Question

储集层的孔隙性

Answer 1

储集层的孔隙性在石油与天然气地质学中是指储集层中孔隙空间的形状、大小、连通性与发育程度。地壳中不存在没有孔隙的岩石，但不同的岩石，其孔隙大小、形状和发育程度是不同的。石油和天然气在地下是储存在岩石的孔隙中的。因此，岩石的孔隙发育程度将直接影响岩石中储存油气的数量。

储集层的孔隙包括孔洞和裂隙。岩石中有彼此连通的孔隙，也有孤立的彼此不连通的孔隙。为了度量岩石孔隙的发育程度，提出了孔隙度的概念。孔隙度是指岩石孔隙体积与岩石体积之比值(以百分数表示)。根据研究目的不同，孔隙度又可分为绝对孔隙度、有效孔隙度及流动孔隙度。

(一)绝对孔隙度

岩石中全部孔隙体积称为总孔隙或绝对孔隙。总孔隙(V_p)和岩石总体积(V_t)之比(以百分数表示)就叫做岩石的总孔隙度或绝对孔隙度(Φ_t)。可用公式表示如下:

石油与天然气地质学

孔隙度反映储集层储集流体的能力。储集岩的总孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越多，但是它不能说明流体是否能在其中流动。岩石中不同大小的孔隙对流体的储存和流动所起的作用是完全不同的。根据岩石中孔隙大小(孔径或裂缝的宽度)及其对流体作用的不同，可将孔隙划分为三种类型。

1.超毛细管孔隙

管形孔隙直径大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm者。在此类孔隙中，流体可在重力作用下自由流动，也可以出现较高的流速，甚至出现涡流。岩石中的大裂缝、溶洞及未胶结的或胶结疏松的砂岩的孔隙大多属于此类。

2.毛细管孔隙

管形孔隙直径介于0.5～0.0002mm之间，裂缝宽度介于0.25～0.0001mm之间者。在此类孔隙中，无论是液体质点之间，还是液体和孔隙壁之间均处于分子引力作用之下，由于毛细管力的作用，流体不能自由流动。只有在外力大于毛细管阻力的情况下，液体才能在其中流动。微裂缝和一般砂岩的孔隙多属此类。

3.微毛细管孔隙

管形孔隙直径小于0.0002mm，裂缝宽度小于0.0001mm者。在此类孔隙中，流体与周围介质分子之间的引力往往很大，要使流体移动需要非常高的压力梯度，这在油层条件下一般是达不到的。因此，实际上液体是不能沿微毛细管孔隙移动的。泥页岩中的孔隙一般属于此类型。但近年来许多学者研究表明，微孔隙孔径≥0.0001mm时，也可作为储集油气的场所。

因此，从实用的角度出发，只有那些彼此连通的超毛细管孔隙和毛细管孔隙才是有效的油气储集空间，即有效孔隙。因为它们不仅能储存油气，而且可以允许油气渗滤;而那些孤立的互不连通的孔隙和微毛细管孔隙，即使其中储存有油和气，在现代工艺条件下，也不能开采出来，所以这些孔隙是没有什么实际意义的。为了研究孔隙对油、气储存的有效性，在生产实践中，人们又提出了有效孔隙度的概念。

(二)有效孔隙度

有效孔隙度(Φ_e)是指岩石中参与渗流的连通孔隙总体积(V_e)与岩石总体积(V_t)的比值(以百分数表示)。可用下式表示:

石油与天然气地质学

显然，同一岩石的绝对孔隙度大于其有效孔隙度，即Φ_t＞Φ_e。对未胶结的砂层和胶结不甚致密的砂岩，二者相差不大;而对于胶结致密的砂岩和碳酸盐岩，二者可有很大的差异。一般有效孔隙度占总孔隙度的40%～75%(F.K.诺斯，1984)。在含油气层工业评价时，只有有效孔隙度才有真正的意义，因此目前生产单位一般所用的都是有效孔隙度，习惯上把有效孔隙度简称为孔隙度。

(三)流动孔隙度

岩石中的连通孔隙虽然彼此相互连通，但是连通的孔隙未必都是有效的。有些孔隙，由于其喉道半径极小，在通常的开采压差下，仍然难以使液体渗过。此外，亲水的岩石孔壁表面常存在着水膜，相应缩小了孔隙通道。为此，从油气田开发实践出发，又提出了流动孔隙度的概念。

流动孔隙度(Φ_f)是指在一定压差下，流体可以在其中流动的孔隙总体积(V_f)与岩石总体积(V_t)的比值(以百分数表示)。用公式表示为:

石油与天然气地质学

流动孔隙度在概念上不同于连通孔隙度。它不仅不考虑无效孔隙，亦不考虑那些被毛细管所俘留或束缚的液体所占据的毛细管孔隙，以及岩石颗粒表面上液体薄膜的体积。此外，流动孔隙度还随地层中的压力梯度和液体的物理－化学性质变化而变化。显然，同一岩石的流动孔隙度在数据上是不确定的。尽管如此，流动孔隙度在油气田开发工程分析中却具有十分重要的实用价值。

综上所述，不难理解同一岩石的绝对孔隙度＞有效孔隙度＞流动孔隙度。砂岩储集层的有效孔隙度变化在5%～30%之间，一般为10%～20%;碳酸盐岩储集层的孔隙度一般小于5%。莱复生按孔隙度的大小将砂岩储集岩分为五级(表3－1)。

表3－1 砂岩孔隙度评价表

值得注意的是，孔隙度的大小与孔隙个体的大小是两个截然不同的概念。孔隙度只说明岩石中孔隙或有效孔隙在岩石中所占的比例，并不涉及孔隙本身的大小。两块具有相似孔隙度的岩石，其孔隙个体大小可以很不相同。孔隙个体大小不仅直接影响着储集岩中油气储存的集中程度，而且对储集岩的渗透性也有着重要的影响。