蒸馏抽提法流体饱和度示意图

① 岩石中流体的饱和度

对于存在于岩石中的一种流体，其饱和度是指该流体在岩石的孔隙中所占有的体积分数。在物理上，饱和度描述给定流体在孔隙中所占据空间的大小，它表征了岩石的孔隙被给定流体所占据的程度。

流体的饱和度是继孔隙度后的又一个重要的岩石基本特性参数。对于油气开发来讲，饱和度的变化直接反映了地层油气储量的变化。

1.饱和度的定义

设V_p为岩石的孔隙体积，V_o、V_w和V_g分别为油、水和气在岩石的孔隙中所占据的体积，则含油饱和度S_o、含水饱和度S_w和含气饱和度S_g的定义为

岩石物理学基础

S_o、S_w和S_g之间有如下关系：

S_o+S_w+S_g=1 （2-4-12）

2.几种重要的饱和度

（1）原始含油饱和度：油田开发前所测出的岩石孔隙中的原始含油体积V_oi与岩石的孔隙体积V_p的比值：

岩石物理学基础

图2-4-10 正常大气压下单组分烃的绝对黏度

（2）原始含水饱和度：油田开发前所测出的岩石孔隙空间中的原始含水体积V_wi与岩石的孔隙体积V_p的比值：

岩石物理学基础

（3）当前油、气、水饱和度：指在油田开发的不同时期，不同阶段所测得的油、气、水饱和度，也称含油、含气、含水饱和度。

（4）残余油饱和度：在油田开发中经注水后尚未驱尽的原油的饱和度，用S_or表示。

3.影响饱和度的因素

影响饱和度的因素主要有两个：①岩石的孔隙结构及表面性质。岩石的孔隙结构及表面性质是影响岩石的油气饱和度的关键因素。一般来说，岩石的颗粒较粗时，比面小，孔隙喉道的半径大，孔隙的连通性好；孔隙的内壁光滑时，渗透性好，油气排驱水的阻力小，油气的饱和度就高，束缚水的饱和度低。②油气的性质。油气的密度不同，油气的饱和度亦不同。例如黏度较高的油排水动力小，所以不易进入孔隙。

② 下图是用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油的装置图，请据图回答： (1)安装此装置的顺序是_________

③ 岩心流体饱和度的实验室测定

为保证测定结果数据的准确性和可靠性，首先应取得能代表储层中流体原始分布和含量的岩心样品。

目前最常用的三种测定流体饱和度的方法是常压干馏法、蒸馏抽提法及色谱法。

1.常压干馏法

常压干馏法也称为干馏法或蒸发法。方法的原理很简单，用电炉将岩心加热，使岩心中的油水被加热蒸发，蒸发出来的油和水蒸气经冷凝管冷凝为液体而流入收集量筒中，即可直接读出油、水体积。再根据测出的岩石孔隙体积V_p，就可算出岩石中的含油、水饱和度值。

储层岩石物理学

式中：V_p是岩样的孔隙体积；w₁是岩心抽提前的质量；w₂是洗净和烘干后的岩心质量；w_w是根据水的体积V_w换算的水的质量；ρo是油的密度，则油的体积V_o＝w₁－w₂－w_w/ρo。

3.色谱法

根据水可以与乙醇无限量溶解的特点，将已知重量的岩样中的水分溶解于乙醇中，然后利用色谱仪分析溶解有水分的乙醇。互溶的水与乙醇通过色谱柱后，分离成水蒸气与乙醇蒸气，逐次进入热导池检测器，分别转换为电讯号，并被电子电位差计记录水峰和乙醇峰，根据峰高比得出岩样含水量V_w。与溶剂抽提法相同，岩样经除油并烘干后，用差减法得出含油量，再根据孔隙体积V_p分别计算出岩心的油、水饱和度值。

