3油藏岩石的物理性质概论
第三章 油藏岩石的物理性质
第二节 油藏岩石的渗透率
在一定压差作用下，流体通过岩石孔隙的性质，称 为岩石的渗透性，用渗透率来表示渗透性的大小。
一、油藏岩石的渗透率
A( P P2 ) 1 Q L
设比例系数为K，则上式变为：
A( P1 P2 ) QK L
达西方程
比例系数K称为岩石的渗透率
QL K A( p1 p 2 )
例3-1设有一块砂岩岩心，长度L=3cm，截面积 A=2cm2，其岩心中只有水通过（百分之百含 水）。水的粘度μ=1mPa∙s，测得在压差 Δp＝ 0.2MPa下通过岩心的流量Q=0.5cm3/s，求该 岩心的渗透率。
解 根据达西方程得：
QL 0.5 1 3 K 0.1 0.375( m 2 ) Ap 2 0.2
有效渗透率指当多相流体共存时，岩
石允许其中每一相流体通过的能力。
Qw w L 0.3 1.0 3 Kw 0.1 0.225( m 2 ) Ap 2 0.2
原油的有效渗透率为
Qo o L 0.02 3 3 Ko 0.1 0.045( m 2 ) Ap 2 0.2
岩石的孔隙半径
孔隙半径越大，K 越大。
泥质含量越高， K 越小。 平行于层理或裂缝方向的渗透率大于垂直方向。
岩石的矿物成分
4.
岩石的层理或裂缝
特例：某 些低渗透 砂岩虽然 孔隙度很 低，但由 于存在微 裂缝导致 渗透率较
高。
二、有效渗透率和相对渗透率
例3-2 当用例3-1中的岩心（L=3cm，A=2cm2， K=0.375μm2）饱和70%的地层水和30%的原油时， 在0.2MPa压差作用下，测得水的流量为 Qw=0.30cm3/s，原油的流量Qo=0.02cm3/s，其中 水的粘度μw=1mPa· s，原油的粘度μo=3mPa· s，那 么地层水的有效渗透率为：
第三章 油气藏岩石N 西南石油油藏工程课件
《油藏工程原理》讲义 9
三、影响因素及分级 不等径颗粒杂乱排列时，粒度分布越不均匀， 岩石的孔隙度就越小。
胶结物是通过改变岩石的粒度 分布和排列方式来改变岩石孔 隙度的，因为胶结物可以视为 岩石骨架颗粒的细粒组成部分。
《油藏工程原理》讲义 10
三、影响因素及分级
《油藏工程原理》讲义 7
三、影响因素及分级
理论上讲，岩石的孔隙度在0～1之间变化， 但由于上覆岩石的压实作用，油气藏岩石的孔隙 度一般分布在0 ～ 30％之间。
砂岩孔隙度分类
< 1％ =1％~10％ =10％~20％
=20％~30％ >30％
特低孔隙度 低孔隙度 中等孔隙度 高孔隙度 特高孔隙度
第三章 油气藏岩石
岩石特征
矿物特征 (地质学) 物性特征 (石油工程)
岩石的物性参数通常通过岩心实验分析加
以确定。
岩芯分析
常规岩芯分析(φ、K、Sogw)
特殊岩芯分析(Pc、Cp 、SwKr)
《油藏工程原理》讲义 1
第一节 岩石孔隙度 一、定义
岩石是由固体骨架颗粒和粒间孔隙组成的。
Vs Vp
孔隙体积Vp
错误的假设：针对于疏松介 质，不适用致密介质
疏松介质 Vs Vp
Vs Vp
致密介质 Vs Vp
Vs Vp
《油藏工程原理》讲义 12
四、统计
如何从大量的孔隙度分析数据资料中，求
出代表储层性质的平均孔隙度，并对孔隙度分
布的均匀程度做出评价，是油藏工程的一项重
要工作。计算平均孔隙度方法有：
1. 算术平均 1
孔隙发育越不均匀。
V=0
油藏的岩石物理性质
石油管理局 采油厂(清河、东兴) 油田 油藏
油藏流体：油藏中的石油、天然气、地层水
特点：处于高温、高压，石油中溶有大量的天然气，地层水矿化度高。
开采—地下流体的相态发生变化—最终影响采收率。 更高效的开发油藏，有必要弄清地下流体的相态、物性 随压力的变化。
油藏的岩石物理性质
石油深埋在地下岩石空隙中，是一种不可再 生资源。油田开发的好坏，很大程度上取决于 对油藏得认识程度。
目前的开发现状：
我国多数老油田已进入开发的中后期，含水高，但 采出程度很低；新油田逐渐转向特殊油田的开发（稠油、 低渗、缝洞、海上油田）。开发难度越来越大。
目前原油采收率普遍较低：海上油田小 于18%,陆上油田15-40%。（天然能量、轻质 油田） 地下还有大量的石油等待开发，只是就 目前的技术开发难度较大。对油藏的地质认 识和工程技术水平要求越来越高。
