油层物理第一章省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页油层物理油层物理总课时：40讲 课：40主讲人：闫文华单 位：石油工程系 渗流物理教研室第2页不许迟到早退，有事拿正式假条请假，其它无效；提前五分钟到教室，凡迟到者，按旷课处理；请按时交作业，不交或迟交三次者不得参加考试；上课请注意听讲，有不明白地方及时举手发问；请注意保持黑板及地面清洁；交作业时间为周四上课前；课堂纪律及要求第3页 油层物理是研究储层岩石、岩石中流体（油、气、水）以油层物理是研究储层岩石、岩石中流体（油、气、水）以及流体在岩石微小孔道中渗流机理一门学科。及流体在岩石微小孔道中渗流机理一门学科。1.什么是油层物理什么是油层物理油层是指储存原油地层。它包含储存原油岩石和岩石中流体两部油层是指储存原油地层。它包含储存原油岩石和岩石中流体两部分。分。油藏：是指单一圈闭中含有同一压力系统油聚积。它能够看成是油藏：是指单一圈闭中含有同一压力系统油聚积。它能够看成是地下独立储油容器，含有独立水动力学系统。一个油藏可由一个地下独立储油容器，含有独立水动力学系统。一个油藏可由一个或几个油层组成。或几个油层组成。油田：普通从行政管理角度定义，指同一范围内油气藏总和。油田：普通从行政管理角度定义，指同一范围内油气藏总和。绪绪 论论一一.油层物理研究内容油层物理研究内容第4页2.2.研究内容研究内容（2 2）储层流体物理性质）储层流体物理性质 研究存放在岩层孔隙中油、气、水在高压下物理性质；以及研究存放在岩层孔隙中油、气、水在高压下物理性质；以及油、气、水相态改变规律。油、气、水相态改变规律。（3 3）油藏岩石中多相流体渗流特征）油藏岩石中多相流体渗流特征 研究岩石孔隙内表面和油、气、水相互作用物理和物理化学研究岩石孔隙内表面和油、气、水相互作用物理和物理化学性质以及油、气、水沿极其微小迂回孔道流动基本渗流特征。如性质以及油、气、水沿极其微小迂回孔道流动基本渗流特征。如润湿性、吸附、毛管压力曲线、相对渗透率等。润湿性、吸附、毛管压力曲线、相对渗透率等。（4 4）提升原油采收率方法）提升原油采收率方法 研究油气水和岩石特征对原油采收率影响，探讨降低油藏中研究油气水和岩石特征对原油采收率影响，探讨降低油藏中残余油各种路径和方法。如改型水驱、混相驱、热力采油等。残余油各种路径和方法。如改型水驱、混相驱、热力采油等。（1 1）储层岩石物理性质）储层岩石物理性质 研究岩石固体骨架性质。如粒度组成、比面，储液性、可研究岩石固体骨架性质。如粒度组成、比面，储液性、可渗性等等。渗性等等。第5页19331933年，美国人年，美国人G.H.G.H.法奇等人首先进行了油层物理方面研究，研法奇等人首先进行了油层物理方面研究，研究了流体性质和测试技术；究了流体性质和测试技术；19341934年，年，R.D.R.D.乌索夫和乌索夫和M.M.马斯盖特等在达西定律基础上研究了测马斯盖特等在达西定律基础上研究了测量岩样渗透率方法；量岩样渗透率方法；19351935年，年，R.J.R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质方薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质方法。测量项目包含：压力法。测量项目包含：压力-体积体积-温度之间关系，饱和度、饱和压温度之间关系，饱和度、饱和压力、油中溶解气量、原油因为气体分离而造成伸缩等。力、油中溶解气量、原油因为气体分离而造成伸缩等。二二.油层物理发展历史油层物理发展历史 油层物理是伴随油气田开发和发展而形成并独立出来一门学油层物理是伴随油气田开发和发展而形成并独立出来一门学科。科。自自18591859年和年和18601860年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以来，油田开发和开采历史有一百多年了。开始时人们对油层认识来，油田开发和开采历史有一百多年了。开始时人们对油层认识很浅薄。到了很浅薄。到了3030年代人们经过漫长实践、探索和研究，对油藏有年代人们经过漫长实践、探索和研究，对油藏有了初步认识，油层物理学开始有了很大发展。了初步认识，油层物理学开始有了很大发展。第6页 在在我我国国五五十十年年代代就就有有专专门门从从事事油油层层物物理理研研究究专专业业技技术术人人员员，在在原原北北京京石石油油学学院院首首次次开开设设了了油油层层物物理理课课程程，培培养养了了对对应应硕硕士士。