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1、油层物理,主讲：江晨 石油资源系 ,石油，人类社会的血液、第一战略物资。 从20世纪60年代起，石油在世界能源消费中的比例上升到40%以上，成为世界第一大能源。 自从此以后，它就成了人类政治、经济、军事、战略斗争的核心之一。 近百年来，世界上许多国家都在为争夺石油而进行有/没有硝烟的战争,绪论,近年来，世界石油产量大致在32亿吨左右，1999年为32.276亿吨。18592000年全世界累积生产了约1210亿吨原油，70万亿立方米天然气。目前全世界生产石油的国家和地区共有80多个。1999年产量居前十名的国家是： 沙特阿拉伯 3.73 亿吨 1 美国 2.99 亿吨 2 俄罗斯 2.95 亿吨
2、 3 伊朗 1.73 亿吨 4 中国 1.60 亿吨 5 挪威 1.48 亿吨 6 墨西哥 1.47 亿吨 7 委内瑞拉 1.39 亿吨 8 英国 1.36 亿吨 9 伊拉克 1.33 亿吨 10,油层物理 绪论,一、学科概述,油层物理学：是以油气层为研究对象，用物理和物理化学的观点研究与石油地质、油气田开发有关的物理和物理化学现象的科学。 为准确地认识油气藏、能动地改造油气藏、高效地开发油气藏提供可靠的基础参数和解释油气的微观渗流机理。,油层物理 绪论,二. 油层物理的研究对象和内容,研究内容： 油层的特性 油层中流体的特性 流体的运动规律微观渗流机理,研究对象： 油气层中的油、气流体 油气
3、储层油气流动的容器和环境,油层物理 绪论,三. 学科发展 起源：增加油气产量，有效地开发油气田。 1949年，美国麦斯盖特著采油物理原理 从油气水生产资料上升到理论； 1956年，前苏联卡加霍夫著油层物理基础 使油层物理从采油工程中独立出来； 1960年，斯坦丁著地下油气相态特征 引入物理化学观点、理论； 1977年，卡加霍夫等著油气层物理学 增加孔隙结构等新的研究内容。,油层物理 绪论,四、课程主要内容、安排及要求 1. 课程内容和安排 讲授内容：（42学时） 第一章 储层岩石的物理特性 第二章 储层流体的物理特性 第三章 多相流体的渗流机理 实验内容：（6学时） 岩石比面测定 岩石孔隙度测
4、定 岩石渗透率测定,油层物理 绪论,2. 课程特点和要求 课程特点： 专业术语多、概念多 实验方法和实验技术知识多 涉及的其它基础学科知识多 要求： 牢固掌握油层物理的基本理论 牢固掌握油层物理的基本技能（实验、计算） 初步掌握科学地观察、分析油气田开发中的物理化学现象的研究方法,油层物理 绪论,3. 参考资料 洪世铎编，油层物理基础，石油工业出版社 罗蛰潭主编，油层物理，地质出版社 张博全等，油（气）层物理，中国地质大学 与油气开发相关的各种刊物,要求： 明确的学习目的、端正的学习态度； 课程学习做到四认真看书、听讲、记笔记、完成作业； 通过该课程学习，提高自学能力、综合分析、解决问题的能力
5、、表达能力；,储层岩石的物理性质 第一章,油层物理,储层岩石的物理性质 第1章,1 储层岩石的骨架性质 2 储层岩石的孔隙结构及孔隙性 3 储层岩石的渗透性 4 储层岩石的流体饱和度 5 岩石的胶结物及胶结类型 6 储层岩石的其他物理性质,本章内容,储层岩石的骨架性质 第1章1节,1 储层岩石的骨架性质,储层岩石,砂岩中含：砾石、砂、粉砂、泥等碎屑颗粒。粒径为0.1-2mm的碎屑颗粒称为砂 。,砂岩：指颗粒经胶结物胶结而成，砂含量50的陆源碎屑岩。,式中：Wi颗粒含量； wi直径为di 的那部分颗粒的重量,储层岩石的骨架性质 第1章1节,一、岩石的粒度组成 1. 粒度组成的概念及测定 （1）概
6、念 粒度组成：指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般以 重量百分数表示，即：,粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（ 2）粒度组成测定 测定方法 筛析法 沉降法 直接测量法 光学、电学、薄片及图象分析法, 常规岩样（主要） 极小颗粒岩样（辅助） 极大颗粒岩样（辅助） 数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样,方法选择： 依据颗粒大小和岩石致密程度。,储层岩石的骨架性质 第1章1节, 测定原理 筛析法原理 分离： 称量： 计算：,用振动筛将粉碎的岩样分离成不同粒径（di）范围的颗粒； 用天平称出各筛中颗粒重量； 按 算出各筛中颗粒的百分含量，即得岩石粒度组成
7、。,储层岩石的骨架性质 第1章1节,沉降法原理 岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。通过测定各颗粒的沉降速度v，据斯托克公式可计算颗粒大小： 颗粒粒径： 式中：g液体运动粘度； g重力加速度； rs颗粒密度； rL液体密度。,储层岩石的骨架性质 第1章1节, 测定结果 粒度组成测定结果分析表,平均粒径计算：,储层岩石的骨架性质 第1章1节, 粒度组成平均粒径的计算 筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平均大小，即平均粒径 。,式中： 粒级i的颗粒平均粒径； di、di” 与粒级 i 相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。,储层岩石的骨架性质 第1章1节,2. 粒度组成的表示 数字列表,
