储层岩石物理-岩石及流体性质
储层岩石的骨架性质
本课程的考核方法. 六、本课程的考核方法. 平时成绩占总成绩10%，违反课堂纪律、 平时成绩占总成绩10%，违反课堂纪律、 迟到、早退、旷课等行为酌情扣分； 迟到、早退、旷课等行为酌情扣分； 卷面成绩占总成绩90%。 卷面成绩占总成绩90%。 作业成绩作为参考， 作业成绩作为参考，优秀者可增加平时 成绩。 成绩。
1949年 美国的M.马斯盖特写了《采油物理原理》 1949年，美国的M.马斯盖特写了《采油物理原理》，汇总了当 M.马斯盖特写了 时油层物理技术，为该学科形成打下基础。 时油层物理技术，为该学科形成打下基础。 50年代 前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了《 年代， 卡佳霍夫教授写了 50年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了《油层物理 基础》一书，标志着这一学科的形成， 基础》一书，标志着这一学科的形成，并且从采油工程学科中 分离出来。 分离出来。
油层物理是随着油气田的开发和发展而形成并独立出来的一 门学科。 门学科。 1859年和1860年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以 年和1860 自1859年和1860年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以 油田开发和开采的历史有一百多年了。 来，油田开发和开采的历史有一百多年了。开始时人们对油层的 认识很肤浅。到了30年代人们经过漫长的实践、摸索和研究， 30年代人们经过漫长的实践 认识很肤浅。到了30年代人们经过漫长的实践、摸索和研究，对 油藏有了初步的认识，油层物理学开始有了很大的发展。 油藏有了初步的认识，油层物理学开始有了很大的发展。 1933年 美国人G.H.法奇等人首先进行了油层物理方面的研究， 1933年，美国人G.H.法奇等人首先进行了油层物理方面的研究， G.H.法奇等人首先进行了油层物理方面的研究 研究了流体性质和测试技术 流体性质和测试技术； 研究了流体性质和测试技术； 1934年 R.D.乌索夫和M.马斯盖特等在达西定律基础上研究了 乌索夫和M.马斯盖特等在达西定律基础上研究了测 1934年，R.D.乌索夫和M.马斯盖特等在达西定律基础上研究了测 量岩样渗透率的方法； 量岩样渗透率的方法； 1935年 R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质的 薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质 1935年，R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量样品物理性质的 方法。测量项目包括：压力-体积-温度之间的关系，饱和度、 方法。测量项目包括：压力-体积-温度之间的关系，饱和度、饱 和压力、油中的溶解气量、原油由于气体的分离而导致的伸缩等。 和压力、油中的溶解气量、原油由于气体的分离而导致的伸缩等。
储层物理性质
k＝
2P2qμ A P12
L P22
渗透性：指在一定压差下，岩石本身允许流体通过的能力。 控制产能大小→受控于形成条件和工艺改造措施：压裂、酸 化等
绝对渗透率：当单相流体充满岩石孔隙，流体不与岩石发生 任何物理和化学反应，流体的流动符合达西定律时，所测得 的岩石渗透能力。绝对渗透率与流体性质无关
包括：各种孔隙（狭义）、溶孔、溶洞、裂缝、成岩缝
孔隙空间
指储集岩中未被固体物质所充填的空间，是储集流体的场所， 也称为储集空间。
岩石中各种 孔隙、孔洞及裂 缝组成的储集空 间，其中可储存 流体。
所有具有孔隙的的岩石均可成为储集岩？
总孔隙： 有效孔隙：连通的毛管孔隙及超毛管孔隙
(D= 0.2~500m) (D>500m)
据孔隙或裂缝大小及其对流体流动的影响， 将孔隙划分为三种类型：
a、超毛细管孔隙
孔隙直径＞0.5mm，或裂缝宽度＞0.25mm
特点：在这种孔隙中，流体在重力作用下可以自由流动，服从静水力学的一般规律。
b、毛细管孔隙
