热解法如何测定岩石孔隙度和饱和度

热解法如何测定岩石孔隙度和饱和度_地化录井知识读本

    21　热解法如何测定岩石孔隙度和饱和度？

    21.1　热解法测定岩石孔隙度

    （1）热解法测定岩石孔隙度原理。

    岩石的质量是由岩石骨架质量和岩石孔隙中的流体质量所构成，岩石的体积也是由岩石骨架体积和孔隙体积（流体体积）所构成。因而岩石的质量实质是岩石骨架质量与孔隙中的流体质量之和:

    

    岩石体积则是岩石骨架体积与孔隙中的流体（油、气、水）体积之和:

    

    岩石热解过程是把岩样中的流体（油、气、水）热蒸发，热解后的岩样质量是除去流体的岩石骨架质量，因而热解前后岩石质量之差即为流体（油、气、水）的质量，流体的体积即为孔隙体积。由此导出热解法计算孔隙度φ的公式:

    

    

    （2）岩石密度ρ_岩的计算。

    岩石密度ρ_岩随流体体积ρ_流而变化，流体体积V_流与流体的质量W_流有关，而流体质量W_流取决于流体的性质，即油和水的质量比。由此可通过岩石中的含油量和含水量来计算岩石密度ρ_岩。

    

    式中:W_岩——岩石质量，g；

    　　　W_骨——岩石骨架质量，g；

    　　　W_流——流体质量，g；

    　　　V_岩——岩石体积，cm³；

    　　　V_骨——岩石骨架体积，cm³；

    　　　V_流——岩石中的流体体积（孔隙体积），cm³；

    　　　V_水——孔隙中水的体积，cm³；

    　　　V_油——空隙中油的体积，cm³；

    　　　ρ骨——岩石的骨架密度，g/cm³；

    　　　ρ油——岩石孔隙中油的密度，g/cm³；

    　　　ρ水——岩石孔隙中水的密度，g/cm³；

    　　　ρ岩——岩石密度，g/cm³；

    　　　ST——岩石含油气总量，包括残余油，mg/g。

    （3）岩石骨架密度。

    砂岩岩石骨架包括砂粒及胶结物，砂粒成分主要是石英和长石，胶结物成分主要是黏土及碳酸盐，表21－1为常见矿物和流体的密度。

    由于砂岩的主要矿物为石英和长石，可取此两种矿物的密度平均值2.61g/cm³作为砂岩岩石骨架的密度值。水的密度可按水的矿化度而定，如是淡水，其密度取1.0g/cm³，油的密度按本部分上述相关内容求得。

    

    表21－1　常见矿物和流体的密度

    

    （4）热解法测定砂岩孔隙度计算方法。

    

    式中:φ——砂岩孔隙度，%；

    　　　2.61——砂岩骨架密度值，g/cm³；

    　　　W_前——砂岩热解前质量，g；

    　　　W_后——砂岩热解和氧化后质量，g；

    　　　1 000——mg换算为g。

    （5）砂岩碳酸盐胶结物热分解失重的校正。

    如果砂岩有碳酸盐胶结物，由于岩样热解时碳酸盐分解，导致岩样失重。据实验方解石（灰质）的热分解温度为550～850℃，白云石（云质）的热分解温度为520～820℃，前者在温度600℃时的碳酸根（CO^2－₃）失重率为8%，后者失重率为10%，故通过以下公式加以校正:

    

    

    式中:Y——岩样热解前所测得的碳酸根（CO^2－₃）占岩样的质量分数，%；

    　　　0.09——碳酸盐胶结物中碳酸根在温度为600℃的失重率。

    （6）有效孔隙度的计算。

    通常应用的是有效孔隙度φe，其定义是相互连通的孔隙，有效孔隙度通常比绝对孔隙度小20%～25%，砂岩粒度直径越小，有效孔隙度越小。干样中，由于水和轻质原油的部分挥发致使岩样质量减小，导致热解前后岩样质量差值相对较低，所计算得到的绝对孔隙度偏小，因而可以不加以校正，但对湿岩样，绝对孔隙度可乘以0.80系数换算成有效孔隙度。

    

    （7）热解法测定孔隙度与常规法测定孔隙度的比较。

    热解法测得的砂岩岩芯有效孔隙度与常规饱和液体法测得的有效孔隙度结果比较，其双差范围为5.07%～23.35%（表21－2）。

    

    表21－2　热解法与饱和液体法测得的砂岩岩芯有效孔隙度的比较

    

    21.2　热解法测定岩石含油饱和度

    （1）热解法测定含油饱和度原理。

    用岩石热解分析的含油气总量ST（mg/g）值及原油密度（g/cm³）值，通过岩石孔隙度值（%）及岩石密度（g/cm³）值来计算单位体积储油岩孔隙中油所占据的体积百分数。岩石孔隙度是衡量岩石储集流体的能力，热解法测定的岩石含烃量能反映孔隙度的大小和含油饱和度的大小，但不能建立孔隙度与含烃量的线性方程，因为不同储层孔隙中油、气、水的充满程度不同。热解法测得的总烃量ST（mg/g）为单位质量储层岩样的含烃量，在孔隙度一定时，ST值的变化就是含油饱和度的变化:

    

    因W_岩为1g，故:

    

    含油饱和度计算公式为:

    

    式中:S_T——经过挺累损失补偿后的含油气总量，mg/g；

    　　　S_o——含油饱和度，%；

    　　　W_油——原油质量，g；

    　　　100——φe和S_o的百分数；

    　　　1000——S_T（mg/g）换算为（g/g）所需除以的系数值。

    （2）砂岩密度与孔隙度的关系。

    砂岩中的束缚水平均占孔隙度体积的30%，可计算出30%束缚水的含油砂岩在不同孔隙度下的密度ρ岩，并制成图版，作为软件使用（图21－1、表21－3）。

    

    

    图21－1　砂岩密度与孔隙度关系图版

    

    表21－3　含束缚水30%时含油砂岩不同孔隙度下的密度

    

    （3）热解法判断储集岩含油级别。

    热解法判断储集岩含油级别是根据表21－5所示的含油级别与储层性质的对应关系，不同的含油级别所在的含油饱和度范围，用储油岩含油气总量ST与有效孔隙度关系图版来判断含油级别。

    

    表21－4　含油级别与储层性质的对应关系

    

    含油级别与储层性质的关系是:饱含油和含油的上限为油层，富含油的下限和油浸的上限为含水油层，油浸的下限和油斑为油水同层，油迹对应为含油水层，荧光为水层或干层（表21－6）。地质录井岩屑含油级别的划分和描述详见表21－7。

    

    表21－5　含油级别与含油饱和度关系

    

    

    表21－6　地质录井岩屑含油级别的划分和描述内容