第二节 储层岩石的孔隙度

第二节 储层岩石的孔隙性（3学时）
一、教学目的
掌握孔隙的分类、定义、 测量方法和影响因素。

二、教学重点、难点
教学重点
1、孔隙的分类和定义
教学难点
1、孔隙的分类和定义
三、教法说明
课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表
四、教学内容
本节主要介绍四个方面的问题：
一、孔隙度的定义和分类
二、孔隙度的测量
三、影响孔隙度的因素
（一）、孔隙度的定义和分类
1、孔隙度的定义
岩石的孔隙度是指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值，常用百分数表示，记为φ
式中：
Vr——岩石的骨架体积，米3，cm3
Vp——岩石的孔隙体积，米3，cm3
V f——岩石的视体积，米3，cm3
φ——岩石的孔隙度，%
2、孔隙度的分类
我们已知讲过，孔隙空间可以分为有效孔隙和无效孔隙，所以相应地，孔隙度也可以分为：
A、绝对孔隙度，φa
绝对孔隙度是指岩石所有孔隙体积（有效+无效）与岩石视体积之比。

Vap——总孔隙体积，=V有效+V无效
V f——岩石的视体积
φa——岩石的绝对孔隙度
B、有效孔隙度
由于储油岩石孔隙的复杂性，所以在岩石孔隙中，并非所有的孔隙都是有用的，比如说函端孔隙和孔道半径很小（r<0.0001mm）的孔隙，这样的孔隙实际上对流体的流动毫无价值，所以人们将流体能在其中流动且相互连通的孔道称为有效孔隙，有效孔隙与岩石视体积的比值称为有效孔隙度。

Vep——岩石有效孔隙体积
V f——岩石的外观体积
φe——岩石的有效孔隙度
大家值得注意的是：由于流体只能在大于0.0001mm半径的孔道中流动，因此，孔道小于0.0001mm的那些孔隙也被看作是死孔隙，同样被这些微小孔道包围的大孔道当然也属于死孔隙之列。

另外，从上面的分析中我们不难看出，还应当存在一种孔隙度。

C、流动孔隙度φm
Vmp——流动孔隙度
V f——岩石的外观体积
φm——流动体积
很显然，流动体积是指有效孔隙中，允许流何流动的那一部分孔道体积。

它不仅排除了死孔隙，也包括束缚水占据的部分以及岩石表面吸附流体所占据的孔道部分。

可见，在相互连通的孔隙中并不是全部孔道都能让流体流动。

直得注意的是被吸附流体的厚度有时相当可观，可把原来流动的孔道堵住，或者使渗重能力下降，这一点在三次采油中尤为重要。

综合上述的三种孔隙度不难看出：
φa>φe>φm
对于砂岩：φa≈φe>φm
泥质砂岩：φa>>φe>φm
泥岩：φa>>>φe>φm
岩石孔隙度在油田中应用极广，通常在地质储量计算中用有效孔隙度φe，在计算可采储量时要用流动孔隙度，而绝对孔隙度只有岩石学上的意义，应用很少。

利用岩石的孔隙度（有效孔隙度）还可以用来进行油层评价，一般砂岩φe=10～25%
φ 评价
5～10% 差
10～15% 一般
15～20% 好
20～25% 特好
（二）、孔隙度的测量
确定岩石孔隙度的方法主要可以分为两类：
直接测量法（实验室测量法）
间接测量法（各种地球物理测井方法，比如：中子测井、声波测井、密度测井、微电极测井、微测测井等等）。

这里，我们仅对几种直接测量法作简要的介绍，而且我们只着重介绍测定原理，具体步骤不过介绍：
①饱和烃类法
饱和烃类法中所用的烃类一般为机油，它的出发点就是直接从孔隙度的定义出发，测定岩石的外观体积和孔隙体积，实验装置图如下：实验步骤：先称干碉样重P1，然后将其充分饱和机法，之后同志分别称饱和油的岩样在空中或在油中的重量，这时即可根据公式求出φ值。

