油层物理 第二章(孔隙度和孔隙结构)

第二章储油（气）岩石的孔隙度和孔隙结构§1储油（气）岩石的孔隙类型§2储油（气）岩石的孔隙度§3储油（气）岩石的裂隙（缝）率及其计算§4储油（气）岩石的孔隙结构.§1储油（气）岩石的孔隙类型一、成因分类1）原生孔隙：与沉积同时发生的孔隙2）次生孔隙：沉积作用后由于各种变化所形成的孔隙二、孔隙与岩石之间的组构分类1）碎屑岩2）碳酸盐岩.碎屑岩孔隙类型表(中国油气储层研究—1994)类亚类空间大小特征孔原生粒间孔<2mm为粒间原生或其残余孔隙次生粒内溶孔如长石和岩屑等颗粒的大部、局部或粒内溶解粒间溶孔胶结物及其晶内局部溶孔如方解石等胶结物或其晶体内的局部溶解杂基溶解粘土杂基的局部溶解超大孔由胶结物及颗粒一起被溶解所致铸模孔粒模颗粒溶解而保留外形晶模晶体溶解而保留外形生物模生物溶解而保留外形晶间如晚期形成的高岭石、白云石等晶体间的孔隙洞次生>2mm多与表生淋滤作用有关缝原生层间缝、收缩缝0.01->1mm沉积作用形成次生成岩缝及其溶孔无方向性、缝细、延伸范围小、有的可见溶蚀现象构造缝及其溶孔受应力控制、组系分明，平整延伸，切割力强，有的可见溶蚀现象.最紧密排列的单模式最疏松排列的单模式砂质砾岩的双模式洪积砾岩的复模式碎屑岩原生孔隙的进一步划分单模式双模式复合模式双模式单模式.原生粒间孔——单模式.原生粒间孔——单模式.双模式原生粒间孔隙.原生粒间孔——复模式.复模式原生粒间孔.次生孔隙——粒内溶孔.次生孔隙——粒间溶孔.次生孔隙－超大孔.次生孔隙——铸模孔（粒模孔）、超大孔粒模孔.次生孔隙——铸模孔（粒模孔）粒模孔.次生孔隙——铸模孔（粒模孔）、超大孔粒模孔.次生孔隙——铸模孔（粒模孔）粒模孔.次生孔隙——铸模孔（粒模孔）粒模孔.次生孔隙——铸模孔（生物铸模孔）生物铸模孔.次生孔隙——晶间孔.原生层间缝.原生层间缝.次生成岩缝溶蚀缝.次生成岩缝.次生构造缝.ChoquetteandPray的碳酸盐岩孔隙分类.鲕粒白云岩硬石膏充填粒间孔组构选择性孔隙——粒间孔粒间孔粒间孔.组构选择性孔隙——粒内孔.残余鲕粒结构结晶白云岩铸模孔组构选择性孔隙——晶间孔、铸模孔晶间孔细晶白云岩.组构选择性孔隙——晶间孔、铸模孔粘结云岩中的铸模孔中被白云石和硬石膏充填硬石膏充填铸模孔白云石充填铸模孔产生的晶间孔.组构选择性孔隙——粒间孔.生物滩储层组构选择性孔隙——粒间孔.海绵礁白云岩组构选择性孔隙——粒间孔.组构选择性孔隙——粒间孔.溶孔海绵礁屑灰岩。普光6井，10（78/137），2×10（-）组构选择性孔隙——粒间孔.针孔粉—细晶白云岩，针孔为球粒选择性溶蚀作用的产物。普光6井，9（70/121），5×10，（-）组构选择性孔隙——粒间孔.粉-细晶白云岩，由完好的白云石菱面体组成,晶间孔和晶间溶孔非常发育，局部为超大溶孔，具很好的连通性好，长边0.88mm,（－）.普光6井，5（17/101），5×10，（-），井深5277.82m组构选择性孔隙——粒间孔.溶孔粗晶白云岩，见残余鲕粒幻影和发育非常典型的晶间孔，普光2井，30（36/55），5×10，（-），井深5069.40m组构选择性孔隙——粒间孔.成岩交代成因的白云石的雾心亮边结构雾心亮边结构组构选择性孔隙——粒间孔.细晶白云岩，白云石呈完好的自形晶结构，晶间孔和晶体间溶孔、超大溶孔较为发育。普光6井，8（13/130），5×10，（-）.粉-细晶白云岩，由完好的白云石菱面体组成,晶间孔和晶间溶孔非常发育，局部为超大溶孔，具很好的连通性好，长边0.88mm,（－）.