儲(chǔ)層五敏性試驗(yàn)

1、儲(chǔ)集層敏感性及五敏試驗(yàn)1 .基本概念所謂儲(chǔ)集層敏感性，是指儲(chǔ)集層巖石的物性參數(shù)隨環(huán)境條件（溫度，壓力） 和流動(dòng)條件（流速，酸，堿，鹽，水等）而變化的性質(zhì)。巖石的物性參數(shù)，我們 主要研究孔隙度和滲透率。衡量?jī)?chǔ)集層巖石的敏感程度我們常用敏感指數(shù)來(lái)，敏 感指數(shù)被定義為在條件參數(shù)變化一定數(shù)值時(shí)， 巖石物性減小的百分?jǐn)?shù)，習(xí)慣上用SI 來(lái)表示。我們以滲透率這個(gè)物性參數(shù)為例，給出具一個(gè)基本公式：(1-1)上標(biāo)表小巖石物性參數(shù)，用下標(biāo)表小條件參數(shù)。上式定義的是滲透率對(duì)地層壓力的敏感指數(shù)。敏感指數(shù)的物理含義是指條件參數(shù)變化一定數(shù)值以后，巖石物性參數(shù)損失的 百分?jǐn)?shù)（主要是孔隙度和滲透率）。所以我們要想了解油藏的敏

2、感指數(shù)就必須了解 條件參數(shù)的變化幅度，從而我們可以求出敏感指數(shù)。在實(shí)際礦場(chǎng)中，滲透率比孔隙度更能影響儲(chǔ)集層產(chǎn)能。因此滲透率的研究尤 為重要。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)榈貙訅毫Φ母淖兌尸F(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層的 壓力敏感，壓力敏感指數(shù)用符號(hào) SIP表示。由以上可以知道下面的概念。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)榈貙訙囟鹊母淖兌尸F(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層的溫度 敏感，簡(jiǎn)稱熱敏，用SIT表示。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)闈B流速度的改變而呈現(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層的溫度 敏感,簡(jiǎn)稱熱敏，用S1V表示。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)樽⑷胍后w的鹽度的改變而呈現(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層 的鹽度敏感，簡(jiǎn)稱鹽敏，用 卬刈表示。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)樽⑷胍后w的酸

3、度的改變而呈現(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層 的酸度敏感，簡(jiǎn)稱酸敏，用SIaci表示。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)樽⑷胍后w的堿度的改變而呈現(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層 的堿度敏感，簡(jiǎn)稱酸敏，用S*k 表不。儲(chǔ)集層滲透率因?yàn)樽⑷氲尸F(xiàn)出的敏感性質(zhì)，稱作儲(chǔ)集層的水敏性質(zhì)， 簡(jiǎn)稱水敏，用SIw表示。其中我們最常用的就是五敏：速敏，水敏，鹽敏，酸敏，堿敏，實(shí)驗(yàn)室常做 五敏實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷油藏性質(zhì)。如果一個(gè)油藏水敏，那么我們一定要對(duì)其做鹽敏實(shí)驗(yàn)。 通過(guò)做五敏實(shí)驗(yàn)，我們可以有選擇的去選擇鉆井液和射孔液，以防止對(duì)儲(chǔ)層造成 傷害。2 .儲(chǔ)集層敏感機(jī)理儲(chǔ)集層巖石是由固體骨架顆粒和粒間孔隙構(gòu)成的， 儲(chǔ)集層滲透率的大小反映 了巖石孔隙的

4、性質(zhì)，而孔隙又主要受到骨架顆粒尺度及排列方式的影響。如果在 條件改變時(shí)，骨架顆粒的尺度和排列方式?jīng)]有發(fā)生變化，巖石的滲透率一定不會(huì) 發(fā)生變化，即儲(chǔ)集層不會(huì)敏感；如果在條件改變時(shí)，骨架顆粒尺度及排列方式發(fā) 生了變化，進(jìn)而改變了巖石的孔隙性質(zhì)，巖石的滲透率一定會(huì)發(fā)生變化，即儲(chǔ)層 出現(xiàn)了敏感。儲(chǔ)集層的敏感機(jī)制大概有以下幾種類型：2.1 速敏速敏是巖石骨架顆粒排列方式的改變由此導(dǎo)致油田儲(chǔ)集層滲透率改變的情 形。在巖石骨架顆粒中，有一些尺度極小的顆粒，它們雜亂無(wú)章的分布在巖石的 空隙中，它們?cè)诹黧w低速流動(dòng)時(shí)并不會(huì)有明顯的改變，對(duì)儲(chǔ)集層的滲透率產(chǎn)生太 大的影響。但是，如果流速增大，這些顆粒的排列方式將發(fā)生

5、顯著改變，顆粒將 發(fā)生運(yùn)移，從而堵塞流體運(yùn)動(dòng)的通道，致使巖石的滲透率降低。從而影響油井的 產(chǎn)量，這就是速敏的原則。產(chǎn)生速敏的固體顆粒往往是一些特定的粘土礦物成分， 如高嶺石等。高嶺石英文名為kaolinite ,是長(zhǎng)石和其它硅酸巖礦物天然蝕變的產(chǎn)物，是一 種含水的鋁硅酸巖。它們總是以極微小的微晶或隱晶狀態(tài)存在，并以致密塊狀或 土狀集合體產(chǎn)生。止匕外，一些外來(lái)顆粒隨液體侵入地層，也會(huì)造成機(jī)械堵塞，如鉆井，完井過(guò) 程中工作液的慮失作用。2.2 水敏（顆粒膨脹）在巖石骨架顆粒中，有一些尺度極小的顆粒，它們往往都是一些粘土礦物成 分。其中一些粘土礦物成分，比如蒙脫石，這類具有特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，這部分粘

