)有足夠的精度，但用得少。第10頁(yè)/共51頁(yè)第十頁(yè)，共52頁(yè)。粒度組成平均粒徑篩析測(cè)出的粒徑代表某粒徑范圍內(nèi)所有顆粒的平均大小，即平均粒徑平均粒徑計(jì)算：

式中：——粒級(jí)i的顆粒平均粒徑；

di’、di”——與粒級(jí)i相鄰的前后兩層篩子的孔眼直徑。

第11頁(yè)/共51頁(yè)第十一頁(yè)，共52頁(yè)。粒度組成測(cè)定直接測(cè)量法

——極大顆粒巖樣（輔助）光學(xué)、電學(xué)、薄片及圖象分析法（特殊巖樣）

——

數(shù)量少、顆粒小、固結(jié)巖樣方法選擇：依據(jù)顆粒大小和巖石致密程度。第12頁(yè)/共51頁(yè)第十二頁(yè)，共52頁(yè)。2.粒度組成的表示方法(1)數(shù)字列表法顆粒直徑did1d2?

?

?dn顆粒重量WiW1W2?

?

?Wn粒度組成Wi/WW1/WW2/W?

?

?Wn/W粒度累積組成ΣWi/WW1/W(W1+W2)/W?

?

?1(ΣWi/W)第13頁(yè)/共51頁(yè)第十三頁(yè)，共52頁(yè)。2.粒度組成的表示方法(2)作圖法粒度組成分布曲線粒度組成累積分布曲線——求粒度參數(shù)曲線越陡，巖石顆粒越均勻曲線峰越尖，巖石顆粒越均勻第14頁(yè)/共51頁(yè)第十四頁(yè)，共52頁(yè)。2.粒度組成的表示方法曲線位置不同，巖石平均粒徑不同粒度組成曲線可定性表征巖石顆粒的分布特征。第15頁(yè)/共51頁(yè)第十五頁(yè)，共52頁(yè)。尖峰越高，顆粒分布越均勻，①比②均勻，③比④均勻；尖峰越靠右，顆粒直徑越大，③、④比①、②直徑大；陡峭段越陡，顆粒分布越均勻，①比②均勻，③比④均勻；陡峭段越靠右，顆粒直徑越大，③、④比①、②直徑大；12412343di(mm)log(di)第16頁(yè)/共51頁(yè)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。粒度參數(shù)粒度參數(shù)——

粒度組成特征的定量評(píng)價(jià)不均勻系數(shù)a分選系數(shù)S標(biāo)準(zhǔn)偏差s

評(píng)價(jià)顆粒分布的均勻程度第17頁(yè)/共51頁(yè)第十七頁(yè)，共52頁(yè)。粒度參數(shù)（1）不均勻系數(shù)a(heterogeneitycoefficient)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：a

越→1，顆粒越均勻，分選越好

不均勻系數(shù)a:累積分布曲線上兩個(gè)重量百分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的粒徑之比：

a＝d60／d10式中：d10—累積重量為10％對(duì)應(yīng)的平均粒徑

d60—累積重量為60％對(duì)應(yīng)的平均粒徑第18頁(yè)/共51頁(yè)第十八頁(yè)，共52頁(yè)。粒度參數(shù)（2）分選系數(shù)Ssortedcoefficient評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：（特拉斯克）S1－2.52.5－4.5＞4.5分選好中等差第19頁(yè)/共51頁(yè)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。粒度參數(shù)（3）標(biāo)準(zhǔn)偏差s(standarddeviation)分選性越好=0同一粒徑。定義與計(jì)算?？恕の值鹿綐?biāo)準(zhǔn)方差描述顆粒均勻性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方差分選等級(jí)<0.35分選性極好0.35~0.5分選性好0.5~0.71分選性較好0.71~1.00分選性中等1.00~2.00分選性差2.00~4.00分選性很差>4.00分選性極差第20頁(yè)/共51頁(yè)第二十頁(yè)，共52頁(yè)。粒度參數(shù)（4）粒徑中值：指粒度組成累積分布曲線上50%處對(duì)應(yīng)的粒徑，它表示巖石粒度分布趨勢(shì)。（5）平均粒徑：巖石顆粒直徑的平均值，它表示巖石顆粒分布和集中趨勢(shì)的參數(shù)。第21頁(yè)/共51頁(yè)第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面1.比面的概念比面：?jiǎn)挝惑w積巖石內(nèi)，骨架的總表面積；單位體積巖石內(nèi)，孔隙的總內(nèi)表面積。S—巖石比面，cm2／cm3，1／cm；

A—骨架的總表面積或孔隙總內(nèi)表面積，cm2；

Vb—巖石外表體積，cm3。幾百~幾千砂巖 <950cm2／cm3細(xì)砂巖 950—2300cm2／cm3粉砂巖 >2300cm2／cm3第22頁(yè)/共51頁(yè)第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。1.比面的概念其它定義以巖石孔隙(pore)體積Vp為基準(zhǔn)定義的比面Sp

