油層物理學(xué)課件(好用)

1、第一節(jié)第一節(jié) 儲(chǔ)集巖的孔隙空間和儲(chǔ)集巖的孔隙空間和孔隙類型孔隙類型 一、一、 儲(chǔ)集巖的孔隙空間和孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集巖的孔隙空間和孔隙結(jié)構(gòu) 巖石中未被礦物顆粒、膠結(jié)物或其它固體物質(zhì)填集的空間稱為巖石的孔隙空間。巖石孔隙空間，最主要的構(gòu)成是孔隙和喉道。巖石顆粒包圍著的較大空間稱為孔隙，而僅僅在兩個(gè)顆粒間連通的狹窄部分稱為喉道。 砂巖儲(chǔ)集巖的孔隙大小和形狀取決于砂子顆粒相互接觸的關(guān)系以及后來的成巖后生作用所發(fā)生的變化?？紫逗淼赖拇笮『托螒B(tài)主要取決于砂巖的顆粒接觸類型和膠結(jié)類型，砂巖顆粒本身的形狀、大小、圓度和球度也對(duì)孔隙及喉道的形狀有直接影響。 孔隙分為連通孔隙、死胡同孔隙、微毛細(xì)管束縛孔隙和孤立的孔隙四

2、種，其中連通孔隙是有效的。 圖1-1-1 砂巖儲(chǔ)集巖的孔隙和喉道1-連通孔隙；2-喉道；3-死胡同孔隙；4-微毛細(xì)管束縛孔隙；5-顆粒；6-孤立的孔隙 孔隙與喉道的相互配置關(guān)系，每一支喉道可以連通兩個(gè)孔隙，而每一個(gè)孔隙則至少可以和三個(gè)以上的喉道相連接，最多有的可以與六個(gè)到八個(gè)喉道相連通?？紫斗从沉藥r石的儲(chǔ)集能力，而喉道的形狀、大小則控制著孔隙的儲(chǔ)集和滲透能力。 碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間比較復(fù)雜，次生變化非常強(qiáng)烈，可以產(chǎn)生大量次生孔隙，再加上裂縫常常很發(fā)育，使碳酸鹽巖儲(chǔ)集層具有巖性變化大、孔隙類型多、物性變化無規(guī)律等特點(diǎn)。 碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間包括孔隙、洞穴和裂縫空間?？紫犊梢匀菁{油氣，并在一定程度上起

3、到連通作用。裂縫分布不規(guī)則，在裂縫發(fā)育的地層也具有容納油氣的能力，但主要起連通作用。洞穴往往與裂縫共生，在洞穴發(fā)育的儲(chǔ)層中，它也是一種儲(chǔ)集油氣的空間。 圖1-1-2 碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間1-基質(zhì)孔隙；2-喉道；3-裂縫；4-洞穴；5-基質(zhì) 碳酸鹽儲(chǔ)集巖中，除由于溶洞、裂縫及次生孔隙的發(fā)育，因此其孔隙結(jié)構(gòu)有特殊性。 碳酸鹽儲(chǔ)集巖中，孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔、洞、縫的大小、形狀和相互連通關(guān)系。二、二、 砂巖儲(chǔ)集巖的孔隙類型砂巖儲(chǔ)集巖的孔隙類型 粒間孔粒間孔、溶蝕孔溶蝕孔、微孔隙微孔隙和裂隙裂隙。前三種類型與巖石結(jié)構(gòu)有關(guān)，裂隙則可與其它任何孔隙共生。 砂巖中存在四種基本孔隙類型： 所有的砂巖最初都有

4、粒間孔，常常是滲透好、孔喉大。溶燭孔是由于碳酸鹽、長(zhǎng)石、硫酸鹽或其它易溶物質(zhì)的溶解造成的。具溶蝕孔隙的砂巖儲(chǔ)集性可以從極好到極差，這取決于孔隙和喉道的大小以及孔隙空間的相互連通性。孤立的溶孔并不會(huì)改善滲透能力。對(duì)低滲透巖石來說，當(dāng)溶孔互不連通時(shí)，它的滲透率仍然很低。含有較多粘土礦物的砂巖則有大量的微孔隙，其特征常常是高比面、小孔徑；低滲透性和高含水飽和度，并且對(duì)淡水的粘土膨脹靈敏度增加。裂隙只占總孔隙空間的百分之幾，但它將提高任何一種儲(chǔ)集巖的滲濾能力。 孔隙類型及孔隙幾何形狀均隨成巖作用而發(fā)生變化。從大孔隙演變成微孔隙；礦物被溶解而形成孔隙；以及孔隙從部分到全部被沉淀礦物所占據(jù)。 孔隙類型很少

5、是單一的，大多數(shù)儲(chǔ)集巖中有多種孔隙類型共存，構(gòu)成不同的孔隙組合。 （1）粒間孔隙粒間孔隙 砂巖為顆粒支撐或雜基支撐，含少量膠結(jié)物，在顆粒問的孔隙稱為粒間孔隙。以粒間孔隙為主的砂巖儲(chǔ)集巖，其孔隙大、喉道粗、連通性較好。無論從儲(chǔ)集能力或滲濾能力的觀點(diǎn)來看，最好的砂巖儲(chǔ)集巖是以粒問孔隙為主的。 （2 2）雜基內(nèi)的微孔隙）雜基內(nèi)的微孔隙 包括泥狀雜基沉積在石化時(shí)收縮形成的孔隙及粘土礦物重結(jié)晶晶間孔隙。高嶺土、綠泥石、水云母及碳酸鹽泥雜基中均具此類孔隙。雜基內(nèi)的微孔隙極為細(xì)小，寬度一般小于O.2微米。此種孔隙雖然可以形成百分之十幾的孔隙度，但滲透能力極差。雜基內(nèi)的微孔隙幾乎在所有的砂巖中均有分布。 （3

6、 3）礦物解理縫和巖屑內(nèi)粒間微孔）礦物解理縫和巖屑內(nèi)粒間微孔 長(zhǎng)石和云母等解理發(fā)育的礦物常見有片狀或楔形解理縫，其寬度大都小于O.l微米。此類微孔隙的儲(chǔ)集特征比雜基內(nèi)的微孔隙更差，因?yàn)樗３室欢顺ㄩ_的“死胡同孔隙”，故它一般是不含烴的無效孔隙。 （4 4）紋理及層理縫）紋理及層理縫 在具有層理和紋層構(gòu)造的砂巖中，由于不同細(xì)層的巖性或顆粒排列方向的差異，沿紋理成層理常具縫隙，儲(chǔ)滲意義不大。 （5 5）溶蝕孔隙）溶蝕孔隙 溶蝕孔隙是由碳酸鹽、長(zhǎng)石、硫酸鹽或其它可溶組分溶解而形成的?？扇芙M分可以是碎屑顆粒、白生礦物膠結(jié)物或者交代礦物。 1）溶孔溶孔 不受顆粒邊界限制，邊緣呈港灣狀，形狀不規(guī)則。 2

7、2）顆粒內(nèi)溶孔和膠結(jié)物內(nèi)溶孔）顆粒內(nèi)溶孔和膠結(jié)物內(nèi)溶孔 早期易溶礦物交代顆粒后被溶解形成粒內(nèi)溶孔。如早期碳酸鹽局部交代了長(zhǎng)石，后來碳酸鹽被溶解，致使長(zhǎng)石具晶內(nèi)溶孔或呈蜂離狀。 3 3）鑄?？祝╄T模孔 包括顆粒的鑄?？缀土ｉg易溶膠結(jié)物的鑄模孔。 溶蝕孔隙又可以分成以下幾種類型: 由于溶蝕孔隙往往是在原生粒間孔隙或其它孔隙的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，故實(shí)際上不好區(qū)分。尤其是當(dāng)原生粒間孔隙和次生溶蝕孔隙同時(shí)存在時(shí)，更是如此。僅具溶蝕孔隙的砂巖的儲(chǔ)集性變化很大，可以從差到很好。（6 6）晶體再生長(zhǎng)晶間隙、膠結(jié)物的晶間孔）晶體再生長(zhǎng)晶間隙、膠結(jié)物的晶間孔 在許多致密砂巖中，石英的再生長(zhǎng)明顯地減少了原生的粒間孔隙