石油地质 物理化学 有机化学 渗流力学 油藏工程 油藏数值模拟 采油工程
油藏物理
油层物理的主要内容：
（1）油藏流体(油、气、水)的高压物性; （2）油藏岩石的物理性质； （3）饱和多相流体的油藏岩石的物理性质;
油藏流体的物理性质
油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质。 油藏：深埋在地下的油气聚
《油层物理》学习指南
1.课程简介《油层物理》是石油工程专业主干专业基础课，是中国石油大学（北京）校级精品课。
《油层物理》是从(微)细观上研究油气藏流体物性、油气藏（孔隙介质）岩石物性，以及油气层内多相渗流规律的科学，它研究油气层内石油天然气的储存、流动、产出等有关的各种物理和物理化学现象。
本课程的主要内容分为三大部分：(1) 油气藏中流体的物理性质（即油、气、水的物理性质，油气相态变化规律）；(2) 油气藏岩石的物理性质（即孔隙度、渗透率、饱和度、储层敏感性等）；(3) 油气层中多相渗流机理（即多相流体的界面现象、毛管力、相渗曲线等）。
三大部分共分为十章分别详述，课程安排64个学时，4学分。
通过学习使学生掌握油层物理学基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，掌握石油天然气的赋存规律、相态变化、岩石物性、渗流规律，为后续课程学习及将来工作打下良好的基础。
《油层物理》的知识贯穿于油气藏开发的全过程，例如：（1）钻井过程中的储层压力预测、储层保护、井控安全、钻井取心等要应用油层物理知识；（2）在开发初期，用于获取流体物性、岩石物性资料，判断油气藏类型，为制订油田开发方案和设计服务；（3）开发过程中，与时俱进地进行开发动态分析、方案调整等工作，也需要油层物理知识；（4）开发后期，研究剩余油分布、提高采收率措施等仍然离不开这些知识。
《油层物理》的先行课程是：物理学、化学、物理化学、油气田开发地质基础、石油工程概论、流体力学等。
后续课程包括：钻井工程、渗流力学、油藏工程、采油工程、提高采收率原理等。
2、学习方法：油层物理学是石油工程专业、油田化学专业、地质工程专业的一门重要专业基础课程，主要介绍油气藏开发工程所涉及的物理化学现象、物理过程以及物理量之间的关系，包括油藏储层岩石的物理性质、油藏流体的物理性质、多孔介质中的多相渗流机理及其在石油工程中的应用。
学生通过学习应当牢固掌握油层物理学的基本知识、基本理论和基本技能，包括基本物理参数的概念、测定原理和方法，重要物理现象的影响因素和工程应用等等。
油藏流体及岩石物理性质
油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。
② 压力
③ 温度 油藏条件下，T升高，Rs降低
第一节 油藏流体物理性质 三、地层原油高压物性
3、压缩系数（Co） (1)定义
在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变
化率，1/MPa
1 Co Vf V f P T
•油藏流体
(reservoir fluid)
地层水(stratumtous water)
•油藏流体的特点(the characteristic of reservoir fluid )： 高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体； 随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。 同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态 转化现象。 烃类流体的密度小，比水轻。
第一节 油藏流体物理性质 四、天然气高压物性
1、压缩因子（Z）
一定温度和压力条件下，一定 质量气体实际占有的体积与在相同 条件下理想气体占有的体积之比。 压缩因子Z的物理意义： 理想气体的假设条件： 1.气体分子无体积； 2.气体分子间无作用力； 3.气体分子间是弹性碰撞；
V实际 Z＝ ＝ V理想 nRT P
