油层物理概论

石油的年产量曲线石油的年需求曲线20010019801985199019952000年150石油的年产量和需求106吨年出口石油量年进口石油量2010年石油年缺口1亿吨天然气年缺口400亿方对策与措施1、寻找新的油气田，扩大油气后备储量2、采用先进技术，最大限度地合理开发油气藏3、提高现有油气田的油气采收率，增加油气产量4、采取各种节能措施，开发可替代能源或新能源5、开展国际合作，参与开发国际油气资源油层物理学研究的主要内容从微观的角度，依物理化学的眼光去分析研究储油气层内与油气运动有关的问题，包括：1、影响油气储集与渗流的介质特征2、流体在储油气岩石介质中的流动特征3、储油气岩石中油气与介质的相互作用油层物理学研究的主要内容储层岩石的物理性质，包括储层岩石的基本构成，孔隙类型及组合关系，孔隙度、渗透率、储油岩石的油、气、水饱和度的概念及测定方法、储层敏感性等。储层流体的物理性质，包括天然气、原油、地层水的物理性质，如：天然气的对应状态定律，天然气的状态方程和压缩因子，油藏烃类的相态模型、相态特征，天然气在石油中的溶解度，地层油的溶解油气比，油气水的体积系数、压缩系数、密度、粘度等。油藏岩石中多相流体的渗流特性，包括两相界面的自由界面能，比界面能和界面张力，油—水对固体表面的润湿与吸附；毛管力的概念、大小和方向，毛管力公式建立，毛管孔道中的珠泡效应、贾敏效应，毛管压力曲线、毛管压力曲线分析及应用；油藏岩石的有效渗透率和相对渗透率，油水相对渗透率曲线特征及其分析，相对渗透率曲线在油田开发中的应用。油藏中油气的排驱与开采，包括排驱油气的能量，排驱油气的方式，影响油气驱动的因素，采收率以及提高采收率的途径，影响采收率的因素。油层物理学研究的主要内容学科的发展历史20－30年代——美国前苏联注意到油藏流体特性及影响，初步形成了流体性质的测试方法。49年代——M.麦盖特的《采油物理原理》汇总了20世纪上半叶关于储油岩石和油、气、水流体性质的研究实践资料，概括并提升到物理学角度予以描述和解释，指导了各种驱动类型油气田的科学开发。56年——苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫出版了《油层物理基础》，把油层物理从采油工程中独立出来，形成一个新的学科分支。72年——奇加林出版了《碳酸盐岩石油天然气开采》，从开采角度叙述了碳酸盐岩储层特征；73年——威廉等出版的《石油流体性质》系统阐述了石油天然气的物理化学性质和有关计算77年——卡佳霍夫及其助手编著的《油气层物理学》对储油气岩石的性质和孔隙结构有了新的概括和总结；77年——马尔哈辛的《油气层物理化学机理》则首次用物理化学观点叙述了地层原油渗流运移的物理化学过程，强调要提高采收率必须加强油层物理化学机理的研究；20世纪末——主要在油气流体的非牛顿性和相态方程建立和应用方面取得了新的进展。深部油气藏、高含水油气藏、低渗透性油气藏、稠油油藏等开发均需要进一步研究。油层物理需要强大的实验支撑常规岩心分析、专项岩心分析、提高采收率实验、地层敏感性分析、地层流体物理分析等技术已逐步趋于完善。1.洪世绎，《油藏物理基础》，石油工业出版社，1985年7月。2．罗蛰谭，《油层物理》，地质出版社，1985年9月。3．何更生，《油层物理》，石油工业出版社，1993年2月。4．吴迪祥，张继芬等，《油层物理》，石油工业出版社，1994年4月。5、杨胜来，魏俊之，《油层物理学》，石油工业出版社，20046、沈平平，《油水在多孔介质中的运动理论与实践》，石油工业出版社，2000参考书储集岩可分为二部分岩石骨架——碎屑颗粒、胶结物岩石空隙——孔隙、裂隙、溶孔、溶洞等岩石骨架和空隙决定了储集岩的孔隙度、渗透率以及流体在其中的流动行为一、概念碎屑颗粒的大小称为粒度。