根据岩心所测出的含油饱和度通常都比实际地层的小，这是由于岩心取至地面，压力降低，岩心中流体收缩、溢流和被驱出所致。误差的大小与原油的黏度和溶解气油比有关，可从零变化到70％～80％。因此，实际应用中，常根据实验室测得的数据，乘以原油的地层体积系数，再乘以校正系数1.15，以校正由于流体的收缩，溢流和被驱出所引起的误差。

④ 利用电法和非电法测井信息探讨含油饱和度方程

核磁共振、声波等非电法测井方法同样也能反映储层中的含液性质，在获取高质量资料的前提下，利用一些特殊的方法技术也能准确地判识储层中含液性质。

(一) 利用核磁共振测井计算火山岩含油饱和度

地层孔隙中的混合流体包括气、油、水。已有研究表明，岩石孔隙中被极化的氢核总数随着极化时间的增加成指数增加，关系式为:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

式中:M(t)—极化t时间后岩石孔隙系统的宏观磁化矢量;

M₀—完全极化后的系统宏观磁化矢量;

T₁—纵向弛豫时间，是与t相对应的参数。

公式(5－46)表明，只有当t=3×T₁时，M(t)=M₀×0.95，也就是说要使95%的氢核被极化，至少需要3×T₁的时间。而要使M(t)=M₀，则需要的时间约为8T₁，说明100%极化是不可能的。通常称为95%极化为完全极化。表5－6是常见油藏流体的NMR参数。

表5－6 油气水的NMR参数范围

从表5－8可见，地层水的纵向弛豫时间T₁比油气小得多，也就是说，利用较少时间可将地层水中的氢核极化;而油气因具有很大的T₁值，达到相同极化程度需要的时间很长。这是用核磁共振差谱法判识油气的依据。图5－27是利用差谱法进行油气层判识的理论分析。

由于水的纵向弛豫时间短，仅采用一个较小的极化时间(等待时间T_W短)，地层水可被完全极化，而油气仅部分极化，反演后的T₂谱见图5－27b。图中蓝色代表水信号，绿色代表油气信号。再采用一个较长的极化时间(等待时间T_W长)，油气水都可被完全极化，反演后的T₂谱见图5－27c。图5－27b和图5－27c表明，用两种不同极化时间，水信号基本一致，而油气信号则有明显差别。将两次反演后的T₂谱相减可消去水的信号和部分油气的信号，留下的信号反映油气的存在。这就是差谱法识别油气层的原理。

图5－28是利用差谱法在识别油气层的实例。图中，第四道为反演的标准T₂谱，第五道为差谱处理结果，第六道为据差谱结果得到的烃指示，第七道为据T₂分布得到的地层总孔隙度、可动流体孔隙度和束缚水饱和度SWI。从图中可见，3107～3140m井段，地层总孔隙度为10%左右，差谱处理结果表明有较强烃类信号，同时第四道的标准T₂谱也表明本井段孔隙中具有较多的可动流体(T₂截止值以后的信号代表可动流体)。上述信息综合表明该井段储层为油气层。

图5－27 核磁共振差谱法判识油气层的原理示意图

图5－28 差谱法识别油气层例图

以上分析的是利用核磁共振差谱法判识油气层。在反演后得到的标准T₂谱中，截止值T_2cutoff将地层的T₂分布分成两部分，左侧的T₂分布代表束缚流体，积分面积等于束缚流体相对体积;右侧的T₂分布代表的是可动流体，积分面积等于可动流体相对体积;在正确刻度的前提下，整个T₂分布曲线的积分面积等于地层的孔隙度。束缚流体相对体积、刻度流体相对体积分别除孔隙度得到束缚流体饱和度和可动流体饱和度。因核磁共振测井的探测深度较浅(斯伦贝谢的CMR探测范围为井壁附近1in地层，贝克休斯公司5700系统的MRII探测范围为距井眼中心16in范围)，可动流体饱和度反映的是冲洗带泥浆滤液即残余油体积之和。