ln Co 2.4615 1.43 ln p 0.395 ln pb 0.39 ln T 17.78 1 0.455 ln Rsb 0.262 ln 0.929 o
第一节 油藏流体物理性质
(2)影响因素分析：
1 Co Vf V f P T
其中： pb －饱和压力，MPa；
o －地面脱气原油相对密度；
tR －地层温度，℃；
(完整版)第三章储层岩石的物理性质
第三章储层岩石的物理性质3-0 简介石油储集岩可能由粒散的疏松砂岩构成，也可能由非常致密坚硬的砂岩、石灰岩或白云岩构成。
岩石颗粒可能与大量的各种物质结合在一起，最常见的是硅石、方解石或粘土。
认识岩石的物理性质以及与烃类流体的相互关系，对于正确和评价油藏的动态是十分必要的。
岩石实验分析是确定油藏岩石性质的主要方法。
岩心是从油藏条件下采集的，这会引起相应的岩心体积、孔隙度和流体饱和度的变化。
有时候还会引起地层的润湿性的变化。
这些变化对岩石物性的影响可能很大，也可能很小。
主要取决于油层的特性和所研究物性参数，在实验方案中应考虑到这些变化。
有两大类岩心分析方法可以确定储集层岩石的物理性质。
一、常规岩心实验1、孔隙度2、渗透率3、饱和度二、特殊实验1、上覆岩石压力，2、毛管压力，3、相对渗透率，4、润湿性，5、表面与界面张力。
上述岩石的物性参数对油藏工程计算必不可少，因为他们直接影响这烃类物质的数量和分布。
而且，当与流体性质结合起来后，还可以研究某一油藏流体的流动状态。
3-1 岩石的孔隙度岩石的孔隙度是衡量岩石孔隙储集流体（油气水）能力的重要参数。
一、孔隙度定义岩石的孔隙体积与岩石的总体积之比。
绝对孔隙度和有效孔隙度。
特征体元和孔隙度：对多孔介质进行数学描述的基础定义是孔隙度。
定义多孔介质中某一点的孔隙度首先必须选取体元，这个体元不能太小，应当包括足够的有效孔隙数，又不能太大，以便能够代表介质的局部性质。
ii p U U U U M i ∆∆=∆→∆)(lim)(0φ，)(lim )(M M M M '='→φφ称体积△U 0为多孔介质在数学点M 处的特征体元—多孔介质的质点。
这样的定义结果，使得多孔介质成为在每个点上均有孔隙度的连续函数。
若这样定义的孔隙度与空间位置无关，则称这种介质对孔隙度而言是均匀介质。
对于均匀介质，孔隙度的简单定义为：绝对孔隙度：V V V V V GP a -==φ 有效孔隙度：VV V V V V nG eP --==φ 孔隙度是标量，有线孔隙度、面孔隙度、绝对孔隙度、有效孔隙度之分。
石油工程概论全册简介
最后，原油被输送到炼油厂进行加工， 以成品油外输。
石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流 动通道并优选举升方法，经济有效地将地下油气从 油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技 术的总称。按目前我国石油生产 的专业和管理的门 类划分，石油工程领域覆盖了油藏工程、钻井工程 和采油工程三个相互独 立又相互衔接的工程领域。 也就是说，石油工程是一个集多种学科、多种工艺 技术和工程措 施于一体的多种工艺技术相互衔接、 相互渗透、相互促进和发展的综合工程。
常温下不同石油组分的状态
表2-1某一典型的油气烃类组成
成分（碳分子数） 汽油（C4~C10） 煤油（C11~C12） 柴油（C13~C20） 润滑油（C21~C40） 重量百分比 分子类型 31 10 15 20 烷烃 环烷烃 芳香烃 沥青 重量百分比 30 19 15 6
残地层原油的高压物性
地层油处于高温高压状态下，并溶解有大量的 天然气，其物性与地面原油有很大差别，如粘度、 密度和压缩系数等都大不相同。在油藏开采过程中， 随压力、温度的降低以及油中溶解气的不断释出， 地层油的性质也在不断变化。因此，了解地层油物 性的变化情况及其影响因素，对于分析油藏开采动 态、渗流计算及开采工艺设计等都是必不可少的。
层的油气不向四周方向运移的圈闭条件也称为保护层。
（二）形成油气藏的必要条件 综上所述，油气藏形成的过程可以概括为：
石油生成——运移——聚集——保存。油气藏形成 的条件可归结为四个必要条件，即有生油层、储油 层、盖层和保护层，简称之为生、储、盖、保四要 素。