第一章储油气岩石的粒度、比面和胶结物§1储油气岩石的粒度二、计量单位2、克洛宾提出的乌登－温德沃思粒度对数换算值1000mm100mm10mm1mm0.1mm0.01mm岩块巨砾中砾细砾砂粉砂粘土D2logD表示颗粒直径以2为底的负对数值该方法的优点是：粒径变成了整数；粒级划分为等差级数值1、采用十进制（mm）粒级划分，粒级划分采用以10为底的对数坐标缺点是：粒级划分间隔较粗，细粒部分表示不清楚三、粒度测定1、直接测量适用于砾岩2、薄片粒度分析适用于致密胶结砂岩，并换算称为值3、筛选法成套振动筛，筛孔表示方法有：1）每英寸长度上的孔数——用目或号表示2）用mm直接表示大小相邻的二种筛子的筛孔直径相差一般为41－颗粒密度－液体的运动粘度的液体中的下降速度的颗粒在密度为直径为颗粒直径112)1(18vdVdvgdV4、沉降法(斯托克斯方程计算)适用于粒径小于0.074-0.053mm的细小颗粒（最小粒级）四、粒度的表示方法有参数法和作图法1、作图法直方图、频率图、累积曲线图、概率累积曲线图直方图横坐标代表粒径区间（）纵坐标代表百分含量频率曲线将直方图的每个柱子的纵横边的中点依次连接构成频率曲线累积频率曲线横坐标用表示，向细粒端把各粒级的百分含量累加构成曲线呈S形，Md为50％累积含量处的粒径，C为1％累积含量处的粒径，Q1为25％累积含量处的粒径，Q3为75％累积含量处的粒径。倾斜程度表示分选性。概率累积曲线（Moss,1962）横坐标用表示纵坐标为概率标度的累积百分数概率坐标为非等间距标刻，是以50％处为对称中心，向上下二端逐渐加大，这样可将粗粒粒度放大，粒级间距一般选用。一般一个样品的粒度分布由三个直线段构成，分别对应于三个不同的搬运总体——滚动、跳跃、悬浮。41A:：悬浮为主B：悬浮和跳跃C：跳跃和悬浮D：跳跃、滚动和悬浮E：跳跃、滚动和悬浮F：跳跃浊流辫状河曲流河三角洲和障壁坝浅滩风成沙丘-20246801020304050607080901001098.8m-20246801020304050607080901001100.5m肯东18井1048.2米和1059米深度边滩相沉积的概率累计曲线（样品位置见前图中的E、F）边滩的粒度曲线总体上具有两段式的牵引流特征。搬运方式以跳跃总体为主，占95％以上，悬浮总体次之，滚动总体不发育。而且曲线的倾斜度也较高，表明分选好－中等。属于典型河流相沉积的粒度特征。对于单个边滩相沉积序列下部的粒度曲线不仅倾斜程度不如上部样品高，而且细截点也逐步向细粒级移动，这表明在边滩沉积中由下而上跳跃次总体的粒径逐渐变小，水流能量逐渐变弱，分选性则向上变好。-2024680204060801001110.68-20246801020304050607080901001111.47m-20246801020304050607080901001115.11mkd162井第7砂层组一个边滩相沉积中的概率累计曲线ABD样品位置见前图中的A、B、D33999338141411414ABCD肯东162井第7砂层组微相类型剖面AD-20246801020304050607080901001048.2m天然堤由于沉积的水动力能量条件比较弱，因此其概率累积曲线中悬浮次总体发育程度增加，倾斜程度较高，细截点也偏向细粒级（样品位置见图肯东18井中的C）ABCD肯东18井馆上段天然堤相的累积概率曲线2、参数法1、不均匀系数2、分选系数3、平均值4、标准偏差5、偏度6、峰态五、粒度研究意义1、粒度大小、分选性决定了岩石孔隙度、渗透率，同时也决定了岩石比面、毛管力和膨胀性能等。2、有助于油田开发过程中确定开采方式（裸眼开采，还是加筛管），另外还可以确定防砂井段，选择防砂的井底器械，选择冲洗、堵砂的方式。（在油田开发时利用粒度分析选择最有利的注水井段（选择含粘土颗粒最少的井段以防止因粘土颗粒在水中的膨胀而导致水的吸水指数降低。）一、概念单位体积岩石内颗粒的总表面积或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。S=A/VS：岩石比表面积（cm²/cm³、m²/m³）A：岩石颗粒的总表面积或岩石内孔隙的内表面积V：岩石体积是表示砂岩油层分散程度的一项指标。