油层物理储层岩石的骨架性质

99%以上气储量集中在沉积岩储集层中

沉积类型岩性分类典型油气田举例碎屑岩砂岩疏松砂岩萨尔图油田、胜坨油田、涩北气田粉砂岩文东油田致密砂岩枣园油田、靖安油田裂缝性砂岩延长油田砾岩砾岩克拉玛依油田砂砾岩砂砾岩曙光油田裂缝性砂砾岩蒙古林油田、火烧山油田泥岩孔隙缝洞泥灰岩南翼山油田碳酸盐岩白云岩裂缝孔洞白云岩任丘油田裂缝孔隙泥质白云岩风成城油田石灰岩裂缝孔洞灰岩苏桥油田、塔河油田生物灰岩桩西油田孔隙裂缝藻灰岩义东油田其他岩石火成岩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、石西油田玄武岩、安山岩克拉玛依油田417断块变质岩裂缝性变质岩鸭儿峡油田裂缝性花岗岩静安堡油田储层岩石的分类与国内典型油气田实例储量:约50%产量:约60%储量:约50%产量:约40%第1页/共51页第一页，共52页。储层岩石的物理特性最感兴趣的对象——

油气；必须研究油气居留于地下的空间:油气储层。油气储层性质:

岩石骨架、骨架孔隙中的流体以及流体在孔隙中的渗流机理三个部分。本章着重讨论储层岩石骨架的各种性质骨架复杂，不能用表示其边界曲面的方程来确定,因而采用某些能用实验方法测量的宏观(即平均)几何参数来描述或反映多孔骨架几何性质，也是油层物理研究方法的一大特点。第2页/共51页第二页，共52页。第一节储层岩石的骨架性质储层岩石碳酸盐岩砂岩骨架空隙比面粒度组成—孔隙颗粒胶结物砂岩中含：砾石、砂、粉砂、泥等碎屑颗粒。砂岩：指颗粒经胶结物胶结而成，砂含量＞50％的陆源碎屑岩。第3页/共51页第三页，共52页。第4页/共51页第四页，共52页。一、岩石的粒度组成（1）粒度的概念(grainsize，particlesize)粒度：岩石颗粒直径的大小，用“目”或“毫米”表示目——每英寸长度上的孔数，1英寸＝2.54cm储油砂岩颗粒大小：一般为0.01～1mm粒级划分泥(粘土)粉砂砂砾细粉砂粗粉砂细砂中砂粗砂细砾中砾粗砾巨砾颗粒直径（mm）<0.010.010.050.050.10.10.250.250.50.51110101001001000>1000第5页/共51页第五页，共52页。一、岩石的粒度组成

粒度组成granularmetriccomposition：指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般以重量百分数表示，即：式中：Wi－颗粒含量；

wi－直径为di的那部分颗粒的含量粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。岩石的粒度组成可以决定岩石的多种物理性质第6页/共51页第六页，共52页。一、岩石的粒度组成（2）粒度组成测定①测定方法筛析法沉降法直接测量法光学、电学、薄片及图象分析法

——

常规岩样（主要）

——

极小颗粒岩样（辅助）

——

极大颗粒岩样（辅助）——

数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样方法选择：

依据颗粒大小和岩石致密程度。第7页/共51页第七页，共52页。②测定原理

＜筛析法＞sieveorscreenanalysismethod分离：称量：计算：用振动筛将粉碎的岩样分离成不同粒径（di）范围的颗粒；用天平称出各筛中颗粒重量；按算出各筛中颗粒的百分含量，即得岩石粒度组成。粒度组成测定第8页/共51页第八页，共52页。粒度组成测定＜沉降法settlingmethod＞

岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。通过测定各颗粒的沉降速度v，据斯托克Stokes公式可计算颗粒大小：

颗粒粒径：

式中：g－液体运动粘度；

g－重力加速度；

rs－颗粒密度；

rL－液体密度。第9页/共51页第九页，共52页。粒度组成测定沉降法测量条件：颗粒坚硬，具有光滑球形表面；在粘性和不可压缩液体中颗粒运动缓慢，距离容器壁和底无穷远，颗粒以恒速沉降；颗粒与分散介质之间不发生滑动；颗粒浓度<1%适用于粒径较细（<37um或>400目），直径在50～100um时有足够的精度，但用得少。第10页/共51页第十页，共52页。粒度组成平均粒径筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平均大小，即平均粒径平均粒径计算：

式中：——粒级i的颗粒平均粒径；

di’、di”——与粒级i相邻的前后两层筛子的孔眼直径。

第11页/共51页第十一页，共52页。粒度组成测定直接测量法

——极大颗粒岩样（辅助）光学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样）

——

数量少、颗粒小、固结岩样方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。第12页/共51页第十二页，共52页。2.粒度组成的表示方法(1)数字列表法颗粒直径did1d2•