（三）油气藏的类型 按照圈闭条件的不同，可以将油气藏分为构造 油气藏、地层油气藏和岩性油气藏三种主要类型。
油藏岩石的物理性质
●
粒度组成分析结果的表示方法：
数字法
表 2.1.2 S 油田某井 S 下 2 地层岩石粒度分析数据
编 号 28 34 36 编 号 28 34 36 井段(m) 2320～2329 2320～2329 2320～2329 井段(m) 2320～2329 2320～2329 2320～2329 距顶 m 3.80 5.76 7.68 距顶 m 3.80 5.76 7.68 0.125 4.50 11.70 3.40 0.105 5.00 11.10 7.70 0.088 3.80 8.10 17.30 颗粒直径(mm)/质量百分数(%) 0.074 4.50 6.90 12.10 0.063 2.20 5.90 10.90 0.053 3.90 5.20 10.20 0.01 8.00 12.00 28.00 <0.01 0.20 15.00 10.00 0.59 0.3 0.5 2.50 0.42 4.20 颗粒直径(mm)/质量百分数(%) 0.35 8.60 0.3 8.30 0.3 0.25 15.50 3.60 0.21 10.60 5.80 0.177 10.50 5.80 0.149 6.50 8.50 0.40
●
砂岩的粒度组成： 构成砂岩的各种颗粒的相对含量。 描述岩石颗粒大小的均匀程度。 粒度组成的分析方法：
●
薄片法（显微镜法）
筛析法
沉降法
薄片法
对于固结又难于解离开的砂岩和粉砂岩只有采用薄片粒度分析法。 它是测定一定粒度的颗粒数的百分比，而不是重量百分比。
垂直层理方向采样； 间距：层厚在3m一下10cm；层厚在3m～10cm时20cm；
②泥质含量 ③颗粒形状
泥质含量越多,岩石比面越大。 颗粒越不规则,岩石比面越大。
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石膏 CaSO4•nH2O
硬石膏 CaSO4
影响束缚水饱和度的测定值
★硅质胶结物
硅酸盐
(胶结最结实)
第一节 砂岩的骨架性质
● 胶结类型
定义：胶结物在岩石中的分布状况与碎屑颗粒的接触关系。 岩石的胶结类型主要受胶结物含量、分布及颗粒与胶
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。
岩石的骨架是指支撑岩石整体的固体部分。最简单的 骨架由单矿物组成，复杂的骨架由多种不同的矿物组 成。骨架由不同大小的颗粒组成 。
把砂岩和碳酸盐岩中的固体部分统称为基质，除组成 骨架的颗粒外还有胶粘物等。
第一节 砂岩的骨架性质
一、砂岩的粒度组成及比面
准确 图形 均匀直观、明了
表 2.1.2 S 油田某井 S 下 2 地层岩石粒度分析数据
编
距顶
颗粒直径(mm)/质量百分数(%)
井段(m)
号
m
0.59 0.5 0.42 0.35 0.3 0.25 0.21 0.177 0.149
28 2320～2329 3.80 0.3 2.50 4.20 8.60 8.30 15.50 10.60 10.50 6.50
增加总使岩石的储油能力和渗透能力变差。 砂岩中胶结物的成分、数量和胶结类型，影响着砂岩的致密
程度、孔隙性、渗透性等岩石物性。 胶结物的成分中最常见的是泥质和灰质，其次为硫酸盐和硅
质。
第一节 砂岩的骨架性质
二、岩石的胶结物与胶结类型
● 岩石的胶结物
★泥质胶结物 粘土矿物(遇水膨胀、分散或絮凝)
泥质是沉积岩粒度分析中粒度小于0.01mm的物质的总和。 粘土是指天然的土状细粒集合体，当它与少量的水混合时具确可
第三章 油藏岩石的物理性质
岩石
孔隙 裂缝 溶洞
为油气提供
储集空间 渗流通道
孔隙性 渗透性
第三章 油藏岩石的物理性质
◆砂岩的骨架性质
⊙ 砂岩的粒度组成
⊙ 岩石的比面
⊙ 岩石的胶结物质与胶结类型
◆砂岩的孔隙性质
⊙ 岩石的孔隙、孔隙结构与孔隙度 ⊙ 储层流体饱和度 ⊙ 岩石的压缩系数及油藏的综合压缩系数 ⊙ 储层岩石的渗透率 ⊙ 储层岩石的润湿性 ⊙ 储层岩石的毛管力
第三章 油藏岩石的物理性质
沉积岩
岩 石 岩浆岩
