1、油层油层(oil-bearing(oil-bearing formation)formation)：是指储存：是指储存原油的地层。原油的地层。绪绪 论论一、什么是油层物理一、什么是油层物理 (Petrophysics)油层物理油层物理油层物理油层物理。油藏油藏(reservoir)(reservoir)：是指单：是指单一圈闭中具有同一压力一圈闭中具有同一压力系统的油的聚积。系统的油的聚积。油田油田(oil field)(oil field)：一般从行：一般从行政管理角度定义，指同一政管理角度定义，指同一范围内的油气藏总和。范围内的油气藏总和。二、石油工业发展形势二、石油工业发展形势地球上目前已
2、发现的地球上目前已发现的1311个大油田和特大油田，其储量个大油田和特大油田，其储量约占世界已探明储量的约占世界已探明储量的94%。世界上自。世界上自1980 年以来再未发现年以来再未发现一个开采量在一个开采量在70亿吨到亿吨到250亿吨的新大型油田。目前，新发现亿吨的新大型油田。目前，新发现的可采石油每年不超过的可采石油每年不超过70亿桶，呈下降趋势，而年开采量亿桶，呈下降趋势，而年开采量230亿桶，呈上升趋势，亿桶，呈上升趋势，这使得有限的石油资源更加宝贵。这使得有限的石油资源更加宝贵。1桶(bbl)0.158988m3 至至19951995年底，全国已发现油田年底，全国已发现油田4544
3、54个，其中海域个，其中海域2424个，个，已投入开发油田已投入开发油田342342个，其中海域个，其中海域1616个。个。中国石油天然气总公司已投入开发油田中国石油天然气总公司已投入开发油田320320个，动用石油个，动用石油地质储量地质储量129.57129.57亿吨，其中可采储量亿吨，其中可采储量43.1143.11亿吨，最终采收率亿吨，最终采收率33.3%33.3%；各类井共有；各类井共有103423103423口，其中，采油井口，其中，采油井7225572255口，注水口，注水井井2521225212口；口；19951995年产油年产油1.3981.398亿吨，累计采出原油亿吨，累计
4、采出原油28.2628.26亿亿吨，占可采储量的吨，占可采储量的65.55%65.55%；油田产出液的综合含水率已达；油田产出液的综合含水率已达81.36%81.36%。海域开发动用石油地质储量。海域开发动用石油地质储量3.153.15亿吨，亿吨，19951995年产油年产油841841万吨，占全国原油总产量的万吨，占全国原油总产量的5.6%5.6%。今后今后15年，陆上现有开发油田主体将逐步向开采后期演年，陆上现有开发油田主体将逐步向开采后期演化，按目前开采趋势测算，化，按目前开采趋势测算，2000年可采储量采出程度为年可采储量采出程度为75.8%，综合含水率，综合含水率89%左右；左右；2
5、010年采出程度将达年采出程度将达89.2%，综合含水率综合含水率94.4%。其中，辽河、胜利、大港等油区老油田。其中，辽河、胜利、大港等油区老油田采出程度将达采出程度将达90%以上；大庆、新疆油区的老油田采出程度以上；大庆、新疆油区的老油田采出程度也将达也将达86%。陆上现有开发油田到。陆上现有开发油田到2010年的原油产量，在不年的原油产量，在不采取三次采油等措施条件下，将由目前的采取三次采油等措施条件下，将由目前的14000万吨下降到万吨下降到5576万吨。中国原油产量要保持现有总产量水平并有适度增万吨。中国原油产量要保持现有总产量水平并有适度增长，必须依靠新技术投入和新探明储量的增长。
6、长，必须依靠新技术投入和新探明储量的增长。海洋石油总公司原油生产正处于上升期，海洋石油总公司原油生产正处于上升期，1996年产油年产油量已达量已达1500万吨，预计本世纪末仍可保持在万吨，预计本世纪末仍可保持在1500万吨左万吨左右。右。2001-2010年预计可新增探明储量年预计可新增探明储量10亿吨左右，亿吨左右，2010年原油产量可达年原油产量可达2000万吨左右。这样，万吨左右。这样，2010年全国原油年全国原油产量大致可达产量大致可达1700019000万吨。万吨。中国陆上油田的主体是中国陆上油田的主体是60-7060-70年代投入生产的，进入年代投入生产的，进入8080年代以后油田