8、，最后只在再生長(zhǎng)的晶體之間保留了細(xì)小的四面體孔或片狀縫隙(喉道)。石英再生長(zhǎng)可以很明顯地降低孔隙空間和滲透能力，有時(shí)幾乎可以填滿全部孔隙。 （7 7）裂縫孔隙）裂縫孔隙 由于構(gòu)造力作用而形成的微裂縫有時(shí)可以十分發(fā)育。微裂縫呈細(xì)小片狀，縫面彎曲，繞過顆粒邊界，其排列方向受構(gòu)造力控制。在砂巖儲(chǔ)集巖中，裂縫寬度一般為幾微米到幾十微米。 僅由裂縫造成的孔隙度很小，通常小于1，但能提高儲(chǔ)集層的滲透能力。裂縫性儲(chǔ)集層的初產(chǎn)量一般較高，如果沒有良好的孔隙層，則產(chǎn)量很快就會(huì)下降。 圖1-1-3 砂巖儲(chǔ)集巖的孔隙類型示意圖三、三、 碳酸鹽巖的孔隙類型碳酸鹽巖的孔隙類型 碳酸鹽巖孔隙的分類及命名，喬奎特等按受組構(gòu)

9、控制及不受組構(gòu)控制將碳酸鹽巖孔隙劃分為三大類十五種基本類型，如圖1-1-4所示。圖圖1-1-4 1-1-4 碳酸鹽巖的孔隙分類命名碳酸鹽巖的孔隙分類命名（據(jù)（據(jù)Choquette; p.p.w.& pray, L.C., 1970Choquette; p.p.w.& pray, L.C., 1970） 他們認(rèn)為，大多數(shù)碳酸鹽巖僅具有微小的孔隙，但其孔隙主間對(duì)油氣聚集作用卻不相同。不同的孔隙類型具有不同的分布特征及含油氣特點(diǎn)。因此，對(duì)孔隙類型就會(huì)有助于勘探布署。 此外，在碳酸鹽沉積物的成巖及后生變化過程中，孔隙的形成、變化和消失可以造成不同類型的孔隙。 （1）原生孔隙原生孔隙 這

10、是沉積時(shí)形成的孔隙，成巖過程中可能產(chǎn)生一定的變化。這種孔隙主要受碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)組分所控制，其中顆粒因素是主要的。原生孔隙可分為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、晶間孔隙、殼體掩蔽孔隙和生物骨架孔隙等五種。（2）溶蝕孔隙溶蝕孔隙 指沉積過程及成巖后由于溶解作用所形成的孔隙。地下水的溶解作用往往在沉積過程中就已開始進(jìn)行，并延續(xù)到成巖作用結(jié)束。在這個(gè)階段，地層中原生孔隙發(fā)育時(shí)，地下水大都比較活躍，并通過溶蝕而使孔隙進(jìn)一步增加。成巖作用結(jié)束后，溶蝕孔隙仍可繼續(xù)發(fā)育。尤其在不整合侵蝕面附近，由于處于滲流帶及潛流帶上部水文條件下，使得地下水在原生的孔隙發(fā)育帶更為活躍。加上地表水的不斷補(bǔ)充，因而在不整合面附近往往形成極為

11、發(fā)育的溶燭孔隙，有時(shí)可具有極高的產(chǎn)能。 粒間及品間溶蝕孔隙、鑄模孔隙、窗格孔隙、溝道、晶洞、洞穴和角礫孔隙。 溶蝕孔隙有以下幾種類型：粒間及品間溶蝕孔隙、鑄模孔隙、窗格孔隙、溝道、晶洞、洞穴和角礫孔隙。 （3）生物鉆孔和潛孔孔隙生物鉆孔和潛孔孔隙 這種孔隙多在沉積及成巖過程中形成。 （4 4）收縮孔隙）收縮孔隙 由于沉積物的收縮作用而形成的孔隙。 （5 5）裂縫）裂縫 裂縫一般是由于構(gòu)造作用或成巖作用而形成的。裂縫的長(zhǎng)度可以由幾厘米到幾公里不等。寬度也可由幾毫米到幾十厘米，但微裂縫的寬度僅數(shù)十微米。一般說來，大裂縫延伸遠(yuǎn)，方向穩(wěn)定，與油氣儲(chǔ)集關(guān)系更為密切。 在一千米深度以下，裂縫寬度可能不超過

12、0.1毫米。裂縫孔隙度通常為0.5-0.6，很少超出l-2。若一千立方厘米正方體中有10條0.l毫米寬的裂縫時(shí)，其裂縫孔隙度僅為1。 據(jù)馬斯凱特(Masket,M.,1949)計(jì)算，當(dāng)裂縫寬度超過0.035毫米時(shí)，裂縫地層的產(chǎn)量就超過無裂縫地層簡(jiǎn)單徑向流動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)量；當(dāng)裂縫寬度為0.5毫米時(shí)，裂縫本身所運(yùn)載的流體就占了灰?guī)r一裂縫系統(tǒng)組合流量的90；當(dāng)裂縫寬度大于l毫米時(shí)，絕大部分的油層流體是由裂縫通過的。碳酸鹽儲(chǔ)集巖中裂縫發(fā)育的多少及寬度對(duì)產(chǎn)能的影響是何等的重要。第二節(jié)第二節(jié) 儲(chǔ)集巖的孔隙度儲(chǔ)集巖的孔隙度 孔隙空間有可能包含流體，如象水、液體或氣態(tài)碳?xì)浠衔铮@些流體可以沿著孔隙空間流動(dòng)。巖石

13、被稱為多孔性的和可滲透性的。 一、一、 儲(chǔ)集巖孔隙度的概念儲(chǔ)集巖孔隙度的概念 為了衡量?jī)?chǔ)集巖孔隙性的好壞和孔隙發(fā)育程度，并表征巖石中孔隙總體積的大小，提出了巖石孔隙度(或孔隙率)的概念。 孔隙度為巖石孔隙的總體積與巖石總體積之比，常用百分?jǐn)?shù)表示。圖1-2-1 儲(chǔ)集層巖石的總體積（V總）與基質(zhì)體積（V基）和孔隙體積（V孔）孔隙度可表示為： 式中為孔隙度，；VT為儲(chǔ)集巖的總體積；Vp為孔隙體積；Vm為基質(zhì)顆粒體積。 孔隙度分為:絕對(duì)孔隙度、連通孔隙度、有效(含烴)孔隙度和流動(dòng)孔隙度。 絕對(duì)孔隙度絕對(duì)孔隙度是指巖石中未被碎屑物質(zhì)或填隙物充填的空間與巖石總體積之比。 連通孔隙度連通孔隙度是指巖石中相互

14、連通的孔隙體積與巖石總體積之比。 巖石的有效巖石的有效( (含烴含烴) )孔隙度孔隙度是指巖石中烴類體積與巖石總體積之比。巖石的有效(含烴)孔隙度僅是連通孔隙度中含烴類的哪一部分。 流動(dòng)孔隙度流動(dòng)孔隙度是指巖石中能夠在一般壓差下流動(dòng)的哪一部份液體體積與巖石總體積之比?？呻S壓差不同而改變。 連通孔隙度連通孔隙度稱為有效孔隙度，這兩個(gè)名詞在一般情況下是具有相同意義，但對(duì)于氣層或稠油儲(chǔ)層，“連通”和“有效”則不能相提并論。 絕對(duì)孔隙度大于連通孔隙度，再依次是有效(含烴)孔隙度和流動(dòng)孔隙度。 二、二、 理想介質(zhì)的孔隙度理想介質(zhì)的孔隙度 理想介質(zhì)理想介質(zhì)，是指由等直徑或幾種等直徑的球形顆粒組成的巖石。