孔隙直径介于0.5～0.0002mm，裂缝宽度介于0.25～0.0001mm之间 特点：在这种孔隙中，由于受毛细管力的作用，流体已不能在其中自由流动，只有在外 力大于毛细管阻F P1 P2 t
Ｋx：某一流体的有效渗透率，μm2 Ｑx：某一流体在t秒内通过岩样的体积，cm3
相对渗透率：多相流体共存时，某一流体的有效渗透率与绝 对渗透率的比值。与流体性质、岩石本身的微观孔隙结构特 性相关。
Ｋxr＝Ｋx／Ｋ
Ｋxr：某一流体的相对渗透率，小数 Ｋx：某一流体的有效渗透率，μm2 Ｋ：岩样的绝对渗透率，μm2
测井原理与技术
理想梯度电极系：成对电极之间的距离趋于零，此时M、N、O三点为一点，
AM = AN = AO ∆ U MN R a = 4 π AO
2 MN
MON
E I
I
= 4 π AO
2
视电阻率值与O点处沿井轴方向的电位梯度成正比，故称为梯度电极系 B、按成对电极与不成对电极的相对位置可分为： 、按成对电极与不成对电极的相对位置可分为： 1、正装电极系：成对电极位于不成对电极下方（对于梯度电极系又称为底 部梯度电极系，其测井曲线以明显的极大值显示于高阻层的底界面）
§3 视电阻率测井曲线特征及影响因素
一、梯度电极系视电阻率测井曲线（理论） 特征：1、曲线不对称于地层中点； 2、底（顶）曲线分别在地层底（顶）界面处出现极大值； 3、曲线中部较直的段的读数接近视电阻率值。 二、电位电极系视电阻率测井曲线（理论） 特征：1、曲线对称于地层中点； 2、对应地层中点处出现极大、小值； 3、地层界面处出现平台，当厚度小于L时（薄层），出现“假极 大”。 故厚度小于0.5米的地层不能用电位电极系视电阻率测井曲线去分辨 三、视电阻率实测曲线认识： 较平滑，不象理论曲线那么规则和深刻，厚层多用“半幅点”划界面。
二、岩石孔隙结构
1、孔隙类型：结构模型（单一、双重、多重） 2、孔隙大小及分选（同粒度度量） 3、孔隙度：岩石的孔隙体积占岩石外表体积之比。（分为总、有效、流动）
三、岩石的饱和度：指岩石孔隙中某种流体所占的体积百分数。
岩石中由几相流体充满其孔隙，则这几相流体饱和度之和为1。 原始含油饱和度、原始含水饱和度、目前油、气、水饱和度、残余油饱和度
四、岩石的渗透率：代表岩石让流体通过能力的大小，常用来对比不同
岩石的渗透性。 达西定律（线性渗流定律）：单位时间内通过岩心的液体流量与岩心两端的 压差及岩心的横截面积成正比，而与岩心长度及流体粘度成反比。
储层的敏感性特征及开发过程中的变化
储层的敏感性特征及开发过程中的变化摘要：由于储层岩石和流体的性质，储层往往存在多种敏感性，即速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。
不同的敏感性产生的条件和产生的影响都有各自的特点。
本文主要从三个部分研究分析了储层的敏感性特征。
即：粘土矿物的敏感性；储层敏感性特征；储层敏感性在开发过程中的变化。
通过这三个方面的研究，希望能给生产实际提供理论依据，进而指导合理的生产。
关键词：粘土矿物；储层；敏感性1．粘土矿物的敏感性特征随着对储层研究进一步加深，除了进行常规的空隙结构和空隙度、渗透率、饱和度等的研究外，还必须对储层岩心进行敏感性分析，以确定储层与入井工作液接触时，可能产生的潜在危险和对储层可能造成伤害的程度。
由于各种敏感性多来至于砂岩中粘土矿物，因此它们的矿物组成、含量、分布以及在空隙中的产出状态等将直接影响储层的各种敏感性。
1.1 粘土含量在粒度分析中粒径小于5um者皆称为粘土，其含量即为粘土总含量。
当粘土矿物含量在1%~5%时，则是较好的油气层，粘土矿物超过10%的一般为较差的油气层[1]。
1.2 粘土矿物类型粘土矿物的类型较多，常见的有蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊利石以及它们的混层粘土[2]。
粘土矿物的类型和含量与物源、沉积环境和成岩作用阶段有关。
不同类型的粘土矿物对流体的敏感性不同，因此要分别测定不同储集层出现的粘土矿物类型，以及各类粘土矿物的相对含量。
目前多彩采用X射线衍射法分析粘土矿物。
常见粘土矿物及其敏感性如表1所示。
1.3 粘土矿物的产状粘土矿物的产状对储层内油气运动影响较大，其产状一般分为散状（充填式）、薄层状（衬底状）和搭桥状[1]。