6、土礦物在原始狀態(tài)下于高礦物地層水處于一種平衡狀態(tài)，它們的存在并不影響孔 隙中流體的流動(dòng)。但是，如果外來(lái)流體進(jìn)入改變了地層水原來(lái)的礦度及其化學(xué)成 分，這些粘土礦物將打破原來(lái)的平衡，通過(guò)陽(yáng)離子交換進(jìn)行吸水或排水，從而使 自身體積發(fā)生膨脹或萎縮。顆粒膨脹將減少流體通過(guò)的孔隙通道，致使儲(chǔ)集層滲 透率降低；顆粒萎縮將增大流體通過(guò)的孔隙通道，致使儲(chǔ)集層滲透率升高。由于 地層水的環(huán)境所致，而外來(lái)流體的礦化度通常很低，因此層中粘土顆粒吸水發(fā)生 膨脹，使儲(chǔ)層造成傷害的概率比較大。蒙脫石，又名微晶高嶺石，是一種層狀結(jié)構(gòu)，片狀結(jié)構(gòu)的硅酸巖晶體，因其 最初發(fā)現(xiàn)于法國(guó)的蒙脫域而著名。當(dāng)溫度達(dá)到 100-200攝氏度時(shí)，

7、蒙脫石的水分子 會(huì)逐漸跑掉，失水后的蒙脫石可以重新吸收水分子，并且膨脹超過(guò)原體積的幾倍。在礦場(chǎng)上，粘土顆粒膨脹對(duì)儲(chǔ)層的影響程度與巖石的粘土含量有很大關(guān)系。 當(dāng)粘土含量較低是，并不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成較大的傷害，而較高的粘土含量，則是儲(chǔ) 層傷害的潛在因素。當(dāng)粘土含量小于5%寸，儲(chǔ)層受到傷害的可能性較?。划?dāng)粘土 含量超過(guò)5%寸，儲(chǔ)層受傷害的可能性也隨之增大。2.3 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致儲(chǔ)層敏感性變化的方式很多，并且反應(yīng)原理不同。有些化學(xué)反 應(yīng)生成了沉淀，隨著流體的流動(dòng)，堵塞了巖石孔隙，從而降低了巖石滲透率；而 有些化學(xué)反應(yīng)則溶蝕了骨架顆粒，擴(kuò)大了巖石孔隙，從而提高儲(chǔ)層滲透率?，F(xiàn)場(chǎng)上比較注重的酸敏和堿敏實(shí)驗(yàn)

8、，皆屬于這種情況。所謂的酸敏，就是酸 液就入儲(chǔ)層后與酸敏物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放顆粒，使儲(chǔ)層滲透率下降的 可能性及其程度。所謂的堿敏，就是堿液進(jìn)入儲(chǔ)層后與堿敏物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生 沉淀，從而使儲(chǔ)層滲透率降低的情況。下面我們舉例來(lái)說(shuō)明。在巖石孔隙中，地層水溶解了大量物質(zhì)，若外來(lái)流體 （鉆井液或注入水）與地層水不配伍，則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的沉淀就會(huì)都會(huì)堵 塞孔隙，從而降低儲(chǔ)集層滲透率。注水開發(fā)過(guò)程中，常會(huì)因?yàn)閿y帶的二氧化碳與 地層水發(fā)生反應(yīng)，生成不溶解的碳酸鈣在底層中甚至管線中結(jié)構(gòu)，從而影響油氣 生產(chǎn)。一些含鐵的粘土礦物（如綠泥石），遇酸沉淀，也會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層敏感。止匕外，有些化學(xué)反應(yīng)可以提高儲(chǔ)層滲

9、透率。若外來(lái)流體與巖石中的固體礦物 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并將其溶解，結(jié)果使儲(chǔ)層孔隙變大，從而提高了儲(chǔ)層滲透率。比 如我們提高采收率常常會(huì)采用的酸化方法，就是利用化學(xué)反應(yīng)提高儲(chǔ)層滲透率。 2.4機(jī)械變形巖石中的固體骨架顆粒，受到應(yīng)力作用即產(chǎn)生變形。如果應(yīng)力作用變大，儲(chǔ) 層巖石就會(huì)被壓縮；如果應(yīng)力作用減少，儲(chǔ)層巖石就會(huì)膨脹。儲(chǔ)層巖石的上覆地 層壓力通常不會(huì)發(fā)生變化。但是，孔隙中流體壓力則隨著流體的采出而降低，隨 著流體的注入而升高。根據(jù)應(yīng)力平衡方程，地層壓力等于流體壓力與孔隙壓力之 和。如果流體壓力降低，骨架應(yīng)力就增大，骨架顆粒因此而壓縮，孔隙度因此而 減小，儲(chǔ)層滲透率因此而降低。若流體壓力升高，骨架應(yīng)

10、力則減小，骨架顆粒因 此而膨脹，孔隙度因此而增大，儲(chǔ)層滲透率因此而升高。（所謂的應(yīng)變，是指在外力作用下，骨架不能產(chǎn)生位移，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為 應(yīng)變。骨架發(fā)生形變是，在其內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，把分 布內(nèi)力在一點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力。）溫度對(duì)儲(chǔ)層敏感性的影響，也是通過(guò)骨架顆粒的機(jī)械變形作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。溫 度升高，骨架顆粒膨脹，孔隙度因此而增大，儲(chǔ)層滲透率因此而升高。溫度降低， 骨架顆粒壓縮，孔隙度減小，儲(chǔ)層滲透率因此而降低。當(dāng)然，在溫度變化過(guò)程中， 巖石中的粘土礦物也可能發(fā)生一些物理或化學(xué)變化，如脫水等，進(jìn)而影響儲(chǔ)集層滲透率。3 .儲(chǔ)層傷害常見來(lái)源。儲(chǔ)層傷害原因主