15、對(duì)大小均勻等直徑球形顆粒組成的多孔介質(zhì)的兩種情況的孔隙度作了計(jì)算，=47.6%，最緊密的菱面體排列的孔隙度，=25.96%。 同一種直徑的顆粒所組成的理想多孔介質(zhì)來，孔隙度僅是顆粒排列的函數(shù)，而與顆粒的大小無關(guān)。 兩種顆粒尺寸所組成的立方體填集的孔隙度，孔隙度近似為12.5%。 實(shí)際儲(chǔ)集巖孔隙中有各種填隙物，其孔隙度要比理想介質(zhì)的孔隙度來得小，且變化大。圖1-2-2 球粒呈立方體和菱面體排列（a）立方體最寬敞 （b）菱面體最緊密圖1-2-3 立方體填集（兩種顆粒尺寸）12.5%三、三、 實(shí)際巖石的孔隙度實(shí)際巖石的孔隙度 實(shí)際巖石的孔隙度較理想介質(zhì)的孔隙度遠(yuǎn)為復(fù)雜。其數(shù)值可以從小于1到40左右。

16、實(shí)際儲(chǔ)集巖的孔隙度受膠結(jié)物的影響很大， 根據(jù)我國(guó)各油氣田的統(tǒng)計(jì)資料，實(shí)際儲(chǔ)油氣層儲(chǔ)集巖的孔隙度范圍大致為： 致密砂巖 孔隙度白1-l0； 致密碳酸鹽巖 孔隙度1-5； 中等砂巖 孔隙度自l0-20； 中等碳酸鹽巖 孔隙度自5-10； 好的砂巖 孔隙度自20-35； 好的碳酸鹽巖 孔隙度自l0-20。 儲(chǔ)集巖的孔隙度與顆粒大小有密切關(guān)系。作為良好的儲(chǔ)油巖主要是中粒和細(xì)粒砂巖。粗砂巖和粉砂巖大都是較差的儲(chǔ)集巖。該層的孔隙度隨粒度中值的增大而增大。 顆粒碳酸鹽巖的孔隙發(fā)育情況與砂巖相似，亦受顆粒大小、分選、形狀及膠結(jié)物含量等因素的影響。 超毛細(xì)管孔隙超毛細(xì)管孔隙其中液體在重力作用下流動(dòng)。超毛細(xì)管孔隙

17、大到致使毛細(xì)管力不能使水明顯上升和平衡。在超毛細(xì)管孔隙中流動(dòng)的水可以具有很高的流速和呈現(xiàn)渦流。毛細(xì)管孔隙毛細(xì)管孔隙液體無論是在液體質(zhì)點(diǎn)之間還是液體和孔隙壁之間，都處在分子引力的作用之下。為了使液體沿毛細(xì)管孔隙移動(dòng)，需要有明顯超過重力的力。毛細(xì)管孔隙的大小在0.50.0002毫米之間。微毛細(xì)管孔隙微毛細(xì)管孔隙其中分子問的引力很大，為了使液體移動(dòng)，需要非常高的壓力差。 四四 孔隙度的測(cè)定方法孔隙度的測(cè)定方法 在確定孔隙度時(shí)，只要求得巖石總體積、固體部份(顆粒及膠結(jié)物)的體積以及孔隙體積這三個(gè)參數(shù)中的兩個(gè)，就能技式ll計(jì)算出孔隙度來。 W = 水的比重；P = 蠟的比重，等于0.918克/立方厘米；

18、 1. 樣品總體積的測(cè)定1）封蠟法）封蠟法 2）水銀體積泵法水銀體積泵法 由于水銀一空氣之間的表面張力很大，在常壓下水銀不會(huì)浸入巖石孔隙。圖1-2-6 水銀體積泵裝置示意圖 1 1）比重瓶法）比重瓶法 2 2）氣體壓縮法）氣體壓縮法 其原理都是以波義耳馬里奧特定律為基礎(chǔ)的。氣體首先充入標(biāo)準(zhǔn)體積室，并記錄壓力P1。隨后切斷氣源，將標(biāo)準(zhǔn)體積室的氣體放入樣品室使之達(dá)到壓力平衡。由此即可計(jì)算出巖石固體體積。圖1-2-7 波義耳定律孔隙率計(jì)：確定顆粒體積 2.樣品固體體積的測(cè)定 3 3）浸沒稱重法）浸沒稱重法 把樣品浸沒在溶劑內(nèi)，通過作用于巖樣固體上的浮力，來測(cè)定樣品的固體體積。 圖1-2-9 顆粒體積

19、測(cè)定裝置 4 4）固體比重計(jì)法）固體比重計(jì)法 固體比重計(jì)由底瓶和帶刻度的立瓶?jī)刹糠纸M成，各種巖類的顆粒密度如表1-2-2所示。表1-2-2 各種巖類的顆粒密度數(shù)據(jù)表 1 1）飽和流體法）飽和流體法 這種方法裝置簡(jiǎn)單，操作方便。在測(cè)量過程中，動(dòng)作應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，以免流體流出或揮發(fā)異致誤差。 3.巖樣孔隙體積（VP）的測(cè)定圖1-2-11 飽和流體的裝置圖1-2-12 飽和流體測(cè)孔隙度的流程 2 2）氣體膨脹法）氣體膨脹法 上述方法因都要使用水銀，雖然測(cè)定很簡(jiǎn)便而且快速，但樣品容易被水銀污染。圖1-2-13 波義耳定律孔隙計(jì)五、五、 確定孔隙度的間接方法確定孔隙度的間接方法 巖石及流體的電特性和聲波傳

20、播特性，利用測(cè)井資料來求取孔隙度。 對(duì)于一個(gè)給定的巖石樣品，飽和100具導(dǎo)電性的鹽水后的巖石電阻率RO和純鹽水電阻率Rw之間的比值是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)常數(shù)是由Archie首次提出的，稱為地層系數(shù)地層系數(shù)F。1.用地層系數(shù)確定孔隙度 F值取決于巖石的特性和連通孔隙度的大小。實(shí)際上，由于巖石中含有具一定導(dǎo)電性的粘土礦物，因此F并不是精確的常數(shù)。必須注意到地層系數(shù)F一般是隨含鹽量的增加而增加的。如果RoRw常數(shù)，則必須引入視地層系數(shù)Fa的概念。 圖1-2-15 不同儲(chǔ)層性質(zhì)或膠結(jié)程度時(shí)，地層系數(shù)與孔隙度（%）的關(guān)系圖1-2-16 地層系數(shù)與孔隙度的關(guān)系3.用伽瑪伽瑪測(cè)井確定孔隙度2.用中子測(cè)井確定孔隙度

21、4.用聲波測(cè)井測(cè)定孔隙度六、六、 有效應(yīng)力下的孔隙度有效應(yīng)力下的孔隙度 沉積巖的孔隙度是壓實(shí)程度的函數(shù)，壓實(shí)的作用力是巖石埋藏最大深度的函數(shù)。 某一深度D取得巖心時(shí)，巖心所承受的上覆巖層的壓力為： 式中D樣品的實(shí)際深度，m；樣品深度以上巖層的平均密度，gcm3；PR樣品深度處地層流體的壓力，MPa；pe樣品所承受的有效上覆壓力，MPa。 圖1-2-17 中子計(jì)數(shù)與孔隙度的關(guān)系曲線圖1-2-18 傳播時(shí)間和孔隙度的關(guān)系 在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定有效應(yīng)力下的孔隙度時(shí)，就要在樣品周圍施加有效上覆壓力。該有效壓力施加在樣品周圍，亦稱為圍限壓力。 有效上覆壓力的計(jì)算實(shí)例如下： 巖樣深度=1524 m； 上覆巖層平

22、均密度2.26 gcm3； 油田流體原始?jí)毫 7.66 Mpa 有效上覆壓力為：圖1-2-19 孔隙度隨深度變化的關(guān)系圖1-20 孔隙度隨圍限壓力 增大而減小的曲線圖1-2-21 圍限壓力下測(cè)定孔隙度的示意圖 油田埋深較淺的特點(diǎn)，流體壓力受圍巖三個(gè)方向的應(yīng)力作用，因此要乘上一個(gè)系數(shù)0.85。所以 于是，在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)樣品施加的圍限壓力應(yīng)達(dá)到19.43 MPa。 在計(jì)算探明儲(chǔ)量時(shí)，必須要使用在圍限壓力下的孔隙度值。用常規(guī)孔隙度值會(huì)使計(jì)算儲(chǔ)量偏大。 七、七、 裂縫孔隙度裂縫孔隙度 裂縫所占空間的孔隙度也是一種重要的孔隙度，對(duì)于裂縫性油氣儲(chǔ)集層，裂縫孔隙既是油氣儲(chǔ)集空間，又是重要的連通通道。 Mur

