鉆井與完井工程3 儲層巖石的性質

第三章儲層的巖石特性油氣儲存在地下多孔巖層中，砂巖和碳酸鹽巖兩類最好油氣儲存巖石。本章主要介紹砂巖(碎屑巖)和碳酸鹽巖的結構，如砂巖的粒度、比面等骨架性質，碳酸鹽巖中裂隙，溶洞形態(tài)，以及它們所表現(xiàn)的孔隙性、滲透性、飽和度等各種性質。各種性質描述和參數(shù)定義，以及這些參數(shù)是怎樣在實驗室進行測試的。精選ppt3.1多孔巖石的骨架砂巖是由性質不同、形狀各異、大小不等的砂粒經膠結物膠結而成的。儲層性質主要受顆粒的大小、形狀、排列方式，膠結物的成分、數(shù)量、性質以及膠結方式的影響。碳酸鹽巖(如灰?guī)r和白云巖等)不存在粒度問題，因為其骨架顆粒、膠結物及孔隙充填物基本上都是相同物質，無法將它們分為單個顆粒。把砂巖和碳酸鹽巖中的固體部分統(tǒng)稱為基質或骨架，主要是顆粒。

精選ppt砂巖的結構砂巖的結構是指構成砂巖的礦物和顆粒的大小、形狀以及它們的空間組合。結構組分包括顆粒和填隙物，或雜基和膠結物。顆粒的結構特征：粒度、球度、形狀、圓度及表面特征。精選ppt一、巖石的顆粒1、粒度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，用線性值和體積值表示，體積值用同等體積的直徑來表示(單位：mm或μm)。線性值常用大、中、小三個直徑精選ppt顆粒級別的劃分按砂粒大小范圍所分的組稱為粒級。劃分粒級的方法很多，下表是常見的一種。粒級劃分泥(粘土)粉砂砂礫細粉砂粗粉砂細砂中砂粗砂細礫中礫粗礪巨礫顆粒直徑mm<0.010.01~0.050.05~0.10.1~0.250.25~0.50.5~11~1010~100100~1000>1000精選ppt砂巖的粒度測定

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)，用百分數(shù)來表示。粒度的測定：1)篩析法2)沉降法：用于巖樣中小于72μm的粒度含量3)薄片觀測精選ppt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。

精選ppt表5-3精選ppt沉降法：用于巖樣中小于72μm的粒度含量。原理：不同顆粒在液體中具有不同的沉降速度。假設：

顆粒堅硬微粒在沉降時速度緩慢，距離很遠。沉降速度恒定，單粒運動。不發(fā)生滑動精選ppt薄片觀測對于較致密的細粒巖石，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。

精選ppt砂巖粒度表示

粒度組成用作圖法表示，如直方圖(a)、頻率曲線圖(b)和累積曲線圖(c)等。精選ppt砂巖粒度的參數(shù)表示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)：1)不均勻系數(shù)：累積質量60%和10%對應的顆粒直徑之比，不均勻系數(shù)在1-20之間。2)分選系數(shù)S：累積質量75%和25%對應的顆粒直徑之比的平方根，1-2.5分選好，2.5-4.5為中，大于4.5為差。3)標準偏差

4)平均粒度精選ppt2、顆粒形狀和球度球度：用來度量一個近于球體的程度，是一個定量參數(shù)。用顆粒三個方向最大投影面積或軸A、B、C表示。顆粒的形狀與孔隙度下直接有關。精選ppt圓度和表面結構顆粒原始棱角被磨圓的程度圓度的分級：棱角、次棱角、次圓度和圓度精選ppt精選ppt3、巖石的比面

比面的概念巖石骨架(顆粒)分散性還可以用巖石的比表面積(又稱比面)來描述。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：S=A/V式中S——巖石比面，cm2/cm3A——巖石孔隙的總內表面積，cm2；V——巖石外表體積(或稱為視體積)，cm3

通常情況下所說的巖石比面是指以巖石外表體積為基準的比面S精選ppt比面的測算

透過法測定比面根據(jù)流體對巖石(或其他顆粒層)的透過性來求比面的方法稱為透過法。

實驗流程如圖所示，主要由馬略特瓶1和水柱計3組成。待測巖樣裝入巖心夾持器2中瓶內水的流出，在巖心上端造成負壓，空氣流走端的壓差由水柱計3測出，排出水的流量就等于空氣流過巖芯的流量。精選ppt顆粒是點接觸時，巖石孔隙的總內表面積即為所有顆粒的總表面積。