11、要是由儲(chǔ)層本身的巖性，物性及油氣水流體性質(zhì)等內(nèi)在因素 和在井下施工作業(yè)時(shí)，引起儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)原始狀態(tài)發(fā)生改變，而是得儲(chǔ)層原始滲 透率降低。它的內(nèi)因是儲(chǔ)層的潛在傷害因素。因此外來(lái)流體與儲(chǔ)層的巖石以及地 層流體之間的配伍性決定傷害類型和傷害程度。儲(chǔ)層傷害主要包括兩大方面：一是由于外來(lái)流體與儲(chǔ)層巖石不配伍造成的傷 害，包括：外來(lái)固相顆粒的堵塞與侵入；敏感性傷害；儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的 傷害；出砂；細(xì)菌堵塞。二是外來(lái)流體與地層流體不配伍造成的傷害，包括：乳 化堵塞；無(wú)機(jī)垢堵塞；有機(jī)垢堵塞；鐵銹與腐蝕產(chǎn)物的堵塞；地層內(nèi)部固相沉淀 的堵塞。凡是受外界條件影響而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低的儲(chǔ)層特性均屬儲(chǔ)層本身潛 在的

12、傷害因素，它包括巖石骨架顆粒成分，膠結(jié)類型，孔隙結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)層敏感性礦 物，巖石表面性質(zhì)以及儲(chǔ)層流體性質(zhì)等。4 .儲(chǔ)層巖石敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)4.1 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)由于巖石孔隙中的微小固體顆粒會(huì)附著在骨架的顆粒，在流速極低時(shí)，流體 的沖力不足不足以將它們脫落并使其移動(dòng)，因此儲(chǔ)層巖石在極低流速時(shí)并不敏感。 但是，隨著流速的增加，流體的沖力也不斷增大。當(dāng)流速超過(guò)一定限度時(shí)，流體 的沖力超過(guò)了其附著力，顆粒脫落下來(lái)并開始移動(dòng)，最后在孔隙吼道停留下來(lái)并 堵塞孔隙，從而降低巖石滲透率，致使儲(chǔ)層產(chǎn)生敏感。在礦場(chǎng)上，我們把儲(chǔ)層開始產(chǎn)生敏感的最小流速，稱作儲(chǔ)集層敏感的臨界流 速，用Ve表示。速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的是確定臨界流

13、量，避免顆粒運(yùn)移對(duì)地層造成的傷害，在 有助于保護(hù)油氣層的同時(shí)確定合理的注采速度。4.2 .水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)水敏評(píng)價(jià)的目的是為了了解外來(lái)流體的礦化的與儲(chǔ)層中粘土物質(zhì)不配伍時(shí)， 引起粘土礦物水化膨脹，分散，運(yùn)移而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降的現(xiàn)象及其程度。水 敏實(shí)驗(yàn)是通過(guò)粘土膨脹實(shí)驗(yàn)陽(yáng)離子交換量來(lái)測(cè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。粘土膨脹實(shí)驗(yàn)是測(cè)量?jī)?chǔ)層敏感性的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)輔助實(shí)驗(yàn)，它是通過(guò)測(cè)定 巖樣水化后的線膨脹率來(lái)評(píng)價(jià)巖石的膨脹性及膨脹程度，可間接反應(yīng)粘土礦物對(duì) 儲(chǔ)層潛在傷害的影響程度。巖石中膨脹性粘土含量越高，表現(xiàn)出膨脹性越強(qiáng)，由 粘土礦物引起的儲(chǔ)層水敏性，鹽敏性傷害也將越嚴(yán)重。陽(yáng)離子交換容量是粘土礦物的重要性質(zhì)之一，不同粘

14、土礦物的陽(yáng)離子交換容 量不同。膨脹行粘土礦物含量越高，其陽(yáng)離子交換容量越大。陽(yáng)離子容量測(cè)定試 驗(yàn)也是儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)試驗(yàn)的一項(xiàng)輔助試驗(yàn)，通通過(guò)測(cè)定巖樣陽(yáng)離子交換容量， 也可間接反應(yīng)粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層潛在傷害的影響程度。巖石中膨脹性粘土含量越高, 表現(xiàn)出陽(yáng)離子交換容量也就越大，由粘土礦物引起的儲(chǔ)層水敏性，鹽敏性傷害也 將越嚴(yán)重。4. 3.鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)集層巖石孔隙中的地層水，不僅礦化度非常高，其中的礦物成分也非常復(fù) 雜。當(dāng)注入流體的鹽度與地層水十分接近時(shí)，儲(chǔ)層巖石就不會(huì)產(chǎn)生敏感，即儲(chǔ)層 滲透率不會(huì)因?yàn)樽⑷肓黧w而有所降低。但是，當(dāng)注入流體的鹽度與地層水差別較 大時(shí)，儲(chǔ)層巖石就會(huì)產(chǎn)生敏感，即儲(chǔ)層巖石滲透率

15、會(huì)因注入外來(lái)流體而有所降低。 把儲(chǔ)集層開始產(chǎn)生敏感的最大鹽度，稱作儲(chǔ)集層敏感的臨界鹽度。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室 做鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)就是要找到臨界鹽度，已使在實(shí)際油氣生產(chǎn)過(guò)程中，將注入流體 的鹽度控制在臨界鹽度之上，以免是儲(chǔ)集層產(chǎn)生降低油氣生產(chǎn)的能力。儲(chǔ)集層水敏性質(zhì)與儲(chǔ)集層鹽敏的性質(zhì)是聯(lián)系在一起的，如果儲(chǔ)層水敏，那么 下一步我們一定要做鹽敏實(shí)驗(yàn)。4.4 酸敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)酸敏性評(píng)價(jià)的目的在于了解酸化液與儲(chǔ)層巖石的配伍性，即反映它是改善地 層還是傷害地層，了解其對(duì)地層的改善程度或傷害程度，以便優(yōu)選酸液配方，提 高酸化效果，減小對(duì)儲(chǔ)層傷害度。4.5 .堿敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)堿敏性評(píng)價(jià)的目的是了解巖心滲透率隨流體 PK變化而變