6060年年代代从从采采油油工工程程中中分分离离出出来来，大大庆庆油油田田开开发发使使我我国国油油层层物物理理学学科科有有了了深深入入发发展展。华华东东石石油油学学院院张张朝朝琛琛编编写写了了油油层层物物理理一一书书，但但没没有有正正式式出出版版。伴伴随随各各类类油油田田开开发发与与开开采采，油油田田研研究究单单位位都都对对应应地地建建立立了了相相关关油油层层物物理理各各类类试试验验室室，开开展展了了油油层层物物理理各各个个领领域域试试验验研研究究，同同时时也也进进行行了了各各自自油油田田现现场场试试验验研研究究以以及及不不一一样样方方法法提升原油采收率试验研究。提升原油采收率试验研究。19491949年，美国年，美国M.M.马斯盖特写了采油物理原理，汇总了当初马斯盖特写了采油物理原理，汇总了当初油层物理技术，为该学科形成打下基础。油层物理技术，为该学科形成打下基础。5050年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了油层物理年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了油层物理基础书，标志着这一学科形成，而且从采油工程学科中分离基础书，标志着这一学科形成，而且从采油工程学科中分离出来。出来。第7页8080年，华东石油学院，洪世铎油藏物理基础；年，华东石油学院，洪世铎油藏物理基础；8484年，武汉地质学院，张博金油气层物理学；年，武汉地质学院，张博金油气层物理学；8585年，成都地质学院，罗蛰潭油层物理；年，成都地质学院，罗蛰潭油层物理；9191年，西南石油学院，何更生油层物理；年，西南石油学院，何更生油层物理；9292年，我们学院依据大庆油田特点，编写了这本书。年，我们学院依据大庆油田特点，编写了这本书。油层物理已成为我国石油工程专业中不可缺乏主要学科，油层物理已成为我国石油工程专业中不可缺乏主要学科，伴随石油工业迅猛发展，它必将在我国油田开发和开采工作中伴随石油工业迅猛发展，它必将在我国油田开发和开采工作中起着越来越主要作用。而且，伴随深层油藏、碳酸盐油藏、低起着越来越主要作用。而且，伴随深层油藏、碳酸盐油藏、低渗透油藏、稠油油藏以及凝析气藏等各类油（气）藏开发，将渗透油藏、稠油油藏以及凝析气藏等各类油（气）藏开发，将不停给油层物理学科提出新研究课题，经过不停努力，油层物不停给油层物理学科提出新研究课题，经过不停努力，油层物理学科将不停完善和发展。理学科将不停完善和发展。第8页三三.油层物理课程性质及与其它课关系油层物理课程性质及与其它课关系 油层物理学是高等石油院校石油工程专业、石油地质专业及油田化学等专业一门重要专业基础课，它既要运用到许多基础理论，又在专业上有着广泛实际应用。所以，学习这门课除了要具备数、理、化基础知识外，普通地质、岩石学、物理化学以及流体力学等都是学习油层物理应具备基础。其次，在渗流力学、油藏数值模拟、油气田开发、采油工程、油田应用化学以及提高油气采收率技术、油层保护、现代试井等课程许多方面，都要以它为基础进行广泛论述和应用。此外，油层物理学又是一门建立在实验基础上学科，其实践性很强。从事大量实验研究，也是油层物理学研究一大特点。第9页四四.参考书参考书1.油层物理油层物理 罗蛰潭主编罗蛰潭主编 地质出版社地质出版社 1985年；年；2.油层物理油层物理 何更生编何更生编 西南石油学院西南石油学院 1991年；年；3.油藏物理油藏物理 洪世铎编洪世铎编 石油工业出版社石油工业出版社 1985年；年；4.4.油气层物理学油气层物理学 张博金编张博金编 武汉地质学院武汉地质学院 1984年。年。第10页课前用一定时间预习；课前用一定时间预习；上课注意作笔记，尤其注意教师对概念解释；上课注意作笔记，尤其注意教师对概念解释；课后按时复习及做作业；课后按时复习及做作业；认真上好试验课，做到理论与试验结合；认真上好试验课，做到理论与试验结合；及时答疑，不要把问题积累在一起。及时答疑，不要把问题积累在一起。五、五、本课程学习方法本课程学习方法.第11页寄 语 因为油层物理课前后联络非常紧密，假如前面内容掌握不好，对后续内容了解就会产生不利影响；而后面内容学习，又会对前面内容了解产生加深作用。所以，希望同学们在前期努力学习，闯过了入门这一关，后面学习就轻易多了。祝福同学们学习进步！祝福同学们学习进步！