在三种粘土矿物类型中，以分散式储渗条件最好；薄层式次之；搭桥式由于孔喉变窄变小，其储渗条件最差。
除此之外，还有高岭石叠片状，伊/蒙混层的絮凝状等，而且集中粘土矿物的产状类型也不是单一出现的，有时是以某种类型为主，与其它几种类型共存。
油层物理-储层岩石特性
7 3
第六章储层岩石的流体渗透性
第一节
达西定律及岩石绝对渗透率
第一节
达西定律及岩石绝对渗透率
流量Q
或流速
Q
AP L
压差
P ( P 1 P 2 )
达西定律：
AP Q K L
式中：Q——在压差△P下，通过砂柱的流量，cm3／s；
好
中 等 差 无 价 值
Petro-Physics 油层物理学
中国石油大学（北京）
第四节
储层岩石的压缩性
当油层压力每 降低单位压力 时，单位体积 岩石孔隙体积 缩小值。 孔隙体积缩小 ， 才使油不断从 油层中流出。 （驱油动力）
一、岩石压缩系数（岩石弹性压缩系数）
C
Cf
Vb Vb p 1
孔隙度（φ）是指岩石中孔隙体积Vp与岩石总体积Vb的比值
Vp Vb
100 %
V V V b S S 100 % ( 1 ) 100 % V V b b
1、岩石的绝对孔隙度(φ) 岩石总孔隙体积（Va）可以细分为以下几种孔隙：
a
a可流动的孔隙体积
岩石总孔隙体积
{
1）连通孔隙体积又称为有效孔隙体积
S oi
V oi Vp
Soi＝1—Swi
3、当前油、气、水饱和度
油田开发一段时间后，地层孔隙中含油、气、
水饱和度称为当前含油、气、水饱和度，简称含油饱
和度、含气饱和度或含水饱和度。
5、残余油饱和度与剩余油饱和度
经过某一采油方法或驱替作用后，仍然不能采出而残留 于油层孔隙中的原油称为残余油，其体积在岩石孔隙中所占体 积的百分数称为残余油饱和度用 Sor 表示。可以理解，驱替后 结束后残余油是处于束缚状态、不可流动状态的。 剩余油主要指一个油藏经过某一采油方法开采后，仍不能 采出的地下原油。一般包括驱油剂波及不到的死油区内的原油 及驱油剂（注水）波及到了但仍驱不出来的残余油两部分。剩 余油的多少取决于地质条件、原油性质、驱油剂种类、开发井 网以及开采工艺技术，通过一些开发调整措施或增产措施后仍 有一部分可以被采出。剩余油体积与孔隙体积的之比称为剩余 油饱和度。
《油层物理》名词及解释
《油层物理》名词及解释1、《《油层物理油层物理》》名词解释名词解释岩石物理性质岩石物理性质petrophysicalproperties指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等各种参数和物理量，在力学特性上包括渗流特性、机械特性〔硬度、弹性、压缩和拉伸性、可钻性、剪切性、塑性等〕。
流体物理性质流体物理性质fluidproperties油层流体是指油层中储集的油、气、水，它们的物理性质主要包括各种特性参数、相态特征、体积特征、流淌特征、互相之间的作用特征及驱替特征等。
水基泥浆取心水基泥浆取心water-basemudcoring水基泥浆钻井时所进行的取心作业。
油基泥浆取心油基泥浆取心oil-basemudcoring油基泥浆钻井时所进行的取心作业；它保证所取岩心不受2、外来水侵扰，通常在需要测取油层初始油〔水〕饱和度时选用。
岩心岩心core利用钻井取心工具获取的地下或地面岩层的岩石。
岩样岩样coresample从岩心上钻取的供分析化验、试验讨论用的小样〔一般长2.5cm～10.0cm、直径2.5cm～3.8cm〕。
井壁取心井壁取心sidewallcoring用井壁取心器从井壁获取地层岩石的取心方法。
岩心收获率岩心收获率corerecovery指取出岩心的长度与取心时钻井进尺之比，以百分数表示。
密闭取心密闭取心sealingcoredrilling 用密闭技术，使取出的岩心保持地层条件下流体饱和状态的取心方法。
保压取心保压取心pressurecoring用特别取心工艺和器具，使取出的岩心能保持地层压力的取心3、方法。
定向取心定向取心orientationalcoring能知道所取岩心在地层中所处方位的取心方法。
冷冻取心冷冻取心freezingcore 用冷冻来防止岩石中流体损失和胶结疏松砂岩岩心破裂的岩心爱护方法。