23、ray求取裂縫孔隙度的方法是：取巖層受拉張力產(chǎn)生彎曲裂開后的一個(gè)單元，此時(shí)該單元的裂縫孔隙度可據(jù)圖上的幾何形態(tài)計(jì)算出來： 式中T中性面以上巖層的厚度，m；R曲率半徑，m；巖層彎曲后所形成裂縫間隔之間的夾角， (度)；S半徑為R、夾角為時(shí)的弧長(zhǎng)，m。 圖1-2-22 巖塊中裂縫的簡(jiǎn)單示意圖圖1-2-23 巖層彎曲后斷裂的單元 因?yàn)镾R，所以上式可簡(jiǎn)化為： 在XZ坐標(biāo)系中，巖層傾角還可以用dZdX來表示。當(dāng)巖層傾角較小，T相對(duì)于R很小時(shí)(一般情況下，T取所研究?jī)?chǔ)層厚度的二分之一。)，二階導(dǎo)數(shù)d2ZdX2代表了該巖層(X，Z)點(diǎn)的曲率。于是有 根據(jù)巖層厚度和曲率就可以算出裂縫孔隙度。 八、八、 平均

24、孔隙度的確定方法平均孔隙度的確定方法 以圖l2-24的孔隙度隨深度變化的剖面為例，在該剖面中的孔隙值是用油層巖石取心后在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)出的值?；蛘呤怯瞄g接方法求得的孔隙度后經(jīng)巖心分析值校正后的數(shù)值。圖中剖面厚約10m，取樣間隔大體相等，共測(cè)定(或計(jì)算)82個(gè)點(diǎn)。 1.單井平均孔隙度的確定方法 2.油層的平均孔隙度 第三節(jié)第三節(jié) 儲(chǔ)集巖的滲透率儲(chǔ)集巖的滲透率 物質(zhì)的可滲透與不可滲透之問并不存在明顯的界限。一般所指具有滲透性或非滲透性，或者說滲透性好和滲透性差，都是相對(duì)的，而且是有條件的。這個(gè)條件就是壓力。 一、一、 達(dá)西定律及巖石的絕對(duì)滲透率達(dá)西定律及巖石的絕對(duì)滲透率 儲(chǔ)集巖是一種多孔介質(zhì)。多孔介質(zhì)

25、的滲透性是在一定壓差下使液體或氣體滲透的能力。因此，所有沉積性儲(chǔ)集巖都具有滲透能力。可以用滲透率來衡量巖石的滲透能力的大小，并且可以定量地進(jìn)行測(cè)定。 巖石的滲透率定義為“在壓力作用下，巖石容許其孔隙中所含流體的流動(dòng)能力”。 1.達(dá)西定律 1856年由法國(guó)工程師達(dá)西(Henri Darcy)在人工砂子所堆成儲(chǔ)層模型中，從水在一定壓差下通過人工砂子的試驗(yàn)中得出了計(jì)算滲透率的最初形式。 達(dá)西指出：在其它因素相同的情況下，單位滲流的表面積所通過的流量QA，正比于兩個(gè)端面之間的壓頭H，亦即或 系數(shù)K就被定義為滲透率。 式中a為比例常數(shù)。 這一表達(dá)式后來又作進(jìn)一步研究，將流體粘度考慮在內(nèi)，就引出滲透率的概

26、念。 達(dá)西定律的前提是假定：達(dá)西定律的前提是假定： 1）流體和巖石之間不發(fā)生物理一化學(xué)反應(yīng)； 2）巖石孔隙中只存在一種流體。 滲透率的大小取決于巖石孔隙的大小、形狀及連通情況，亦即與孔隙結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。 在對(duì)一個(gè)區(qū)域或一個(gè)油層來評(píng)價(jià)滲透率時(shí)，不能僅僅考慮在一個(gè)點(diǎn)上所得的滲透率，因?yàn)閹r石的滲透率還與水的流動(dòng)方向、沉積特征以及巖性等有關(guān)。滲透率具有方向性。垂直方向和水平方向的滲透率也由于顆粒填集方式而不相同。 2. 滲透率的單位 滲透率一般采用以下兩種單位。 （1）CGS制單位制單位 在克、厘米、秒制單位中，流量Q的單位是厘米3秒；粘度的單位是泊或達(dá)西秒/厘米2；長(zhǎng)度dx用厘米；面積A用厘米2；壓

27、力p用達(dá)因厘米2；此時(shí)滲透率K的度量單位是： 沿長(zhǎng)度方向積分后，得其單位為： 于是，滲透率的單位是厘米2。在實(shí)用時(shí)，對(duì)于油氣儲(chǔ)集巖來說，這個(gè)單位是太大了，應(yīng)用時(shí)不太方便。 （ 2）混合制單位混合制單位 由于使用CGS制單位時(shí)，滲透率的單位是厘米2，對(duì)于油氣儲(chǔ)集巖來說是過大的，為了避免用分?jǐn)?shù)數(shù)值，因而采用比較實(shí)用的混合制單位。 在混合制單位中，流量Q的單位是厘米3秒，粘度的單位是厘泊，面積A的單位是厘米2，長(zhǎng)度L的單位是厘米，壓力P的單位是大氣壓。亦即，滲透率K等于 通常，孔隙介質(zhì)容沂粘度為1厘泊的流體，在壓力梯度為l大氣壓厘米的作用下，通過斷面面積為l厘米2，流量為1厘米3秒時(shí)，此時(shí)所得滲透率

28、的單位定義為l達(dá)西。在實(shí)際使用時(shí)，達(dá)西的單位仍然過大，因此常用毫達(dá)西(1達(dá)西l000毫達(dá)西)。 “達(dá)西達(dá)西”和和“ 厘米厘米2 2”的關(guān)系為：的關(guān)系為： 1公斤厘米21000克厘米29811000達(dá)因厘米2，98l是重力加速度，單位是厘米秒2。 1厘泊0.0l泊001達(dá)因秒厘米2。 于是滲透率的單位之間關(guān)系為于是滲透率的單位之間關(guān)系為 （ 3）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位中規(guī)定滲透率的單位是微米2(m2)。因此 l達(dá)西10-8厘米2l微米2 l毫達(dá)西10-3達(dá)西l0-3微米2 在計(jì)算中，壓力的單位應(yīng)采用兆帕(MPa)，而不能用大氣壓或公斤厘米2。兩者之間的關(guān)系： lMPa

29、9.86923標(biāo)準(zhǔn)大氣壓l0.19715工程大氣壓或者 l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓O.lOl325MFal.03227工程大氣壓為了實(shí)用方便，規(guī)定為 地面標(biāo)準(zhǔn)條件1大氣壓O.l01Mpa二、二、 流體呈線性流動(dòng)時(shí)的滲透率流體呈線性流動(dòng)時(shí)的滲透率 在油氣層中，流體呈多種流動(dòng)方式，包括有線性流動(dòng)、徑向流動(dòng)和球面流動(dòng)。各種流動(dòng)方式的流線是不一樣的，因此其計(jì)算滲透率的公式也不相同。在實(shí)驗(yàn)室中，一股都采用線性流動(dòng)的方式。流體呈線性流動(dòng)時(shí)，其模型如圖l-3-3所示 圖1-3-3 流體在巖石中呈線性流動(dòng) 當(dāng)巖石孔隙中由一種不可壓縮流體l00地飽和，流體在巖石的橫切面積A內(nèi)呈均勻分布，液流呈水平流動(dòng)，則達(dá)西公式為: 移項(xiàng)后