16、化的現(xiàn)象，找出使 滲透率明顯下降的臨界PHS。油氣層保護(hù)自始至中貫穿于油氣勘探，開發(fā)，生產(chǎn)和作業(yè)過(guò)程中。油氣田開 發(fā)過(guò)程中所采取的增產(chǎn)措施均可能造成油氣儲(chǔ)層的傷害。如果造成儲(chǔ)層傷害后， 不僅僅會(huì)增加各類井下作業(yè)的工作量和成本，而且還會(huì)影響增產(chǎn)效果，甚至還會(huì) 影響此油區(qū)的最終采收率。因此，研究?jī)?chǔ)層巖石特征，分析和評(píng)價(jià)潛在敏感性， 找出儲(chǔ)層存在的各種敏感性特征以及評(píng)價(jià)敏感性程度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出防止 和減少傷害的可行性措施，對(duì)指導(dǎo)油田的開發(fā)和增產(chǎn)措施的實(shí)施，保護(hù)油層必要 的，這也是本文目的之所在。參考文獻(xiàn)1劉丁曾，王啟民，李伯虎.大慶多層砂巖油田開發(fā)M.北京：石油工業(yè) 出版社，1996.2李傳亮

17、.油藏工程原理M.北京：石油工業(yè)出版社，2005.3顏新林 周琪.張東地區(qū)沙三段儲(chǔ)層敏感性.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)：理工卷，2010.14葛家理.油氣層滲流力學(xué)M.北京：石油工業(yè)出版社，1982.5吳洪彪，畢艷昌，劉淑芬.注水開發(fā)油田地層壓力評(píng)價(jià)中的問(wèn)題分析 J. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001,20 (6) : 3436.6張樹林，趙銘海.地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)及其在油層保護(hù)中的應(yīng)用J.地質(zhì)科技情報(bào)，2002, 21 (3) : 4346.7王德民，廖廣志.大慶油田提高原油采收率技術(shù)綜述.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001; 20(2) : 9 138徐同臺(tái)，趙敏，熊友明，等.保護(hù)油氣層技術(shù)M.北京：石油工業(yè)出 版

18、社，2006.9蔣官澄，黃春，張國(guó)榮.疏松砂巖油藏保護(hù)新技術(shù)M.山東東營(yíng)：中 國(guó)石油大學(xué)出版社，2008.10張紹槐，羅平亞.保護(hù)儲(chǔ)集層技術(shù)M.北京：石油工業(yè)出版社，1993儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)前言孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石內(nèi)的孔隙和喉道類型，大小，分布以及相互聯(lián)通關(guān)系?？?隙為巖石顆粒包圍著的較大空間，喉道為兩個(gè)較大孔隙空間之間的連通部分?？?隙是流體存在于巖石的基本儲(chǔ)集空間，而喉道則是控制流體在巖石中滲流的重要 的通道。流體在自然界復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，都要經(jīng)歷一系列交替著的孔隙 和喉道。無(wú)論是油氣在二次運(yùn)移過(guò)程中油氣驅(qū)替孔隙介質(zhì)中所充滿的水時(shí)，還是 在開采過(guò)程中油氣從孔隙介質(zhì)中被驅(qū)替出來(lái)時(shí)，都受流動(dòng)通道

19、中最小斷面（即喉 道直徑）所控制。所以研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)油氣田的開采，開發(fā)都具有重大意 義。1 .儲(chǔ)層巖石的孔隙及其類型巖石顆粒間未被膠結(jié)物質(zhì)或其他固體物質(zhì)占據(jù)的空間統(tǒng)稱為空隙。地球上沒 有空隙的巖石是不存在的，只是不同巖石的孔隙大小，形狀和發(fā)育程度不同而已； 除砂巖顆粒間存在空隙外，碳酸鹽巖中可溶成分受地下水溶蝕后形成空隙；火成 巖由于成巖時(shí)氣體占據(jù)而形成孔隙；各種巖石在地應(yīng)力，構(gòu)造應(yīng)力及地質(zhì)作用后 產(chǎn)生裂縫（微裂縫）形成另一類形式的孔隙。空隙按照幾何尺寸大小或現(xiàn)狀可分 為孔隙（一般指砂巖），空洞（一般指碳酸鹽），和裂縫。由于孔隙是最普遍的形 式，所以?；\統(tǒng)地將空隙統(tǒng)稱為孔隙。巖石顆粒間未

20、被膠結(jié)物質(zhì)充滿或未被固體物質(zhì)占據(jù)的空間統(tǒng)稱為孔隙。所謂 的膠結(jié)是指將沉積物壓在一起的過(guò)程中，受壓力的作用，巖石的一些礦物慢慢溶 解在水里，于是含有礦物的水溶液就會(huì)滲入沉積物顆粒間的孔隙中。當(dāng)含有礦物 的水溶液中的礦物結(jié)晶時(shí)，沉積物顆粒被晶體粘在一起就叫做膠結(jié)。膠結(jié)物就是 指成巖期在巖石顆粒之間起粘連作用的化學(xué)沉淀物。根據(jù)不同研究目的，孔隙分類方案也有所不同。歸納起來(lái)大體有三種分類方 案：（1）按孔隙成因的分類，將孔隙分為原生，次生兩大類，每一類型又進(jìn)一步 細(xì)分為若干次一級(jí)類型；（2）按孔隙產(chǎn)狀分類（所謂產(chǎn)狀是指巖石結(jié)構(gòu)面的空間 幾何形態(tài)，包括走向，傾向和傾角三個(gè)要素），如將碎屑巖孔隙分為粒間孔