•

•dn颗粒重量WiW1W2•

•

•Wn粒度组成Wi/WW1/WW2/W•

•

•Wn/W粒度累积组成ΣWi/WW1/W(W1+W2)/W•

•

•1(ΣWi/W)第13页/共51页第十三页，共52页。2.粒度组成的表示方法(2)作图法粒度组成分布曲线粒度组成累积分布曲线——求粒度参数曲线越陡，岩石颗粒越均匀曲线峰越尖，岩石颗粒越均匀第14页/共51页第十四页，共52页。2.粒度组成的表示方法曲线位置不同，岩石平均粒径不同粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。第15页/共51页第十五页，共52页。尖峰越高，颗粒分布越均匀，①比②均匀，③比④均匀；尖峰越靠右，颗粒直径越大，③、④比①、②直径大；陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，①比②均匀，③比④均匀；陡峭段越靠右，颗粒直径越大，③、④比①、②直径大；12412343di(mm)log(di)第16页/共51页第十六页，共52页。粒度参数粒度参数——

粒度组成特征的定量评价不均匀系数a分选系数S标准偏差s

评价颗粒分布的均匀程度第17页/共51页第十七页，共52页。粒度参数（1）不均匀系数a(heterogeneitycoefficient)评价标准：a

越→1，颗粒越均匀，分选越好

不均匀系数a:累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径之比：

a＝d60／d10式中：d10—累积重量为10％对应的平均粒径

d60—累积重量为60％对应的平均粒径第18页/共51页第十八页，共52页。粒度参数（2）分选系数Ssortedcoefficient评价标准：（特拉斯克）S1－2.52.5－4.5＞4.5分选好中等差第19页/共51页第十九页，共52页。粒度参数（3）标准偏差s(standarddeviation)分选性越好=0同一粒径。定义与计算福克·沃德公式标准方差描述颗粒均匀性评价标准标准方差分选等级<0.35分选性极好0.35~0.5分选性好0.5~0.71分选性较好0.71~1.00分选性中等1.00~2.00分选性差2.00~4.00分选性很差>4.00分选性极差第20页/共51页第二十页，共52页。粒度参数（4）粒径中值：指粒度组成累积分布曲线上50%处对应的粒径，它表示岩石粒度分布趋势。（5）平均粒径：岩石颗粒直径的平均值，它表示岩石颗粒分布和集中趋势的参数。第21页/共51页第二十一页，共52页。二、岩石的比面1.比面的概念比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积；单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。S—岩石比面，cm2／cm3，1／cm；

A—骨架的总表面积或孔隙总内表面积，cm2；

Vb—岩石外表体积，cm3。几百~几千砂岩 <950cm2／cm3细砂岩 950—2300cm2／cm3粉砂岩 >2300cm2／cm3第22页/共51页第二十二页，共52页。1.比面的概念其它定义以岩石孔隙(pore)体积Vp为基准定义的比面Sp

以岩石骨架体积Vs为基准定义的比面Ss

=+VbVsVp第23页/共51页第二十三页，共52页。1.比面的概念三种比面S、Ss、Sp之间的关系定义：★比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。比面越大，分散程度越大。第24页/共51页第二十四页，共52页。二、岩石的比面（3）比面的实质比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比，比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小。比面越大，吸附阻力越大。反映岩石颗粒平均大小。8个球的表面积：s＝8×π×（2R）2立方体体积：V＝（4R）3立方体的比面：S＝s/V＝π／2R即：S∝1／R

假设由半径为R的球按立方体排列组成一个边长为4R的多孔介质立方体，则第25页/共51页第二十五页，共52页。二、岩石的比面（4）影响岩石比面的因素颗粒大小、分选、形状、排列方式——结构胶结物含量（少则比面大）——组成一般，岩石颗粒越小，岩石比面越大。>>>不圆度↑

S↑（颗粒形状）第26页/共51页第二十六页，共52页。二、岩石的比面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页/共51页第二十七页，共52页。二、岩石的比面2.比面的测定方法：透过法（直接法）吸附法（间接法）（1）透过法

透过法：据流体对岩石的透过性求岩石比面。测定流体：常用空气测定公式：第28页/共51页第二十八页，共52页。二、岩石的比面式中：

S－岩石比面，cm2/cm3；

f－孔隙度，f；

A－岩心截面积，cm2；

L－岩心长度，cm；

Q0－通过岩心的空气流量，cm3/s；

H－空气流量稳定后的压差，cm水柱；

m－室温下空气粘度，mPa·s；只要测出压差H和空气流量Q0，即可用上式算出岩石比面S。（岩心f

已知，A、L可测算；空气m

可查表）第29页/共51页第二十九页，共52页。二、岩石的比面（2）吸附法

吸附法：通过测定吸附在岩石表面单层分子的吸附量间接测算岩石比面的方法。测定流体：常用氮、氪、氙等惰性气体。测定原理：低温物理吸附原理。第30页/共51页第三十页，共52页。二、岩石的比面对比透过法和吸附法方法原理特点结果用途透过法通过气体流量测定直接法动态法S透反映岩石中能参与流动的孔隙表面积适用于动态研究中储层储渗特性评价吸附法通过气体吸附量测定间接法静态法S吸还包括不参与流动的微孔隙和裂缝的表面积，因此S吸>S透适用于需考虑吸附情况的开发作业过程的评价和研究第31页/共51页第三十一页，共52页。（1）据孔隙度和渗透率估算由高采尼方程：（K与S关系式）