地层中可动流体体积代表在一定压差条件下可流出的流体相对含量。在油气从烃源岩运移到储层的过程中，油气要驱替原始孔隙中的地层水。在油源充足的前提下，如成藏后未经大的地质改造，即储层目前的孔隙结构与成藏时的孔隙结构大致相同的情况下，可以想象，储层孔隙中的可动流体体积等于储层孔隙中的烃含量，也就是说在油藏的油水界面之上，可以用核磁共振的可动流体体积近似表示储层的含油饱和度。

图5－28中第七道计算的束缚水饱和度为40%～60%之间，均值为50%，对应的储层含油饱和度均值为50%。

(二) 利用纵横波时差速计算含油饱和度

已有研究表明，应用纵横波速度可以确定出储层孔隙度、流体类型及饱和度。对于孔隙相同的储层，当其孔隙空间所含流体性质不同时，储层岩石的纵横波速度也有不同的数值。孔隙度相同的砂岩，一般含水时的纵波速度高于含油时的纵波速度，横波速度却相反。而且，孔隙度越大、骨架的波速越高，孔隙度相同的含水储层和含油储层的波速差异越明显。但是，仅根据纵波或横波速度的差异判断油水层，不确定性太大。

对Berryman的理论公式作进一步分析，结合Domeruco的体积模量并联原理及Krief(1990)和Raymer等人(1980)的实验结果，得到下列公式:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

式中，a，b为常数。

可以看出，上式的形式完全类似于传统的Archie公式，只是用体积模量来模拟百分之百饱和水时的岩心电阻率。

在应用式(5－47)进行饱和度计算需要中子、密度、纵、横波等资料。首先利用自然伽马测井资料，结合纵、横波来综合判别岩性，不同的岩性将采用不同的参数进行计算;然后，利用密度、中子测井资料计算孔隙度;最后，利用纵横波测井资料计算的体积模量等参数来计算含水饱和度。

把这种应用纵横波时差联合确定储层孔隙度、流体类型和饱和度的方法付诸于实践，应用于现代的纵横波测井资料计算孔隙度和含油饱和度，预想可取得较好的效果。然而，气液两相的性质差别较大，而油水两相的密度、体积模量等参数差别较小。应用纵横波时差来计算地层饱和度必须满足两个条件:①消除岩性不均匀的影响，②消除孔隙度大小变化的影响。也就是说这种理论应用的条件就是首先必须把地层按照不同的岩性和不同的孔隙度大小进行分类，然后计算得到地层的饱和度。但这样做仅在岩心实验中可行，而在实际资料解释评价中要做到这两点是不容易的。

⑤ 含水饱和度－孔隙度交会图法

1. φ—S_W交会图法的地质物理基础

储层流体性质的判别，简单地说就是对储层是否含有可动水的判别，而φ—S_W交会图法就是针对这一问题而提出的。其地质物理基础如下:

沉积岩储层在形成之初是完全被水充填的，但是由于水所处的孔隙空间位置不同，其中一部分为可动水，而另一部分为束缚水。随着储层对油的捕获，其中的可动水会逐渐被排挤出去，这一过程进行的程度决定了储层的流体性质:如果可动水完全被油所驱替，储层就是油层;如果可动水基本上没被油驱替(储层根本没有或很少捕获油，或者油气逐渐散失)，储层就是水层;如果可动水被部分地驱替，储层就是油水同层。同时，通过对这一过程的分析不难看出，可动水饱和度的高低与孔隙度无关。

可见问题的根本就在于怎样判断储层是否含有可动水，为寻找解决问题的途径，不妨回顾一下测井解释中最经典的公式———阿尔奇公式:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

由以上两式可导出:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

理论上讲，上式中的a和b如果是常数，则必然有a=b=1。尽管岩心分析结果表明a和b都不等于1，但误差是允许的;而当a=b=1时m与n比较接近，可取m=n=c，于是阿尔奇公式可写成:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

当地层只含有束缚水时，含水饱和度S_w=S_wi，对应的地层电阻率为R_ti，上式可写成:

