石油仪器技术-第2章 油层物理实验仪器(上)2

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1、 石 油 仪 器 仪 表主讲：廖明燕EMail：中国石油大学（华东）2011年09月第2章 油层物理实验仪器2.1 油层物理知识 2.2 岩心前处理设备 2.3 常规岩心分析仪器 2.4 专项岩心分析仪器 2.5 岩心综合连测仪器 2.6 地层流体分析仪器复习思考题中国石油大学（华东）工业训练中心第2章 油层物理实验仪器常规岩心分析仪器：孔隙度、渗透率、饱和度 专项岩心分析仪器：伽马仪、流动仪、化学剂评价 岩心综合联测仪器：2000测量系统 地层流体分析仪器：PVT系统 中国石油大学（华东）工业训练中心岩心分析仪器油 层 物 理 实 验 仪 器油层物理知识岩心前处理设备2.1 油层物理知识 2

2、.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心图2.11岩石 1岩石（Rock）定义：岩石是天然产出的具有稳定外 型的矿物或玻璃集合体按照一定的方式结 合而成，是构成地壳和上地幔的物质基础 ，（如图2.1-1所示） 。人类从岩石得到 了什么？2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心地壳深处和上地幔的上部主要由岩浆岩和变质岩组成。从地表 向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。地壳表面以沉 积岩为主，它们约占大陆面积的75%，洋底几乎全部为沉积物所 覆盖。变质岩由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩，由于其所 处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。

3、 1.岩石分类岩浆岩 高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩 石，也称火成岩或喷出岩；沉积岩 在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作 用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和 成岩固结而形成的岩石；中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构2沉积岩（Sedimentary Rock）沉积岩是在地表和地表下不太深的 地方形成的地质体，它是在地表或接近 地表常温常压条件下（-70200，一 至十几大气压），由风化物质、火山碎 屑、有机物及少量宇宙物质经流水、风 、冰川及其它外力搬运、最后在海洋、 低地或海陆之间的过渡地带沉积下来， 在经受亿万年的压缩、

4、变化之后，胶结 在一起形成的坚硬的层状岩石，如图 2.1-2所示。沉积岩占地壳体积的7.9 ，但在地壳表层分布甚广，约占陆地面 积的75，而海底几乎全部为沉积物所 覆盖。2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心沉积岩的主要特征是： 1）具有显著的层理构造，层与层之间有明显的界面（层面），通常下面的岩层比上面的岩层年龄古老；2）沉积岩中常含古代生物遗迹，“石质化”的古代生物的遗体或生存、活动的痕迹 化石；3）有的具有干裂、孔隙、结核等。 图2.12层积岩 2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心沉积岩被分成三类，即由母岩

5、风化物质、火山碎屑物质和生物遗 体形成的不同沉积岩。母岩风化产物形成的沉积岩是最主要的沉积岩类型，包括碎屑岩 和化学岩两类。碎屑岩根据粒度细分为砾岩、砂岩、粉砂岩和黏土岩 ；化学岩根据成分，主要分出碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩、硅岩 和其他一些化学岩。 生物沉积岩是由生物体的堆积造成的，如花粉、孢子、贝壳、珊瑚 等大量堆积，经过成岩作用形成。2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心碎屑岩主要由碎屑物质和胶结物质两部 分组成，如图2.1-3所示。碎屑物质又可分为岩屑和矿物碎屑两类。岩屑成分 复杂，各类岩石都有。矿物碎屑主要是 石英、长石、云母和少量的重矿物。

6、胶 结物主要是化学沉积形成的矿物，它们 充填在碎屑之间起胶结作用，主要有硅 质矿物 、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、 磷酸盐矿物及硅酸盐矿物。碎屑岩的孔 隙是储存地下水及油、气的对象，研究 碎屑岩对寻找地下水及油气矿床有实际 意义。 图2.13 碎屑岩 2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心3. 储油层地层是指在一段地质时期内在地壳中形成的一套沉积物的统 称。在漫长的地质历史发展过程中，一方面，同一地区在不同地 质时期所形成的地层是不同的，是有规律地变化的；另一方面， 在同一时期的不同地区，由于所处的地理环境不同，形成的地层 也是不同的，也是有规律地变化的。所