以巖石骨架體積Vs為基準(zhǔn)定義的比面Ss

=+VbVsVp第23頁(yè)/共51頁(yè)第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。1.比面的概念三種比面S、Ss、Sp之間的關(guān)系定義：★比面可定量描述巖石骨架顆粒的分散程度。比面越大，分散程度越大。第24頁(yè)/共51頁(yè)第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面（3）比面的實(shí)質(zhì)比面是描述巖石骨架（顆粒）分散程度的指標(biāo)。與粒徑相比，比面更直觀地反映出了巖石顆粒的分散程度。反映單位外表體積巖石中飽和的流體與巖石骨架接觸面積的大小。比面越大，吸附阻力越大。反映巖石顆粒平均大小。8個(gè)球的表面積：s＝8×π×（2R）2立方體體積：V＝（4R）3立方體的比面：S＝s/V＝π／2R即：S∝1／R

假設(shè)由半徑為R的球按立方體排列組成一個(gè)邊長(zhǎng)為4R的多孔介質(zhì)立方體，則第25頁(yè)/共51頁(yè)第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面（4）影響巖石比面的因素顆粒大小、分選、形狀、排列方式——結(jié)構(gòu)膠結(jié)物含量（少則比面大）——組成一般，巖石顆粒越小，巖石比面越大。>>>不圓度↑

S↑（顆粒形狀）第26頁(yè)/共51頁(yè)第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面φ↑

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%>S1S2<第27頁(yè)/共51頁(yè)第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面2.比面的測(cè)定方法：透過法（直接法）吸附法（間接法）（1）透過法

透過法：據(jù)流體對(duì)巖石的透過性求巖石比面。測(cè)定流體：常用空氣測(cè)定公式：第28頁(yè)/共51頁(yè)第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面式中：

S－巖石比面，cm2/cm3；

f－孔隙度，f；

A－巖心截面積，cm2；

L－巖心長(zhǎng)度，cm；

Q0－通過巖心的空氣流量，cm3/s；

H－空氣流量穩(wěn)定后的壓差，cm水柱；

m－室溫下空氣粘度，mPa·s；只要測(cè)出壓差H和空氣流量Q0，即可用上式算出巖石比面S。（巖心f

已知，A、L可測(cè)算；空氣m

可查表）第29頁(yè)/共51頁(yè)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面（2）吸附法

吸附法：通過測(cè)定吸附在巖石表面單層分子的吸附量間接測(cè)算巖石比面的方法。測(cè)定流體：常用氮、氪、氙等惰性氣體。測(cè)定原理：低溫物理吸附原理。第30頁(yè)/共51頁(yè)第三十頁(yè)，共52頁(yè)。二、巖石的比面對(duì)比透過法和吸附法方法原理特點(diǎn)結(jié)果用途透過法通過氣體流量測(cè)定直接法動(dòng)態(tài)法S透反映巖石中能參與流動(dòng)的孔隙表面積適用于動(dòng)態(tài)研究中儲(chǔ)層儲(chǔ)滲特性評(píng)價(jià)吸附法通過氣體吸附量測(cè)定間接法靜態(tài)法S吸還包括不參與流動(dòng)的微孔隙和裂縫的表面積，因此S吸>S透適用于需考慮吸附情況的開發(fā)作業(yè)過程的評(píng)價(jià)和研究第31頁(yè)/共51頁(yè)第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。（1）據(jù)孔隙度和滲透率估算由高采尼方程：（K與S關(guān)系式）

式中：k—高采尼常數(shù)（k＝2t2），t

—毛管迂曲度；

f－孔隙度，f；K－滲透率，mm2；S－比面.若取t＝1.4，則比面估算式為：儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

3.比面的估算據(jù)f

和K估算據(jù)粒度組成估算第32頁(yè)/共51頁(yè)第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

估算思路（2）據(jù)巖石粒度組成估算第33頁(yè)/共51頁(yè)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

估算公式推導(dǎo) ①假設(shè)單位體積巖石中，有n顆直徑為d的同等大小的理想圓球；每個(gè)圓球的：表面積：si＝πd2

，體積：Vi＝πd3／6

②設(shè)該球形顆粒組合的孔隙度為f，則單位體積巖石中的顆粒數(shù)量為顆粒所占總體積/每個(gè)顆粒的體積，即：③則單位體積中巖石的比面：

S＝n·si＝n×πd2＝6（1-f）／d第34頁(yè)/共51頁(yè)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

⑤

則單位體積巖石的比面：⑥鑒于實(shí)際巖石顆粒不可能為圓球形，在上公式中引入顆粒形狀校正系數(shù)C，則由巖石粒度組成估算巖石比面的計(jì)算公式為：④實(shí)際巖石由不等大小的顆粒組成，仍假設(shè)其為圓球形，則第i種平均粒徑為di，含量為Gi的巖石顆粒的總表面積：第35頁(yè)/共51頁(yè)第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。儲(chǔ)層巖石的骨架性質(zhì)