21、隙，粒 內(nèi)孔隙，微孔隙；（3）按孔隙大小分類，將孔隙分為超毛細(xì)管孔隙，毛細(xì)管孔隙和微毛細(xì)管孔隙等。其中，按孔隙成因分類有利于研究孔隙分布規(guī)律和孔隙預(yù)測(cè)， 按產(chǎn)狀和孔隙大小分類則有利于研究巖石的滲流性能。由于我們的專業(yè)是油氣田開發(fā)，對(duì)地質(zhì)方面了解較少，需要補(bǔ)充這方面的相 關(guān)知識(shí)。根據(jù)導(dǎo)師建議，這篇文章著重從地質(zhì)方面介紹孔隙類型。考慮到不同巖 類的孔隙特征有較大差異，在此分巖類進(jìn)行介紹。1.1 碎屑巖孔隙產(chǎn)狀與成因類型按碎屑巖孔隙的產(chǎn)狀，可將其分為兩大類，即狹義的孔隙和裂縫。進(jìn)一步分 為四小類：粒間孔隙，粒內(nèi)孔隙，填隙物內(nèi)孔隙和裂縫。按成因?qū)⑵浞譃樵?隙和次生孔隙兩大類，然后按產(chǎn)狀和幾何形狀進(jìn)

22、一部分類。（1）粒間孔隙粒間孔隙為顆粒之間的孔隙，包括原生粒間孔隙，粒間溶孔，鑄?？缀统?孔等。原生粒間孔隙：指在沉淀時(shí)期形成的顆粒之間的孔隙。在成巖演化過(guò)程中， 原生粒間孔隙由于正常壓實(shí)和膠結(jié)作用會(huì)減少。為此，巖石中的原生孔隙可分為 兩類：正常粒間孔隙空間（由于壓實(shí)作用而縮小但無(wú)任何填充物的孔隙），殘余粒問(wèn)孔隙（受到膠結(jié)但未完全堵塞的原始粒間孔隙）。粒間溶孔：指顆粒之間的溶蝕再生孔隙，主要是顆粒邊緣以及粒間膠結(jié)物和 雜基大部溶解所形成的分布于顆粒之間的孔隙。所謂的溶蝕是指，地表水和地下 水相結(jié)合，對(duì)以碳酸鹽為主的可溶性巖石化學(xué)溶解和侵蝕作用。這種溶孔，形態(tài) 多種多樣，有港灣狀，伸長(zhǎng)狀等。粒

23、間溶孔往往是在原生粒間孔隙或其他孔隙的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。因此，廣義的講，巖石中所見的粒間溶孔均是原生和次生的 混合孔隙。一般的，若粒間溶孔中次生溶蝕部分大于原生孔部分，則稱之為次生 粒間溶孔。鑄模孔：指顆粒，碎屑，或膠結(jié)物等被完全溶解而形成的孔隙，其外形與原 組分外形特征相同。（碎屑是指陸源區(qū)的母巖經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化作用或機(jī)械破碎所形成 的碎屑物質(zhì)）。超?？祝褐缚讖匠^(guò)相鄰顆粒直徑的溶孔。在超粒孔范圍內(nèi)，顆粒，膠結(jié)物 均被溶解，一般是在原生粒間孔隙的基礎(chǔ)上形成的，其次生部分多于原生部分。（2）粒內(nèi)孔隙顆粒內(nèi)部的孔隙包括原生粒內(nèi)孔，礦物解理縫，粒內(nèi)溶孔。原生粒內(nèi)孔：主要為巖屑內(nèi)的粒間微孔或噴出巖屑內(nèi)

24、的氣孔。粒內(nèi)溶孔：顆粒內(nèi)部由于溶解作用而形成的溶蝕孔隙，常沿解理縫發(fā)生溶解 作用。（所謂的解理是指礦物晶體受力后常沿一定方向的平面破裂，這種現(xiàn)象稱為 解理。）（3）填隙物內(nèi)孔隙填隙物內(nèi)孔隙包括雜基內(nèi)微孔隙，膠結(jié)物內(nèi)溶孔等。（所謂雜基是碎屑巖中與粗碎屑一起沉積下來(lái)的細(xì)粒填隙組分，它們是機(jī)械沉積產(chǎn)物而不是化學(xué)沉淀成 分。粒度小于0.05mm不同的巖類其粒度不同。碎屑巖中雜基的粒度要比砂巖粒 度大。)雜基內(nèi)微孔隙：為粘土雜基和碳酸鹽泥中存在的微孔隙。這種孔隙極為細(xì)小， 在所有的碎屑巖儲(chǔ)集巖中都或多或少存在這種微孔隙。這種孔隙雖可形成百分之 幾十的孔隙度，但由于孔隙半徑小，滲透率往往很低。這類孔隙的成

25、因有兩類： 其一為沉積雜基內(nèi)的原始微孔隙；其二為雜基遭受部分溶解作用形成的溶孔。膠結(jié)物內(nèi)溶孔及晶間孔：為膠結(jié)物內(nèi)發(fā)生溶解作用形成的溶孔及膠結(jié)物晶體 之間的殘留孔隙。(4)裂縫裂縫包括沉積成因的層面縫以及成巖和構(gòu)造作用形成的裂縫。1.2 碳酸巖鹽孔隙產(chǎn)狀與成因類型與碎屑巖相比，碳酸巖鹽的儲(chǔ)集空間更為復(fù)雜，不僅有狹義的孔隙，而 且還有裂縫和溶洞，儲(chǔ)集空間的大小和變化很大，既可以和巖石組構(gòu)有關(guān)，又可 以與巖石組構(gòu)無(wú)關(guān)。下面依次介紹。(1)粒間孔隙碳酸鹽巖的粒間孔隙是指碳酸巖顆粒之間的孔隙。包括：原生粒間孔隙：在顆粒含量高，顆粒呈支撐狀時(shí)粒間未被灰泥和膠結(jié)物填充的 部分?；夷?，又稱灰泥基質(zhì)，是碳酸鹽巖