普光6井，5（17/101），5×10，（-），井深5277.82m.溶孔粗晶白云岩，见残余鲕粒幻影和发育非常典型的晶间孔，普光2井，30（36/55），5×10，（-），井深5069.40m.成岩交代成因的白云石的雾心亮边结构雾心亮边结构.普光2井的鲕模孔组构选择性孔隙——铸模孔.岩芯观察结合常规测井研究古岩溶的纵向发育特征.储层：溶洞、溶缝.沙64井构造溶蚀立缝充填充满原油T403井高角度构造溶蚀缝半充填状充满原油S67(5461.61-5461.91)纵向溶蚀扩大缝）2－5mm宽沙47井5443m，构造裂隙半充填泥质.裂缝、缝合线发光.FMI显示的溶孔特征（多为星点状和串珠状）溶洞、溶缝.600mx400mx100mhighSarawak洞穴仓–世界上最大的.古喀斯特与层序边界.地表水的渗落洞.多层通道废弃的上部通道下部的河流通道.多层通道废弃的上部通道下部河流通道.发育很好的具有椭圆形横剖面潜流带溶洞，这种形态是潜流带最稳定的剖面大的渗流峡谷底部仍显示了椭圆形渗流带洞穴的残存形态，原始渗流带溶道的顶部在潜水面下降后被侵蚀。（肯塔基Crystal洞穴中的CollinsAvenue）渗流溶柱，4－6米宽，30米高。肯塔基Mammoth洞穴中的Edna’sDome。含洞穴沉积物的二个大的残存的潜流溶道，内含块体和石板。最年轻的洞穴位于左边。（阿拉斯加北部BlanchardSprings洞穴中的DiscoveraryRoom）.三、孔隙大小分类四、孔隙的组合关系分类（1）孔隙（2）孔喉五、孔隙连通性分类(1)连通孔隙(2)不连通孔隙（孤立孔隙）...喉道分级级别主要流动喉道直径，mm特粗喉>0.03粗喉0.02-0.03中喉0.01-0.02细喉0.001-0.01微喉<0.001.§2储油（气）岩石的孔隙度一、储油（气）岩石孔隙度的概念所谓孔隙度就是指岩石中孔隙体积（或岩石中未被固体物质充填的空间体积）与岩石体积之比值。φ——岩石孔隙度（小数或百分数）Vp——岩石孔隙体积（cm3）Vb——体积（cm3）.根据储油（气）岩的孔隙是否连通和在一定的压差下流体能否在其中流动，又可以将孔隙度分为绝对孔隙度、有效孔隙度和流动孔隙度。（1）绝对孔隙度是指岩石总孔隙体积（包括连通和不连通的）Va与岩石体积Vb之比值。（2）有效孔隙度是指岩石在一定的压差下被石油和天然气饱和连通的孔隙体积Ve与岩石体积Vb之比值。.（3）流动孔隙度是指饱和流体的岩石在一定的压差下，与流体发生流动的体积相当的那部分孔隙体积与岩石体积之比值。三者关系：＞＞绝对孔隙度和有效孔隙度对未胶结的砂层和胶结不甚致密的砂岩来说相差不大。但对于胶结致密的砂岩和碳酸盐岩来说，有较大的差别。流动孔隙度不管哪种类型的储油（气）岩都永远小于绝对和有效孔隙度。.二、孔隙度值大小理论值：标准等直径球型颗粒最大：立方体排列＝90°＝0.476最小：菱面体排列＝60°＝0.259该公式说明等直径球形颗粒组成的岩石孔隙度只与排列方式有关，而与颗粒大小无关.实际值表2-2世界某些油田砂岩油层孔隙度世界上已开发的碎屑岩油田孔隙度一般在15—35％之间，个别低于10％实际岩石中，则受颗粒大小、分选、圆球度控制.孔隙度分级级别孔隙度（％）特高>30高25-30中15-25低10-15特低<10.三、储油（气）岩石孔隙度的影响因素1.