7、以，地层研究的主要内容 ，就是通过对各个不同地区地层的描述来对比和研究它们的相互 关系，说明它们各自的特征，确定它们的形成规律。 2.1 油层物理知识 2.1.1 岩石及其结构中国石油大学（华东）工业训练中心油气藏是由油气储层、隔层、夹层和盖层等特定层序组成的地质 构造。能够储存石油与天然气的地层叫做储油层，也叫做储层。 除 了具有孔隙的砂岩与砾岩等以外，含有孔洞的石灰岩和各种含有裂缝 的岩石都可以形成储油层。沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类都具有 储油气性能。沉积岩中蕴藏着大量的沉积矿产，如煤，石油，天然气，盐类等 ，油气资源储存于地下储油气层中，储存油气的岩石和其中的流体构 成油气储层。储层

8、岩石以沉积岩为主。储层岩石既能储存油、气、水 等流体，又为油、气、水等流体提供流动通道。 探索问题的思路：岩石沉积岩储油层油层物理性质岩石结构？ 中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质图2.14 储油层岩石的微观结构 1岩石结构岩石具有特定的比重、孔隙度、渗透性、抗压强度和抗拉强度等物理 性质， 是各种矿产资源赋存的载体，不同种类的岩石含有不同的矿产。 图2.1-4是储油层岩石的微观结构。中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质1）岩石的骨架岩石是由性质不同、形状各异、大小不等的砂粒经胶结物胶结而成的 。由砂粒和

9、胶结物构成的构架称为岩石的骨架。碎屑的大小、形状、排列 方式以及胶结物的成分、数量、性质、胶结方式都会影响岩石的性质。岩石骨架示意图中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质2）岩石的孔隙性孔隙性是储层岩石最重要的物性参数之一，它决定一个油藏的 储油特征和丰度。 孔隙（Pore）岩石的空隙是指岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其他固体物质 充填的空间。空隙是如何形成的？碳酸盐岩中可溶成分受地下水溶蚀后会形成空隙；火成岩 由于气体逸出而形成空隙；岩石受力后产生裂缝构成空隙。中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质一般将碎屑颗

10、粒包围的较大的空 间称为孔隙，在颗粒间连通的狭窄部 分称为喉道。砂岩岩石的孔隙空间主 要由喉道和孔隙组成。图2.1-5是孔隙 与喉道分布示意图。 图2.15 孔隙与喉道分布示意图 A一颗粒；B一孔隙；C一喉道 空隙按几何尺度可以分成孔隙、空洞和 裂隙（缝）。砂岩中的空隙空间主要由孔隙构成。碳 酸盐岩的空隙空间通常是由孔隙、裂缝或孔 隙一空洞一裂隙构成。 中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质孔隙与喉道的相互配置关系称为配位数。 一个孔隙可与多个喉道相连。图2.1-6 是孔隙 和喉道配置关系示意图。 图2.16 孔隙与喉道的配置关系（数字表示孔隙和喉道的

11、大小） （a）一维网络模型；（b）二维网络模型 中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质为什么要研究岩石的孔隙结构？砂岩孔隙的大小和形态依赖于砂粒的相互接触关系以及成岩后 作用的强弱。孔隙大小、形态决定岩石的储集能力；喉道大小、形 态控制孔隙的储集和渗透能力。颗粒的形态、大小及分选性等也直 接影响孔隙及喉道的性质。 孔隙结构（Pore Structure）岩石的孔隙结构是指岩石中孔隙和喉道的几何形状、大小、分 布及其相互连通关系。研究表明，岩土的孔隙结构与颗粒的大小、 分选性、颗粒接触方式等密切相关。中国石油大学（华东）工业训练中心 2.1 油层物理知识

