储层孔隙结构(共74张PPT)

第五章储层孔隙结构1第一页，共74页。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2第二页，共74页。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：，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3第三页，共74页。碎屑岩储层孔隙类型简表4第四页，共74页。(1)原生孔隙沉积作用→原生孔隙。按产状特征可分为四类：①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②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，有的可达5第五页，共74页。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。④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。6第六页，共74页。(2)次生孔隙次生作用→次生孔隙。按结构可分为六类：①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。②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。7第七页，共74页。③铸模孔颗粒、生屑或交代物等完全溶解而成。外形与原组分相同。④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。⑤贴粒溶孔沿颗粒边缘溶解而成的线状孔缝。⑥裂缝孔隙8第八页，共74页。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。9第九页，共74页。(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。10第十页，共74页。(3)片状或弯片状喉道颗粒间的长条状通道。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。11第十一页，共74页。(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：＜0.5μm，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。12第十二页，共74页。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，按产状又可细分为：右表二、碳酸盐岩储层孔隙和喉道类型13第十三页，共74页。14第十四页，共74页。(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。②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。①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。15第十五页，共74页。③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。原生角砾孔隙角砾间孔隙、角砾内孔隙。16第十六页，共74页。④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。⑤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。17第十七页，共74页。(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18第十八页，共74页。(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①裂缝型喉道裂缝：构造裂缝、收缩裂缝、解理缝。特点：喉道较长、较宽、较平直。据宽度，可分为：大裂缝喉道(宽度＞100μm)微裂缝喉道(宽度＜100μm)19第十九页，共74页。②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。20第二十页，共74页。③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。21第二十一页，共74页。④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。⑤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。22第二十二页，共74页。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、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23第二十三页，共74页。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。24第二十四页，共74页。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25第二十五页，共74页。(3)面孔率m＝Sk/Ssm：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β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。26第二十六页，共74页。1、基本原理非润湿相流体：水银。施压→水银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； δ：水银表面张力，480dyn/cm2； θ：水银润湿接触角，146°； R：孔隙喉道半径，cm。二、压汞法27第二十七页，共74页。Pc→R→VHgSHg：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；Φ：岩样的孔隙度。28第二十八页，共74页。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。29第二十九页，共74页。曲线形态分类：六种典型的曲线模式（Chilingar，etc，1972）①未分选②分选好③分选好，粗歪度④分选好，细歪度⑤分选不好，略细歪度⑥分选不好，略粗歪度30第三十页，共74页。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。31第三十一页，共74页。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。32第三十二页，共74页。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PdRd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径值。Pd孔隙系统中最大连通孔喉Rd所对应的毛细管压力。33第三十三页，共74页。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；α角：曲线AB段的斜度。α↓、SAB↑→孔喉分选性越好，结构越均匀。ΣSHg＜50%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。34第三十四页，共74页。(2)孔喉半径中值R50、毛细管压力中值P50R50：SHg＝50%所对应的孔喉半径值。孔喉分布→正态分布。P50：SHg＝50%所对应的毛管压力值。实际生产中，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。35第三十五页，共74页。(3)最小非饱和孔隙体积百分数SminPc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Smin＝f（颗粒大小、均一程度、胶结类型、孔隙度、渗透率）Smin＝0～90%36第三十六页，共74页。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：Swirr≠Smin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：Swirr＝SminSmin讨论37第三十七页，共74页。2、Smin与岩石润湿性的关系：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：Swirr＝Smin油湿岩石：油占据细小的孔喉，成为残余油，但：Sor≠Smin，因为：成藏时存在油无法替代的Swirr，所以：Swirr+Sor＝Smin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+Sor＝Smin38第三十八页，共74页。(4)孔喉半径平均值Rm、孔喉均值rmRm：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：孔喉半径分布函数中某一区间孔喉半径n：SHg轴上，0～100%的划分区间个数39第三十九页，共74页。(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：

