石油天然气地质3-1储集层的岩石物性参数

石油天然气地质与勘探任课人：逄雯山东胜利职业学院石油天然气地质与勘探•绪论•第一章石油、天然气、油田水的基本特征•第二章石油和天然气的成因•第三章储集层和盖层•第四章石油和天然气的运移•第五章油气聚集与油气藏的形成•第六章油气藏的类型及特征•第七章油气聚集单元与油气分布•第八章油气资源评价与勘探理论技术•第九章油气田勘探的程序和任务2第一节储集层的岩石物性参数第二节碎屑岩储集层第三节碳酸盐岩储集层第四节特殊岩类储集层第五节盖层的类型及其封盖机制第三章储集层和盖层《石油天然气地质与勘探》孔隙性：储存流体的数量渗透性：流体的渗滤能力具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石称为储集岩。由储集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。基本特性：•储集岩(层)第三章储集层和盖层若储集层中含有商业数量的油气——含油气层；或简称油层、气层已投入开采的含油气层——产层。第三章储集层和盖层按岩类分为：碎屑岩储层、碳酸盐岩储层、特殊岩类储层（岩浆岩、变质岩、泥质岩等）按储集空间类型分为：孔隙型储层、裂缝型储层、孔洞型储层、缝洞型储层、孔缝型储层、孔缝洞复合型储层按渗透率的大小分为：高渗储层、中渗储层、低渗储层•储集层的分类在油气进入储集层之前，其孔隙（或裂缝）空间首先是被地下水饱和的，由于石油天然气通常比油气田水的密度小，在地下岩石孔隙中，由于油气与水存在密度差而产生净浮力，在静水条件下净浮力驱使油气向上方运移，若储集层上方存在致密岩层，则油气向上的渗透逸散将被阻止。第三章储集层和盖层覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层称为盖层。盖层之所以能够封盖油气，是由于它们具备相对低的孔隙度和渗透率。蒸发岩类、泥页岩类。•盖层第三章储集层和盖层第一节储集层的岩石物性参数一、储集岩（层）的孔隙性二、储集岩（层）的渗透性三、岩石孔隙度与渗透率的关系四、流体饱和度五、储集层的孔隙结构一、储集岩（层）的孔隙性1.岩石中的孔隙：广义：岩石中未被固体物质充满的空间。包括孔隙（狭义）、孔洞和裂缝。狭义：岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙物内的空隙。岩石中的孔隙，有大孔隙也有小孔隙；孔隙的形状有的很简单、有的很复杂。第一节储集层的岩石物性参数孔隙（Pore）：孔隙系统中的膨大部分，既影响储存流体的数量，也影响岩石渗滤能力；喉道（Throat）——连通孔隙的细小部分，主要影响岩石渗滤流体能力。PoreThroatPore根据不同部位在流体储存和流动过程所起作用的差异将孔隙系统分：孔隙和喉道油气水在储集层的复杂孔隙系统中渗流时，要经历一系列交替着的孔隙和喉道，但主要受流通通道中最小的喉道控制。显然，喉道的大小、分布及其几何形状是影响储集层储集能力和渗透特征的主要因素。原生孔隙——在沉积成岩过程中与岩石本身同时生成的孔隙。包括粒间孔隙、岩层层理、层面间的层间孔隙和喷发岩中的气孔等。――碎屑岩类储层主要储集空间。次生孔隙——沉积成岩之后的后生变化过程中，由于化学、物理等作用，使岩石组分溶解、收缩、破裂等产生的孔隙。――溶蚀孔隙、收缩孔、裂隙。2、孔隙的类型（1）根据成因：粒间孔隙、粒内孔隙、微孔隙1）大部分粒间孔隙是原生孔隙2）大部分粒内孔隙为次生孔隙3）微孔隙就是小孔隙，包括杂基内的微孔隙和与粘土矿物等自生矿物相关的晶间孔隙。2、孔隙的类型砂岩储集层：2、孔隙的类型据孔隙相互间关系：相互连通的孔隙孤立的孔隙超毛细管孔隙——孔隙直径大于0.5mm，裂缝宽度大于0.25mm，重力作用下流体在其中自由流动。毛细管孔隙——孔径0.5-0.0002mm，裂缝宽0.25-0.0001mm，外力大于毛细管阻力时，流体可流动。微毛细管孔隙—孔径小于0.0002mm，裂缝宽度小于0.0001mm，流体在其中不能流动。