西南油层物理教材-第一章 储层岩石的物理特性.doc

第一章储层岩石的物理特性
油气储层为地下深处多孔岩层，因此油气地下储集空间的特征——储层多孔介质的结构、性质决定了油藏的赋存特点、油气的储存丰度与储量、油气井的产能，也决定了油藏开发的难易程度和最终效果。研究和掌握储层物性是认识储层、评价储层、保护和改造储层的基础，是从事石油勘探、钻井、油田开发开采及提高油气采收率工作所必需掌握的基础知识。
石油与天然气储层主要为沉积岩储集层，而沉积岩又分为碎屑岩和碳酸盐岩储集层（表5—1）。世界上主要含油气区的储集层多为碎屑岩储集层，它包括各种类型的砂岩、砾岩、砾砂岩以及泥岩。碎屑岩储集层分布广、物性好，是主要的储层岩石。
碳酸盐岩储集层是另一类重要的油气储集层。根据全球资料统计，以碳酸盐岩为储集层的油气储量，约占总储量的一半，油产量达到总产量的50％以上。波斯湾盆地是世界碳酸盐岩油田分布最集中的地区，我国也发现了一批碳酸盐岩油气藏。实践向人们展示了在碳酸盐岩中寻找油气资源的广阔前景。本篇将以碎屑岩（砂岩）、碳酸盐岩为主要研究对象。

表5—1储层岩石的分类与实例
沉积类型岩性分类典型油田举例碎屑岩砂岩疏松砂岩萨尔图油田、胜坨油田粉砂岩文东油田致密砂岩枣园油田裂缝性砂岩延长油田砾岩砾岩克拉玛依油田砂砾岩砂砾岩曙光油田裂缝性砂砾岩蒙古林油田泥岩孔隙缝洞泥灰岩南翼山油田碳酸盐岩白云岩裂缝孔洞白云岩任丘油田裂缝孔隙泥质白云岩风成城油田石灰岩裂缝孔洞灰岩苏桥油田生物灰岩桩西油田孔隙裂缝藻灰岩义东油田火成岩裂缝孔隙安山岩风化店油田裂缝性凝灰岩哈达图油田火山岩车排子油田玄武岩、安山岩克拉玛依油田417断块变质岩裂缝性变质岩鸭儿峡油田裂缝性花岗岩静安堡油田
砂岩储层是由砂粒沉积并经胶结物胶结而成的多孔介质，颗粒固体物质构成骨架，颗粒之间存在的间隙为空隙或称孔隙。本篇研究砂岩的粒度组成、比面等骨架性质，以及孔隙性、渗透性、饱和度、压缩性、热学性质、电学性质、放射性、声学特性等各种性质。
这些性质或参数并非一成不变的，而是受钻井、开发开采作业的影响，储层敏感性(速敏、水敏、酸敏等)及其评价问题，也是本篇研究的一个内容。
第一节储层多孔介质的几何特性
本章主要介绍储层岩石的颗粒粒度、孔隙性与流体饱和度等，这些都与多孔介质的几何特性有关。
§1砂岩的构成
砂岩是由性质不同、形状各异、大小不等的砂粒经胶结物胶结而成的。储层性质主要受颗粒的大小、形状、排列方式、胶结物的成分、数量、性质以及胶结方式的影响。地质师可以根据粒度分布参数和曲线判断沉积环境，油藏工程师可以根据粒度分布参数和曲线评价储层的优劣。这里先研究砂粒的粒度与储层物性间的关系。
1.1岩石的粒度组成
1.粒度组成的概念
用橡皮锤将砂岩捣碎、分解成单个的砂粒，可以发现砂岩是由大小不同的各种颗粒组成。岩石颗粒的大小称为粒度，用其直径来表示（单位mm或μm）。按砂粒大小范围所分的组称为粒级。划分粒级的方法很多，表5—2是常见的一种。
表5—2粒级的划分
粒级
划分泥
(粘土)粉砂砂砾细粉砂粗粉砂细砂中砂粗砂细砾中砾粗砾巨砾颗粒直径
（mm）<0.010.05~
0.010.1~
0.050.25~
0.10.5~
0.251~
0.510~
1100~
101000~
100>1000
砂岩的粒度组成是指不同粒径范围（粒级）的颗粒占全部颗粒的百分数（含量），通常用质量百分数来表示。一般用筛析法和沉降法来测定砂岩的粒度及粒度组成。
(1)筛析法
筛析法是将由粗至细的一套筛子叠放、固定在震动筛分机上，对已破碎、分解的岩石颗粒进行筛析，每一个筛子的筛上剩余颗粒质量可由天平称得，得到颗粒粒级质量分布。
筛子的筛孔尺寸有两种表示方法：（1）以每英寸长度上的孔数表示，称为目或号，例如200目表示每英寸长度上有200孔；（2）以毫米直接来表示筛孔孔眼的大小。成套筛子的孔眼大小排列有一定的规则，例如相邻两级筛孔孔眼大小的级差为或。显然，粒度分级取决于该套筛子的尺寸。
储层砂岩颗粒的直径一般在1~0.01mm之间。例如，L油田岩样的筛分结果见表5—3。(2)沉降法
最细一层筛子筛下的颗粒是极细的软泥，需要再细分其粒级时，可采用沉降法（用于确定岩样中小于72~53μm的粒级含量）。其原理是根据不同直径的颗粒在液体中具有不同的沉降速度，因而到达底部所需时间不同。
假设（1）砂岩颗粒坚硬、为球形颗粒；
（2）微粒在粘性、不可压缩液体中的运动相当缓慢，且距离容器壁及底面为无穷远；
（3）微粒以恒速沉降；微粒在沉降时呈单粒分散；
（4）在运动着的微粒与分散介质之间介面上，不发生滑动。
在上述假设条件下，根据流体力学斯托克公式，颗粒的沉降速度为：
（5—1）
由此导出粒径的计算式：（5—2）
式中：d——颗粒直径，cm；
V——粒径为d的颗粒在液体中的下沉速度，cm／s；
ρs——颗粒密度