常规岩心分析常规岩心分析routinecoreanalysis常规岩心分析分为部分分析和全分析。
岩石物理实验
摘要油藏岩石和流体的物性参数是油田开发和油藏工程研究的重要基础数据，是编制油气田开发方案和计算储量、研究储层性质、进行油层对比、分析油田动态的重要依据。
油田开发实验是获取这些岩石、流体以及流体与岩石共同作用的物性参数的主要手段，而孔隙度、渗透率和相对渗透率的测量是开发实验中最基本的测量方法和技术。
本文通过文献的调研，总结了近年来国内外开发实验室对低渗和特低渗油藏岩心样品的孔隙度、渗透率以及相对渗透率曲线的测量方法和技术，归纳了实验测试过程中出现的问题，并提出了初步的解决方案，以增强低渗油气田开发实验技术对中国石油可持续发展的技术支撑力度。
0前言油藏岩石和流体的物性参数是油田开发和油藏工程研究的重要基础数据，是编制油气田开发方案和计算储量、研究储层性质、进行油层对比、分析油田动态的重要依据。
油田开发实验是获取这些岩石、流体以及流体与岩石共同作用的物性参数的主要手段，而渗透率和相对渗透率的测量是开发实验中最基本的测量方法和技术。
渗透率是表征流体在储层中流动特性的一个重要参数, 因此准确测定储层的渗透率参数对正确认识储层特性、制定油气藏的开发方案都具有非常重要的意义。
可能受测试手段和解释方法的限制, 目前国内实验室仍主要用达西稳定流的方法对渗透率进行测定。
1渗透率的基本概念对于石油工程师来说,渗透率无疑是一项必须加以重点关注的地层参数。
它是确定一口井是否应当完井和投产的依据。
在确定储层渗透率之前，我们需要先了解渗透率的基本概念以及它对油气储层的意义。
1.1渗透率在有压力差的条件下，岩层允许流体流过其孔隙孔道的性质称为渗透率。
岩石的渗透率的大小是决定油气藏能否形成和油气层产能大小的重要因素。
常用渗透率来定量表示岩石的渗透性。
根据达西定律，岩层孔隙中的不可压缩流体，在一定压力差条件下发生的流动，可由下式表示：（式1-1）式中，—流体的流量，；A—垂直于流体流动方向的岩石横截面积，；L—流体渗滤路径的长度，；∆P—压力差，；μ—流体的粘度，mPa•s；K—岩石的渗透率，。
储层地质学(中国石油大学)-3储层的主要物理性质
在注水开发油田，含水百分数不断上升，其变化的含水饱
和度称之为自由水饱和度。 3 、含水饱和度与孔隙度、渗透率等参数间的关系 关系较为密切。
四、岩石的比表面
1、概念 单位体积岩石中所有颗粒的总表面积。是度量岩石颗粒 分散程度的物理参数。颗粒越细，比表面越大。 2、岩石比表面的计算
沙姆韦和伊格曼提出的沉积物的颗粒比表面积估算图
晶粒之间形成片状喉道。
（四）碳酸盐岩储集岩中的孔隙结构
捷奥多罗维奇根据孔隙的大小、形状和相互连通关系的分类： 1、孔隙空间由孔隙及相当于孤立的近乎狭窄的连通喉道组 成。
（2）孔隙空间的缩小部分为连通喉道，喉道变宽即成孔隙。
（3）孔隙由 细粒孔隙性 连通带所连
通
（4）孔隙系 统在白云岩
的主体或胶
（3）相对渗透率 饱和多相流体的岩石中，每一种或某一种流体的有效渗透 率与该岩石的绝对渗透率的比值。
（二）碳酸盐岩的渗透率
1、碳酸盐岩总渗透率和渗透率贡献值
2、利用岩心资料计算裂隙渗透率
3、帕森斯的碳酸盐岩储集岩裂隙渗透率公式
（三）渗透率的影响因素 主要影响因素：粒度和分选，有正相关性。 研究资料：结晶石灰岩和白云岩的粒径大于0.5mm时，
二、砂岩储集岩的孔隙与喉道类型以及孔隙结构特征 （一）砂岩储集岩的孔隙类型 1、原生孔隙
是岩石沉积过程中形成的孔隙。形成后没有遭受过溶蚀
或胶结等重大成岩作用的改造。 （1）粒间孔隙 发育于颗粒支撑碎屑岩的碎屑颗粒之间的孔隙。具有孔 隙大、喉道较粗、连通性好以及储渗条件好的特征，是最重
要的有效储集孔隙类型。
分为3大类15种基本类型。
2、根据碳酸盐岩储渗条件的孔隙分类 主要考虑储层孔隙对流体的储集与渗滤影响，采用根据
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DUNHAM’S CLASSIFICATION - CARBONATES
Carbonate rocks can be classified according to the texture and grain size.
