021第2章 储层和盖层(第一节 储集层的物理性质)

Kf ≈（T （d2 z/dx2） ）3×D 2 /48 请见右图2-12。
图2-12 圆柱状褶皱裂缝渗流模型
三、储层的孔隙结构 （一）有关基本概念 1、孔隙结构：孔隙的形状、大小、分布及其连通性。 2、孔隙（更狭义的）：矿物或岩石颗粒所围限的膨大空间。 3、喉道：连通孔隙的狭窄空间。 4、流体饱和度 ：岩石内某相流体体积与流体总体积之比，称为该相流体的饱和 度。 5、毛细管压力：毛细管内流体弯曲界面由于表面张力产生的压强。
3、绝对渗透率
绝对渗透率：岩石渗透不与之发生化学反应的、饱和度为100%的单相流体的渗 透率。亦即常称的渗透率。
注：（1）绝对渗透率是岩石孔隙几何学参数，与流体性质无关；（2）因为它常用气体测定，所以也 称气体渗透率。
4、有效相渗透性
有效相渗透性：当岩石被多 相流体同时通过时，其中某相 流体的渗透率，称为该流体的 有效相渗透率。如：油、气、 水的有效相渗透率，常分别用 符号Ko、Kg、Kw。
Vz=—（ e 2 /12）×（ 1/μ）× （dp/dz） ×（e/d） Vy= —（ e 2 /12）×（ 1/μ）× （dp/dy） ×（e/d） Vx=0
则：Kfz = Kfy= e 2 /12 × （e/d） = e 2 /12 × Φf
Kfx =0
注： Φf =e/d
图2-8 板片状裂缝渗流模式图
Φt = Vt / Vb （×100%）。 1
2、有效孔隙度（φe）：岩石内相互连通
2
的孔隙体积（V e ）与岩石总体积（Vb）
之比。即：
3
φ e = V e / Vb （×100%）。（φ e ≤ Φt）
4
有效孔隙度大小反映了储集层物性的好坏 （如：对砂岩孔隙度的评中表2-2）。
5
表2-2 砂岩孔隙度评价
第二章 储层和盖层
第一节 储集层的物理性质
一、储集层的孔隙性 （一）有关基本概念
1、孔隙 （1）广义的孔隙：岩石内未被固体物质占据的空间。包括狭义的孔隙和裂缝。 （2）狭义的孔隙：岩石内除裂缝之外的各种孔隙。 （3）裂缝：岩石因破坏作用产生的面状孔隙（裂隙） 。 。 （4）双重孔隙：岩石内同时发育上述两种孔隙（狭义的孔隙和裂缝）时，统
砂岩孔隙度（%） 评价
25—20
很好
20—15
好
15—10
中等
10—5
差
0—5
无价值
（四）裂缝孔隙度 裂缝孔隙度（φt） ：岩石内裂缝孔隙体积（ Vf ）与岩石总体积（ Vb ）
之比。 Φf = Vf / Vb （×100%）。
不同的裂缝模型，裂缝孔隙度有不同的计算公式。
1、板片裂缝模型 如右图2-1所示，设裂缝的间距为d，裂缝宽度
（二）孔隙大小的分类
超毛细管 毛细管 微毛细管
表2-1 孔隙类型及大小划分表
孔隙直径
裂缝
备注
>0.5mm
0.25mm
大的超毛细管称为洞
2 ×10-4—0.5mm 10-4—0.25
<2 × 10-4 mm
< 10-4
（三）孔隙度
1、总孔隙度（φt）：岩石内全部孔隙体 积（Vt）与岩石总体积（Vb）之比。即：
图2-14 润湿性和非润湿性及表面张力
（4）毛细管压力：毛细管内弯曲的流体界面由于表面张力产生的压强。 见图2-15。
图2-15 毛细管压力
（二）压汞法研究孔隙结构
汞是绝大多数的非润湿相，而且汞—空气（或汞蒸汽）界面的表面张力大， 压汞法可用来研究直径变化范围很大的岩石“孔喉”等效直径分布。
1、压汞法具体步骤： （1）逐渐加压将汞压入研究的 岩石样品，依次记录压力值（Pc） 和被压入汞体积。
Φf =3e/d
图2-3 立方体裂缝模型
4、圆柱状褶皱的裂缝模型 设圆柱状褶皱岩层某点内径曲率半径为R，岩层厚度为T，对于小扰
度情形（T<<R)，则圆柱状褶皱的裂缝的裂缝孔隙度按下式近似计算： Φf ≈T/（2R）。 因为地层的倾角很小,裂缝孔隙度
进一步近似按下式计算 Φf ≈1/2 ×T ×（d2 z/dx2）
为e，则板片模型裂缝 孔隙度按下式计算：
Φf = e /（d+e）≈ e / d （e<<d)）
图2-1板片裂缝模型
2、火柴杆裂缝模型 如右图2-2所示，设两组裂缝相互垂直，裂缝间距分别为d1和，
裂缝宽度分别为e1和e2，则火柴杆模型裂缝 孔隙度按下式计算：
Φf = e1 /（d1+e1）+e2/（d2+e2） ≈ e1 / d1+e2/d2 当裂缝间距均为d，裂缝宽度均为 e时，则：
Φf ≈1/2 ×T ×（d2 z/dx2+ d2 z/dy2） 原理同圆柱状褶皱的裂缝的裂缝孔隙度的计算。
（四）双重孔隙度 双重孔隙度：狭义孔隙度与裂缝孔隙度之和。
二、储集层的渗透性
（一）有关基本概念
1、储层渗透性：一定流体压力差下，储层允许流体通过的性能。