26、基本組成成分之一。粒間溶孔：由于顆粒之間的灰泥或膠結(jié)物受溶解和顆粒邊緣被選擇性溶解所 形成的孔隙。(2)粒內(nèi)孔隙碳酸鹽巖的粒內(nèi)孔隙指碳酸鹽巖顆粒內(nèi)部的原生孔隙和粒內(nèi)溶孔。原生粒內(nèi)孔隙：通常指生物體腔孔隙，即生物死亡后，軟體部分腐爛溶解， 體腔未被全部填充而保存下來(lái)的孔隙。張力孔隙連通性差，有效孔隙度不高，但 常與生物碎屑粒間孔隙伴生，形成較好的儲(chǔ)層。粒內(nèi)溶孔：粒內(nèi)溶孔是指各種碳酸鹽巖顆粒內(nèi)部由于選擇性溶解，顆粒被局 部溶蝕而形成的孔隙。當(dāng)溶蝕作用擴(kuò)展到整個(gè)顆粒，形成與原顆粒形狀，大小完 全一致的鑄模時(shí)，可稱為顆粒鑄模孔隙。(3)基質(zhì)內(nèi)孔隙所謂基質(zhì)，是指有些巖石的礦物顆粒大小懸殊，大的顆粒散布在

27、小的顆粒之 中，地質(zhì)學(xué)中把大的礦物叫斑晶，小的礦物叫基質(zhì)?；|(zhì)內(nèi)孔隙包括灰泥內(nèi)孔隙，膠結(jié)物孔隙等?；夷鄡?nèi)孔隙：為碳酸鹽灰泥中存在的微孔隙。這種孔隙極為細(xì)小，由于孔隙 半徑中，滲透率往往很低。膠結(jié)物內(nèi)溶孔：為膠結(jié)物內(nèi)發(fā)生溶解作用形成的溶孔及膠結(jié)物晶體之間的殘留孔隙。(4)晶間孔隙晶間孔隙是指碳酸鹽巖礦物晶體之間的孔隙，大部分是由于白云巖成巖作用 形成的。白云巖是一種沉積碳酸鹽巖，主要是由白云石組成，呈灰白色，性脆， 硬度小。主要是由白云石構(gòu)成的巖石，但其中也含有方解石及粘土礦，具有晶粒 結(jié)構(gòu)，殘余結(jié)構(gòu)和碎屑結(jié)構(gòu)，由于其孔隙度較大，常為石油或地下水的理想儲(chǔ)層。 白云巖中晶間孔隙的發(fā)育主要是白云巖晶

28、體之間未被置換的碳酸鈣或石膏溶解所 致。(5)晶內(nèi)溶孔和晶體鑄?？紫毒?nèi)溶孔為晶體內(nèi)部被溶蝕而形成的孔隙。若整個(gè)晶體被溶蝕，形成了與原 晶粒形狀，大小相同的鑄模時(shí)，則稱為晶體鑄模孔隙。若整個(gè)晶體被溶蝕，形成 了與原晶粒形狀，大小相同的鑄模時(shí)，則稱為晶體鑄?？紫丁?6)通道孔隙通道孔隙是指橫向連續(xù)好且呈板狀或扁平狀通道的孔隙，為溶解作用成因。(7)裂縫裂縫是指碳酸鹽巖中十分重要的一類儲(chǔ)集空間，同時(shí)也是溝通碳酸鹽巖中各 種孔隙，溶洞的通道。(8)溶洞溶洞是指不受巖石組構(gòu)控制有溶解作用形成的較大的儲(chǔ)集空間，這類孔隙形 態(tài)不規(guī)則，大小不一，連通性各異。下面詳細(xì)說(shuō)明。晶洞：也稱孔洞，為直徑小于1cm勺溶

29、洞。小洞：為大于1cm且小于im勺溶洞。大洞：為大于im勺溶洞。有的溶洞可以很大，可達(dá)1.5-2m甚至更大。2喉道類型喉道為連通兩個(gè)孔隙的狹窄通道。每一個(gè)喉道可以連通兩個(gè)孔隙，而每一個(gè) 孔隙則可以和三個(gè)以上的喉道相連接，有的甚至和 6-8個(gè)喉道相連接。影響儲(chǔ)層滲 透能力的主要是喉道。而喉道的大小和形態(tài)主要取決于巖石的顆粒接觸關(guān)系，膠 結(jié)類型以及顆粒本身的形狀和大小。下面說(shuō)明喉道類型： 2.1孔隙縮小型喉道喉道為孔隙的縮小部分，這種喉道類型往往發(fā)育于以粒間孔隙為主的儲(chǔ)集層 巖石中，其孔隙和喉道較難區(qū)分。巖石結(jié)構(gòu)多以顆粒支撐，膠結(jié)物較少甚至沒有。 孔隙結(jié)構(gòu)屬于大孔粗喉，孔喉直徑必接近與 1。巖石孔

30、隙基本為有效孔隙。 2.2縮頸型喉道喉道為顆粒間可變斷面的收縮部分。當(dāng)顆粒被壓實(shí)而排列比較緊密或顆粒邊 緣被襯邊式膠結(jié)是，雖保留下來(lái)孔隙可以比較大，但顆粒間喉道卻大大變窄。此 時(shí)，儲(chǔ)集巖可能有較高的孔隙度，但滲透率卻可能較低。2.3 片狀喉道片狀喉道呈片狀或彎片狀，為顆粒之間的長(zhǎng)條狀通道，可分為窄片狀和寬片 狀兩種類型。這種孔隙結(jié)構(gòu)變化較大，可以是小孔極細(xì)喉道，受溶解改造作用也 可以是大孔粗喉型。2.4 管狀喉道孔隙與孔隙之間由細(xì)而長(zhǎng)的管子相連，具斷面接近圓形，一般是由溶蝕作用 而形成的，在縫洞性碳酸鹽巖中也可發(fā)育此類喉道。2.5 裂縫在裂縫性儲(chǔ)層中，裂縫相當(dāng)于較長(zhǎng)的板狀通道，連接孔隙或溶洞。