第12页 第一章 储层岩石物理性质储层岩石粒度组成和比面储层岩石孔隙结构及孔隙度储层岩石渗透率渗透率和其它岩石物性关系储层流体饱和度第13页第一节第一节 储层岩石粒度组成和比面储层岩石粒度组成和比面 岩石粒度组成和比面是反应岩石骨架组成最主要岩石粒度组成和比面是反应岩石骨架组成最主要指标，也是划分储层、评价储层主要物性参数。指标，也是划分储层、评价储层主要物性参数。一、岩石粒度组成一、岩石粒度组成 1、粒度、粒度组成、粒度、粒度组成 粒度组成是指组成岩石各种大小不一样颗粒含量，通常以粒度组成是指组成岩石各种大小不一样颗粒含量，通常以百分数表示。粒度组成是储层岩石一个主要特征。储层岩石许百分数表示。粒度组成是储层岩石一个主要特征。储层岩石许多性质，如孔隙度、渗透率、密度、比面、表面性质等都与它多性质，如孔隙度、渗透率、密度、比面、表面性质等都与它相关，在地质上依据粒度组成能够判断地层沉积地质和古地理相关，在地质上依据粒度组成能够判断地层沉积地质和古地理条件。条件。2、分析方法、分析方法 定义：采取一定机械或物理方法测定出岩石中不一样大小定义：采取一定机械或物理方法测定出岩石中不一样大小颗粒含量。颗粒含量。第14页 岩石粒度组成通常采取岩石粒度组成通常采取筛析法筛析法和和水力沉降法水力沉降法来分析。来分析。（1）筛析法：主要用于砂岩分析筛析法：主要用于砂岩分析 原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析（适合用于直原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析（适合用于直径径0.05mm以上颗粒组分），按不一样粒级将它们分开。以上颗粒组分），按不一样粒级将它们分开。筛子筛孔有两种表示方法：一个是以英制每英寸长度上筛筛子筛孔有两种表示方法：一个是以英制每英寸长度上筛孔数表示，称为目或号；另一个则是以毫米直径来表示筛孔孔孔数表示，称为目或号；另一个则是以毫米直径来表示筛孔孔眼大小。另外，成套筛子孔眼大小有一定要求，比如，乡邻两眼大小。另外，成套筛子孔眼大小有一定要求，比如，乡邻两级筛孔孔眼大小可相差级筛孔孔眼大小可相差 或或 级差。级差。在试验室中进行筛析时，普通在试验室中进行筛析时，普通都采取细金属丝编成标准筛进行。都采取细金属丝编成标准筛进行。把选取筛子按筛孔大小从大到小排把选取筛子按筛孔大小从大到小排列好，取列好，取处理好处理好砂子砂子50g50g放入最上面放入最上面筛子中，开动振筛机振动筛子中，开动振筛机振动1515分钟。分钟。取下筛子，把每个筛子中颗粒小心取下筛子，把每个筛子中颗粒小心地倒到纸上，逐份称量，算出重量地倒到纸上，逐份称量，算出重量百分数和累积重量百分数。百分数和累积重量百分数。第15页（2）水力沉降法：主要用于粉沙岩和泥质粉沙岩分析）水力沉降法：主要用于粉沙岩和泥质粉沙岩分析 原理：基于大小不一样颗粒在粘性液体中沉降速度不一样进原理：基于大小不一样颗粒在粘性液体中沉降速度不一样进行分离原理。行分离原理。第16页 颗粒直径大小可按照斯托克斯公式计算，颗粒直径大小可按照斯托克斯公式计算，即即式中：式中：d:颗粒直径，颗粒直径，cm;g:重力加速度，重力加速度，981cm/s2 r:液体运动粘度，液体运动粘度，cm2/s ;s:颗粒密度，颗粒密度，g/cm3；l:液体密度，液体密度，g/cm3；v:颗粒运动速度，颗粒运动速度，cm/s。公式推导：公式推导：设颗粒为球形，匀速下设颗粒为球形，匀速下降，则受力平衡，协力降，则受力平衡，协力为为0。将以上各式代入将以上各式代入G-F-f=0，则可导出斯托克斯公，则可导出斯托克斯公式。式。第17页在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：假设颗粒为球型；假设颗粒为球型；颗粒在粘性和不可压缩液体中运动，十分迟缓；颗粒在粘性和不可压缩液体中运动，十分迟缓；颗粒坚硬，且表面光滑；颗粒坚硬，且表面光滑；颗粒沉降以常速进行；颗粒沉降以常速进行；在运动着颗粒与分散介质之间界面上，不发生滑动。在运动着颗粒与分散介质之间界面上，不发生滑动。即使有这些假设，但该公式对实际应用来说，仍含有足够精度。即使有这些假设，但该公式对实际应用来说，仍含有足够精度。当颗粒直径为当颗粒直径为5050100m100m时，有足够精度。时，有足够精度。注意：筛注意：筛析法和水析法和水力沉降法力沉降法所求得粒所求得粒径并不是径并不是定值而是定值而是一个范围一个范围。平均粒径可用下式求得：平均粒径可用下式求得：式中：式中：颗粒平均直径：颗粒平均直径 ：分别为相邻两层筛子孔眼直径。