8、作图法,粒度组成分布曲线 粒度组成累积分布曲线 求粒度参数,储层岩石的骨架性质 第1章1节,曲线越陡，岩石颗粒越均匀,曲线峰越尖，岩石颗粒越均匀,储层岩石的骨架性质 第1章1节,曲线位置不同，岩石平均粒径不同,粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。,储层岩石的骨架性质 第1章1节,3. 粒度参数 粒度组成特征的定量评价,评价颗粒分布的均匀程度,不均匀系数 a 分选系数 S 标准偏差 s,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（1）不均匀系数a,评价标准：a 越1，颗粒越均匀，分选越好,不均匀系数a: 累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径 之比： ad60d10,式中：d10累积重量为 10 对
9、应的平均粒径 d60累积重量为60 对应的平均粒径,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（2）分选系数 S,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（3）标准偏差 s（福克、沃德方法）,式中：f i-log2 di= log2（1/ di）,评价标准：s 越小(越0)，颗粒的分选越好。,储层岩石的骨架性质 第1章1节,二、岩石的比面 1. 比面的概念,比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积； 单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。 SAV 式中：S岩石比面，cm2cm3，1cm； A颗粒或孔隙总表面积，cm2； V岩石外表体积（或视体积）cm3。,（1）定义,储层岩石的骨架性质 第1章1节,用岩石骨架体积Vs定
10、义的比面Ss： SsAVs 用岩石孔隙体积Vp定义的比面Sp： SpAVp,岩石比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度： 比面越大，分散程度越大。,（2）三种比面的换算,Sf Sp（1f）Ss,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（3）比面的实质,比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比，比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。 反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小。比面越大，吸附阻力越大。 反映岩石颗粒平均大小。,8个球的表面积：s8（2R）2 立方体体积：V（4R）3 立方体的比面：Ss/V2R 即：S1R,假设由半径为R的球按立方体排列组成一个边长为4R的多孔介
11、质立方体，则,储层岩石的骨架性质 第1章1节,颗粒大小、分选、形状、排列方式 结构 胶结物含量 组成,一般，岩石颗粒越小，岩石比面越大。,（4）影响岩石比面的因素,储层岩石的骨架性质 第1章1节,2. 比面的测定 方法：透过法（直接法） 吸附法（间接法）,（1）透过法 透过法：据流体对岩石的透过性求岩石比面。 测定流体：常用空气 测定公式：,储层岩石的骨架性质 第1章1节,式中： S岩石比面，cm2/cm3； f孔隙度，f； A岩心截面积，cm2； L岩心长度，cm； Q0通过岩心的空气流量， cm3 /s； H空气流量稳定后的压差，cm水柱； m室温下空气粘度，mPas；,只要测出压差H和空
12、气流量Q0，即可用上式算出岩石比面S。,（岩心f 已知，A、L可测算；空气m 可查表）,储层岩石的骨架性质 第1章1节,（2）吸附法 吸附法：通过测定吸附在岩石表面单层分子的吸附 量间接测算岩石比面的方法。 测定流体：常用氮、氪、氙等惰性气体。 测定原理：低温物理吸附原理。,（1）据孔隙度和渗透率估算 由高采尼方程： （K与S关系式） 式中：k高采尼常数（k2t 2），t 毛管迂曲度； f孔隙度，f；K渗透率，mm2；S比面. 若取t 1.4，则比面估算式为：,储层岩石的骨架性质 第1章1节,3. 比面的估算,据f 和K估算 据粒度组成估算,储层岩石的骨架性质 第1章1节,估算思路,（2）据岩
13、石粒度组成估算,储层岩石的骨架性质 第1章1节,估算公式推导, 假设单位体积岩石中，有n 颗直径为d 的同等大小的理想圆球；每个圆球的： 表面积： sid 2 ， 体积：Vid 36 设该球形颗粒组合的孔隙度为f，则单位体积岩石中的颗粒数量为颗粒所占总体积/每个颗粒的体积，即： 则单位体积中岩石的比面： Snsind 26（1-f）d,储层岩石的骨架性质 第1章1节, 则单位体积岩石的比面：, 鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形，在上公式中引入颗粒形状校正系数C，则由岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为：, 实际岩石由不等大小的颗粒组成，仍假设其为圆球形，则第i 种平均粒径为di，含量为Gi的岩石颗粒的总表面积：,储层岩石的骨架性质 第1章1节,适用范围 胶结疏松、颗粒磨圆度较高、不含或少含粘土颗粒的岩石。,式中：C颗粒形状校正系数，一般取1.2-1.4； f岩石孔隙度，f； di、Gi粒径及其对应的重量组成。,