7、普遍进入高含水采油期，依靠加密钻生产井才年代以后油田普遍进入高含水采油期，依靠加密钻生产井才维持产量的稳定。维持产量的稳定。1981-19951981-1995年期间通过钻加密井所增加的年期间通过钻加密井所增加的可采储量占新增可采总储量的可采储量占新增可采总储量的46.2%46.2%；其新建生产能力占新；其新建生产能力占新建总生产能力的建总生产能力的53.8%53.8%。中国石油工业要保持老油田的稳产，主要靠大量的投入。中国石油工业要保持老油田的稳产，主要靠大量的投入。同时，随着油田开采时间的延伸，产出液中水油比大幅度上同时，随着油田开采时间的延伸，产出液中水油比大幅度上升，操作费用呈指数增长
8、。升，操作费用呈指数增长。19951995年单位原油成本已达年单位原油成本已达520520元元/吨，其中操作费吨，其中操作费235235元元/吨。据预测，按目前开采和管理方式，吨。据预测，按目前开采和管理方式，现有开发油田将在现有开发油田将在20072007年操作费用与国际油价持平。陆上各年操作费用与国际油价持平。陆上各油区除大庆油区外，油区除大庆油区外，20102010年前老油田将全部达到经济开采年年前老油田将全部达到经济开采年限。限。直到九十年代中期，中国的石油供应一直都是自给自直到九十年代中期，中国的石油供应一直都是自给自足。但随着经济飞速发展，国内油田的出油量却开始下降，足。但随着经济
9、飞速发展，国内油田的出油量却开始下降，中国开始大量进口石油。中国开始大量进口石油。在在19961996年中国石油进口达到年中国石油进口达到22622262万吨，超过出口，从而使中国成为石油净进口国。万吨，超过出口，从而使中国成为石油净进口国。目前，中国已成为仅次于美国的世界第二大能源消费目前，中国已成为仅次于美国的世界第二大能源消费国和第三大石油消费国。国和第三大石油消费国。2002年我国进口石油为年我国进口石油为9000万万吨吨(包括原油和成品油包括原油和成品油)，2003年的石油进口量预计将超过年的石油进口量预计将超过1亿吨。据我国有关部门测算，亿吨。据我国有关部门测算，2005年中国可能
10、会超过日年中国可能会超过日本，成为仅次于美国的世界第二大石油进口国。本，成为仅次于美国的世界第二大石油进口国。如果没有持续、稳定的能源供应，中国的现代化建如果没有持续、稳定的能源供应，中国的现代化建设将蒙上浓重的阴影。正因为如此，在保障中国的能源安全设将蒙上浓重的阴影。正因为如此，在保障中国的能源安全问题上，以中石化、中石油、中海油为代表的石化行业三大问题上，以中石化、中石油、中海油为代表的石化行业三大巨头，就扮演了举足轻重的角色。巨头，就扮演了举足轻重的角色。研究认为，中国远景油气缺口将主要依靠独联体和研究认为，中国远景油气缺口将主要依靠独联体和中东地区补充，根据需要和可能，中东地区补充，根
11、据需要和可能，2010年，应从独联体进年，应从独联体进口原油（含国外经营）口原油（含国外经营）4000-6000万吨，进口天然气远景可万吨，进口天然气远景可达达350-450亿立方米；从中东、非洲进口原油（含国外经营）亿立方米；从中东、非洲进口原油（含国外经营）2000-3000万吨。为此，需要规划建设相应的输油、输气国万吨。为此，需要规划建设相应的输油、输气国际管线，开通从俄罗斯西西伯利亚、远东地区至中国，以及际管线，开通从俄罗斯西西伯利亚、远东地区至中国，以及未来中东未来中东土库曼斯坦至国内的油气供应战略主渠道。土库曼斯坦至国内的油气供应战略主渠道。三、油层物理的研究内容三、油层物理的研究
12、内容、油气水流体：油水、气水（空隙）油孔隙胶结物颗粒实体岩石层储层岩石的物理性质储层岩石的物理性质储层流体的物理性质储层流体的物理性质油藏岩石中多相流体的渗流特性油藏岩石中多相流体的渗流特性提高原油采收率的方法提高原油采收率的方法、油气水流体：油水、气水（空隙）油孔隙胶结物颗粒实体岩石层 油层物理是研究储层岩石、岩石中的流体（油、气、水）油层物理是研究储层岩石、岩石中的流体（油、气、水）以及流体在岩石微小孔道中渗流机理的一门学科以及流体在岩石微小孔道中渗流机理的一门学科。四、油层物理课程的性质及与其它课的关系 油层物理学是高等石油院校石油工程专业、石油地质专业及油油层物理学是高等石油院校石油工
13、程专业、石油地质专业及油田化学等专业的一门重要田化学等专业的一门重要专业基础课。专业基础课。前期课程：前期课程：数、理、化、普通地质、岩石学、物理化学、流体数、理、化、普通地质、岩石学、物理化学、流体力学等力学等后继课程：后继课程：渗流力学、油藏数值模拟、油气田开发、采油工程渗流力学、油藏数值模拟、油气田开发、采油工程、油田应用化学以及提高油气采收率技术、油层保、油田应用化学以及提高油气采收率技术、油层保护、现代试井等护、现代试井等重重 要要 性性：它既要运用到许多基础理论，又在专业上有着广泛：它既要运用到许多基础理论，又在专业上有着广泛的实际应用。的实际应用。特特 点：点：概念多、连贯性差、