孔隙表面是流體流動的邊界，比面的大小可以決定巖石的許多性質，它對流體在儲層中的流動有較大影響。巖石與流體接觸時所產生的表面現(xiàn)象，流體在巖石中的流動阻力，巖石的滲透性以及骨架表面對流體的吸附量等都與比面有關。比面的研究意義精選ppt砂巖的砂粒越細，其比面越大，骨架分散程度越高。砂巖種類粒徑，mm比面，cm2／cm3；一般砂巖1~0.25<950細砂巖0.25~0.1950~2300泥砂巖0.1~0.01>2300精選ppt巖石比面的大小除受粒徑影響外，還受顆粒排列方式、顆粒形狀、膠結物含量等因素的影響。例如，圓球形顆粒的比面要比扁圓形顆粒小，顆粒間膠結物含量少則比面大。精選ppt二、砂巖的膠結物及類型

砂巖中的填充物是由雜基和膠結物組成。巖石中的膠結物是除碎屑顆粒以外的化學沉淀物質，一般是結晶的或非結晶的自生礦物，在砂巖中含量不大于50%。它對顆粒起膠結作用，使之變成堅硬的巖石。膠結物質含量增加總使巖石的儲油能力和滲透能力變差。砂巖中膠結物的成分、數(shù)量和膠結類型，影響著砂巖的致密程度、孔隙性、滲透性等巖石物性。膠結物的成分中最常見的是泥質和灰質，其次為硫酸鹽和硅質。精選ppt精選ppt1、泥質(粘土)膠結物

泥質是沉積巖粒度分析中粒度小于0.01mm的物質的總和。粘土是指天然的土狀細粒集合體，當它與少量的水混合時具確可塑性。它的化學成分主要是氧化硅、氧化鋁、水以及少量的鐵、堿金屬和堿土金屬氧化物。油氣儲層中常見的粘土礦物以高嶺石、蒙皂石、伊利石、綠泥石及混合層等含水層狀硅酸鹽為主。精選ppt粘土礦物中的水按其存在狀態(tài)可以分為三種：吸附水(吸附在粘土礦物表面)、層間水(存在于粘土礦物單元晶層之間)、結構水(以羥基形式存在于晶格內部)。上述三種水中，吸附水和層間水與礦物結合比較松弛，一般在100～200℃溫度下即可脫出，而脫出晶格的結構水的溫度則高達400～800℃。膠結物的脫水情況與巖石速度的測試有關系。精選ppt2)灰質膠結物

灰質膠結物主要是由碳酸鹽類礦物組成。砂巖中常見的碳酸鹽礦物為方解石(CaCO3)和白云石：[CaMg(CO3)]，沉積巖中碳酸鹽礦物分為原生和后生兩種。

研究表明，地層巖石的碳酸鹽含量越低，巖石的孔隙度越大精選ppt2．膠結類型

膠結物在巖石中的分布狀況以及它們與碎屑顆粒的接觸關系稱為膠結類型。通常取決于膠結物的成分和含量的多少、沉積條件以及沉積后的一系列變化等因素。膠結方式可分為基底式膠結、孔隙式膠結及接觸式膠結。精選ppt3.3巖石的孔隙和裂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。砂巖和碳酸鹽巖存在不同類型的空隙巖石顆粒間未被膠結物質充滿或未被其他固體物質占據(jù)的空間統(tǒng)稱為空隙。碳酸鹽巖中的空隙是受地下水溶蝕后能形成的。各種巖石在地應力、構造應力及地質作用后產生裂縫(微裂縫)形成另一類形式的空隙。精選ppt一、巖石的孔隙類型空隙按幾何尺寸或現(xiàn)狀可分為孔隙(一般指砂巖)、空洞(一般指碳酸鹽巖)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。巖石孔隙的大小、形狀、連通狀況和發(fā)育程度直接影響油氣的儲量和生產能力。

儲層中孔隙(空隙)的形狀、大小、發(fā)育程度、形成過程非常復雜，差異甚大，從各種角度出發(fā)進行分類和描述。精選ppt1、Meinzer分類法Meinzer按儲層巖石的孔隙組成和孔隙間的相互關系分類為六種：(a)為分選好、孔隙度高的沉積物中的孔隙；(b)為分選差、孔隙度低的沉積物中的孔隙；(c)為礫石沉積物，礫石本身也是多孔的，因而整個沉積物孔隙度高；精選ppt(d)沉積物分選較好，但顆粒間有膠結物沉積，所以孔隙度低；(e)為由溶蝕作用形成的多孔巖石；(f)為由斷裂形成的有膠結物的多孔巖石。精選ppt2、按成因分類