：分别为相邻两层筛子孔眼直径。第18页3、粒度组成表示方法、粒度组成表示方法（1 1）数字列表法）数字列表法第19页（2 2）作图法）作图法a.粒度组成份布曲线粒度组成份布曲线（1 1）曲曲线线表表示示了了各各种种粒粒径径颗颗粒粒所所占占百百分分数数，可可用用它它来来确确定定任任一一粒粒级级在岩石中含量；在岩石中含量；（2 2）曲曲线线尖尖峰峰位位置置表表示示含含量量最最多多颗颗粒粒直直径径大大小；小；（3 3）曲曲线线尖尖峰峰越越高高颗颗粒粒分分布布越越均均匀匀，说说明明该该岩岩石石以以某某一一粒粒径径颗颗粒粒为为主；主；（4 4）曲曲线线尖尖峰峰越越靠靠右右，说明岩石颗粒越粗。说明岩石颗粒越粗。b.粒度组成累积分布曲线粒度组成累积分布曲线普通储油砂岩颗粒大小均在普通储油砂岩颗粒大小均在1 10.01mm0.01mm之间。之间。第20页4、粒度参数、粒度参数 (1)粒度中值粒度中值(d50 )：在累积分布曲线上对应累积重量百分：在累积分布曲线上对应累积重量百分数为数为50%颗粒直径。颗粒直径。(2)不均匀系数不均匀系数 n：指累积分布曲线上某两个重量百分数所指累积分布曲线上某两个重量百分数所代表颗粒直径之比值。惯用累积重量代表颗粒直径之比值。惯用累积重量60%颗粒直径颗粒直径d60与累积重与累积重量量10%颗粒直径颗粒直径d10 之比，即：之比，即：S=11.5，分选好；分选好；S=2.54.5，分选中等；，分选中等；S4.5，分选差。，分选差。a.欧美国家常以累积重量欧美国家常以累积重量25%、50%、75%三个特征点，将累三个特征点，将累积曲线划分为四段，然后按特拉斯克方程求出分选系数，即：积曲线划分为四段，然后按特拉斯克方程求出分选系数，即：(3)分选系数：代表碎屑物质在沉积过程中分选好坏。分选系数：代表碎屑物质在沉积过程中分选好坏。即表示颗粒大小集中程度。即表示颗粒大小集中程度。第21页 b.由福克、沃德提出用标准偏差大小来划分岩石分选性等级。由福克、沃德提出用标准偏差大小来划分岩石分选性等级。（4）偏度：又称歪度，指粒度组成份布偏于粗颗粒或细颗粒。）偏度：又称歪度，指粒度组成份布偏于粗颗粒或细颗粒。福克、沃德参数是我国当前应用最广泛粒度参数之一。福克、沃德参数是我国当前应用最广泛粒度参数之一。第22页 实际岩石样品实际岩石样品Skp值在值在1之间改变，正值表示曲线偏于粗颗粒为粗歪度；之间改变，正值表示曲线偏于粗颗粒为粗歪度；负值表示曲线偏于细颗粒为细歪度。负值表示曲线偏于细颗粒为细歪度。对称，对称，Skp=0粗偏度，粗偏度，Skp0细偏度，细偏度，Skp0第23页（5）峰态：量度粒度组成份布曲线陡峭程度。）峰态：量度粒度组成份布曲线陡峭程度。量度分布曲线两个尾部颗粒直径展幅与中央展幅比值。量度分布曲线两个尾部颗粒直径展幅与中央展幅比值。（6）颗粒等效直径）颗粒等效直径假想土壤模型：等径球形颗粒所组成模型。假想土壤模型：等径球形颗粒所组成模型。用假想土壤模型研究真实颗粒组成岩石时，用假想土壤模型用假想土壤模型研究真实颗粒组成岩石时，用假想土壤模型颗粒直径代替真实岩石粒度组成后，假想土壤模型所产生渗滤阻颗粒直径代替真实岩石粒度组成后，假想土壤模型所产生渗滤阻力与真实岩石所产生阻力相同，满足于这么条件假想土壤模型颗力与真实岩石所产生阻力相同，满足于这么条件假想土壤模型颗粒直径就称为粒直径就称为“颗粒等效直径颗粒等效直径”。第24页公式以下：公式以下：其中，其中，def：颗粒等效直径；颗粒等效直径；gi：第：第i组分砂子重量百分数；组分砂子重量百分数；di：表征第：表征第i组分颗粒平均直径。组分颗粒平均直径。第25页第26页二、砂岩比面二、砂岩比面1、比面概念、比面概念 所谓比面是指单位体积岩石内岩石骨架总表面积或单位体所谓比面是指单位体积岩石内岩石骨架总表面积或单位体积岩石内总孔隙内表面积。当颗粒是点接触时，即为全部颗粒积岩石内总孔隙内表面积。当颗粒是点接触时，即为全部颗粒总表面积。数学表示式为：总表面积。数学表示式为：式中式中 S:岩石比面，岩石比面，cm2/cm3,m2/m3等等 A:岩石颗粒总表面积或岩石孔隙总表面剂，岩石颗粒总表面积或岩石孔隙总表面剂，cm3 V:岩石外表体积（或视体积），岩石外表体积（或视体积），cm3 岩石中细颗粒越多，它比面就越大，反之，就越小。也就是说，岩石中细颗粒越多，它比面就越大，反之，就越小。也就是说，岩石比面越大，说明其骨架分散程度越大，颗粒越细。岩石比面越大，说明其骨架分散程度越大，颗粒越细。