31、3孔喉的大小和分布3.1 孔隙和喉道的大小(1)超毛細(xì)管孔隙或喉道孔隙半徑或喉道半徑大于250um流體在其中可自由流動(dòng)，受毛細(xì)管力的影 響很小。(2)毛細(xì)管孔隙或喉道孔隙半徑(喉道半徑)介于2500.1um。流體在孔隙內(nèi)受毛細(xì)管力的影響。 因此，只有在外力克服本身的毛細(xì)管力時(shí)，流體才能在其中流動(dòng)，并遵循滲流力 學(xué)一般規(guī)律。(3)微毛細(xì)管孔隙或喉道孔隙半徑(喉道半徑)小于0.1um,可稱為微孔，微喉?？紫秲?nèi)分子間引力(毛 細(xì)管力)很大，在正常地層條件下，流體難于克服這種力而在其中發(fā)生流動(dòng)。因 此，對(duì)于油氣運(yùn)移和開采而言，微毛細(xì)管孔隙為無(wú)效孔隙。泥巖，砂巖雜基，碳 酸鹽巖基質(zhì)內(nèi)一般發(fā)育這種孔隙。3

32、.2 孔隙和喉道分布(1)峰型或模態(tài)a.單峰型單峰型在孔喉半徑頻率分布曲線上只有一個(gè)峰值，孔喉半徑呈近正態(tài)分布。b.雙峰或多峰型雙峰型或多峰型在孔喉半徑頻率分布曲線上有兩個(gè)或多個(gè)峰，反應(yīng)巖石具 有兩個(gè)或多個(gè)峰值。(2)分選型分選性反應(yīng)孔喉大小偏離某一標(biāo)準(zhǔn)值(中值或最大值)的程度。偏離越小， 孔喉分布越均一；反之，偏離越大，孔喉分布越不均一?？缀矸诌x性越好，越有 利于流體滲流。3.3 孔喉連通性(1)孔喉配位數(shù)孔喉配位數(shù)是連接每一個(gè)孔隙的喉道數(shù)量，通常以統(tǒng)計(jì)結(jié)果的平均數(shù)來(lái)表 示。這是反應(yīng)孔隙聯(lián)通狀況的重要參數(shù).(2)孔喉平均直徑比孔喉平均直徑比為孔隙平均直徑與喉道平均直徑的比值，反映孔隙和喉道之

33、 間的大小差別，也是孔隙連通程度的一種反映。本文粗淺談?wù)摿藘?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，主要從地質(zhì)的角度，從巖石分類 來(lái)分析儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，這是這一階段以來(lái)學(xué)習(xí)的一個(gè)匯報(bào)，如有不足，懇請(qǐng)指正。1楊勝來(lái)，魏俊之.油層物理學(xué)M.石油工業(yè)出版社.2張連元.鹽湖油田原始含油飽和度研究J.江漢石油科技.2007.01.3畢研斌，石江萍.常規(guī)測(cè)井資料解釋含油飽和度厚度的校正J.斷塊油氣田.2005.4陳康，趙新軍.確定儲(chǔ)層含油飽和度的測(cè)井一毛管資料綜合法J.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào).1995.5朱家俊等.也談壓汞資料與含油飽和度的關(guān)系J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā).2003.6計(jì)中權(quán)，朱琪昌，鄒錫鄂.含粘土礦物巖心有效孔隙度和油

34、水飽和度的測(cè)定 J.石油勘探與開發(fā).1986.7楊克兵，張善成，黃文革.密閉取心井巖石飽和度測(cè)量數(shù)據(jù)校正方法J.測(cè)井技術(shù).1998.8謝國(guó)安，程仙梅，沈培森.應(yīng)用微波測(cè)定巖心油水飽和度.大慶石油地質(zhì)與 開發(fā)J.1993.9程仙梅，劉玉，張洪慶.低孔滲儲(chǔ)層油水飽和度測(cè)試方法研究J.大慶高 等專科學(xué)校學(xué)報(bào),1995.10黃福堂，程仙梅，沈培森，伊慶安.儲(chǔ)層油水飽和度分析方法評(píng)價(jià)與影響 分析結(jié)果的因素研究J.石油勘探與開發(fā),1992.11何更生.油層物理M.石油工業(yè)出版社.淺談非牛頓流體的滲流理論基本概念服從牛頓粘性定律的流體稱為牛頓流體，所有氣體和大多數(shù)液體 都屬于這一類。水，酒精等大多數(shù)純液體，

35、輕質(zhì)油，低分子化合物溶 液以及低速流動(dòng)的氣體均是牛頓流體。高分子聚合物的濃溶液和懸浮 液一般是非牛頓流體。從流體力學(xué)的角度，凡是服從牛頓內(nèi)摩擦定律 的流體稱為牛頓流體，否則稱為非牛頓流體。所謂服從牛頓內(nèi)摩擦定 律是指在溫度不變的情況下，隨著流體梯度的變化，值始終保持是常數(shù)。度量液體粘滯性大小的物理量，簡(jiǎn)稱為粘度。物理意義是產(chǎn)生單 位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力。早在人類出現(xiàn)之前，非牛頓流體就已 存在，因?yàn)榻^大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體，而且 非牛頓流體在化工方面宜屬常見。牛頓粘性定律的表達(dá)式為：dy(1-1)其中口為牛頓粘度丁為在剪切平面平行于流動(dòng)平面的剪切應(yīng)力, 叱垂直于剪切平面的