2、渗透率：达西定律中的比例系数K，是一个二阶张量。流体流速（ V ）方向 的渗透率为：
图2-17孔喉等效半径分布图
（3）饱和度中值压力（Pc50）： 毛细管压力曲线上非润湿相（汞）饱
= e 2 /24 × Φf
注： Φf =2e/d
图2-9 火柴杆状裂缝模型渗流模式
（4）立方体裂缝模型裂缝渗透率 推广布辛列克方程，在在Z、Y和X方向的渗流速度（图2-10）：
Vz=—（ e 2 /12）×（ 1/μ）× （dp/dz） ×（e1/d1+e2/d2） Vy= —（ e 2 /12）×（ 1/μ）× （dp/dy） ×（e1/d1+ e3/d3 ） Vx= —（ e 2 /12）×（ 1/μ）× （dp/dx） ×（e2/d2 + e3/d3 ） 当e1=e2=e3、d1=d2=d3 时 则：Kfx = Kfy= Kfz = e 2 /12 × （2e/d）
常 规 储 层
低渗透储层
致密储层
（四）裂缝储层渗透率
1、单个裂缝渗透率 按布辛列克方程：
Vx= —（ e 2 /12）×（ 1/μ） × dp/dx
则：Kf = e 2 /12
如图2-7所示
图2-7 平行单个裂缝流体渗流
（2）板片状裂缝模型裂缝渗透率 推广布辛列克方程，在Z和Y方向的渗流速度（图2-8） ：
Kfz= ∑ei 3 /（12 × di） ×cos 2 αi （i=1 to n）
（7）圆柱状褶皱的裂缝渗透率 设圆柱状褶皱岩层某点内径曲率
半径为R，裂缝间距为D，岩层厚度 为T，对于小扰度情形（T<<R)，则 平行圆柱状褶皱的裂缝的裂缝渗透 率按下式近似计算：
Kf ≈（T/R）3×D 2 /48。 因为地层的倾角很小,裂缝孔隙度 裂缝孔隙度进一步近似按下式计算：
图2-4 圆柱状褶皱的裂缝模型
5、非圆柱状褶皱的裂缝模型 设非圆柱状褶皱岩层某点两个内径主曲率半径分别为R1和R2，岩层厚
度为T，对于小扰度情形（T<<R1和R2)，则圆柱状褶皱的裂缝的裂缝孔 隙度按下式近似计算：
Φf ≈T（1 / R1+1 / R2）/2。
因为地层的倾角很小,裂缝孔隙度 裂缝孔隙度进一步近似按下式计算
Kl = — μ Vl /（dp/dl）。 上式中，p为压力(压强)，l为流体流速方向线度。达西定律写成：
Vl = —Kl / μ ×（dp/dl） 特别注意：Vl是岩石中流体的（平均）渗滤速度，通常不是流体的真实流速。 Kl是岩石中流体的（平均）渗透率。
注：渗透率单位：（1）国际单位：μm2 、cm2、 m2；（2）实用单位： md、 d；（3）两者关系： 1 md=9.869× 10-9 cm2≈10-8cm2。
= e 2 /18 × Φf
注： Φf =3e/d
图2-10 立方体裂缝模型渗流模式
（5）任意方向一组裂缝的渗透率
设一组裂缝平面与压力梯度方向（如：Z方向）夹角为α （图2-11） ，则Z方 向的渗流速度：
Vz=—（ e 2 /12）×（e/d） ×cos 2 α × （dp/dz） ×（ 1/μ） 所以，Kfz = e 3 /（12 × d） ×cos 2 α。 附：证明如下（s代表单个裂缝，其他符号同前文）： 因为：Vts= —（ e 2 /12） × （dp/dl） ×（ 1/μ）
图2-6 含水饱和度与相对渗透率的关系曲线图 (转引自Levorsen，1954)
（三）储层渗透性分级
表2-3 储集层渗透率分级
级别
1 2 3 4 5 6 7
渗透率
＞1000 1000—500 500—100
100—10 10—1 1—0.1 ＜0.1
油层
极好 好
中等 较差 差—可能 不渗透
评价
气层
注：它是该流体饱和度的函数。
5、相对渗透率
相对渗透率：某相流体的有效 相渗透率与岩石的绝对渗透率 之比。如：
油、气、水的有效相渗透率分 别是：Ko/K、Kq/K、Kw/K。 有效相渗透率同样是饱和度的 函数（如：图2-5和图2-6）。
图2-5 油气饱和度与相对渗透率的关 系曲线图（转引自Levorsen，1954）
注：（1）表面张力（σ）：增加两相界面单位面积所做的功（W= σ A） 。它的 大小取决于两相性质和外界条件（温度、压力）。参见下图2-13。
图2-13 两相界面分子受力示意图
（2）吸附作用：一种物质吸引另一种物质以减少自身表面能的现象。 某种物质吸引不同的物质减少其自身表面能是不同的。减少的越多，界 面的表面张力越小。 （3）润湿相、非润湿相和润湿性：一种固相与两种流体相接触时，当 固相对其中一种流体相有较大的吸附作用时，称为该流体相为固体的润 湿相，另一种流体相称为固体的非润湿相。换言之，（接触）润湿角 （θ）小于90度的流体相为润湿相（固体亲该流体），大于90度的流体 相为非润湿相（固体憎该流体）。流体相润湿作用的性质称为流体润湿 性（见图2-14）。