1)粒間孔隙巖石為顆粒支撐或雜基支撐，含少量膠結物，由顆粒圍成的孔隙稱為粒間孔。是砂巖中最主要、最普遍的孔隙。砂粒的粒度、分選性、圓球度、接觸方位、填充方式和壓實程度決定粒間孔隙的大小和形態(tài)。以粒間孔為主的砂巖儲層，其孔隙大、喉道粗、連通性好，一般具有較大的孔隙度(大于20％)和滲透率(大于100×10-3)。典型的粒間孔隙的鏡下形態(tài)如圖所示。精選ppt2)雜基內微孔隙：雜基內微孔隙主要指雜基沉積物在風化時收縮形成的孔隙及粘土礦物重結晶的晶問孔隙。

3)晶體次生晶問孔隙：主要由石英結晶次生加大充填原生孔隙后的殘留孔隙。

4)紋理及層理縫：在具有層理和紋理構造的砂巖中，由于不同砂層的巖性或顆粒排列方位的差異，沿紋理或層理常有微縫隙。

5)裂縫孔隙：地應力作用形成微裂縫。裂縫寬度一般平行于最小地應力方向。砂巖儲層中裂縫寬度一般為零點幾微米到幾l微米。

精選ppt6)溶蝕孔隙：溶蝕孔隙是由巖石中的碳酸鹽、長石、硫酸鹽或其他可溶性成分溶蝕后形成的。

精選ppt3、按孔隙大小的分類

1)超毛細管孔隙指孔隙直徑大于0.5mm或裂縫寬度大于0.25mm的孔隙。巖石中的大裂縫、溶洞及未膠結或膠結疏松的砂層孔隙多屬于此類。在此類孔隙中，流體在重力用下可自由流動。2)毛細管孔隙指孔隙直徑介于0.5～0.0002mm之間，或裂縫寬度介于0.25～0.0001rnm之間的孔隙。砂巖的孔隙大多屬此類。在此類孔隙中，孔隙壁面固體分子對流體分子的作用力較大，如果存在兩相流體，則存在毛細管力，液體不能自由流動。但在一定壓差作用下，液體在毛細管內右以流動。

精選ppt3)微毛細營孔隙指孔隙直徑小于0.0002mm、裂縫寬度小于0.0001mm的孔隙。粘土、頁巖中的孔隙一屬于此類型。在此類孔隙中，分子間的引力很大，油層條件下的壓力梯度一般無法使液體在孔隙中移動，因此人們常將孔道直徑大于或小于0.2tμm作為流體能否在孔隙中流動的一個分界線。這類孔隙稱為無效孔隙。

精選ppt4、按其它因素分類1)孔隙按生成時間的分類

分為原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙是與沉積過程同時形成的孔隙，如粒間孔隙；次生孔隙是沉積作用后由于各種原因形成的孔隙．如地下水作用形成的溶孔、溶洞，或在構造應力下破裂形成的裂隙。2)孔隙按組合關系的分類

分為孔道和喉道。孔道是較大的孔洞(簡稱孔)；喉道指連接大孔隙之間的細小通道(簡稱喉)。3)孔隙接連通性的分類

分為連通孔隙(pore)和死孔隙(disconnectedpore)。巖石中絕大多數(shù)孔隙都是連通的，也有不連通的死孔隙。精選ppt二、巖石孔隙結構模型

巖石的孔隙結構包括孔隙的大小、形狀、孔間連通情況、孔隙類型、孔壁粗糙程度等全部孔隙特征和它的構成方式。巖石的孔隙結構直接影響到巖石的儲集特性和滲流特性，它是研究巖石的孔隙度和滲透率的基礎。在本課程中要了解孔隙結構的幾個概念和模型精選ppt1、孔隙結構參數(shù)