36、剪切速率。dy二.非牛頓流體的分類F面是牛頓流體與非牛頓流體的流變圖圖牛頓流體與非牛頓流體的流變圖根據(jù)流體的流變方程式，將非牛頓流體分類為：假蒙性流體f無(wú)屈服應(yīng)力!盧時(shí)間無(wú)關(guān)I法塑性流體.粘性流體I有屈服應(yīng)力一翼漢英性流體觸變性濫體.”曄*美流黃拄(負(fù)觸變性)藻體L粘彈性流體.下面做扼要的介紹。1 .與時(shí)間無(wú)關(guān)的流體，在流變圖上來(lái)看 丁對(duì)叱的曲線或是通過(guò)原點(diǎn) dy的曲線，或是不通過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖中 b, c, d圖線所示。對(duì)于 b, c這樣的曲線來(lái)講，斜率是變化的。因此，對(duì)與時(shí)間無(wú)關(guān)的粘性流 體來(lái)講，粘度一詞便失去了意義。但是這些特定的曲線在任一特定點(diǎn) 上都有一定的斜率，故與時(shí)間無(wú)關(guān)的粘性流

37、體來(lái)講，指在特定的剪切 速率下，有一個(gè)表觀粘度值。即aPp =-表觀粘度是剪切速率的函數(shù)，不依賴時(shí)間的非牛頓液的 ppr流變特性只依賴于剪切應(yīng)力的大小而不依賴于剪切應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間。這樣的流體可分為：(1) 假塑性流體。這種流體的表觀粘度隨剪切速率的增大而 減小，其中的曲線關(guān)系為一下降的曲線，該曲線可用指 數(shù)方程式表示：n7、t = -K()(1-2)dy大多數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān)的粘性流體都屬于此類型，其中包括 聚合物溶液，油脂，淀粉懸浮液，油漆等。(2) 漲塑性流體。這種流體與假塑性流體相反，這種流體的 表觀粘度隨剪切速率的增加而增大，其關(guān)系曲線為一上 升的曲線。如曲線c所示。漲塑性流體比假塑性流體少

38、 的多，如玉米粉，糖溶液，濕沙和某些高濃度的粉末懸 浮液等均屬此類流體。(3) 賓漢流體。這種流體的曲線關(guān)系如 d所示，它的斜率固定，但不通過(guò)原點(diǎn).該線的截距%為屈服應(yīng)力。這種流 體的特性是當(dāng)剪切力超過(guò)屈服應(yīng)力之后才開始流動(dòng)，開始流動(dòng)之后其性能象牛頓流體一樣。屬于此類的流體有 紙漿，牙膏，肥皂等。塑性流體的流變特性為：d J， 、-。+飛吧(1-3)dy2 .與時(shí)間有關(guān)的粘性流體在一定的剪切速率，表觀粘度隨剪切力作用 時(shí)間延長(zhǎng)而較大或升高的流體?？煞譃閮深悾?1)觸變性流體：這種流體的表觀粘度隨剪切力作用時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，屬于此類流體 如某些高聚物溶液，某些食品和油漆等。從流體力學(xué)的角度上看，

39、在 一定剪切速度下，隨時(shí)間增加而切應(yīng)力下降，即粘度降低，由稠變 稀，到達(dá)某一時(shí)刻以后，切應(yīng)力不再變化，形成動(dòng)平衡。(2)震凝性流體：這種流體的表觀粘度隨剪切力作用時(shí)間的延長(zhǎng)而增高，此類流體有 某些溶膠和石膏懸浮液等。從流體力學(xué)的角度分析，在一定剪切速度 下，隨時(shí)間增加而切應(yīng)力上升，即粘度增大，由稀變稠，到達(dá)某時(shí)刻 后，切應(yīng)力不再發(fā)生變化，形成動(dòng)態(tài)平衡。3 .粘彈性流體。粘彈性流體即具有粘性，又有彈性。此類流體介于粘性流體和彈性 流體之間，它們同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘性。在不超過(guò)屈服強(qiáng)度的情況下 剪切力去除以后，其變形能部分的復(fù)原。屬于此類流體的有面粉團(tuán)， 凝固汽油和瀝青等。4 .哥律流體。如圖中a,

40、 b, c這樣的流體。為了模擬和計(jì)算的目的，大部分描 述剪切稀釋或剪切增稠特性的哥律流變模型都是用Ostwald-dewaele哥律模型，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于擬合流變數(shù)據(jù)是有用的，因?yàn)榇罅康募羟?增稠和剪切稀釋流動(dòng)是表示為如下形式： n .=Hr(1-6)H 粘度指數(shù)；n無(wú)量綱流動(dòng)特性指數(shù)。上式方程是“大概是所有流變學(xué)中最廣泛的使用的方程”，哥律 的號(hào)召力是明顯的，當(dāng)n=1,方程14-4就表示粘度為H的牛頓流 體，對(duì)于0< n < 1,方程表示的是擬塑性液體的流變特征；對(duì)于n >1,方程表示的是漲塑性流體。因此，指數(shù) n是液體的非牛頓特 性程度的度量。由此，我們可以給出哥律液體的“表觀粘度” n 1 .=h r哥律模型是簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)曲線擬合的一個(gè)嘗試，甚至方程(1-6)可 能不適合一些液體的剪切速率的整個(gè)范圍，但是在剪切速率的更 廣泛的范圍內(nèi)，表達(dá)式對(duì)于兩個(gè)參數(shù)的流變數(shù)據(jù)的擬合是非常有 用的。三.非牛頓流體的研究方法非牛頓流體的研究方法與牛頓流體的研究方法類似，在管流中連 續(xù)性方程，伯努利方程，動(dòng)量方程以及劃分流動(dòng)狀態(tài)的依據(jù)都一樣在 分析時(shí)應(yīng)用力學(xué)分析方法也是一樣的。區(qū)別僅在于所依據(jù)流變方程式 各有不同，雷諾數(shù)也不相同。四.賓漢流體1 .賓漢流體具有一下特點(diǎn)：(1) 賓漢流體的流變性與牛頓流體不同，受力后，不能立