变质岩
如碎屑岩、碳酸盐岩等 如花岗岩、玄武岩等 如大理岩、片麻岩等
碎屑岩储层 沉积岩储层 (世界99%以上) 碳酸盐岩储层
我国大部分油田 波斯湾盆地 华北古潜山油田
第一节 砂岩的骨架性质
砂粒 性质不同、形状各异、大小不等 岩石的骨架
胶结物 性质不同，分布各异
排列方式、颗粒形状、胶结物含量等 颗粒越不规则，岩石比面越大。
岩石比面的大小影响化学方法采油的药剂消耗
第一节 砂岩的骨架性质
二、岩石的胶结物与胶结类型
砂岩中的填充物是由杂基和胶结物组成。 岩石中的胶结物是除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，一般是
结晶的或非结晶的自生矿物，在砂岩中含量不大于50%。 它对颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。胶结物质含量
指单位体积岩石内骨架的总表面积，m2/m3。
或指单位体积岩石内所有孔隙的内表面积。
S= A V
外表体积
“岩石体积”
骨架体积
孔隙体积
第一节 砂岩的骨架性质
岩石比面的影响因素
颗粒直径
普通砂岩 细砂岩 泥砂岩
颗粒直径变小，比面值变大。
主要粒级分布(mm) 1～0.25
0.25～0.1 0.1～0.01
砂岩的比面(cm2/cm3) 500～950 950～2300 >2300
第一节 砂岩的骨架性质
筛析法
以毫米直接表示筛孔孔眼大小
套筛的筛孔
以每英寸长度上的孔数表示
目
相邻的两级筛孔孔眼的级差为 2 或 4 2 。
第一节 砂岩的骨架性质
沉降法
用于岩样中小于72μm 的粒度含量。
原理：不同颗粒在液体中具有不同的沉降速度。
斯托克斯(C.J.Stokes)公式：
v
=
gd 2
18µ
方解石（CaCO3） 酸敏矿物
白云石（CaMg(CO3)2）
菱铁矿（FeCO3）
与酸反应生成沉淀
FeCO3 + 2HCl = FeCl2 + H 2O + CO2 ↑
2FeCl2 + 3H 2O + 3O = 2Fe(OH )3 ↓ +2Cl2 ↑
第一节 砂岩的骨架性质
★硫酸盐胶结物 石膏和硬石膏 (高温脱水)
ρg ρl
− 1
第一节 砂岩的骨架性质
薄片法
对于较致密的细粒岩石，还可以制成岩石薄片．用 显微镜观测或图像分析仪器测定其粒度组成。
近年来国内外研制和使用了多种基于光学原理的颗 粒直径测定方法和仪器。
第一节 砂岩的骨架性质
尖峰越高，
曲线越陡，
粒粒度度组组成成越的表示方法及粒评度价组方成越法
表示方法均：匀数字
1.砂岩的粒度组成 砂岩的粒度组成：指构成砂岩的各种大小不同的颗
粒的相对含量。
测定方法
薄片法 较大直径的砂粒组成 筛析法 中小直径的砂粒组成 沉降法 粒径小于72μm以下颗粒
第一节 砂岩的骨架性质
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。
塑性。它的化学成分主要是氧化硅、氧化铝、水以及少量的铁、 碱金属和碱土金属氧化物。 油气储层中常见的粘土矿物以高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石 及混合层等含水层状硅酸盐为主。
第一节 砂岩的骨架性质
★灰质胶结物
碳酸盐类矿物 (遇酸反应)
灰质胶结物主要是由碳酸盐类矿物组成。砂岩中 常见的碳酸盐矿物为：
34 2320～2329 5.76
0.3 3.60 5.80 5.80 8.50
36 2320～2329 7.68
编
距顶
颗粒直径(mm)/累计质量百分数(%)
井段(m)
号
m 0.125 0.105 0.088 0.074 0.063 0.053 0.01 <0.01
28 2320～2329 3.80 4.50 5.00 3.80 4.50 2.20 3.90 8.00 0.20
0.40
34 2320～2329 5.76 11.70 11.10 8.10 6.90 5.90 5.20 12.00 15.00
36 2320～2329 7.68 3.40 7.70 17.30 12.10 10.90 10.20 28.00 10.00
第一节 砂岩的骨架性质
2.岩石的比面
岩石的比表面积：