Φ：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Ｐki：

n：孔喉区间总个数 Pci：第i类孔隙的毛管力

40第四十页，共74页。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41第四十一页，共74页。(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，Sp→0，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42第四十二页，共74页。(10)均质系数α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α：0～1。α↑，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Skp＝0：对称分布Skp＞0：正偏态(粗歪度)Skp＜0：负偏态(细歪度)储层：Skp越大越好43第四十三页，共74页。(12)孔喉峰态Kp反映：曲线的尖锐程度Kp=1：正态分布Kp＞1：高尖峰型Kp＜1：缓峰、平峰型44第四十四页，共74页。(13)退出效率WePc由Max→Min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：η＝We，Sor＝SR45第四十五页，共74页。(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。46第四十六页，共74页。（15）孔隙结构系数ΦPLe：喉道有效流动路径L：宏观渗流最短路径rm：孔喉均值Φ：岩样孔隙度K：岩样渗透率（16）特征结构参数TΦP：孔隙结构系数Dr：相对分选系数47第四十七页，共74页。（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δ：界面张力θ：润湿角复杂孔隙系统：油滴欲通过喉道，须克服毛管压力：θcw：润湿角re、r’e：分别为孔隙、喉道半径α（re、r’e）：储层中孔、喉大小分布函数48第四十八页，共74页。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49第四十九页，共74页。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：(Dawe，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：PC2＞PC1→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50第五十页，共74页。（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）51第五十一页，共74页。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52第五十二页，共74页。(3)串联孔道模型毛管截面渐扩渐缩模式：海恩斯跃进(Hainesjumps)―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。53第五十三页，共74页。二维化、直观化、定量化。第三十四页，共74页。Dr↓→孔喉越均一（Dr≥0）第三十二页，共74页。第七十三页，共74页。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。特点：孔隙为孔洞或溶洞，由比它更小的孔喉连结，Swirr+Sor＝Smin负鲕灰岩内鲕粒铸模孔的连通通道。超毛细管孔隙、毛细管孔隙、微毛细管孔隙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。第二步：参数最终选择―单相关分析（与渗透率进行单相关分析）驱油动力―外加压力，驱油阻力―毛管力、粘滞力Dr↓→孔喉越均一（Dr≥0）当仪器的最高压力按油田实际的油柱高度设计时，此时：溶解作用→溶孔水湿体系：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54第五十四页，共74页。(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55第五十五页，共74页。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56第五十六页，共74页。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α与驱油效率（沈平平：东部、下第三系沙河街组砂岩）0＜α＜1：α→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η0＝＋66.42αr＝0.85η＝＋59.7αr＝0.91η10＝31＋48.6αr＝0.98η30＝＋40.9αr＝0.93η30：岩样的驱油效率，下标为含水百分数结论：α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。57第五十七页，共74页。强亲水条件下：动力―外力、毛细管力，阻力―粘滞力η0＝＋75.2αr＝η＝＋50.38αr＝η10＝＋45.78αr＝η30＝＋36.54αr＝外力下（进汞曲线）：α↑→孔隙+喉道越均一→η↑毛细管力下（退汞曲线）：α’↓→喉道越不均一→η↑孔隙结构特征参数β

η0＝―46.6βr＝η＝―37.6βr＝η10＝88―33.1βr＝η30＝―25.8βr＝β↓(α↑、α’↓)→η↑与η相关性：β较α高58第五十八页，共74页。（2）特征结构系数（1/DrΦp）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Φp：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。Φp=1：毛细管束模型（Φp≥1）Dr：孔喉相对分选系数，反映均一度Dr↓→孔喉越均一（Dr≥0）59第五十九页，共74页。（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60第六十页，共74页。（3）孔隙结构系数Gs与水驱油效率（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Φr：大于有效孔喉（M层：0.691um）的连通孔喉百分数Gs＝f（胶结物成分、含量、产状）与宏观物性的关系：Gs＝――与驱油效率的关系：与驱油效率呈反比。孔隙结构越好→Gs↓，→η↑K：渗透率，mdΦ：孔隙度，%61第六十一页，共74页。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η＝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↑→η↓（孔隙、喉道）直径比不变，但绝对大小↓→η↓B、孔喉配位数：Fatt(1956)：无限大的网络，配位数↑→η↑62第六十二页，共74页。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63第六十三页，共74页。（1）高晶间孔隙网络（数码XH）特点：三重六边形网络，