14、实验性强。概念多、连贯性差、实验性强。五、油层物理的发展历史五、油层物理的发展历史 油层物理是随着油气田的开发和发展而形成并独立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。出来的一门学科。自自18591859年和年和18601860年美国和俄国等主要产油国先后开年美国和俄国等主要产油国先后开始采油以来，油田开发和开采的历史有一百多年了。开始采油以来，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。到了始时人们对油层的认识很肤浅。到了3030年代人们经过漫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，油层长的实践、摸索和研究，对油藏有了初步的认识，油层
15、物理学开始有了很大的发展。物理学开始有了很大的发展。n19331933年，美国人年，美国人G.H.G.H.法奇等人首先进行了油层物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；理方面的研究，研究了流体性质和测试技术；n19341934年，年，R.D.R.D.乌索夫和乌索夫和M.M.马斯盖特等在达西定律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；基础上研究了测量岩样渗透率的方法；n19351935年，年，R.J.R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量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：压力样品物理性质的方法。测量项目包括：压力-体积体积-温
16、度之间的关系，饱和度、饱和压力、油中的溶温度之间的关系，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。解气量、原油由于气体的分离而导致的伸缩等。19491949年，美国的年，美国的M.M.马斯盖特写了马斯盖特写了采油物理原理采油物理原理，汇总，汇总了当时油层物理技术，为该学科形成打下基础。了当时油层物理技术，为该学科形成打下基础。5050年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了年代，前苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫教授写了油层油层物理基础物理基础书，标志着这一学科的形成，并且从采油工程书，标志着这一学科的形成，并且从采油工程学科中分离出来。学科中分离出来。在我国五十年代就有
17、专门从事油层物理研究的专在我国五十年代就有专门从事油层物理研究的专业技术人员，在原北京石油学院首次开设了油层物理业技术人员，在原北京石油学院首次开设了油层物理课程，培养了相应研究生。课程，培养了相应研究生。6060年代从采油工程中分离出来，大庆油田的开发年代从采油工程中分离出来，大庆油田的开发使我国油层物理学科有了进一步发展。使我国油层物理学科有了进一步发展。华东石油学院的张朝琛编写了华东石油学院的张朝琛编写了油层物理油层物理一一书，但没有正式出版。随着各类油田的开发与开采，书，但没有正式出版。随着各类油田的开发与开采，油田的研究单位都相应地建立了有关油层物理的各类油田的研究单位都相应地建立了
18、有关油层物理的各类实验室，开展了油层物理各个领域的实验研究，同时实验室，开展了油层物理各个领域的实验研究，同时也进行了各自油田的现场试验研究以及不同方法提高也进行了各自油田的现场试验研究以及不同方法提高原油采收率的试验研究。原油采收率的试验研究。n8080年，华东石油学院，洪世铎年，华东石油学院，洪世铎油藏物理基础油藏物理基础；n8484年，武汉地质学院，张博金年，武汉地质学院，张博金油气层物理学油气层物理学；n8585年，成都地质学院，罗蛰潭年，成都地质学院，罗蛰潭油层物理油层物理；n9191年，西南石油学院，何更生年，西南石油学院，何更生油层物理油层物理；n9292年，我们学院根据大庆油田