式中：
P1——干岩样的重量，（克）
P2——岩样饱和炸油之后在空中的重量，（克）
P3——岵样饱和炸油之后在炸油中的重量，（克）
ρ0——炸油的密度
②气体膨胀法
这种方法就是将已知总体积的样品封入已知体积的容器中，这容器中充满着已知压力的空气（N2、氦气），然后把它和一已知体积的抽空的容器连接然后利用等温膨胀的波——马定律就可以测得其孔隙体积。

式中：
V B——样品的视体积
V a——样品室体积
V b——膨胀室体积
P1——初始压力
P2——平均压力
氦体孔隙计就是利用这一原理制作的。

③自吸法
w、分别为干岩样或饱和水后岩样在空中的重量。

④压汞法
此法即为将岩样置入一样品室中，先测其总体积，然后加压使汞进入孔隙之中，从而测得其进入孔隙中汞的体积，即孔隙体积，此时虽说原孔隙中有少量气体，但因水银加压很高，至使气体体积可以忽略不计。

测定岩石孔隙度的方法除了上面介绍的几种以外，另外还有统计法、密度法、直接法等。

各种方法很多，所以在方法的选用上应该注意到：
①岩心形状不规则；②岩心疏松或极致密；③岩心尺寸过大或过小；④岩心有裂缝、溶洞；⑤岩心极不均质（如巨砾砂岩或泥质胶结岩心等）。

（三）、影响孔隙度的因素
影响砂岩孔隙度大小的因素很多，但主要有：
①砂岩颗粒的排列方式
为了说明这一点，我们以理想球形颗粒为例：理想球形颗粒排列有两种极端情况：
1）最紧密的菱形排列
2）最疏松的正方形排列
这里θ=60°
所以θ=25.96%最小
θ=90°
φ=0.476=47.6%最大
由此可见，理想球形颗粒的孔隙度与它的颗粒大小无关，仅取决于它的颗粒排列方式，即θ的变化，很显然理想颗粒的孔隙度φ=25.96%～47.6%，而且有效孔隙度在数值上等于绝对孔隙度。

②砂岩颗粒的形状，即圆球度
颗粒越圆，φ越大
③砂岩颗粒的分选性（均匀程度）
实际油层的孔隙度大小与砂子颗粒分选程度有密切的关系，因为较细小的砂岩颗粒可以充填于较大颗粒的砂子所组成的空隙中，这样，孔道允许流体通过的断面就明显缩小，流动阻力增大，当然，孔隙度自然会减小，所以砂子的分选越好，孔隙空间越大，孔隙度也越大，我们讲过砂岩的分选性是用分选系数来表示的。

分选系数
分选系数与φ的关系如图。

从曲线中我们可以看出，当分选系数<2时，φ随分选系数的变化较大，分选系数增大，φ下降明显，当S>2.0后，φ随S变化趋于平缓，但d时φ看不出有什么规律性的变化。

④岩石颗粒间胶结物的含量：胶结类型
根据我们前面所讲的胶结物及胶结方式很容易看出：胶结物含量越高，φ越小，所以说接触胶结的φ>孔隙胶结的φ>基底胶结φ。

⑤油层埋藏深度
实际资料表明：多孔介质的孔隙度φ总是随油层埋藏深度加深而减小。

这主要是因为随着埋藏深度的增加，油层所受上覆岩层的静压力也增加，岩石的压缩作用也随之增加。

最后导致孔隙空间的缩小，孔隙总体积减小。

因此，岩石的孔隙度与岩石的压缩系数有关。

五、教学后记
通过本节课的学习，绝大多数同学们孔隙的分类、定义、 测量方法和影响因素。

六、教学参考书
1．何更生编．油层物理．石油工业出版社
2．洪世铎编．油藏物理基础．石油工业出版社
3．秦积瞬、李爱芬主编．油层物理学．石油大学出版社
4．罗挚谭编．油层物理．地质出版社
5．威廉.麦凯恩编．石油流体性质. 石油工业出版社
6．霍纳波编．油藏相对渗透率. 石油工业出版社
七、复习思考题
1、储层岩石的孔隙类型有哪些？各有什么特点？
2、影响孔隙度的因素有哪些？如何影响？。