§2比面比面的特征：1）比面的大小取决于颗粒直径的大小，直径越小，岩石比面越大如：粉砂岩（2300）细砂岩（950－2300）粗砂岩（950）2）比面大小直接决定了孔隙度、渗透率及其孔隙结构。比面大，岩石内颗粒与流体接触面积大，颗粒表面对流体分子吸附能力大，束缚水饱和度高，影响了岩石的渗透率，使原油更多地残留在油层中。二、比面的测定1、实验室方法1）吸附法：通过研究岩石表面吸附活性剂的数量多少，用以测定比面。2）透入法：在一定压差下，使空气流过岩样，测定出该压差下的空气流量。2、间接估算法1）根据粒度组成估算岩石的比面2）按孔隙度和渗透率估算比面scmQcmHsmPacmLcmAcmcmSLQAHs/./143023203通过岩心的空气量，水柱的压差，－空气通过岩心稳定后－室温下空气的粘度，岩心长度，岩心截面积，－岩心孔隙度，小数比面，以岩石视体积为基准的透入法测定比面（Kozeny-Carman方程）%)1(6%)1(6%)1(6)1(6)1(61612221111332nnnssGdSGdSGdSddNASdVNVddA颗粒对应的总表面积：粒径为：粒的总表面积，即比面单位体积岩石中全部颗总数：单位体积岩石中的颗粒岩石颗粒所占的体积：每个颗粒的体积：每个颗粒的表面积：根据岩石粒度组成估算的岩石比面niiiiniiiidGCSdGS11100)1(6100)1(6岩石的比面为C为颗粒球度的校正系数Kumar和Fatt（1969、1970）用核磁共振研究非胶结砂子的渗透率、孔隙度和比表面的关系为孔隙度（％）达西为渗透率）为比表面（)(/110)ln41.17.10(322KcmcmsKs按孔隙度和渗透率估算比面§3储油（气）岩石的胶结物质定义：储油（气）岩石的胶结物质是指除碎屑颗粒和杂基以外的化学沉淀物质。通常是结晶的与非结晶的自生矿物。在碎屑岩中含量小于50％作用：它对颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石（固结成岩）。对储层物性的影响：碎屑岩中胶结物质总是使储油物性变差。随着胶结物成分变化与胶结类型的不同，粒间的孔隙将变为充填残留孔隙或充填物内孔隙，使孔隙变小，因此胶结物与储油物性之间有着密切的关系。胶结作用和对储层孔隙（物性）的伤害跟胶结物的成分和它在储油气岩石中的结构（表现形式或产状）有密切的关系。成分结构或产状胶结类型描述内容1.泥质胶结物自生的粘土矿物：高岭石、水云母（伊利石）、蒙脱石、绿泥石、拜来石等。斑点式：多为高岭石和少量的针状云母、蒙托石等。薄膜式：主要为水云母、绿泥石、蒙托石等。桥式：多为绿泥石、水云母。成分侏罗系，长庆油田岭214井106（39-22/60）abc白云石后期沿颗粒沉淀，堵塞喉道，单偏，×100，白垩系，内蒙二连油田阿3井1477m。第三系，冀东油田高82井4022.2m。2.灰质（钙质）胶结物（常见）方解石（CaCO3）、白云石（CaMgCO3）、钠盐（Na2CO3）、钾盐（K2CO3）和菱铁矿（FeCO3）白云石胶结物堵塞喉道包于颗粒外部，正交，×100白垩系，内蒙二连油田阿1井1471m。白云石后期沿颗粒沉淀，堵塞喉道，单偏，×100，白垩系，内蒙二连油田赛7井942.7m。砂岩中白云石胶结物，单偏，×180，第三系，江汉油田拖13井3202.4m。白垩系，玉门油田营参1井4451.63m长石受淋滤产生粒内溶孔，铁白云石充填粒间孔隙，染色为蓝色，单偏光，×200南海油田某井1485m。3.硫酸盐胶结物最常见的是石膏。与温度关系密切，64℃时结晶水缓慢析出当温度达到80－100℃时结晶水迅速结出。硬石膏，白云岩孔中充油，单偏光，×100，白垩系，玉门油田营参1井2829m。粒间硬石膏，正交，×80，第三系，新疆克拉玛依油田428井3236m。海绿石卵圆形，粒间硬石膏，正交，×200，第三系，新疆克拉玛依油田428井3236m。4.硅酸