比如：由半径为比如：由半径为R R等径圆球按立方体排列所组成多孔介质，等径圆球按立方体排列所组成多孔介质，其比面应为其比面应为 显然，比面大小取显然，比面大小取决于颗粒直径，粒径越小比面越大，细粒物质比面比粗粒物质决于颗粒直径，粒径越小比面越大，细粒物质比面比粗粒物质比面大得多。比面大得多。S S=84=84R R2 2/(4R)/(4R)3 3=/2R=/2R。第27页 除常以外表体积除常以外表体积V定义外，还采取颗粒骨架体积定义外，还采取颗粒骨架体积Vs和孔隙体和孔隙体积积Vp为基准比面，即：为基准比面，即：式中：式中：S:以岩石外表体积为基准比面，以岩石外表体积为基准比面，cm2/cm3；Ss:以岩石骨架体积为基准比面，以岩石骨架体积为基准比面，cm2/cm3；Sp:以岩石孔隙体积为基准比面，以岩石孔隙体积为基准比面，cm2/cm3；按以上三种不一样体积定义比面有以下关系：按以上三种不一样体积定义比面有以下关系：另外，在相关比面定义中，分母也有采取另外，在相关比面定义中，分母也有采取“单位重量单位重量”来定义来定义比面。如，对于砂岩按单位重量定义比面为比面。如，对于砂岩按单位重量定义比面为5005005000cm5000cm2 2/g/g对于页对于页岩为岩为100 m100 m2 2/g/g（1000000cm1000000cm2 2/g/g）。）。普通情况下，未加注明，岩石比面是指以岩石外表体积为基普通情况下，未加注明，岩石比面是指以岩石外表体积为基准比面。准比面。2、比面其它定义方法、比面其它定义方法第28页3、研究比面意义、研究比面意义(2)和渗透率相关。和渗透率相关。S越大，越大，K越小越小 泥质砂岩、粉砂岩渗透率很低泥质砂岩、粉砂岩渗透率很低(3)和孔隙表面吸附量相关和孔隙表面吸附量相关(4)和离子交换能力相关和离子交换能力相关(5)和束缚水含量相关和束缚水含量相关(1)岩石分类和对比指标岩石分类和对比指标 砂岩砂岩 S950 cm2/cm3 (粒径粒径10.25mm)细砂岩细砂岩 950S2300 cm2/cm3 (粒径粒径0.10.01mm)第29页4、比面测定方法、比面测定方法第30页 由岩石粒度组成资料估算比面由岩石粒度组成资料估算比面 考虑问题思绪是：先从繁到简，首先假设全部颗粒均为理考虑问题思绪是：先从繁到简，首先假设全部颗粒均为理想圆球形，然后再靠近实际情况，考虑颗粒形状不规则情况。想圆球形，然后再靠近实际情况，考虑颗粒形状不规则情况。第一步第一步：假设单位体积球形颗粒组合中，有假设单位体积球形颗粒组合中，有N个直径为个直径为d颗粒，颗粒，则每个球形颗粒表面积为则每个球形颗粒表面积为 ,体积为体积为Vi：又设单位体积岩石孔隙总体积为又设单位体积岩石孔隙总体积为，则该岩石中颗粒所占体，则该岩石中颗粒所占体积积Vs=1-，则单位体积岩石颗粒数量为：则单位体积岩石颗粒数量为：由此求出单位体积岩石颗粒总表面积，即比面为：由此求出单位体积岩石颗粒总表面积，即比面为：该法适合用于胶结疏松或不含粘土颗粒岩石。该法适合用于胶结疏松或不含粘土颗粒岩石。第31页 第二步：第二步：因为实际岩心是由不一样直径球形颗粒组成，依因为实际岩心是由不一样直径球形颗粒组成，依据粒度组成资料求比面。据粒度组成资料求比面。若单位体积岩石中颗粒组成为：若单位体积岩石中颗粒组成为：粒径为粒径为d1者占者占G1%，粒径为粒径为d2者占者占G2%，粒径为粒径为dn者占者占Gn%则该岩石中，每种直径岩石颗则该岩石中，每种直径岩石颗粒总表面为：粒总表面为：把全部颗粒表面积加起来即得到该颗粒组成岩石比面为：把全部颗粒表面积加起来即得到该颗粒组成岩石比面为：（可用其求（可用其求def）式中：式中：di：第第i组分颗粒直径组分颗粒直径 di“,di“分别为乡邻两筛子孔眼大小分别为乡邻两筛子孔眼大小 Gi：第第i组分颗粒重量百分数组分颗粒重量百分数 ：岩石孔隙度，由试验方法测定：岩石孔隙度，由试验方法测定。第32页 第三步：第三步：因为岩石颗粒不完全为球形，为了近似符合实际情因为岩石颗粒不完全为球形，为了近似符合实际情况，引入一个颗粒形状校正系数况，引入一个颗粒形状校正系数C则则 C值由试验确定，通常值由试验确定，通常C=1.21.4。对球度好颗粒取用较。对球度好颗粒取用较小小C值；对带棱角而非常不圆颗粒取较大值；对带棱角而非常不圆颗粒取较大C值。值。第33页三三.储层岩石敏感性储层岩石敏感性 近近年年来来，伴伴随随对对储储层层深深入入研研究究，在在我我国国“油油田田开开发发管管理理纲纲要要”及及保保护护储储层层技技术术研研究究中中，都都提提出出要要对对储储层层各各种种敏敏感感性性进进行行评评价价。