19、特点，编写了这本书。年，我们学院根据大庆油田特点，编写了这本书。油层物理已成为我国石油工程专业中不可缺少的油层物理已成为我国石油工程专业中不可缺少的重要学科，随着石油工业的迅猛发展，它必将在我国重要学科，随着石油工业的迅猛发展，它必将在我国油田开发和开采工作中起着越来越重要的作用。而且，油田开发和开采工作中起着越来越重要的作用。而且，随着深层油藏、碳酸盐油藏、低渗透油藏、稠油油藏随着深层油藏、碳酸盐油藏、低渗透油藏、稠油油藏以及凝析气藏等各类油（气）藏的开发，将不断给油以及凝析气藏等各类油（气）藏的开发，将不断给油层物理学科提出新的研究课题，经过不断努力，油层层物理学科提出新的研究课题，经过不
20、断努力，油层物理学科将不断完善和发展。物理学科将不断完善和发展。六、参考书1.油层物理油层物理 罗蛰潭主编罗蛰潭主编 地质出版社地质出版社 1985年；年；2.油层物理油层物理 何更生编何更生编 西南石油学院西南石油学院 1991年；年；3.油藏物理油藏物理 洪世铎编洪世铎编 石油工业出版社石油工业出版社 1985年；年；4.4.油气层物理学油气层物理学 张博金编张博金编 武汉地质学院武汉地质学院 1984年。年。n不许迟到早退，有事拿正式假条请假，其它无效；不许迟到早退，有事拿正式假条请假，其它无效；n提前五分钟到教室，凡迟到者，按旷课处理；提前五分钟到教室，凡迟到者，按旷课处理；n请按时交
21、作业，不交或迟交三次者不得参加考试；请按时交作业，不交或迟交三次者不得参加考试；n上课请注意听讲，有不明白的地方及时举手发问；上课请注意听讲，有不明白的地方及时举手发问；n请注意保持黑板及地面清洁；请注意保持黑板及地面清洁；n交作业时间为周四上课前；交作业时间为周四上课前；课堂纪律及要求寄 语 由于油层物理课的前后联系非常紧密，如果前面的内容掌握不好，对后续内容的理解就会产生不利的影响因此，希望同学们努力学习，取得优异的成绩。祝愿同学们学习进步！祝愿同学们学习进步！发育，单井产量高。碳酸盐岩隙性储油，储油物性好砂岩碎屑岩沉积岩、溶洞：。孔粉砂岩砾岩缝裂n储层岩石的粒度组成和比面n储层岩石的孔隙
22、结构及孔隙度n储层岩石的渗透率n渗透率和其它岩石物性关系n储层的流体饱和度孔隙空穴胶结物颗粒实体砂岩第一节第一节 储层岩石粒度组成和比面储层岩石粒度组成和比面 岩石的粒度组成和比面是反映岩石骨架构分散程度岩石的粒度组成和比面是反映岩石骨架构分散程度的指标，也是划分储层、评价储层的重要物性参数。的指标，也是划分储层、评价储层的重要物性参数。1.定义定义2.粒度的级别粒度的级别3.粒度大小的表示方法粒度大小的表示方法4.粒度分析方法粒度分析方法5.粒度组成的描述方法粒度组成的描述方法6.粒度参数粒度参数 二、砂岩的比面二、砂岩的比面二、砂岩胶结物的敏感矿物二、砂岩胶结物的敏感矿物三、砂岩的胶结类型
23、三、砂岩的胶结类型一、岩石的粒度组成一、岩石的粒度组成岩石粒度组成岩石粒度组成粒度粒度(grain size)组成组成:是指构成岩石的各种大小不同的颗粒是指构成岩石的各种大小不同的颗粒(grain)的含量，通常以百分的含量，通常以百分数表示。数表示。粒度组成是储层岩石的一个重要特性。储层岩石的许多性质，如粒度组成是储层岩石的一个重要特性。储层岩石的许多性质，如孔隙度、渗透率、密度、比面、表面性质等都与它有关，在地质上根孔隙度、渗透率、密度、比面、表面性质等都与它有关，在地质上根据粒度组成可以判断地层沉积的地质和古地理条件。据粒度组成可以判断地层沉积的地质和古地理条件。2.粒度的级别粒度的级别
24、88442/12/12/12/122 01.0 01.01.01.011 泥粉砂砂砾粒级d（mm)十十进制进制d（mm)二二进制进制1.定义定义(granularmetric composition)岩石粒度组成岩石粒度组成3.粒度大小的表示方法粒度大小的表示方法 孔的个数。目：单位英寸长度上筛：直径：d2logd 在实验室中进行筛析时，一在实验室中进行筛析时，一般都采用细金属丝编成的标准筛般都采用细金属丝编成的标准筛进行。把选用的筛子按筛孔大小进行。把选用的筛子按筛孔大小从大到小排列好，取从大到小排列好，取处理好处理好的砂的砂子子50g50g放入最上面的筛子中，开动放入最上面的筛子中，开动振
25、筛机振动振筛机振动1515分钟。取下筛子，分钟。取下筛子，把每个筛子中的颗粒小心地倒到把每个筛子中的颗粒小心地倒到纸上，逐份称量，算出重量百分纸上，逐份称量，算出重量百分数和累积重量百分数。数和累积重量百分数。4.粒度分析方法粒度分析方法 筛析法原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析筛析法原理：用成套筛子对捣碎岩石颗粒进行筛析以下）目，：泥级颗粒（水力沉降法：粉砂级以上的颗粒筛析法m37400水力沉降法原理水力沉降法原理：基于大小不同的颗粒在粘性液体中沉降速度不基于大小不同的颗粒在粘性液体中沉降速度不 同进行分离的原理。同进行分离的原理。颗粒直径大小可按照斯托克颗粒直径大小可按照斯托克斯斯(C