30、得 兩端積分 簡(jiǎn)化整理得 1.不可壓縮液體呈線性流動(dòng)時(shí)的達(dá)西公式： 當(dāng)流體是可壓縮的氣體時(shí)，由于在不同壓力下氣體的體積不同，當(dāng)壓力從pl變化到p2時(shí)，氣體的體積和流速都在變化。因此，必須考慮采用平均的體積流量Q，亦即： 2.氣體至線性流動(dòng)時(shí)的達(dá)西公式 假如把氣體膨脹視作為等溫過程，則按波義耳馬里奧特定律，有： 式上Qo在大氣壓力po時(shí)的氣體體積流量；Q在平均壓力p(p1十p 2)2時(shí)的氣體平均體積流量。由上式可得出： 把Q值代入式(140)中，則有 一般在實(shí)驗(yàn)室中，只要測(cè)出Qo、p1和p2，并測(cè)量出巖心長(zhǎng)度L和面積A，即可計(jì)算出。 三、三、 氣體在管壁上的滑脫氣體在管壁上的滑脫克林貝格效應(yīng)克林

31、貝格效應(yīng) 從理論上來說，用不同的流體測(cè)定巖石的滲透率其值應(yīng)當(dāng)是相同的。但在實(shí)際情況下，氣體和液體所測(cè)的同一塊巖石樣品可以得到不同的滲透率。圖l-3-4是用甲烷、乙烷、丙烷和蒸餾水測(cè)定同一塊巖石樣品滲透率的結(jié)果，由圖可見，在不同壓力下，有不同的滲透率。 克林貝格提出了對(duì)這一現(xiàn)象的解釋。按照氣體動(dòng)力學(xué)理論，可以把分子看成是直徑約為萬分之一微米的微球，在大氣壓力下，這些微球之間的距離，大約是它們自身直徑的十倍。這些分子在十分高的速度下運(yùn)動(dòng)(大約是聲速)，并且用任意的方式碰撞。其自由運(yùn)動(dòng)的平均長(zhǎng)度與壓力成反比。對(duì)于稀薄氣體，其平均自由行程的數(shù)值是很大的。 圖1-3-4 氣體滲透率隨平均壓力和氣體類型的

32、變化(據(jù)klinkenberg) 當(dāng)壓力接近大氣壓力時(shí)，由于單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)量仍很多，因而大部分的碰撞仍然限于分子之間，而不是分子與管壁之間。 當(dāng)壓力很低時(shí)，由于氣體分子相互碰撞而導(dǎo)致的內(nèi)摩擦趨于消失，這時(shí)氣體流動(dòng)主要是受到分子與管壁那部分碰撞的影響。此時(shí)，所出現(xiàn)的分子流動(dòng)與粘滯流動(dòng)無關(guān)，粘滯系數(shù)已不再具有意義。 圖1-3-5 氣體“滑脫效應(yīng)”示意圖 正是由于上述氣體流動(dòng)的特點(diǎn)，由于在低壓時(shí)粘滯系數(shù)不具實(shí)際意義。因此，氣體在小孔道中呈勻速流動(dòng)，而液體則不然，在孔道中心的液體分子比靠近孔壁表面的分子流速要高(如圖l32所示)。對(duì)比氣體和流體流動(dòng)，氣體在孔道中的流動(dòng)特征稱之為氣體在管壁上的滑

33、脫現(xiàn)象滑脫現(xiàn)象。亦稱為克林貝格效克林貝格效應(yīng)應(yīng)(Klinkenberg effect)。 由上可見，在氣體平均流動(dòng)壓力下降時(shí)，應(yīng)用達(dá)西定律有愈加增大其誤差的趨勢(shì)。克林貝格用公式1-42將平均壓力p，氣測(cè)的視滲透率Ka和真實(shí)的滲透率K1聯(lián)系起來，得 其中b=常數(shù)，取決于分子在P下的平均自由行程 式中c1； r孔道半徑。 上式中的KL為真實(shí)滲透率，亦就是氣體測(cè)定的視滲透率延伸到縱坐標(biāo)軸上的交點(diǎn)，該點(diǎn)也稱為液液體滲透率體滲透率。 經(jīng)過用上式將氣測(cè)滲透率進(jìn)行校正，并在圖l-3-4上求得液體滲透率，表明利用不同氣體所測(cè)出的Ka與lp的關(guān)系，它們最終均可聚集在一點(diǎn)，即Kl。于是，可以把該點(diǎn)作為滲透率對(duì)比的

34、依據(jù)，也就是實(shí)際的巖石滲透率，也稱為克林貝格滲透率或克氏滲透率。它與用來測(cè)定滲透率的流體性質(zhì)無關(guān)。 為了求得克氏滲透率，還可用以下幾種方法： 1.R.Iffly1.R.Iffly方法方法(1956年)當(dāng)p接近于0.lMPa時(shí)，有 式中C常數(shù)，單位是微米。由統(tǒng)計(jì)確定。如果該樣品已測(cè)定毛管壓力一飽和度關(guān)系曲線，則可用下式計(jì)算，即C7pe，其中pe是平均毛管壓力。 2.Purcell2.Purcell方法方法 式中Ka氣測(cè)滲透率，10-3m2；孔隙度，分?jǐn)?shù)；p1/2(p1十p 2)，平均測(cè)定壓力，0.lMPa； C常數(shù)。 當(dāng)Ka(0lO)10-3m2時(shí)； C2.26； 當(dāng)Ka (10一lO0)101

35、0-3m2時(shí)，C2.42； 當(dāng)Ka l00lO10-3m2時(shí)， C2.72。 3.Core lab3.Core lab公司的圖版法公司的圖版法 可直接由圖l-3-6根據(jù)Ka查得KL。 以上三種方法都帶有經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)性。針對(duì)所研究的油氣田的儲(chǔ)層特點(diǎn)，建立符合所研究?jī)?chǔ)層的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)式。四、四、 流體呈徑向流動(dòng)時(shí)的滲透率流體呈徑向流動(dòng)時(shí)的滲透率 流體在巖石中呈徑向流動(dòng)時(shí)，類似于從一個(gè)圓柱體的排液范圍流入一口井的井底，如右圖所示。 研究流體在圓柱體中作水平徑向流動(dòng)時(shí)，與線性流動(dòng)主要不同點(diǎn)是其橫截面在不斷改變，由外圍向內(nèi)部斷面逐漸變小，相應(yīng)的流速也在不斷改變，由外圍向內(nèi)部逐漸增加。 圖1-3-7 流體徑向流入

36、一口中心井的砂巖模型 如果圓柱體的外部半徑為Re，內(nèi)孔半徑為Rw，則不可壓縮流體作穩(wěn)定狀態(tài)的徑向流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)方程為： 分離變量并積分 式中Q液體的流量，厘米3秒；K滲透率，微米2；h厚度，厘米；液體的粘度，厘泊；Re外邊界的半徑，厘米；Rw內(nèi)邊界的半徑，厘米；pe排液外邊界的壓力，0.1MPa；pw排液內(nèi)邊界的壓力，0.lMPa 。 如果流體是可壓縮的氣體，雖然在孔隙介質(zhì)內(nèi)任意一個(gè)裁面上的質(zhì)量流量不變，但其體積流量則是不相同的，流量實(shí)際上是與線性流動(dòng)時(shí)相同，應(yīng)采用平均流量Q。對(duì)于可壓縮流體的穩(wěn)定流動(dòng)，上式可改寫為： 或 式中Qo在大氣壓下的可壓縮氣體的體積流量，厘米3秒；Q在平均壓力p=1/

37、2(pe+pw)時(shí)可壓縮氣體的體積流量，厘米3秒。同樣有： 式中po=大氣壓力。近似等于0.1Mpa。 五、五、 組合層的平均滲透率組合層的平均滲透率 前面的流動(dòng)方程，都是指均質(zhì)儲(chǔ)層或均勻巖石的滲透率計(jì)算公式。實(shí)際的油氣儲(chǔ)集層往往是非均質(zhì)的，要全面研究非均質(zhì)儲(chǔ)層的滲透率是非常復(fù)雜的，這里介紹幾種簡(jiǎn)單的模式，供在實(shí)用中參考。 相當(dāng)于在儲(chǔ)層中有若干平行的小層疊加而成，每個(gè)小層有不同的厚度、面積、流量和滲透率(如圖135所示)，此時(shí)，該組合層的平均滲透率厭可以計(jì)算如下： 因?yàn)閮啥藟毫?duì)各小層都相同，為P1和P2。所以有： 以有 因?yàn)?，所以有： 于是得 1.并聯(lián)組合層線性流圖1-3-8 線性流的并聯(lián)