就就是是说说，在在一一个个油油田田投投入入开开发发之之前前，即即打打第第一一口口探探井井时时，就就应应经经过过取取芯芯，除除进进行行常常规规孔孔、渗渗、饱饱、孔孔隙隙结结构构等等研研究究外外，还还必必须须对对岩岩心心进进行行各各种种敏敏感感性性评评价价试试验验，以以找找出出该该储储层层当当与与外外来来施施工工流流体体接接触触时时，可可能能潜潜在在危危险险及及对对储层可能造成伤害程度。储层可能造成伤害程度。第34页(一）胶结物及胶结类型一）胶结物及胶结类型 1.1.胶结物胶结物 储储层层岩岩石石中中胶胶结结物物是是除除碎碎屑屑颗颗粒粒之之外外化化学学沉沉淀淀物物质质，在在砂砂岩岩中中含量小于含量小于50%50%，它对岩石颗粒起胶结作用，使之变成坚硬岩石。，它对岩石颗粒起胶结作用，使之变成坚硬岩石。胶胶结结物物存存在在使使储储层层物物性性变变差差，伴伴随随胶胶结结物物成成份份改改变变与与胶胶结结物物类类型型不不一一样样对对储储层层影影响响也也不不一一样样，使使粒粒间间孔孔隙隙可可变变为为充充填填残残留留物物孔孔隙，使孔隙度变小。隙，使孔隙度变小。胶结物成份可分为泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。胶结物成份可分为泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。泥质（小于泥质（小于0.01mm0.01mm碎屑）胶结比较疏松，并能形成一些充填内碎屑）胶结比较疏松，并能形成一些充填内孔隙。孔隙。灰质胶结主要是方解石和白云石，它常呈结晶状态，胶结致密。灰质胶结主要是方解石和白云石，它常呈结晶状态，胶结致密。硅质胶结最致密，影响也最大。硅质胶结最致密，影响也最大。2.2.胶结类型胶结类型 胶结物在岩石中分布情况及与碎屑颗粒接触关系称为胶结类型。胶结物在岩石中分布情况及与碎屑颗粒接触关系称为胶结类型。它通常取决于胶结物成份和含量多少、生成条件以及沉积后一系列它通常取决于胶结物成份和含量多少、生成条件以及沉积后一系列改变等原因改变等原因。第35页c.c.接触胶结接触胶结 胶结物含量极少，普通小胶结物含量极少，普通小于于5%5%，仅分布于颗粒相互接触，仅分布于颗粒相互接触地方，颗粒呈点状或线状接触，地方，颗粒呈点状或线状接触，胶结物多为原生或碎屑风华物胶结物多为原生或碎屑风华物质，最常见者为泥质。此种胶质，最常见者为泥质。此种胶结储油物性最好。大庆油田属结储油物性最好。大庆油田属于这种胶结。岩石孔隙度大于于这种胶结。岩石孔隙度大于25%25%，渗透率从几十个毫达西，渗透率从几十个毫达西到几个达西。到几个达西。a.a.基底胶结基底胶结 胶胶结结物物含含量量最最高高。碎碎屑屑颗颗粒粒孤孤立立地地分分布布于于胶胶结结物物之之中中，彼彼此此不不相相接接触触或或少少有有颗颗粒粒接接触触。因因为为胶胶结结物物与与碎碎屑屑颗颗粒粒同同时时沉沉积积，故故称称原原生生胶胶结结，胶胶结结强强度度很很高高。孔孔隙隙类类型型全全为为胶胶结结物物内内微微孔孔，其其储储油油、气气物物性很差。性很差。b.b.孔隙胶结孔隙胶结 胶胶结结物物含含量量不不多多，充充填填于于颗颗粒粒之之间间孔孔隙隙中中颗颗粒粒呈呈支支架架状状接接触触。胶胶结结物物多多是是次次生生，分分布布不不均均匀匀，多多充充填填于于大大孔孔隙隙中中，胶胶结结强强度度次次于于基基底胶结。底胶结。依据胶结强度不一样，砂岩普通可分为强胶结、胶结和弱胶结或疏松等。依据胶结强度不一样，砂岩普通可分为强胶结、胶结和弱胶结或疏松等。胶结方式可分为：胶结方式可分为：第36页（二）胶结物中各种敏感矿物（二）胶结物中各种敏感矿物 储层敏感性主要受胶结物中敏感性储层敏感性主要受胶结物中敏感性矿物影响，这些敏感性矿物从不一样方矿物影响，这些敏感性矿物从不一样方面将影响岩石骨架性质和岩心分析正确面将影响岩石骨架性质和岩心分析正确性。性。第37页 1.1.粘土遇水膨胀特征粘土遇水膨胀特征 （1 1）粘土）粘土：直径小于：直径小于0.01mm0.01mm颗粒占颗粒占50%50%以上细粒碎屑。它成以上细粒碎屑。它成份包含粘土矿物和非粘土矿物，还有碱金属、碱土金属，铝和铁份包含粘土矿物和非粘土矿物，还有碱金属、碱土金属，铝和铁氧化物等。氧化物等。粘土矿物是砂岩主要胶结物。粘土矿物分为：高岭石型、蒙粘土矿物是砂岩主要胶结物。粘土矿物分为：高岭石型、蒙脱石型、水云母型、绿泥石型等。