26、.J.Stockes)公式计算，即公式计算，即1)(18gdVls2式中：d:颗粒直径，cm;g:重力加速度，981cm/s2 :液体的运动粘度，cm2/s ;s:颗粒密度，g/cm3；l:液体密度，g/cm3；V:颗粒的运动速度，cm/s。颗粒为球型；颗粒为球型；颗粒在粘性和不可压缩液体中运动，十分缓慢；颗粒在粘性和不可压缩液体中运动，十分缓慢；颗粒坚硬，且表面光滑；颗粒坚硬，且表面光滑；颗粒沉降以常速进行；颗粒沉降以常速进行；颗粒与分散介质之间的界面上，不发生滑动。颗粒与分散介质之间的界面上，不发生滑动。Vdf3摩g61g61l3s3ddFG浮重)(18gls2dV摩浮重fFGl其中：其中
27、：运动粘度。运动粘度。其中：其中：动力粘度。动力粘度。2cmsdynpoise1重G浮F摩f在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：在推导该公式时，斯托克斯曾作了一些假设：受力分析受力分析平均粒径可用下式求得：平均粒径可用下式求得：11211iiiddd注意：筛析法和水力注意：筛析法和水力沉降法所求得的粒径沉降法所求得的粒径并不是定值而是一个并不是定值而是一个范围。范围。5.粒度组成的描述方法粒度组成的描述方法（1 1）数字列表法）数字列表法筛孔直径(mm)0.420.2970.297 0.210.21 0.1490.149 0.0740.074 0.050.05 0.010.01重量（%）2
28、.684.466.5270.810.41.483.6累积重量 （%）10097.392.8286.315.485.083.6（2 2）作图法）作图法 粒度组成分布曲线01020304050607000.10.20.3颗粒直径，毫米重量（%）a.粒度组成分布曲线（1）曲线表示了各种粒径的颗粒所占的百分数，可用它来确定任一粒级在岩石中的含量；（2）曲线尖峰的位置表示含量最多的颗粒直径的大小；（3）曲线的尖峰越高颗粒分布越均匀，说明该岩石以某一粒径颗粒为主；（4）曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。b.粒度组成累积分布曲线(1)粒度中值粒度中值(d50 )：在累积分布曲线上相应累积重量：在累积分布曲线
29、上相应累积重量百分数为百分数为50%的颗粒直径。的颗粒直径。(2)不均匀系数不均匀系数 n：1060ddn 2575dds S=11.5，分选好；分选好；S=2.54.5，分选中等；分选中等；S4.5，分选差。分选差。欧美国家常以累积重量欧美国家常以累积重量25%、50%、75%三个特征点，将累积曲线划分为四段，三个特征点，将累积曲线划分为四段，然后按特拉斯克方程求出分选系数，即：然后按特拉斯克方程求出分选系数，即：(3)分选系数：分选系数：6.粒度参数粒度参数（4）颗粒等效直径）颗粒等效直径假想土壤模型：等径球形颗粒所组成的模型。假想土壤模型：等径球形颗粒所组成的模型。用假想土壤模型研究真实
30、颗粒组成岩石时，用假想土壤模用假想土壤模型研究真实颗粒组成岩石时，用假想土壤模型的颗粒直径代替真实岩石的粒度组成后，假想土壤模型所产型的颗粒直径代替真实岩石的粒度组成后，假想土壤模型所产生的渗滤阻力与真实岩石所产生的阻力相同，满足于这样条件生的渗滤阻力与真实岩石所产生的阻力相同，满足于这样条件的假想土壤模型的颗粒直径就称为的假想土壤模型的颗粒直径就称为“等效颗粒直径等效颗粒直径”。)/(/100iiefdgd 福克、沃德参数福克、沃德参数6.6)595(4)1684(偏度（歪度）偏度（歪度）)5952()502-595(16842()502-1684(S)0.35,0.35,分选极好分选极好0
31、.350.350.5,0.5,分选好分选好1 12,2,分选差分选差4.,分选极差分选极差 标准偏差标准偏差 峰态峰态 2575595P44.2K-1-10 0，细歪度细歪度01，粗歪度粗歪度 0.670.67，很平坦很平坦0.670.670.90.9，平坦，平坦0.90.91.111.11，中等尖锐，中等尖锐1.111.111.561.56，尖锐，尖锐3，非常尖锐非常尖锐 平均直径平均直径 6.6)595(4)1684(3)165084d 粒度组成分布曲线01020304050607000.10.20.3颗粒直径，毫米重量（%）粒度组成分布曲线01020304050607000.10.20.