38、組合層 對(duì)于并聯(lián)組合層徑向流 對(duì)于第一個(gè)小層，有 因?yàn)?，所以有 于是： 2.并聯(lián)組合層徑向流圖1-3-9 并聯(lián)組合層的徑向流 儲(chǔ)層或巖石是由一連串不同長(zhǎng)度、不同滲透率所組成的體系。每一小層的壓降不同，但通過的流量是相同的。 對(duì)于串聯(lián)組合層線性流來說，其平均滲透率可以計(jì)算如下： 因?yàn)?Q=Q1=Q2=Q3 而 p1-p2 = p1+p2+p3 L=L1+L2+L3 所以 3.串聯(lián)組合層線性流圖1-3-10 串聯(lián)組合層的線性流同時(shí) 于是 因?yàn)樽詈蟮肣=Q1=Q2=Q3以及 pe-pw = p1+p2+p3其平均滲透率等于 對(duì)于其中某一段，有 因?yàn)镼=Qi，于是有 由于 ，所以最后得： 4.串聯(lián)組

39、合層徑向流圖1-3-11 串聯(lián)組合層徑向流六、六、 滲透率的測(cè)定方法滲透率的測(cè)定方法 對(duì)經(jīng)過抽提、洗凈、烘干的巖石樣品，預(yù)制成長(zhǎng)約3厘米，直徑為22.5厘米的圓柱體，在一定的溫度和壓力下，用空氣、氮?dú)饣蛘麴s水滲過巖樣進(jìn)行測(cè)定。儀器裝置如圖l39所示。 圖1-3-12 氣測(cè)滲透率儀示意圖1.氣測(cè)滲透率儀氣測(cè)滲透率儀在實(shí)測(cè)室中直接測(cè)定巖石滲透率的方法有以下幾種:圖1-3-13 氣測(cè)滲透率是否是層流狀態(tài)的檢驗(yàn) 2.IFP2.IFP型可變壓頭滲透率儀型可變壓頭滲透率儀 該儀器由法國(guó)石油研究所推出，七十年代引入我國(guó)。由于儀器簡(jiǎn)單、測(cè)試方便而被廣泛應(yīng)用。儀器的外形如圖l一4l所示。儀器主要由巖心夾持器、吸

40、力球以及插入水池的定容流量管組成。 流量管自上而下是由細(xì)變粗，測(cè)定某一巖樣的滲透率時(shí)，只用其中一段O一0.5毫升或者0一l毫升。當(dāng)液面自0下降到0.5或l毫升的刻度位置時(shí)，記錄時(shí)間To利用下面的公式便可計(jì)算出樣品的滲透率，即 圖1-3-14 可變壓頭滲透率計(jì), IFP型 式中K巖樣滲透率，10-3m2；B儀器常數(shù)，由出廠儀器標(biāo)定；空氣粘度，厘伯；A巖祥橫截面積，厘米2；L巖樣長(zhǎng)度，厘米；T水面自流量管上標(biāo)記“0”刻度下降到下標(biāo)記“o.5”或“l(fā)”時(shí)所需的時(shí)間，用秒表記錄，秒。 為了模擬油氣自地層向井底流動(dòng)，并測(cè)得更有代表性的滲透率，通常將取出的全直徑大巖芯，在其中心鉆一1.O或0.5厘米的圓孔

41、，使氣體自外圓流到中心孔，構(gòu)成氣流的徑向滲流，并按徑向流公式計(jì)算出樣品的滲透率。測(cè)試的儀器見圖1-3-15。 3.徑向滲透率測(cè)定儀徑向滲透率測(cè)定儀 全直徑巖心氣測(cè)滲透率儀如圖l-3-16所示。由于全直徑巖心的兩個(gè)端面是垂直方向的，因此，通過兩個(gè)端面所測(cè)定的滲透率是巖心的垂直滲透率。對(duì)于油氣田開發(fā)來說，流體在地層中的流動(dòng)是沿水平方向的，因此，在全直徑巖心測(cè)定水平方向的滲透率時(shí)，必須在巖心的側(cè)面開兩個(gè)矩形的“窗口”，以便佼氣體從一測(cè)流到另一側(cè)，在氣體流動(dòng)過程中它的流線分布如圖l-3-17所示。它基本上還屬于線性流。 4.全直徑巖心氣測(cè)滲透率儀全直徑巖心氣測(cè)滲透率儀七、七、 有效應(yīng)力下的滲透率有效應(yīng)

42、力下的滲透率 根據(jù)巖樣所承受的有效應(yīng)力在巖心上施加圍限壓力，然后用測(cè)定滲透率的常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定。 不同的巖石性質(zhì)，其滲透率隨圍限壓力增加而下降的幅度各不相同。純石英砂巖(圖l47中的17號(hào)樣品)，在30Mpa圍限應(yīng)力下，滲透率下降了大約17；而泥質(zhì)砂巖(圖147中的16號(hào)樣品)，在30MPa圍限應(yīng)力下，滲透率可下降78一86；長(zhǎng)石砂巖或石英一長(zhǎng)石砂巖則居中間位置。 滲透率在10MPa以前的圍限應(yīng)力下，其下降幅度很陡，而在10MPa以后，趨于平緩，甚至基本不變。 圖1-3-20 滲透率隨圍限壓力增加而降低No17純石英砂巖No18長(zhǎng)石巖屑砂巖No5含泥長(zhǎng)石砂巖No15泥質(zhì)長(zhǎng)石砂巖No16泥質(zhì)長(zhǎng)石

43、砂巖 一般可以采用地面條件測(cè)定的滲透率K與在圍限壓力下測(cè)定的滲透率K的比值來衡量滲透率的變化，亦即使用 在使用滲透率比值或者滲透率降低百分?jǐn)?shù)時(shí)，必須注明是在什么圍限壓力下的數(shù)值。 表1-3-1 樣品隨圍限壓力增大滲透率下限的數(shù)據(jù) 八、八、 確定滲透率的間接方法確定滲透率的間接方法 小松之斡（1978）概括了用巖石學(xué)參數(shù)和孔隙度來間接確定滲透率的若干經(jīng)驗(yàn)式，包括： 對(duì)于砂巖儲(chǔ)集巖來說，間接確定滲透率的方法大都是根粒度分析或者薄片鑒定資料來建立經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)式，但這些統(tǒng)計(jì)式又受到地區(qū)資料的局限而不能廣泛推廣使用。因此，各個(gè)地區(qū)都必須建立適合本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)式，否則會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。 十、十、 滲透率和孔隙度

44、的關(guān)滲透率和孔隙度的關(guān)系系 影響滲透率和孔隙度的地質(zhì)因素有許多是共同的，大量資料表明，滲透率和孔隙度之間有一定的相關(guān)關(guān)系。滲透率與孔隙度有較好的相關(guān)性(見圖l-3-21)。 圖1-3-21 滲透率對(duì)孔隙度的交會(huì)圖左圖為道格統(tǒng)砂巖 右圖為上石炭統(tǒng)砂巖 (Fchtbauer, 1963) 各種不同顆粒直徑的砂子的滲透率同孔隙度之間的關(guān)系各不相同(見圖1-3-22)。隨著粒徑變小，在同樣的孔隙度下，滲透率要減小。對(duì)于每一種粒徑的砂子，隨著孔隙度的增大，滲透率也相應(yīng)地增大。 圖1-3-22 不同粒徑的孔隙度和滲透率的關(guān)系圖1. 粗的和十分粗的顆粒 2. 粗的和中等的顆粒 3. 細(xì)顆粒 4. 淤泥 5.