脱石型、水云母型、绿泥石型等。粘土结构：粘土矿物大都由两种基本晶格组成。一个是硅氧四面粘土结构：粘土矿物大都由两种基本晶格组成。一个是硅氧四面体，另一个是铝氧八面体。体，另一个是铝氧八面体。粘土基本结构组成可简单划分为：粘土基本结构组成可简单划分为：粘土矿物粘土矿物晶片晶片晶层晶层 单体单体平面延伸平面延伸纵向重合纵向重合延伸延伸+重合重合（2 2）粘土遇水膨胀机理）粘土遇水膨胀机理a.a.这是由粘土矿物特殊晶格结构所决定这是由粘土矿物特殊晶格结构所决定。第38页硅氧四面体 硅氧四面体晶片铝氧八面体 铝氧八面体晶片 蒙脱石结构 高岭石结构第39页 伊伊利利石石结结构构与与蒙蒙脱脱石石相相同同，只只是是其其晶晶层层之之间间卡卡有有钾钾原原子子，大大小小与与晶晶层层硅硅氧氧四四面面体体六六角角环环内内径径靠靠近近，使使晶晶层层之之间间联联结结牢牢靠，外来物质极难进入。靠，外来物质极难进入。蒙蒙脱脱石石是是由由两两个个硅硅氧氧四四面面体体晶晶片片中中间间夹夹一一个个铝铝氧氧八八面面体体晶晶片片所所组组成成晶晶层层。晶晶层层之之间间由由分分之之间间力力联联接接，所所以以，结结构构较较弱弱，晶晶层层之之间间距距离离较较大大（),),外外来来物物质质很很轻轻易易进进入入。当当和和水相遇时，水分之就轻易进入蒙脱石之间，造成晶体膨胀。水相遇时，水分之就轻易进入蒙脱石之间，造成晶体膨胀。高高岭岭石石是是一一个个硅硅氧氧四四面面体体晶晶片片和和一一个个铝铝氧氧八八面面体体晶晶片片组组成成晶晶层层。晶晶层层薄薄，层层间间距距小小（），两两个个晶晶层层之之间间一一面面是是氢氢氧氧原原子子，一一面面是是氧氧原原子子，因因而而形形成成氢氢键键，也也就就是是说说，相相邻邻两两晶晶层层之之间间除除范范德德华华力力外外，还还有有氢氢键键，结结协协力力强强，水水分分子子不不轻易进入，膨胀性就小。轻易进入，膨胀性就小。第40页b.b.与晶层表面带电性质相关与晶层表面带电性质相关 在在蒙蒙脱脱石石形形成成过过程程中中，硅硅氧氧四四面面体体中中S Si i4+4+经经常常被被AlAl3+3+所所置置换换,而而铝铝氧氧八八面面体体中中 AlAl3+3+常常被被MgMg2+2+和和FeFe2+2+置置换换，以以及及晶晶层层边边角角“破破键键”和和晶晶格格缺缺点点使使晶晶层层带带负负电电（粘粘土土带带负负电电），其其结结果果：水水为为极极性性分分子子，在在粘粘土土表表面面受受表表静静电电引引力力而而定定向向排排列列，浓浓集集在在颗颗粒粒表表面面。因因为为晶晶层层带带负负电电，而而在在表表面面吸吸附附了了Na Na+、CaCa2+2+等等阳阳离离子子，在在水水溶溶液液中中，晶晶层层表表面面离离子子解解离离，形形成成双双电电层层，使使双双电电层层内阳离子浓度高于介质中浓度，使得水分子向晶层间扩散，形成水化层。内阳离子浓度高于介质中浓度，使得水分子向晶层间扩散，形成水化层。高岭石中，硅和铝在形成过程中都没有被置换，所以，膨胀性就很小。高岭石中，硅和铝在形成过程中都没有被置换，所以，膨胀性就很小。粘土膨胀过程示意图粘土膨胀过程示意图膨胀前膨胀前膨胀后膨胀后扩散层扩散层吸附层吸附层粘土粘土第41页（3）粘土膨胀危害）粘土膨胀危害 a.a.大幅度降低岩石渗透率；大幅度降低岩石渗透率；b.b.套管损坏、井底坍塌等；套管损坏、井底坍塌等；c.c.粘土吸附作用能使注入地层化学剂作用降低甚至失效。粘土吸附作用能使注入地层化学剂作用降低甚至失效。a.a.离子交换法；离子交换法；b.b.增加电解质浓度；增加电解质浓度；c.c.注酸性水；注酸性水；d.d.注粘土稳定剂。注粘土稳定剂。（4）预防粘土膨胀办法）预防粘土膨胀办法（5）粘土膨胀度）粘土膨胀度 它是指粘土膨胀体积占原始体积百分数，它是衡量粘土膨它是指粘土膨胀体积占原始体积百分数，它是衡量粘土膨胀大小指标。胀大小指标。第42页2.石膏高温脱水特征石膏高温脱水特征 为为预预防防高高温温下下石石膏膏脱脱水水带带来来误误差差，在在岩岩心心分分析析过过程程 中中 可可 采采 取取 两两 种种 方方 法法：用用离离心心机机冷冷洗洗岩岩心心，即即用用离离心心机机高高速速旋旋转转下下所所产产生生离离心心力力，将将岩岩心心中中油油、水甩出；水甩出；改改用用氯氯仿仿和和甲甲醇醇配配置置共共沸沸液液，其其沸沸点点为为53.5，它它远远小小于于石石膏膏脱脱水水温温度度，其其沸沸液液中中甲甲醇醇和和氯氯仿仿重重量量百百分比为分比为13:87。106 74 81 64 第43页3.3.