32、3颗粒直径，毫米重量（%）粒度组成分布曲线01020304050607000.10.20.3颗粒直径，毫米重量（%）Skp值在值在1之间变化；之间变化；正值表示曲线偏于粗颗粒为粗歪度（粗偏度）；正值表示曲线偏于粗颗粒为粗歪度（粗偏度）；负值表示曲线偏于细颗粒为细歪度（细偏度）。负值表示曲线偏于细颗粒为细歪度（细偏度）。对称，Skp=0粗偏度，Skp0细偏度，Skp0颗粒等效直径峰态偏度分选系数不均匀系数粒度中值粒度参数粒度组成累积分布曲线粒度组成分布曲线作图法数字列表法表示方法砂岩和泥质粉砂岩水力沉降法：适合于粉筛析法：适合于砂岩分析方法概念成组度粒二、砂岩胶结物的敏感矿物 近年来，随着对储层
33、的进一步研究，在我国“油田开发管理纲要”及保护储层技术的研究中，都提出要对储层的各种敏感性进行评价。就是说，在一个油田投入开发之前，即打第一口探井时，就应通过取芯，除进行常规的孔、渗、饱、孔隙结构等研究外，还必须对岩心进行各种敏感性评价实验，以找出该储层当与外来施工流体接触时，可能潜在的危险及对储层可能造成伤害的程度。伤害地层酸敏矿物遇酸产生沉淀碳酸盐遇酸分解水石膏在高温下失掉结晶粘土矿物遇水膨胀什么是敏感矿物？什么是敏感矿物？储层的敏感性主要受胶结物中的敏感性矿物影响，这些敏感性矿物从不同方面将影响岩石的骨架性质和岩心分析的正确性。什么是胶结物什么是胶结物(cement)？是指除碎屑颗粒衣物
34、的化学沉淀物质，在砂岩中含量小于50，对岩石颗粒起胶结作用，使之成为坚硬的岩石。1.1.粘土遇水膨胀的特性粘土遇水膨胀的特性 （1 1）粘土）粘土 直径小于0.01mm的颗粒占50%以上的细粒碎屑。它的成分包括粘土矿物和非粘土矿物，还有碱金属、碱土金属，铝和铁的氧化物等。粘土矿物是砂岩的主要胶结物。粘土矿物分为：高岭石型、蒙脱石型、水云母型、绿泥石型等。（2 2）粘土遇水膨胀的原因）粘土遇水膨胀的原因 这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的。与晶格取代发生的程度和吸附离子的性质有关与晶格取代发生的程度和吸附离子的性质有关 与地层水矿化度的有关与地层水矿化度的有
35、关粘土矿物大都由两种基本晶格组成：硅氧四面体 铝氧八面体具有层状结构粘土矿物晶片晶层 单体平面延伸纵向重叠延伸+重叠 这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的这是由粘土矿物的特殊晶格结构所决定的。硅氧四面体硅氧四面体 硅氧四面体晶片（硅氧四面体晶片（T）铝氧八面体铝氧八面体 铝氧八面体晶片（铝氧八面体晶片（O）伊利石（伊利石（TOT）结构与蒙脱石相似，只是其晶层之间卡有钾原子，大小与晶层硅氧四面体的六角环内径接近，使晶层之间联结牢固，外来物质很难进入。蒙脱石（蒙脱石（TOTTOT）是由两个硅氧四面体晶片中间夹一个铝氧八面体晶片所组成的晶层。晶层之间由分之间力联接，因此，结构较弱，晶层之间距离较大（
36、),外来物质很容易进入。当和水相遇时，水分之就容易进入蒙脱石之间，造成晶体膨胀。A14高岭石（高岭石（TO）是一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片组成的晶层。晶层薄，层间距小（），两个晶层之间一面是氢氧原子，一面是氧原子，因而形成氢键，也就是说，相邻两晶层之间除范德华力外，还有氢键，结合力强，水分子不容易进入，膨胀性就小。A27.蒙脱石结构蒙脱石结构高岭石结构高岭石结构TOTTOTOT 在蒙脱石的形成过程中在蒙脱石的形成过程中常常发常常发生晶格取代，晶层带负电吸附阳生晶格取代，晶层带负电吸附阳离子来保证电荷平衡。离子来保证电荷平衡。吸附层吸附层 与晶格取代发生的程度和吸附离子的性质有关与晶格
37、取代发生的程度和吸附离子的性质有关TOTNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+TOTNa+Na+Na+Na+Na+Na+在注水开发过程中在注水开发过程中，晶层表面晶层表面形成双电层，产生双电层斥力；形成双电层，产生双电层斥力；吸附金属阳离子吸附金属阳离子水化能力不同，水化能力不同，水化半径不同，使晶层间距离水化半径不同，使晶层间距离增加；增加；高岭石中，硅和铝在形成过程中硅和铝在形成过程中都没有被置换，因此，膨胀性就都没有被置换，因此，膨胀性就很小。很小。扩散层扩散层Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Ca2+Ca2+离子半径离子