式中：k—高采尼常数（k＝2t2），t

—毛管迂曲度；

f－孔隙度，f；K－渗透率，mm2；S－比面.若取t＝1.4，则比面估算式为：储层岩石的骨架性质

3.比面的估算据f

和K估算据粒度组成估算第32页/共51页第三十二页，共52页。储层岩石的骨架性质

估算思路（2）据岩石粒度组成估算第33页/共51页第三十三页，共52页。储层岩石的骨架性质

估算公式推导 ①假设单位体积岩石中，有n颗直径为d的同等大小的理想圆球；每个圆球的：表面积：si＝πd2

，体积：Vi＝πd3／6

②设该球形颗粒组合的孔隙度为f，则单位体积岩石中的颗粒数量为颗粒所占总体积/每个颗粒的体积，即：③则单位体积中岩石的比面：

S＝n·si＝n×πd2＝6（1-f）／d第34页/共51页第三十四页，共52页。储层岩石的骨架性质

⑤

则单位体积岩石的比面：⑥鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形，在上公式中引入颗粒形状校正系数C，则由岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为：④实际岩石由不等大小的颗粒组成，仍假设其为圆球形，则第i种平均粒径为di，含量为Gi的岩石颗粒的总表面积：第35页/共51页第三十五页，共52页。储层岩石的骨架性质

适用范围胶结疏松、颗粒磨圆度较高、不含或少含粘土颗粒的岩石。式中：C—颗粒形状校正系数，一般取1.2-1.4；

f－岩石孔隙度，f；

di、Gi－粒径及其对应的重量组成。第36页/共51页第三十六页，共52页。三、胶结物及胶结类型砂岩中的填充物是由杂基和胶结物组成。胶结物：是指除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，一般是结晶的或非结晶的自生矿物。它对岩石颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。在砂岩中含量不大于50%。杂基：又称基质。它是指充填于碎屑颗粒之间的细小机械混入物，一般为粉砂和粘土物质,还有细粉砂和碳酸盐灰泥，粒度小于0.03mm。杂基对于碎屑也起胶结作用，但它不同于胶结物。杂基不是化学成因的矿物，而主要以悬浮方式搬运，作为机械沉积分异作用的最终产物进入沉积场所的。胶结物质含量增加总使岩石的储油能力和渗透能力变差。砂岩中胶结物的成分、数量和胶结类型，影响着砂岩的致密程度、孔隙性、渗透性等岩石物性。第37页/共51页第三十七页，共52页。胶结物成份可分为：泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。最常见的是泥质、钙质（灰质）、硫酸盐。胶结类型：胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒之间的接触关系。通常取决于胶结物的成分和含量的多少、沉积条件以及沉积后的一系列变化等因素。基底胶结胶结类型孔隙胶结接触胶结第38页/共51页第三十八页，共52页。胶结类型胶结类型接触式胶结孔隙式胶结基底式胶结孔隙度，%23—3018—288—17渗透率，10-3μm250—10001—150＜1第39页/共51页第三十九页，共52页。胶结类型1、基底胶结胶结物含量较高，碎屑颗粒孤立地分布在胶结物之中，由于胶结物与碎屑颗粒同时沉积，也称原生胶结。

特点：胶结强度很高，孔隙性很差。第40页/共51页第四十页，共52页。胶结类型2、孔隙胶结胶结物含量较少，颗粒大部分能相互接触。

特点：胶结强度较低，孔隙性较好。第41页/共51页第四十一页，共52页。胶结类型3、接触胶结胶结物含量很少,一般小于5%，颗粒之间的接触为点接触或线接触，胶结物多为泥质。

特点：胶结物强度较差，孔隙性、渗透性最好。第42页/共51页第四十二页，共52页。四、砂岩胶结物的敏感性矿物储层伤害在油气田勘探、开发过程的各个环节，储层都会与外来流体以及储层所携带的固体颗粒接触；如果这些流体与储层不匹配，则导致储层渗透率降低，损害储层的生产能力。胶结类型直接影响岩石的储油物性，但就对储层的敏感性来说，则主要受胶结物中的敏感性矿物的影响。第43页/共51页第四十三页，共52页。1、粘土通水膨胀特性

粘土：直径小于0.01mm的颗粒占50％以上的细粒碎屑。它的成分主要包括粘土矿物和非粘土矿物。

粘土矿物是高度分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称，是砂岩的主要胶结物。粘土矿物的基本结构组成：第44页/共51页第四十四页，共52页。粘土矿物可以分为：高岭石型、蒙皂石型、水云母型和绿泥石型。蒙皂石粘土有最大的膨胀性，水云母和绿泥石次之，高岭石的膨胀性最小。粘土“膨润度”：指粘土膨胀的体积占原始体积的百分数，它是衡量粘土膨胀大小的指标。通常淡水使粘土膨胀最厉害；测定粘土膨胀大小常用的粘土膨胀仪。第45页/共51页第四十五页，共52页。2、石膏脱水特性

石膏（CaSO4•2H2O），当被加热时