碳酸盐遇酸分解和酸敏矿物伤害地层碳酸盐遇酸分解和酸敏矿物伤害地层（1）碳酸盐遇酸分解）碳酸盐遇酸分解 砂砂岩岩储储层层碳碳酸酸盐盐含含量量极极少少或或根根本本不不含含，而而碳碳酸酸盐盐岩岩储储层层就就全全由由碳碳酸酸盐盐类类所所组组成成，如如石石灰灰石石（CaCOCaCO3 3)、白白 云云 石石（CaMg(COCaMg(CO3 3)2 2）、钠钠 盐盐（NaCONaCO3 3）、钾钾盐盐（CaCOCaCO3 3）和和菱菱铁铁矿矿都都能能与与酸酸反反应应。它它们们含含量量在在各各油油田田很很不不一一致致，就就其其在在胶胶结结物物中中含含量量看看，多多从从9.5%9.5%21%21%，其其含含量量多多少少不不但但影影响响到到储储层层岩岩石石物物性性，而而且且直直接接决决定定着着油油井井增增产产办办法法，碳碳酸酸盐盐含含量量是是评评价价储储层层性性能能一一个个主主要要参数参数。第44页碳酸盐含量测定多基于下述反应：碳酸盐含量测定多基于下述反应：CaCO3 +2HCl=CaCl2 +H2O+CO2 试验测定中，碳酸盐含量是采取反应后试验测定中，碳酸盐含量是采取反应后CO2体积或压力体积或压力来计算。因为碳酸钙在岩石分布最广，可将全部碳酸盐含量来计算。因为碳酸钙在岩石分布最广，可将全部碳酸盐含量换算为换算为CaCO3含量，依据反应后测出含量，依据反应后测出CO2体积体积,由下式求出：由下式求出：式中：式中：C：岩样中：岩样中CaCO3含量，含量，%；V：岩样与：岩样与HCl反应后所得反应后所得CO2体积，体积，cm3；：在试验温度及大气压下，：在试验温度及大气压下，CO2气体密度，气体密度，g/cm3；W：岩样总重，：岩样总重，g。第45页（2）酸敏矿物及特点）酸敏矿物及特点 能能与与酸酸反反应应矿矿物物并并不不都都叫叫酸酸敏敏矿矿物物，只只有有那那些些与与酸酸反反应应后后轻轻易易生生成成沉沉淀淀而而阻阻塞塞孔孔道道引引发发渗渗透透率率降降低低那那些些矿矿物物才才叫叫酸酸敏敏矿矿物物。如如富富铁铁绿绿泥泥石石（FeO Al2O3SiO2H2O）、黄黄铁铁矿矿（FeS2）、菱铁矿（）、菱铁矿（FeCO3）等属酸敏矿物。）等属酸敏矿物。酸化时，除粘土膨胀原因外，富铁绿泥石酸溶后当酸化时，除粘土膨胀原因外，富铁绿泥石酸溶后当PH为为56时，时，Fe2+呈胶体沉淀，伤害地层，其反应式为：呈胶体沉淀，伤害地层，其反应式为：3 FeO Al2O32SiO23H2O+6HCl=3FeCl2+2Al(OH)3+2SiO23H2O2FeCl2+3H2O +3O=2Fe(OH)3+2Cl2 Fe(OH)3是一个片状结晶，通常其体积比喉道还大，故可阻塞是一个片状结晶，通常其体积比喉道还大，故可阻塞孔喉。孔喉。预防办法：加铁螯合剂和净氧剂。预防办法：加铁螯合剂和净氧剂。第46页第47页第二节 储层岩石孔隙结构及孔隙度 岩石中除有固体物质外，还有未被固体物质所占据空间，称为孔隙或空隙。世界上没有孔隙岩石是不存在，只是不一样岩石，其孔隙大小、形状和发育程度不一样而已。石油和天然气正是储存和流动于岩石孔隙之中。所以，岩石孔隙大小、形状、连通及发育程度就直接影响岩石中储集油气数量和生产油气能力，也是油层物理学最关心和研究最多课题。第48页一、储层岩石孔隙结构一、储层岩石孔隙结构 研究岩石孔隙结构，实质上是研究岩石孔隙组成，它包含研究岩石孔隙结构，实质上是研究岩石孔隙组成，它包含研究岩石孔隙大小、形状、孔隙间连通情况、孔隙类型、孔壁粗研究岩石孔隙大小、形状、孔隙间连通情况、孔隙类型、孔壁粗糙程度等全部孔隙特征和它组成方式。糙程度等全部孔隙特征和它组成方式。1.孔隙类型和组合关系孔隙类型和组合关系组合关系：组合关系：含有一个孔隙介质称为单纯（单一）介质；孔隙、裂缝；含有一个孔隙介质称为单纯（单一）介质；孔隙、裂缝；含有两种孔隙介质称为双重介质，孔隙含有两种孔隙介质称为双重介质，孔隙裂缝；裂缝；含有各种孔隙介质称为多重介质，孔隙含有各种孔隙介质称为多重介质，孔隙溶洞溶洞裂缝。裂缝。第49页第50页2.孔隙简化模型孔隙简化模型（1）简化成等径球形颗粒土壤模型）简化成等径球形颗粒土壤模型（2）假想毛管模型）假想毛管模型 等径毛管模型等径毛管模型 不等径毛管模型不等径毛管模型 变径毛管模型变径毛管模型（3）网状模型）网状模型 （4）概率模型）概率模型第51页3.孔隙结构参数和孔隙大小分布表示法孔隙：普通将岩石颗粒包围着较大空间称为孔隙；喉道：仅在两个颗粒之间连通狭窄部分称为喉道；孔隙直径d：孔隙空间内任何一点孔隙直径要求为在该点装得进去而且整个都在