沉积作用矿物成分——富火山碎屑物质的储层物性较差（与火山物质性质较软易被挤压形成假杂基及其易蚀变有关）粒级——从粉砂岩到细砂岩直到砾岩均可成为油气储层。远源砂体如三角洲前缘粉砂岩、中－细砂岩分选好杂基少，物性好，近源砂体如扇三角洲、水下扇、冲积扇粒度粗，分选差，物性条件较差。沉积相——水动力能量不同导致岩石结构和孔隙结构不同.粒度越细、分选性越好孔隙度越大。圆球度越好，孔隙度越大。.黄骅坳陷不同亚相储层物性地区砂体类型亚相层位孔隙度%渗透率10-3um2孔隙结构类型唐家河三角洲河口坝主体Ed3303000特高孔特高渗枣园水下扇扇中水道Ek223147.5中孔中渗水道间Ek218.59.6中孔特低渗扇端席状砂Ek2137.3低孔特低渗段下拨冲积扇扇根河道Ek114.49.66低孔特低渗扇中河道Ek114.52.36低孔特低渗河道间及扇端席状砂Ek19.50.4特低孔特低渗.2.成岩作用未胶结分选好的砂，平均孔隙度为35一50％（Pryor，1973），渗透率为几个达西。经成岩阶段后，砂体孔隙度甚至降到＜5％。当然如果发育了次生孔隙，也可使孔隙度高达20一30％。（1）压实作用（2）胶结作用（3）溶蚀作用.压实和成岩作用导致碳酸盐岩孔隙的建立和破坏过程插图表示一个贝壳经埋藏、充填和溶解作用产生铸和模.成岩阶段与孔隙类型分布关系成岩阶段孔隙类型孔隙度(％)早成岩A原生孔隙30~40B混合孔隙15~30晚成岩AA1次生孔隙10~25A2B少量次生孔隙及裂缝<10C裂缝.3.构造作用构造作用对碎屑岩储层孔隙度影响有利的是对于一些致密的砂岩、页岩形成裂隙和微裂隙，因而形成了裂隙性储油（气）层，不利的是往一些褶皱紧密的挤压区，由于挤压作用，也可能导致碎屑岩储层孔隙度的降低。.三、储油（气）岩石孔隙度的测定方法测量内容：1.岩石外表体积（或岩石密度）2.岩石颗粒体积（或颗粒密度）3.岩石孔隙体积原理由于所以测出任意的两项即可。Vb：岩石体积Vp：岩石孔隙体积Vg：岩石颗粒体积ρb：岩石密度ρg：岩石颗粒密度.1.岩石外表体积测定（1）几何尺寸法（2）封蜡法（3）水银法（4）饱和液体法2.岩石颗粒体积的测定（1）固体体积计法（2）气体法3.岩石孔隙体积的测定（1）真空饱和煤油法（2）气体膨胀法（3）高压下注入液体法目前用于孔隙度测定的仪器（或实验装置）有很多，有单独为测量一个项目而设计的，也有组合两个项目而设计的。每个单项也有不同的仪器（或实验装置）和实验方法。1.岩石外表体积+孔隙体积（1）水银法（2）真空饱和煤油法2.岩石外表体积+颗粒体积（1）固体体积计法（2）气体法3.岩石的测定（1）（2）气体膨胀法（3）高压下注入液体法....§3储油（气）岩石的裂隙（缝）率储油（气）岩石的裂隙率是岩石中裂隙体积与岩石体积的比值，其表达式为：——裂隙率，以小数或百分数表示；——岩石中裂隙体积，（cm3）.一、基本概念.二、裂隙率的计算——几何公式法.二、裂隙率的计算——体积法.二、裂隙率计算——曲率法Murry（1968）应用岩石学几何方法，以张裂缝在地层弯曲的较外层形成为依据，推导出了裂隙率与层厚和曲率的关系式.该方法最早由前苏联地质科学研究院提出，经美国学者Cmexoba和VanGolfRacht（1986）等人研究检验认为具有足够的精度二、裂隙率计算——面积法（适用于微裂缝）.§4储油（气）岩石的孔隙结构一、储油（气）岩石孔隙结构的研究内容包括储油（气）岩石的孔隙类型、孔隙（喉）大小、形状、内壁粗糙程度、相互连通情况等。1.孔隙类型2.