45、粘土(Chlilngarian和Wolf, 1964) 每個(gè)地區(qū)有不同的情況,在成巖作用強(qiáng)烈、次生變化復(fù)雜的情況下，Levorsen總結(jié)了一句名言： “孔隙度和滲透率之間的定量關(guān)系是模糊的和可變的”。 十一、裂縫性巖石的滲透率十一、裂縫性巖石的滲透率 對(duì)于含有裂縫的巖石，如何估價(jià)裂縫的滲透率是一個(gè)重要的問題。一般來說，裂縫的滲透率遠(yuǎn)大于基質(zhì)的滲透率。巖石的總滲透率將等于基質(zhì)滲透率和裂縫滲透率的總和。 單一的裂縫滲透率，是指液體沿兩塊不滲透的平板之間的裂縫進(jìn)行流動(dòng)時(shí)的滲透率。據(jù)E.C鮑姆研究提出了下列計(jì)算式，即 Kf=8.43106bm2f 式中Kf=裂縫滲透率，um2；bm=裂縫的寬度，mm；

46、f=裂縫率，小數(shù)。 但是，自然界中巖石既含有裂縫，且基質(zhì)又是孔隙介質(zhì)，對(duì)于這種情況，Parsons(1996)所提出的公式具有一定的代表性。他提出裂縫巖層系數(shù)總的滲透率KfT等于： BbAbKKmbmamfT12cos12cos2323 式中KfT=系統(tǒng)的總滲透率；Km=基質(zhì)滲透率；bma和bmb=分別為a組和b組的裂縫寬度；和=分別為裂縫組與液體流動(dòng)方向之間的夾角；A和B分別為a組和b組的裂縫之間的垂直距離。 第四節(jié)第四節(jié) 儲(chǔ)集巖的油氣水飽和度儲(chǔ)集巖的油氣水飽和度 作為油氣生成、運(yùn)移、聚集等多種因素形成的結(jié)果，在油氣儲(chǔ)集層中存在1液態(tài)烴類2氣態(tài)烴類3地層水等流體，它們以各種方式分布在儲(chǔ)集巖的

47、孔隙空間之中。有的孔隙空間可以完全是地層水，有的則是烴類和水共存。研究孔隙空間中各種流體所占比例，也就是儲(chǔ)集巖的油氣水飽和度。它也是烴類儲(chǔ)量計(jì)算中的一個(gè)重要參數(shù)。 1. 油氣水飽和度的定義油氣水飽和度的定義 油氣儲(chǔ)集巖的孔隙中，某種流體所占的數(shù)量占總的孔隙體積的百分?jǐn)?shù)，稱為該種流體的飽和度。對(duì)于油氣儲(chǔ)集層來說，油所占的體積、氣所占的體積以及水所占的體積占孔隙體積的百分?jǐn)?shù)，分別稱為含油飽和度含油飽和度S So o、含水飽和度含水飽和度SwSw、含氣飽含氣飽和度和度SgSg。一、流體飽和度一、流體飽和度 如用公式表示,即 含油飽和度So=Vo/Vp100% 含水飽和度Sw=Vw/Vp100%含氣飽

48、和度Sg=Vg/Vp100%式中Vp=孔隙體積,3；Vo、Vw、Vg=分別為油、氣、水所占的體積，3。 如果孔隙中只有油和水或者只有氣和水，則有 So+Sw=1So+Sw=1或者 Sg+Sw=1Sg+Sw=1 如果孔隙中油氣水三相共存，則有 Sg+So+Sw=1Sg+So+Sw=1以及 Vp= Vo+Vw+VgVp= Vo+Vw+Vg 油氣水飽和度是儲(chǔ)量計(jì)算的必要參數(shù)，也是勘探中評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的主要依據(jù)之一，也是油田開發(fā)部署井網(wǎng)以及確定產(chǎn)量的主要依據(jù)。因此準(zhǔn)確的確定油氣水飽和度是至關(guān)重要的。 2. 2. 儲(chǔ)層中油（氣）水飽和度的分布儲(chǔ)層中油（氣）水飽和度的分布 絕大部分儲(chǔ)油（氣）層屬于沉積巖，它們最

49、初是完全為水所飽和的。油氣則是以后通過從側(cè)向或底部向儲(chǔ)層中運(yùn)移，油氣的上升逐步排驅(qū)原來飽和在孔隙中的水。這個(gè)過程是受油、水孔隙系統(tǒng)所控制的。油柱向上移動(dòng)并排驅(qū)水時(shí)所能排出的水量取決于油（氣）及水的性質(zhì)和巖石的孔隙大小和分布。 對(duì)于一個(gè)背斜系統(tǒng)，石油（或氣）在運(yùn)移及聚集的過程中，是由流體之間的密度差所產(chǎn)生的“浮力”來驅(qū)使水從毛管孔隙喉道中排出，并讓烴類通過孔隙系統(tǒng)。在油藏中的油水分布反映出毛管壓力同油水兩相壓力差相平衡的結(jié)果。 確定水飽和度的變化是為了準(zhǔn)確地進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，影響水飽和度的因素很多，還包括了油氣性質(zhì)、粘度、表面張力、溫度和壓力等因索，它們均可在不同程度上影響油（氣）水飽和度在儲(chǔ)層中的

50、分布。 油水在油藏不同位置儲(chǔ)集巖孔隙中的分布狀態(tài)如圖152所示。在油藏頂部的產(chǎn)油帶，含油飽和度可達(dá)80左右，油呈大塊分布在孔隙空間的中央，而水則分布在顆粒表面呈薄膜狀；在過渡帶，含油飽和度大約在50左右，油呈滴珠狀分布在孔隙中央，水膜厚度加大；在含水區(qū)，含油飽和度只有10一20，油呈很小的圓滴處在孔隙中央，且與其它孔隙中的油滴不連續(xù)，而水則占據(jù)孔隙中的大部分位置。 圖1-4-1 油作為非潤(rùn)濕相在孔隙中的分布示意圖二、幾個(gè)重要的飽和度概念二、幾個(gè)重要的飽和度概念 按石油總公司頒發(fā)的“油氣藏工程常用參數(shù)符號(hào)及計(jì)量單位”中規(guī)定：油氣水飽和度要明確它所代表的意義以及用規(guī)定的符號(hào)表示。所以在實(shí)際使用時(shí)需

51、要特別注意。 1.1.含油、氣、水飽和度含油、氣、水飽和度 規(guī)定的符號(hào)為Soi、Swi、Sg。所謂原始含油、氣、水飽和度是在油藏第一口井所取得的油層巖心，測(cè)試所得的油、氣、水飽和度。簡(jiǎn)言之，油藏中處于原始地層壓力和溫度條件下油、氣、水占孔隙空間的百分?jǐn)?shù)稱為原始含油、氣、水飽和度。 規(guī)定的符號(hào)為，和。所謂平均含油、氣、水飽和度有兩種含義。一種是指單井儲(chǔ)層段或產(chǎn)層段的平均值；另一種是指整個(gè)油層平面上的平均值。 單井平均值采用厚度加權(quán)的方法，即 HShSnjojjo1 式中A=油層總面積，；Ak=單井所控制的油面積，；=單井平均飽和度。 2.平均含油、氣、水飽和度平均含油、氣、水飽和度 必須注意的是

52、必須注意的是，所謂“平均”應(yīng)有一個(gè)時(shí)間概念，如對(duì)原始狀態(tài)的平均，則稱為“平均原始含油、氣、水飽和度”；如對(duì)開發(fā)過程某一時(shí)間的平均，則稱為“目前平均含油、氣、水飽和度”；如對(duì)開發(fā)末期的平均，則稱為“平均殘余油、氣、水飽和度” 。 3. 3.殘余油、氣、水飽和度殘余油、氣、水飽和度 規(guī)定的符號(hào)為Sor，Sgr和Swr。油田開發(fā)的過程中，隨著油層能量的下降以及油氣水的采出，而最終將進(jìn)入衰竭期。在達(dá)到某一經(jīng)濟(jì)極限時(shí)，油層便要停止開采。此時(shí)，殘存在地層孔隙中的油、氣、水量占孔隙體積的百分?jǐn)?shù)稱為殘余油、氣、水飽和度。 4.4.氣頂區(qū)的油、水飽和度氣頂區(qū)的油、水飽和度 規(guī)定的符號(hào)為Sog和Swg。在油藏上部