准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术

已有实验研究表明:如果地层只含束缚水，此时φ与S_wi的乘积趋于一个常数，这个数值在一定程度上反映岩石的类型。同时也说明，如果地层只含束缚水，在φ-S_wi交会图中，点子呈近双曲线分布特征。事实上，通过前面对储层演变过程的分析不难看出，这一规律对任何储层都是存在的，只不过对含有可动水的储层，我们无法求得其束缚水饱和度而已。

其实，上述规律可以从如下两个方面做出解释:一方面，当储层含有可动水时S_w>S_wi，这就意味着对应同一个孔隙度值，交会点必然会跳离φ-S_wi的双曲线;另一方面，由于可动水饱和度大小与孔隙度无关，交会点将不会简单地从一条双曲线跳到另一条双曲线。换句话说，只要储层含有可动水，必然导致φ-S_w交会图中数据点的无规律跳动从而破坏φ-S_wi的双曲线关系(数据点呈离散的特征)。因此完全可以通过φ-S_w交会图中数据点的分布特征来判断储层是否含有可动水，从而达到判别储层流体性质的目的。

2. 方法适用性讨论

通过以上的分析不难看出，这种方法只要满足下述条件就能使用:

1) 满足岩石的导电物理模型(以地层水为导电介质);

2) 适用于阿尔奇公式(以孔隙型为主的储层，包括裂缝－孔隙型储层);但对于低孔储层的流体性质判别，其局限性较大。

3) 泥浆的侵入没有过分影响深侧向的测井响应。

依据试油层的试油结果和各种储层的电性、岩性、物性和岩电资料、地层水电阻率资料制作玄武岩－安山岩类、砂砾类、凝灰岩类的油层图版(图5－3，图5－4)。

图5－3 LQJ区安山岩-玄武岩电阻率与孔隙度关系图版

图5－4 LQJ区凝灰岩电阻率与孔隙度关系图版

⑥ 海水淡化蒸馏法的优缺点及设备图工艺图

优点：水质好
缺点：造价高
图纸：没有

⑦ 抽提物含量与含油饱和度的关系

二元混合有机溶剂抽提储集岩样品所得的有机抽提物占岩石重量的百分比用“mg油/g岩石”表示，抽提物含量代表目前样品所含的烃类和非烃类化合物的总和，基本上反映了样品中的含油量。尽管在采样、样品保存和实验室抽提过程中可能引起部分轻质组分损失，但在相同的油层地质和压力、体积、温度条件下，储集岩中抽提物含量能够客观地反映储层的含油程度，但是目前地球化学方法在储层评价中的应用仍属于非常规方法，要使这一方法得到很好的应用和推广，必须与传统的含油饱和度方法进行对比，并且建立定量关系（张枝焕等，2001）。储层原始含油饱和度是在原始状态下储层中原油体积占有效孔隙体积的百分数。通常确定的方法有：岩心直接测定方法、间接确定法和毛管压力曲线计算方法。岩心直接测定方法要求被测定的岩心必须保持地下原始状态，所以实现起来比较困难，费用也非常高；间接确定法计算的含油饱和度在精度上有不好衡量等缺点。图3.5中含油饱和度为密闭取心方式取到的岩心在实验室内直接测定得到的原始含油饱和度，从图中可见抽提物含量与含油饱和度有比较好的对应关系，所以抽提物含量在很大程度上基本能反映储层的真实含油情况。

图3.5 抽提物含量与分析化验含油饱和度的关系图

⑧ 常压干馏法测定岩石流体饱和度时，对岩心有何影响

常压干馏，需要高温作用于岩心，一般会对岩心的孔隙结构有影响

⑨ 如图是某化工厂对海水资源的综合利用的示意图．（1）目前国际上实用的“海水淡化”主要技术之一是蒸馏法

（1）蒸馏法是将海水变成蒸汽，蒸汽经过冷却而得高纯度淡水，水的状态变化，属于物理变化；故答案为：物理变化；
2）电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，同时溶液中生成氢氧化钠，方程为：2Cl^-+2H₂O