（2）根据岩石中孔隙的大小：有效孔隙：连通的毛细管孔隙和超毛细管孔隙；无效孔隙：微毛细管孔隙，死孔隙或孤立的孔隙。净砂岩的连通孔隙度、孤立孔隙度和总孔隙度示意图（3）按其对流体渗流的影响：总孔隙度越大，能容纳的流体量越多——岩石中全部孔隙体积占岩石总体积（Vt）的百分数。%100VtVpt（1）总孔隙度(绝对孔隙度)3、孔隙度——岩石中相互连通的、在一定压差下允许流体在其中渗滤的孔隙体积占岩石总体积（Vt）的百分数。%100VtVee有效孔隙度小于或等于总孔隙度。（2）有效孔隙度（连通孔隙度）——具有实际意义渗透性用渗透率来表示：——在一定压差下，岩石本身允许流体通过的能力。地层压力条件下流体能否通过渗透性岩石：砂岩非渗透性岩石：泥岩绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率二、储集岩（层）的渗透性当单相流体通过横截面积为F、长度为L、压力差为（P1—P2）的一段孔隙介质呈层状流动时，21PPPP1P2FFLLFPPK21）－（液＝Q1.绝对渗透率：K流体粘度为μ，则单位时间内通过这段岩石孔隙的流体量为：K——绝对渗透率，与岩石本身有关。岩石孔隙中只有一种流体（单相）存在，流体不与岩石起任何物理化学反应，且流体的流动符合达西直线渗率定律，所测得的渗透率。FPPLQPKg)(222122岩石孔隙中多相流体共存时，岩石对其中每相流体的渗透率，称相渗透率。分别用Ko、Kg、Kw表示。有效渗透率与绝对渗透率的比值即相对渗透率，变化值在0～1之间。2.有效渗透率（相渗透率）相渗透率不仅与岩石本身性质有关，而且与其中的流体性质及它们的数量比例也有关。3.相对渗透率：Ko/K、Kg/K、Kw/K01020304050607090100含水饱和度（%）相对渗透率KoKKwK油水油水饱和度与相对渗透率的关系曲线图有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石有关，而且与流体的性质和饱和度关系密切，随着该相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为某种单向流体所饱和，其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率则等于1。相反，随着该相流体在岩石孔隙中的含量逐渐减少，有效渗透率则逐渐降低，直到某一极限含量，该相流体停止流动。典型水湿性和油湿性油藏中油-水饱和度与相对渗透率的关系曲线(LucaCosentino,2001)相对渗透率曲线与岩样的润湿性和岩心的非均质性密切相关。当岩石润湿性由亲水向亲油转化时，油的相对渗透率趋于降低，水的相对渗透率趋于升高各相异性对相对渗透率的影响(LucaCosentino,2001)如果岩样不均匀、取心的方向不同，相对渗透率曲线也不同。渗透率是一个向量，从不同方向测得的岩石渗透率是不同的。按渗流方向与地层层里面的关系，分为垂直渗透率和水平渗透率。垂直渗透率反映地层纵向的渗透性，水平渗透率反映流体顺层渗滤的能力。1、直接测定（实测渗透率）储层的岩样实验室渗透率测定仪——绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率一般先将岩样抽提、洗净、烘干，制成一定的几何形状，在一定温压下，应用空气、氮气或水渗透岩样来直接测定。2、间接测定（解释渗透率）利用岩石渗透率与其它参数之间的关系，应用一些经验公式，利用地球物理测井资料、水动力学试井资料、地震资料等资料间接地计算出渗透率。4．渗透率的测定方法三、岩石孔隙度与渗透率的关系1、碎屑岩储层有效孔隙度φe与绝对渗透率K有较好的正相关关系。φe↑，K↑，大体呈指数函数关系。