38、半径离子水化半径离子水化半径TOTNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+TOTNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+与地层水矿化度的有关与地层水矿化度的有关在地层水和储层岩石长在地层水和储层岩石长期接触，地层水的矿物期接触，地层水的矿物盐的浓度很高；盐的浓度很高；油田注水开发之后，注油田注水开发之后，注入水的矿物盐的浓度相入水的矿物盐的浓度相对较低。对较低。由于二者浓度的差异，由于二者浓度的差异，产生渗透压，使产生渗透压，使 晶层间晶层间的距离进一步增加。的距离进一步增加。（3）粘土膨胀的危害）粘土膨胀的危害a.大幅度降低岩石的渗透率；b
39、.套管损坏、井底坍塌等；c.粘土的吸附作用能使注入地层的化学剂作用降低甚至失效。a.离子交换法；b.增加电解质浓度；c.注酸性水；d.注粘土稳定剂。（4）防止粘土膨胀的措施）防止粘土膨胀的措施（5）粘土的膨胀度 它是指粘土膨胀的体积占原始体积的百分数，它是衡量粘土膨胀大小的指标。p2.石膏高温脱水特征 为防止高温下石膏脱水带来的误差，在岩心分析过程中可采取两种方法：用离心机冷洗岩心，即用离心机高速旋转下所产生的离心力，将岩心中的油、水甩出；改用氯仿和甲醇配置的共沸液，其沸点为53.5，它远小于石膏的脱水温度，其沸液中甲醇和氯仿的重量百分比为13:87。石膏脱水与温度的关系01020304050
40、607001020304050加热时间（h）除去结晶水（%）106 74 81 64 3.碳酸盐遇酸分解和酸敏矿物伤害地层（1）碳酸盐遇酸分解 砂岩储层碳酸盐含量很少或根本不含，而碳酸盐岩储层就全由碳酸盐类所组成，如石灰石（CaCO3)、白云石（CaMg(CO3)2）、钠盐（NaCO3）、钾盐（CaCO3）和菱铁矿都能与酸反应。它们的含量在各油田很不一致，就其在胶结物中的含量看，多从9.5%21%，其含量的多少不仅影响到储层岩石的物性，而且直接决定着油井的增产措施，碳酸盐含量是评价储层性能的一个重要参数。碳酸盐含量的测定多基于下述反应：CaCO3 +2HCl=CaCl2 +H2O+CO2 实验
41、测定中，碳酸盐含量是采用反应后CO2的体积或压力来计算。由于碳酸钙在岩石分布最广，可将全部碳酸盐含量换算为CaCO3的含量，根据反应后测出的CO2体积,由下式求出：%WVC10044式中：C：岩样中CaCO3的含量，%；V：岩样与HCl反应后所得的CO2体积，cm3；：在实验温度及大气压下，CO2气体的密度，g/cm3；W：岩样总重，g。（2）酸敏矿物及特点 能与酸反应的矿物并不都叫酸敏矿物，只有那些与酸反应后容易生成沉淀而阻塞孔道引起渗透率降低的那些矿物才叫酸敏矿物。如富铁绿泥石（FeO Al2O3SiO2H2O）、黄铁矿（FeS2）、菱铁矿（FeCO3）等属酸敏矿物。酸化时，除粘土膨胀因素
42、外，富铁绿泥石酸溶后当PH为56时，Fe2+呈胶体沉淀，伤害地层，其反应式为：3 FeO Al2O32SiO23H2O+6HCl=3FeCl2+2Al(OH)3+2SiO23H2O2FeCl2+3H2O +3O=2Fe(OH)3+2Cl2 Fe(OH)3是一种片状结晶，通常其体积比喉道还大，故可阻塞孔喉。预防措施：加铁的螯合剂和净氧剂。三、砂岩的胶结类型三、砂岩的胶结类型胶结物的存在使储层物性变差，随着胶结物成分变化与胶结物类型的不同对储层的影响也不同，使粒间孔隙可变为充填残留物的孔隙，使孔隙度变小。胶结物的成分可分为泥质、钙质（灰质）、硫酸盐、硅质和铁质。泥质（小于0.01mm的碎屑）胶结比
43、较疏松，并能形成一些充填内孔隙。灰质胶结主要是方解石和白云石，它常呈结晶状态，胶结致密。硅质胶结最致密，影响也最大。1.1.胶结类型的定义胶结类型的定义 胶结物在岩石中的分布状况及与碎屑颗粒的接触关系称为胶结物在岩石中的分布状况及与碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。它通常取决于胶结物的成分和含量的多少、生成条胶结类型。它通常取决于胶结物的成分和含量的多少、生成条件以及沉积后的一系列变化等因素。件以及沉积后的一系列变化等因素。c.c.接触胶结接触胶结 胶结物含量很少，一般小胶结物含量很少，一般小于于5%5%，仅分布于颗粒相互接触，仅分布于颗粒相互接触的地方，颗粒呈点状或线状接的地方，颗粒呈点状或线
