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 第一章儲層巖石的物理特性 油氣儲層為地下深處多孔巖層，因此油氣地下儲集空間的特征儲層多孔介質的結構、性質決定了油藏的賦存特點、油氣的儲存豐度與儲量、油氣井的產(chǎn)能，也決定了油藏開發(fā)的難易程度和最終效果。研究和把握儲層物性是認識儲層、評價儲層、保護和改造儲層的基礎，是從事石油勘探、鉆井、油田開發(fā)開采及提高油氣采收率工作所必需把握的基礎知識。 石油與自然氣儲層主要為沉積巖儲集層，而沉積巖又分為碎屑巖和碳酸鹽巖儲集層（表51）。世界上主要含油氣區(qū)的儲集層多為碎屑巖儲集層，它包括各種類型的砂巖、礫巖、礫砂巖以及泥巖。碎屑巖儲集層分布廣、物性好

2、，是主要的儲層巖石。 碳酸鹽巖儲集層是另一類重要的油氣儲集層。根據(jù)全球資料統(tǒng)計，以碳酸鹽巖為儲集層的油氣儲量，約占總儲量的一半，油產(chǎn)量達到總產(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)，我國也發(fā)現(xiàn)了一批碳酸鹽巖油氣藏。實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象。 表51儲層巖石的分類與實例 砂巖儲層是由砂粒沉積并經(jīng)膠結物膠結而成的多孔介質，顆粒固體物質構成骨架，顆粒之間存在的間隙為空隙或稱孔隙。本篇研究砂巖的粒度組成、比面等骨架性質，以及孔隙性、滲透性、飽和度、壓縮性、熱學性質、電學性質、放射性、聲學特性等各種性質。 這些

3、性質或參數(shù)并非一成不變的，而是受鉆井、開發(fā)開采作業(yè)的影響，儲層敏感性(速敏、水敏、酸敏等)及其評價問題，也是本篇研究的一個內容。 第一節(jié)儲層多孔介質的幾何特性 本章主要介紹儲層巖石的顆粒粒度、孔隙性與流體飽和度等，這些都與多孔介質的幾何特性有關。 1 砂巖的構成 砂巖是由性質不同、外形各異、大小不等的砂粒經(jīng)膠結物膠結而成的。儲層性質主要受顆粒的大小、外形、排列方式、膠結物的成分、數(shù)量、性質以及膠結方式的影響。地質師可以根據(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)和曲線評價儲層的優(yōu)劣。這里先研究砂粒的粒度與儲層物性間的關系。 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。巖石顆粒的大小稱為粒度，用其直徑來表示（單位mm或m）。按砂粒大小范圍所分的組稱為粒級。劃分粒級的方法好多，表52是常見的一種。 表52 粒級的劃分 砂巖的粒度組成是指不同粒徑范圍（粒級）的顆粒占全部顆粒的百分數(shù)（含量），尋常用質量百分數(shù)來表示。一般用篩析法和沉降法來測定砂巖的粒度及粒度組成。 (1)篩析法 篩析法是將由粗至細的一套篩子疊放、固定在震動篩分機上，對已破碎、分解的巖石顆粒進行篩析，每一個篩子的篩上剩余顆粒質量可由天 平稱得，得到顆粒粒級質量分布。 篩子的篩孔尺寸有兩種表示方法：（1）以每英寸長度上的孔數(shù)表示

5、，稱為目或號，例如200目表示每英寸長度上有200孔；（2）以毫米直接 來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，例如相鄰兩級篩孔孔眼大小的級差為4 2或2。顯然，粒度分級取決于該套篩 子的尺寸。 儲層砂巖顆粒的直徑一般在10.01mm 之間。例如，L 油田巖樣的篩分結果見表53。(2)沉降法 最細一層篩子篩下的顆粒是極細的軟泥，需要再細分其粒級時，可采用沉降法（用于確定巖樣中小于7253m 的粒級含量）。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，因而到達底部所需時間不同。 假設（1）砂巖顆粒堅硬、為球形顆粒； （2）微粒在粘性、不可壓縮液體中的運動相當緩慢，且距離

6、容器壁及底面為無窮遠； （3）微粒以恒速沉降；微粒在沉降時呈單粒分散； （4）在運動著的微粒與分散介質之間介面上，不發(fā)生滑動。 在上述假設條件下，根據(jù)流體力學斯托克公式，顆粒的沉降速度為： ) 1(182-=L s gd V （51） 由此導出粒徑的計算式： )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 液體的運動粘度，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得。假如再測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，并用計數(shù)法測出直徑d 的顆粒在顆粒中所占的個數(shù)百分比。 閱歷說明，當顆粒直徑為50100m 時，該方法有足夠的精度。此外，顆粒的濃度對顆粒在分散液中下沉速度影響較大，測定時要求巖石顆粒在懸浮液中的重量濃度不超過1。 篩析法或沉降法所得出的粒徑d 值只是一個范圍，它們比上一級篩孔的直徑d 1小，又比下一級篩孔的直徑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。 對于較

8、致密的細粒巖石，還可以制成巖石薄片用顯微鏡觀測或圖像分析儀器測定其粒度組成。近年來國內外研制和使用了多種基于光學原理的顆粒直徑測定方法和儀器。 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數(shù)，即任一粒級顆粒在巖石中的含量。曲線尖峰越高，說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，上升段越陡說明巖石顆粒越均勻。利用該曲線，可以根據(jù)一些特征點來求得粒度參數(shù)，進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形態(tài)見圖53（m i 為質量百分比，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) 累計分布曲線上累積重量60所對應的顆粒直徑d 60與累積重量10所對應的顆粒直徑d l0之比稱為不均勻系數(shù)，即： 1060/d d = (54) 儲層巖石的不均勻系數(shù)一般

10、在120之間。對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25，50，75三個特征點將累積曲線劃分為四段，特拉斯特取兩個特征 點定義分選系數(shù)為： 2575 d d S = (55) 式中：d 25累積分布曲線上25處所對應的顆粒直徑，mm ； d 75累積分布曲線上75處所對應的顆粒直徑，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)標準偏差 ?？?、沃德等人提出用正態(tài)分布標準偏差的大小來劃分顆粒分選性的等級，其公式如下： 6.6) (4)(5951684-+-= (56) 式中：i 第i

11、 種粒級直徑取以2為對數(shù)的值， i i i d d 1log log 2 2=-= d i 第i 種粒級處的顆粒直徑（即累計曲線上95、84、16、5處所對應的直徑），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)評價顆粒的分選性效果對比理想，它是對比常用的粒度參數(shù)之一。表55說明，標準偏差越小，巖石分選性越好。 表55 按標準偏差劃分的分選等級(據(jù)?？撕臀值拢?957) 4、幾種平均粒度 （1）粒度中值d 50：累積分布曲線上質量50%所對應的顆粒直徑，mm （2）粒度平均值d m ：用幾個

12、特征點的顆粒直徑進行算術平均，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）不存在粒度問題，由于其骨架顆粒、膠結物及孔隙充填物基本上都是一致物質，無法將它們分為單個顆粒。 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（又稱比面）來描述， 所謂比面是指單位體積巖石內孔隙總內表面積或單位體積巖石內巖石骨架的總表面積。其表達式如下： V A S = (58) 式中：S 巖石比面，cm 2cm 3； A 巖石孔隙的總內表面積，cm 2； V 巖石外表體積(或稱為視體積)，cm 3。 當顆粒間是點接觸時，巖石孔隙的總內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，其比面應為S 8?4R 2(4R )32R 。