(1)孔徑：孔隙直徑(2)喉道：孔道是較大的孔洞(簡稱孔)；喉道指連接犬孔隙之間的細小通道(簡稱喉)。

(3)孔喉比：它是孔隙直徑與喉道直徑的比值。精選ppt(4)孔隙迂曲(曲折)度τ：它是用以描述孔隙彎曲程度的一個參數(shù)。迂曲度τ為流體質點實際流經的路程長度l與巖石外觀長度L之比值，其值在1.2～2.5之間。精選ppt(5)孔隙配位數(shù)：它是指每個孔道所連通的喉道數(shù)。一般砂巖配位數(shù)介于2～15之間。精選ppt2、孔隙結構巖石孔隙結構類型劃分主要視研究目的和應用要求而定：

1)單重孔隙介質

2)雙重孔隙介質

3)三重孔隙介質

精選ppt1)單重孔隙介質(1)粒間孔隙結構：

由大小和形狀不同的顆粒所組成，顆粒之間間隙又被膠結物所充填。由于膠結不完全，在顆粒之間形成了粒間孔隙。是砂巖的基本孔隙結構，但部分碳酸鹽巖亦具有此種孔隙結構。這些粒間孔隙既是儲油空間，又是油氣滲流的通道。結構模型

單重孔隙介質粒間孔隙結構，早期用等直徑球體的堆積體來描述，后來用毛細管，近來又引進網(wǎng)絡模型的概念。

精選ppt

球形堆積內的粒間孔隙空間最接近天然介質（砂巖）和人工介質（燒結物）中常見孔隙空間的理論情形。實際上，等徑球稠密隨機非常復雜，因此習慣上僅用它描述規(guī)則堆積（現(xiàn)實中并不存在體積大于幾個顆粒的情形）。用圖表總結了最經常描述的三種堆積的主要特征。對于每種規(guī)則堆積，可以計算出兩種類型球體的直徑：（1）內接于孔隙空間最寬區(qū)域的最大球形（對于立方堆積，這種球形半徑為0.732,長度單位為顆粒半徑）；（2）可通過最狹窄孔隙通道（進出通道）的最大球形，即可自由“流通”經過所考慮整個孔隙空間的最大球形（對于立方堆積，其半徑為0.414）。等徑球形堆積孔隙空間精選ppt直徑球體結構模型a.立方堆積b.六方堆積c.六方堆積示意d.A、B兩類e.六方堆積中的兩種類型精選ppt等球體堆積特征精選ppt毛細管結構模型精選ppt孔隙縱橫比一個孔隙的最短幾何尺度a與最長幾何尺度r之比，α=a/r?？紫兜男螒B(tài)一般為橢球狀(α=a/r)，但在理論中常假設為兩種極限情況：圓形(α=1)與硬幣形孔隙?？紫犊v橫比與孔隙表面S對孔隙容體V的比值有關：球形孔隙橢球孔隙精選ppt

(2)純裂縫結構：

致密的碳酸鹽儲油(氣)巖上產生微裂縫就叫“純裂縫結構”。裂縫的發(fā)育和延伸是不規(guī)則的，很難定量描述裂縫的形態(tài)。有時簡化為一種理想的、垂直方格的裂縫網(wǎng)格。精選ppt2)雙重孔隙介質

(1)裂縫孔隙結構：

特別發(fā)育于石灰?guī)r與白云巖中。粒間孔隙有較大的孔隙度，但滲透率較?。幌喾?，裂隙有很小的孔隙度，但具有較高的滲透率，形成了兩個水動力系統(tǒng)。

精選ppt(2)空洞孔隙結構：

特別發(fā)育于碳酸鹽巖石。它是在粒間孔隙的巖石中分布著大的洞穴，洞穴的尺寸超過毛細管大小。精選ppt3)三重孔隙介質

孔隙微裂縫大洞穴；由粒間孔隙、微裂縫再加上大洞穴構成。(2)孔隙一微裂縫一大裂縫：是粒間孔隙、微裂縫、大裂縫三重孔隙并存的混合結構。精選ppt①切片法—光學顯微鏡把巖石樣品磨成薄片，在光學顯微鏡下觀測或照相；②電子顯微鏡用電子顯微鏡照相，三維影像。三、孔隙空間形態(tài)的目測方法精選ppt砂巖的掃描電子顯微鏡（SEM）照片精選ppt多孔介質的電鏡照片玻璃珠燒結樣品松散砂巖精選ppt不同巖石的切片光學顯微鏡照片灰?guī)r精選ppt四、巖石的孔隙度