適用范圍膠結(jié)疏松、顆粒磨圓度較高、不含或少含粘土顆粒的巖石。式中：C—顆粒形狀校正系數(shù)，一般取1.2-1.4；

f－巖石孔隙度，f；

di、Gi－粒徑及其對(duì)應(yīng)的重量組成。第36頁(yè)/共51頁(yè)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。三、膠結(jié)物及膠結(jié)類型砂巖中的填充物是由雜基和膠結(jié)物組成。膠結(jié)物：是指除碎屑顆粒以外的化學(xué)沉淀物質(zhì)，一般是結(jié)晶的或非結(jié)晶的自生礦物。它對(duì)巖石顆粒起膠結(jié)作用，使之變成堅(jiān)硬的巖石。在砂巖中含量不大于50%。雜基：又稱基質(zhì)。它是指充填于碎屑顆粒之間的細(xì)小機(jī)械混入物，一般為粉砂和粘土物質(zhì),還有細(xì)粉砂和碳酸鹽灰泥，粒度小于0.03mm。雜基對(duì)于碎屑也起膠結(jié)作用，但它不同于膠結(jié)物。雜基不是化學(xué)成因的礦物，而主要以懸浮方式搬運(yùn)，作為機(jī)械沉積分異作用的最終產(chǎn)物進(jìn)入沉積場(chǎng)所的。膠結(jié)物質(zhì)含量增加總使巖石的儲(chǔ)油能力和滲透能力變差。砂巖中膠結(jié)物的成分、數(shù)量和膠結(jié)類型，影響著砂巖的致密程度、孔隙性、滲透性等巖石物性。第37頁(yè)/共51頁(yè)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。膠結(jié)物成份可分為：泥質(zhì)、鈣質(zhì)（灰質(zhì)）、硫酸鹽、硅質(zhì)和鐵質(zhì)。最常見的是泥質(zhì)、鈣質(zhì)（灰質(zhì)）、硫酸鹽。膠結(jié)類型：膠結(jié)物在巖石中的分布狀況以及它們與碎屑顆粒之間的接觸關(guān)系。通常取決于膠結(jié)物的成分和含量的多少、沉積條件以及沉積后的一系列變化等因素。基底膠結(jié)膠結(jié)類型孔隙膠結(jié)接觸膠結(jié)第38頁(yè)/共51頁(yè)第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。膠結(jié)類型膠結(jié)類型接觸式膠結(jié)孔隙式膠結(jié)基底式膠結(jié)孔隙度，%23—3018—288—17滲透率，10-3μm250—10001—150＜1第39頁(yè)/共51頁(yè)第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。膠結(jié)類型1、基底膠結(jié)膠結(jié)物含量較高，碎屑顆粒孤立地分布在膠結(jié)物之中，由于膠結(jié)物與碎屑顆粒同時(shí)沉積，也稱原生膠結(jié)。

特點(diǎn)：膠結(jié)強(qiáng)度很高，孔隙性很差。第40頁(yè)/共51頁(yè)第四十頁(yè)，共52頁(yè)。膠結(jié)類型2、孔隙膠結(jié)膠結(jié)物含量較少，顆粒大部分能相互接觸。

特點(diǎn)：膠結(jié)強(qiáng)度較低，孔隙性較好。第41頁(yè)/共51頁(yè)第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。膠結(jié)類型3、接觸膠結(jié)膠結(jié)物含量很少,一般小于5%，顆粒之間的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸，膠結(jié)物多為泥質(zhì)。

特點(diǎn)：膠結(jié)物強(qiáng)度較差，孔隙性、滲透性最好。第42頁(yè)/共51頁(yè)第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。四、砂巖膠結(jié)物的敏感性礦物儲(chǔ)層傷害在油氣田勘探、開發(fā)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，儲(chǔ)層都會(huì)與外來流體以及儲(chǔ)層所攜帶的固體顆粒接觸；如果這些流體與儲(chǔ)層不匹配，則導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低，損害儲(chǔ)層的生產(chǎn)能力。膠結(jié)類型直接影響巖石的儲(chǔ)油物性，但就對(duì)儲(chǔ)層的敏感性來說，則主要受膠結(jié)物中的敏感性礦物的影響。第43頁(yè)/共51頁(yè)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。1、粘土通水膨脹特性

粘土：直徑小于0.01mm的顆粒占50％以上的細(xì)粒碎屑。它的成分主要包括粘土礦物和非粘土礦物。

粘土礦物是高度分散的含水的層狀硅酸鹽和含水的非晶質(zhì)硅酸鹽礦物的總稱，是砂巖的主要膠結(jié)物。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)組成：第44頁(yè)/共51頁(yè)第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。粘土礦物可以分為：高嶺石型、蒙皂石型、水云母型和綠泥石型。蒙皂石粘土有最大的膨脹性，水云母和綠泥石次之，高嶺石的膨脹性最小。粘土“膨潤(rùn)度”：指粘土膨脹的體積占原始體積的百分?jǐn)?shù)，它是衡量粘土膨脹大小的指標(biāo)。通常淡水使粘土膨脹最厲害；測(cè)定粘土膨脹大小常用的粘土膨脹儀。第45頁(yè)/共51頁(yè)第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。2、石膏脫水特性

石膏（CaSO4?2H2O），當(dāng)被加熱時(shí)