From Schlumberger Oilfield Glossary
Modified from Tiab and Donaldson, 1996, p. 1
RESERVOIR PETROPHYSICS PETE 311
COURSE DESCRIPTION
Systematic theoretical and laboratory study of physical properties of petroleum reservoir rocks
DEFINITIONS - SEDIMENTARY ROCK
Sedimentary Rock
Rock Formed from the Weathered Products of Pre-Existing Rocks and Transported by Water, Wind, and Glaciers Clastic Sedimentary Rocks (Such as Shale, Siltstone, and Sandstone) Consist of Broken Fragments of Pre-Existing Rock (cf. Detrital) Carbonate Sedimentary Rocks (and Evaporites) May Form by Chemical Precipitation or Organic Activity
Consist Primarily of Carbonate Minerals (i.e. Minerals With a CO3 Anion Group)
- Predominately Calcite (Limestone) - Predominately Dolomite (Dolomite or Dolostone) Classified by Grain Size and Texture -2
(These are minimum skills to be achieved/demonstrated)
PETROPHYSICS
• Why do we study petrophysics?
Cross Section Of A Petroleum System
(Foreland Basin Example)
Millimeters
4,096
Micrometers
256 64 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004
Commonly, phi-sizes are used for sediment analysis
500 250 125 62 31 16 8 4
Grain-Size Classification for Clastic Sediments
Name
Boulder Cobble Pebble Granule Very Coarse Sand Coarse Sand Medium Sand Fine Sand Very Fine Sand Coarse Silt Medium Silt Fine Silt Very Fine Silt Clay
CLASTIC AND CARBONATE ROCKS
Clastic Rocks
Consist Primarily of Silicate Minerals Are Classified on the Basis of:
- Grain Size - Mineral Composition
Carbonate Rocks
2.
3.
RESERVOIR PETROPHYSICS
Course Objectives
4. Explain boundary tension and wettability and their effect on capillary pressure, describe methods of determining values of capillary pressure, and convert laboratory capillary pressure values to reservoir conditions; Describe methods of determining fluid saturations in reservoir rock and show relationship between fluid saturation and capillary pressure; Define resistivity, electrical formation resistivity factor, resistivity index, saturation exponent, and cementation factor and show their relationship and uses; discuss laboratory measurement of electrical properties of reservoir rocks; and demonstrate the calculations necessary in analyzing laboratory measurements;
Geographic Extent of Petroleum System Extent of Play Extent of Prospect/Field O
Stratigraphic Extent of Petroleum System
O
O
Petroleum Reservoir (O) Fold-and-Thrust Belt (arrows indicate relative fault motion)
(modified from Magoon and Dow, 1994)
Essential Elements of Petroleum System
Seal Rock Reservoir Rock Source Rock Underburden Rock Basement Rock Top Oil Window Top Gas Window
Course Objectives
By the last day of class, the student should be able to:
1. Define porosity; discuss the factors which affect porosity and describe the methods of determining values of porosity; Define the coefficient of isothermal compressibility of reservoir rock and describe methods for determining values of formation compressibility; Reproduce the Darcy equation in differential form, explain its meaning, integrate the equation for typical reservoir systems, discuss and calculate the effect of fractures and channels, and describe methods for determining values of absolute permeability;
Sedimentary Basin Fill
Overburden Rock
PETROLEUM SYSTEM
From Schlumberger Oilfield Glossary
Timing of formation of the major elements of a petroleum system, Maracaibo basin, Venezuela.
GENERATION, MIGRATION, AND TRAPPING OF HYDROCARBONS
Seal
Fault (impermeable)
RESERVOIR PETROPHYSICS PETE 311
PETROPHYSICS
Petrophysics is the study of rock properties and rock interactions with fluids (gases, liquid hydrocarbons, and aqueous solutions).
• Lithology • Porosity • Compressibility • Permeability • Fluid saturations • Capillary characteristics • Rock stress • Fluid-rock interaction
RESERVOIR PETROPHYSICS
SEDIMENTARY ROCK TYPES
Relative Abundances
Sandstone and conglomerate (clastic) ~11%
Limestone and Dolomite (carbonate) ~14%
Mudstone (Siltstone and shale; clastic) ~75%
5.
6.
RESERVOIR PETROPHYSICS
Course Objectives