级别有效孔隙度%绝对K（10－3μm2）储层评价Ⅰ＞20＞1000极好Ⅱ20－151000－500好Ⅲ15－10500－100中Ⅳ10－5100－1较差Ⅴ＜510－1低渗透VI/＜1致密〈碎屑岩储层评价标准表〉岩石物性分级标准（中国石油天然气行业标准，SY/T5717—95）级别特高高中低特低渗透率（×10-3μm2）2000500～2000100～50010～100≤10孔隙度（％）3025～3015～2510～15≤10图：砂岩有效孔隙度与气体渗透率的关系图1-粉砂岩，2-细砂岩，3-粗-中粒砂岩2、碳酸盐岩储层一般孔隙度与渗透率无明显关系；缝洞不发育者的颗粒碳酸盐岩（如颗粒灰岩、晶粒白云岩），以粒间孔隙为主，φe↑，K↑。裂缝发育者（如泥灰岩、致密石灰岩），裂缝比孔隙对K的影响大。三、孔隙度与渗透率的关系3.岩浆岩、变质岩储层储集空间以溶蚀孔、裂缝为主，裂缝的影响较大，孔隙度与渗透率相关性差。裂缝发育，渗透率很高裂缝不发育，为特低孔渗性储层三、孔隙度与渗透率的关系四、流体饱和度储层岩石孔隙空间中，一般为水和烃类等流体所占据。油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。在油藏投入开发之前，所测得油层岩石孔隙空间中的流体饱和度称之为原始含油、含气、含水饱和度，是储量计算最重要的参数。在开发阶段所测定的流体饱和度，称之为目前的含油、含气、含水饱和度，是开发方案调整的重要参数。1．流体饱和度式中：So、Sw、Sg——分别为油、水、气的饱和度,％。Vo、Vw、Vg——分别为油、水、气在储集空间中所占的体积，cm3；Vr、Vp——分别为岩样和岩样中储集空间的体积，cm3；φ——岩石的总孔隙度，％；%100ropooVVVVS%100rwpwwVVVVS%100rgpggVVVVS1．流体饱和度四、流体饱和度储层岩石孔隙空间中，一般为水和烃类等流体所占据。油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。1．流体饱和度如果油层中含油、水两相，则So+Sw=1如果油层中汉油、气、水三相，则So+Sw+Sg=1任何油气储层中均含有一定数量的不可动水，即通常所指的“束缚水”或“残余水”。相应的饱和度称为束缚水饱和度，用符号Swc表示。亲水岩石颗粒表面的薄膜滞水微细毛管孔道中的毛管滞水2．束缚水饱和度——储层孔隙结构、泥质含量、流体性质岩石的孔隙越小、泥质含量高、连通性愈差、微毛管孔隙愈发育，则渗透性愈差、束缚水饱和度愈高。一般水对岩石的润湿性愈好、油水界面张力愈大，则岩石的束缚水饱和度愈高。影响束缚水的主要因素：实验室岩心测试：抽提法：直接测试岩心孔隙中的流体量毛细管压力测试法矿场测试：以测井技术为基础的饱和度测定方法以油藏工程为基础的分析方法3．储层流体饱和度的测定方法五、储集层的孔隙结构岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系。汞注入量,%毛细管压力,MPa050100孔喉半径，um750.075S饱PbSminSmax特征：Pc→Pd后，汞才开始大量注入岩石。——排替压力。排替压力（Pd）：非润湿相开始大量注入岩样中最大连通喉道时所需克服的毛细管压力。润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力。Pd越小，说明岩样中最大连通孔喉越大，大孔喉越多，孔隙结构越好。孔隙等效半径r，按一定范围计算其百分含量，并作孔喉等效半径分布图。R越集中越大，孔隙结构越好。rCosPc25101520Vr/V总R（um）0.010.040.10.251410《孔喉等效半径分布图》汞注入量,%毛细管压力,MPa050100孔喉半径，um750.075S饱PbSminSmax所以，通常用Pd、r、Smin%、Pc50作为定量描述孔隙结构的参数。非润湿相汞饱和度为50%时对应的毛细管压力，称饱和度中值压力（Pc50）：Pc50对应的孔喉半径≈平均喉道半径图3-6毛细管压力曲线特征I-注入曲线，W-退出曲线第一节储集层的岩石物性参数储集岩（层）的孔隙性储集岩（层）的渗透岩石孔隙度与渗透率的关系流体饱和度储集层的孔隙结构