1、孔隙度的定義

巖石的總體積Vb，以稱外表體積、視體積，是由孔隙體積Vp或(Vφ)及固相顆粒體積(基質體積)VS兩部分組成，即：Vb=Vp+Vs，

孔隙度(φ)是指巖石中孔隙體積Vφ。與巖石總體積Vb的比值，其表達式為：

φ=Vφ/Vb×100％

精選ppt1)巖石的絕對孔隙度(φa)巖石的絕對孔隙度(φa)指巖石的總孔隙體積Va與巖石外表體積Vb之比，即：

φa=Va/Vb

×100％

總孔隙體積Va連通孔隙體積(有效孔隙體積)不連通孔隙體積可流動

不可流動精選ppt2)有效孔隙度(φe)是指巖石中有效孔隙的體積Ve與巖石外表體積Vb之比。即：φe=Ve/Vb×100％

計算儲量和評價油氣層特性時一般指有效孔隙度

精選ppt3)巖石的流動孔隙度(φf)流動孔隙度是指在含油巖石中，可流動的孔隙體積Vf與巖石外表體積Vb之比。即：φf=Vf/Vb×100％

φa

>φe

>φf精選ppt2、巖石孔隙度的測量

巖石孔隙度的測定方法主要有兩類：1)實驗室內直接測定法；2)以各種測井方法為基礎的間接測定法。間接測定法影響因素多，誤差較大。實驗室內通過常規(guī)巖心分析法可以較精確地測定巖心的孔隙度.

精選ppt1)巖石外表(視)體積Vb的測定

(1)幾何測量法

(2)封蠟法

(3)飽和煤油法

(4)水銀法

精選ppt2)巖石孔隙體積Vp的測定

原理：

使流體介質充滿孔隙，測定充入孔隙的流體量。注意：不同的流體(氣體或水)，其充滿巖石孔隙的程度不同，所得的孔隙體積也不同，也代表了不同的孔隙度意義。常用的兩種方法：(1)氣體孔隙度儀

(2)液體飽和法

精選ppt3)巖石顆粒體積VS的測定方法

1)氦氣孔隙度儀法

2)固體體積計法(又名固體比重計法)精選ppt測定體積測定方法總體積水銀內的浮力：非潤濕流體的水銀沒有壓力時浸入不了常見的多孔隙介質。這種方法可非常準確地測定總體積。直接測定不同長度的樣品：這種方法僅適合測驗具有非常規(guī)則形狀的標本?？紫扼w積使?jié)櫇窳黧w在真空條件下達到完全飽和；由于重與飽和重量之差直接計算出孔隙體積。固體體積理想氣體的壓縮系數(shù)：容器內開始時是空的，然后置入樣品。作出注入于容器內的氣體體積與壓力關系圖，利用兩種情形下的差異計算出固體體積。忽略不計。潤濕流體完全飽和多孔隙物體之浮力：根據(jù)干重與浸沒重量之差直接計算固體體積測量固體密度：在多孔隙物質碾碎成細粒之后測定計算固體密度；根據(jù)礦物組分的定量分析計算精選ppt3.3孔隙中的流體和流動

巖石中存在著孔隙和裂隙，也包含著流體。絕大多數(shù)巖石中都包含數(shù)量不等的孔隙流體。流體的存在影響巖石的一些物理性質，用飽和度描述巖石孔隙中流體的多少。巖石中的流體是運動的，孔隙中的流體流動是造成巖石中物質運移的最重要過程，精選ppt一、巖石的流體飽和度巖石孔隙中充滿一種流體時，孔隙中飽含該流體，則稱飽和了一種流體。巖石孔隙中同時存在多種流體(原油、地層水或天然氣)時，巖石孔隙被多種流體所飽和。某種流體所占巖石孔隙的體積百分數(shù)稱為該種流體的飽和度。

精選ppt1、含油、水、氣飽和度

巖石孔隙中油、水、氣的飽和度可以分別表示為：全飽和精選ppt2、原始含水飽和度—束縛水飽和度

原始含水飽和度（Swi）是油藏投入開發(fā)前儲層巖石孔隙空間中原始含水體積Vwi和巖石孔隙體積Vp的比值。巖石內都會含有一定數(shù)量的不流動水，通常稱之為束縛水。同樣有原始含油飽和度SOi

精選ppt3、飽和度的測試常規(guī)巖心分析方法：

常壓干餾法蒸餾抽提法色譜法等精選ppt二、巖石的流體滲透性

巖石的孔隙性和滲透性是人們關心的兩個儲層特征。

孔隙性決定了巖石儲集性能，即單位體積巖石中的油氣儲量。滲透性是