12、 2.1.2 油层物理性质2储层岩石的性质岩石的物理性质包括物质成分（颗粒本身的性质）、结构（颗粒之 间的联结）、构造（成生环境及改造、建造）、现今赋存环境（应力、 温度、水）这几个方面。 岩心是研究油砂体的真实形态、内部结构构造的最重要的直接资料。人们可以通过粒度分析、岩心薄片的观察鉴定、电子显微镜观察等技 术手段认清油砂体的特征。这对油气的勘探开发有着重要的指导作用。岩心是实验室用于油层物理实验的岩石。储层岩石必须具有储油空间和使流体可以通过的能力，定量描述这种能力的物理参数就是岩石的 物理性质。储层岩石的物理性质包括孔隙度、渗透率、饱和度、可压缩 性等。中国石油大学（华东）工业训练中心

13、2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质孔隙率？储层岩石中孔隙体积占总体积的百分比，称为油藏的孔隙率 。饱和度？在孔隙体积中，油、气、水所占的体积百分比，称为饱和度（如含油饱和度、含水饱和度等）。束缚水？石油储层中总存在一部分原生的水，称为束缚水或共存水。它在开采过程中实际上并不流动。渗透率？储层岩石允许流体通过能力的量度，称为渗透率。 岩石的孔隙度、渗透率、饱和度、可压缩性等，这些都是储层岩石最基本的物理参数，为开发油、气田所必需。利用岩心研究油层的性质，用 岩心孔隙度、渗透率、含油饱和度测定来划分油层有效厚度并推断油层中 含有多少石油、油层的好坏等等以获得勘探与开发的重要信息。这些参

14、数 主要是在实验室内用专门的仪器石油仪器测试岩心取得的，并用测井和试井等间接方法进行校核。2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质中国石油大学（华东）工业训练中心3储层流体的性质储层流体？指储存在储层岩石孔隙中的天然气、石油和地层水。石油？是指以气相、液相或固相碳氢化合物为主的烃类混合物。天然气？在地层温度和压力条件下，以气相存在并含有少量非烃类的气体，称为天然气。原油？以液相存在并含有少量非烃类的液体，称为原油；凝析气？在地层温度和压力条件下以气相存在，当采至地面，在常温常压条件下可以分离出较多的凝析油，这种气体称为凝析气。 2.1 油层物理知识 2.1.2 油层物理性质中国石油大学（

15、华东）工业训练中心储层流体物性参数是石油工程的基础数据。由于储层深埋于地下，储层流体处于高温、高压状态下，因此，地下流体的性质与其在地面相 比较有较大的差异。所以，储层流体性质的研究是油层物理学研究的重 要内容。天然气的高压物性参数，如组成、相对密度、压缩因子、粘度等 。原油的高压物性参数，如溶解气油比、密度和相对密度、体积系 数和收缩率、等温压缩系数、粘度等。地层水的高压物性参数，如地层水矿化度和硬度、天然气在地层水中的溶解度、地层水的体积系数、地层水的等温压缩系数、地层水的 粘度等。2.1 油层物理知识 2.1.3 油层物理实验内容中国石油大学（华东）工业训练中心1.油层物理实验的重要性

16、油层物理实验是为油气田勘探开发提供各类油气藏 岩石和流体物性参数，对不同开发方式的渗流机理及物理 化学变化进行实验研究，为油气田开发及开发调整、提高 采收率及增产增注提供科学依据；油层物理实验是油气田开发基础的基础，任何油气 田开发工作的成就里都有油层物理实验的作用；油层物理实验科学、严密、深刻地提示着事物的本质，许多开发理论是由实验发现或经实验证实的。 2.1 油层物理知识 2.1.3 油层物理实验内容中国石油大学（华东）工业训练中心2.油层物理实验技术的的内容油层物理实验研究涉及油田开发地质学、油气藏渗流力学、油气藏物 理学、油层化学、储层地球物理学、岩石力学等学科。 油层物理实验技术包括岩石物性分析、流体性质分析、综合驱替试验 。实验研究中，主要的、决定性地位的油层物性参数是岩心的成份、结构 、沉积结构、几何形态；次要的，从属性地位的油层物性参数包括岩心孔 隙度、渗透率、饱和度、体积密度；电阻率、自然电位、放射性；声波时 间等，属于具有