孔隙（喉）大小（半径）及其分选性概念：所谓孔隙结构是指储油（气）岩石孔隙的特征及其构成方式。.衡量孔隙（喉）大小的参数：（1）中值（D50）：累积频率曲线50％所对应的孔隙（喉）直径。如果是正态分布，即为平均孔隙（喉）直径。（2）平均值（Dm）：即孔隙（喉）的平均直径，如果不是正态分布，一般不与中值线相重合。D50.衡量孔隙（喉）直径分布的参数：（1）分选系数：表示孔隙分布的均匀程度，孔隙越均匀则分选性越好（2）歪度：是指孔隙大小分布偏于粗孔隙还是细孔隙，偏于粗孔隙称为粗歪度，偏于细孔隙称为细歪度。（3）峰态：度量分布曲线的陡峭程度，即度量分布曲线二个尾部的孔隙直径的展幅与中央展幅的比值。（4）峰值：是频率曲线上峰尖端对应的孔隙（喉）直径.3、孔喉比值孔喉比值即孔隙与喉道的直径比值。它可以利用铸体薄片在二维平面上统计并计算其平均值求得，也可以利用铸体薄片与压汞曲线相配合求得。.4.孔隙配位数与孔隙系数孔隙配位数为每个孔道所连通的喉道数。孔隙系数5.孔隙（喉）曲折度可以用该参数来反映孔隙的连通状况.表现出的差别是：不同大小孔隙的分布即孔隙模式的不同双模式单模式6.孔隙的排列与组合方式.孔隙大小、分布不同，孔隙网络及其结构也不同.孔隙大小相同，配位数不同，孔隙网络和结构不同.普光2井飞一段【30(41/55)－30(44/55】残余鲕粒结构白云岩和结晶白云岩二种不同岩性中因孔隙类型、大小不同造成孔隙结构的差异。.二、储油气岩石孔隙结构的类型葛家理从流体力学观点出发将储油气岩石的孔隙结构划分为三重孔隙介质和六种孔隙结构类型基质孔隙和微裂缝具有储存能力，裂缝具有导流能力1、单重孔隙介质1)粒间孔隙结构粒间孔隙既是储油空间，又是油气渗流的通道2)纯裂缝结构储油气空间和渗流通道都是裂缝2、双重孔隙介质1)裂缝－孔隙结构该孔隙结构的基本特点是：双重孔隙度、双重渗透率和二个平行的水动力场（裂缝宽度较大时非达西流）。.2)洞穴－孔隙结构二种不同的孔隙服从二种不同范畴的流动规律。粒间孔隙只有毛细管尺寸大小，流体在其中的流动服从达西渗流定律，而洞穴超过毛细管尺寸，流体的流动服从奈维－斯托克斯流体力学规律（管道流）。3、三重孔隙介质混合孔隙结构1)粒间孔隙－微裂缝－大洞穴2)粒间孔隙－微裂缝－大裂缝这种孔隙介质的渗流规律目前尚在探索研究阶段.储油气岩石孔隙结构的研究方法1）铸体法烘干的岩样用染色的物质（红色环氧树脂或红色有机玻璃单体）在真空或一定压力下贯注到岩石孔隙中，然后定向制成薄片或光片，在单偏光镜下观察研究。因此这种方法能直接测量出岩石的孔隙大小、形状、孔喉比及孔隙连通性和组合性质.2）毛细管压力这一方法是把储油气岩石的孔隙（喉）视为毛细管孔隙（喉）网络，这样就可以用毛细管压力公式求取孔隙（喉）半径。Pc=2σ/rPc：岩石毛细管压力σ：岩石表面张力r：孔隙（喉）半径压力求得的孔隙（喉）半径也称视孔隙（喉）半径或“等价孔隙（喉）半径”，这种方法能基本反映岩石的孔隙结构，而且对于铸体法难以研究的低渗透性储油气岩石的孔隙（喉）半径也能较容易的求出，因此是目前孔隙结构研究中最普遍采用的方法。.前面已述及，通常是把非润湿相排驱润湿相称为驱替过程，而把润湿相排驱非润湿相的反过程称之为吸入过程。在毛细管压力测量过程中，驱替过程升压时所测得毛细管压力曲线叫驱替曲线，如用压汞法则称为压汞（压入、注入）曲线，而吸入过程减压所测得毛细管压力曲线叫吸入曲线，如压汞法则称为退汞（退出、喷出）曲线。.孔隙结构的图象分析3）图象分析方法..