44、状接触，胶结物多为原生或碎屑风触，胶结物多为原生或碎屑风华物质，最常见者为泥质。此华物质，最常见者为泥质。此种胶结的储油物性最好。大庆种胶结的储油物性最好。大庆油田属于这种胶结。岩石孔隙油田属于这种胶结。岩石孔隙度大于度大于25%25%，渗透率从几十个，渗透率从几十个毫达西到几个达西。毫达西到几个达西。a.a.基底胶结基底胶结 胶结物含量最高。碎胶结物含量最高。碎屑颗粒孤立地分布于胶结屑颗粒孤立地分布于胶结物之中，彼此不相接触或物之中，彼此不相接触或少有颗粒接触。由于胶结少有颗粒接触。由于胶结物与碎屑颗粒同时沉积，物与碎屑颗粒同时沉积，故称原生胶结，胶结强度故称原生胶结，胶结强度很高。孔隙类型
45、全为胶结很高。孔隙类型全为胶结物内的微孔，其储油、气物内的微孔，其储油、气物性很差。物性很差。b.b.孔隙胶结孔隙胶结 胶结物含量胶结物含量不多，充填于颗不多，充填于颗粒之间的孔隙中粒之间的孔隙中颗粒呈支架状接颗粒呈支架状接触。胶结物多是触。胶结物多是次生的，分布不次生的，分布不均匀，多充填于均匀，多充填于大的孔隙中，胶大的孔隙中，胶结强度次于基底结强度次于基底胶结。胶结。根据胶结强度不同，砂岩一般可分为强胶结、胶结和弱胶结或疏松等。胶结方式可分为：胶结方式可分为：四、砂岩的比面(specific surface)1、比面的概念、比面的概念 所谓比面是指单位体积岩石内岩石骨架的总表面积或单位所
46、谓比面是指单位体积岩石内岩石骨架的总表面积或单位体积岩石内总孔隙的内表面积体积岩石内总孔隙的内表面积。fVAS 式中 S:岩石比面，cm2/cm3,m2/m3等 A:岩石颗粒的总表面积或岩石孔隙的总表面剂，cm3 Vf:岩石外表体积（或视体积），cm3 此外，在有关比面的定义中，分母也有采用此外，在有关比面的定义中，分母也有采用“单位重量单位重量”来定义比面的。如，对于砂岩按单位重量定义的比面为来定义比面的。如，对于砂岩按单位重量定义的比面为5005005000cm5000cm2 2/g/g对于页岩为对于页岩为100 m100 m2 2/g/g（1000000cm1000000cm2 2/g/
47、g）。）。除常以外表体积除常以外表体积V定义外，还采用定义外，还采用颗粒骨架体积颗粒骨架体积Vs和和孔隙孔隙体积体积Vp为基准的比面，即：为基准的比面，即：fVASssVASppVASfff)1(VVVVVVspp按以上三种不同体积定义的比面有如下关系：按以上三种不同体积定义的比面有如下关系：spSSS1 一般情况下，未加注明，岩石比面是指以岩石外表体积为一般情况下，未加注明，岩石比面是指以岩石外表体积为基准的比面。基准的比面。2、比面的其它定义方法、比面的其它定义方法四、砂岩的比面fVAS 若岩石由等径圆球形颗粒构成，按若岩石由等径圆球形颗粒构成，按立方体排列，根据对称性，取一个立方体排列，
48、根据对称性，取一个球占据的空间为研究对象：球占据的空间为研究对象：DDDVA立方体球32 对于直径为0.1mm的砂岩，其比面是多大哪？32432m/m103cm/300cm0.1mm3.14S岩石的颗粒越岩石的颗粒越细，它的比面细，它的比面就越大，反之，就越大，反之，就越小。就越小。真实岩石的比面更大！3、研究比面的意义(2)和渗透率有关。S越大，K越小 泥质砂岩、粉砂岩渗透率很低(3)和孔隙表面吸附量有关(4)和离子交换的能力有关(5)和束缚水含量有关(1)岩石分类和对比指标 表 不同类型岩石的比面岩石类型岩石类型砂岩砂岩细砂岩细砂岩泥砂岩泥砂岩比面（比面（cmcm2 2cmcm3 3）95
49、09509509502300230023002300面。由粒度组成资料估算比比面；由孔隙度、渗透率估算法接间比面等参数。一次同时测定孔、渗、一片，通过岩石制成薄片，取:显微统计法。0.1mm1粗颗粒砂岩(0.00适用于比面不算太大的求比面的方法。石的透过性透过法：根据流体对岩粒岩石。适用于比面偏大的细颗量计算岩石比面。表面的单分子层的吸附吸附在颗粒吸附法：通过测定某种法接直法方定测）4、比面的测定方法方 法原理或计算公式适用条件多孔介质比面仪测定粒径为0.OO10.1mm的多孔介质的比面；测出颗粒的外表面积吸附法（如BET法）测定某种吸附在颗粒表面的单分子（通常是气体分子）层的吸附量，再计算岩
50、石比表面积的方法。包括颗粒外表面积及裂隙、空洞等内表面积，以及颗粒与颗粒间的接触面。高才尼方程估算法测出颗粒的外表面积粒度组成估算砂岩胶结性很差而接近松散砂粒、且颗粒磨圆程度很高时，结果较好统计法（投掷钢针）较合适的统计方法 LQAHS314 KS7000KS3600 iniidGCS/100161 LmS/45k2k4k表比面的确定方法 由岩石粒度组成资料估算比面由岩石粒度组成资料估算比面 考虑问题的思路是：先从繁到简考虑问题的思路是：先从繁到简 第一步第一步：假设岩石由球形颗粒组成假设岩石由球形颗粒组成23611ddVVs球球SNS1fVd16fpVVpV孔隙度 1sV第二步：第二步：由于