53、的氣頂區(qū)中主要是天然氣，但它還有部份輕餾份的油析出，固此氣頂區(qū)還有油、水飽和度。 常用的符號(hào)與原始含水飽和度的符號(hào)相同Swi。 油氣層頂部巖石孔隙中未被最大油氣浮力排出的水，稱為束縛水飽和度。在勘探和開發(fā)中為了方便起見，定義束縛水飽和度為“油層過渡帶上部產(chǎn)純油或純氣部份中巖石孔隙中的水飽和度，稱為束縛水飽和度?！?不同的油氣藏，因其巖石和流體性質(zhì)不同，油氣運(yùn)移條件的差異，因而束縛水飽和度亦相差很大。 5.束縛水飽和度束縛水飽和度 6. 6.可動(dòng)油、氣、水飽和度可動(dòng)油、氣、水飽和度 是指孔隙中油、氣、水體積中在油田開發(fā)所具有的壓差下，可以流動(dòng)的油、氣、水體積占孔隙體積百分?jǐn)?shù)?？蓜?dòng)的流體必須在孔隙

54、空間中呈連續(xù)分布。 7.7.不可降低的水飽和度不可降低的水飽和度 據(jù)Stout（1964）的定義：由于石油侵入巖石的孔隙空間，迫使水流出，使巖石這一部份體積中的間隙水變成不連續(xù)的，它將在油層巖石中殘留下來作為不可降低的水飽和度。由于這一定義與束縛水飽和度的定義基本一致，故不可降低的水飽和度也可理解為束縛水飽和度。 在實(shí)驗(yàn)室中確定束縛水和不可降低的水飽和度的方法是相同的。 其它還有一些飽和度的名稱，如臨界水飽和度、平衡飽和度等將在有關(guān)章節(jié)中論述。三、三、 含油、氣、水飽和度的測(cè)定方法含油、氣、水飽和度的測(cè)定方法 由鉆井取得的巖心在井場(chǎng)自巖心筒取出后應(yīng)立即鉆取一個(gè)小塊，并立即用石蠟將其包裹以防止流

55、體蒸發(fā)而影響精度。實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定巖含油、氣、水飽和度的方法有以下幾種： 1.1.溶劑抽提法（溶劑抽提法（DeanStarkDeanStark蒸餾）蒸餾） 結(jié)合巖樣抽提和蒸餾的方法，用來測(cè)定巖心中的含水量，根據(jù)孔隙體積可計(jì)算出巖樣的含水飽和度。 儀器由一個(gè)裝巖樣的燒并以及一支用來收集蒸餾出來水的ASTM蒸餾捕集器組成，在捕集器上方還按裝有一個(gè)水循環(huán)的冷凝器，以便將蒸餾出的水份凝結(jié)成水流入捕集器。整個(gè)裝置見圖155。 在燒并內(nèi)裝有溶劑，溶劑的比重應(yīng)小于水，而沸點(diǎn)要比水高，且既能溶于油又能溶于水的流體。如甲苯（比重為0.897，沸點(diǎn)為110）。圖1-4-4 ASTM蒸餾抽提裝置(RAP修改) 2.2.

56、烘干法烘干法 這是對(duì)天然氣儲(chǔ)集巖測(cè)定含氣、水飽和度所特有的簡(jiǎn)易而準(zhǔn)確的方法。 從井中取出的巖心，鉆成圓柱或塊成小塊，首先稱量出總重量，然后放在烘箱內(nèi)在102下烘干。 3.3.常壓蒸餾法測(cè)定油、水常壓蒸餾法測(cè)定油、水飽和度飽和度 把一塊取自井中的新鮮巖心，測(cè)定其總體積和重量后破碎成小碎塊，放入可調(diào)溫度的加熱爐中，如圖1-4-5所示。在溫度不斷升高的過程中收集蒸餾出來的油和水。 圖1-4-5 常壓蒸餾爐 (Core, Lab公司) 與常壓蒸餾法的區(qū)別在于：1 1）該方法主要是對(duì)全直徑巖心進(jìn)行測(cè)試；2 2）為了使全直徑巖心中央部分的油水能夠蒸餾出來，因此設(shè)備上增加了真空裝置。裝置如圖1-4-8示。

57、4.真空蒸餾法測(cè)定油、水飽和度真空蒸餾法測(cè)定油、水飽和度 這個(gè)方法由S.N.RePal和法國(guó)國(guó)家阿基坦石油學(xué)會(huì)提出，其測(cè)試步驟為：首先把樣品放在試管內(nèi)，然后再放入了克重量的氫化鈣粉末。 5.利用與氫化鈣反應(yīng)測(cè)定含水量利用與氫化鈣反應(yīng)測(cè)定含水量四、四、 間接確定含油、氣、水飽和度的方法間接確定含油、氣、水飽和度的方法 各種測(cè)定毛管壓力的方法都可以確定含水飽和度，在生產(chǎn)實(shí)際中，常常利用孔隙度和滲透率的資料來確定束縛水飽和度。 儲(chǔ)油氣層中巖石含水飽和度的數(shù)值與油氣性質(zhì)、表面張力、巖石中的顆粒分布、油水接觸面及取心位置、粘土含量、孔吼分布等有關(guān)。 用常規(guī)孔、滲資料來確定水飽和度的關(guān)系式有多種形式，如：

58、 Sw=AlgK+B或 Sw=A+BlgK+C Sw=A+B2+ClgK+DlgK2+E 五、五、 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的水飽和度值的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的水飽和度值的代表性分析代表性分析 在地層所處的溫度、壓力和應(yīng)力條件下，巖石的油、氣、水飽和度由于獲取巖心的手段和技術(shù)不同，取到地表上來并送到實(shí)驗(yàn)室分析，其油、氣、水飽和度的數(shù)值與地層條件下的原狀數(shù)值就不相同。雖然目前現(xiàn)場(chǎng)上都使用實(shí)驗(yàn)室的測(cè)定值作為依據(jù)，但是，在使用時(shí)必須謹(jǐn)慎地考慮到兩者之間的區(qū)別。 這種區(qū)別的原因很多，例如：在鉆井中使用水基泥漿時(shí)，泥漿濾液的沖刷使得含油飽和度降低，含水飽和度增加；此外，當(dāng)巖心從井中取到地表時(shí)，應(yīng)力釋放（圍壓降低）導(dǎo)致石油和天然

59、氣的壓力降低，原來溶解在石油中的天然氣發(fā)生膨脹并以氣相析出。氣體析出使石油總休積縮小，也就使得巖心的飽和度降低。 目前使用密閉取心技術(shù)也可以使油、水飽和度的變化變小。裂縫性油氣藏的流體飽和度裂縫性油氣藏的流體飽和度 裂縫性油氣藏中如何計(jì)算裂縫和基質(zhì)中的流體飽和度是一個(gè)很復(fù)雜的問題。其原因在于裂縫的形成時(shí)期和分布規(guī)律在各油氣藏中是不相同的。 確定束縛水飽和度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定束縛水飽和度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 砂巖儲(chǔ)層的束縛水飽和度（Swi）和粒度中值（Md）及連通孔隙度（）之間存在著統(tǒng)計(jì)關(guān)系。 圖1-4-9 不同油田巖心束縛水含量隨滲透率變化的曲線圖1-4-10 束縛水飽和度滲透率同孔隙度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 (M

60、usket, 1949)第五節(jié)第五節(jié) 儲(chǔ)集巖石的其它儲(chǔ)集巖石的其它物理性質(zhì)物理性質(zhì) 一、一、 巖石的顆粒組成巖石的顆粒組成 巖石的顆粒組成或稱粒度組成，是指構(gòu)成巖石的各種大小不同的顆粒含量。以百分?jǐn)?shù)表示。巖石的粒度組成可以決定巖石的許多物理性質(zhì)。 二、二、 巖石的比面巖石的比面 巖石顆粒的粒度組成，可以表征出油層巖石粒度的分散程度。砂巖油層粒度的分散程度，亦可用巖石的比面來表示。 巖石的比面是指單位體積的巖石內(nèi)顆粒的總表面積，或單位體積巖石內(nèi)總孔隙的內(nèi)表面積，單位用平方厘米/立方厘米表示。巖石中細(xì)顆粒愈多，它的比面就愈大，反之，就愈小。 砂巖 小于950厘米2厘米3細(xì)砂巖 9502300厘米2厘米3粉砂巖 大