油层物理-杨胜来-油层物理学6

中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第六章储层岩石的流体渗透性中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第一节达西定律及岩石绝对渗透率中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第一节达西定律及岩石绝对渗透率压差流量或流速中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第一节达西定律及岩石绝对渗透率LPAKQA——砂柱截面积，cm2；L——砂柱长度，cm；μ——通过砂柱的流体粘度，mPa·s；△P——流体通过砂柱前后的压力差，atm；K——比例系数，称为该孔隙介质的绝对渗透率，D。式中：Q——在压差△P下，通过砂柱的流量，cm3／s；中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性绝对单位制混合单位制矿场单位制参数符号因次CGS制SI达西单位制公制英制长度质量时间面积流量速度密度压力粘度渗透率Lmt,TA,Fq,QvρPμKLMTL2L3/TL/TM/L3(ML/T2)/L2M/LTL2cmgscm2cm3/scm/sg/cm3dyn/cm2g/cm.s(P)cmmkgsm2m3/sm/skg/m3N/m2(Pa)kg/ms(Pa.s)m2cmgscm2cm3/scm/sg/cm3atmcpDmkgdm2地面m3/dm/dkg/m3atmcpDftlbhrft2地面bbls/dft/dlb/ft3lbf/in2cpmD达西定律常用的单位制见表6—1。渗透率具有面积的因次，它代表多孔介质中孔隙通道面积的大小。渗透率越高，孔道总面积越大，液体在其中流动越容易，渗透性也越好。第一节达西定律及岩石绝对渗透率中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性达西定律的适用条件达西定律有一定的适用条件，当渗流速度增大到一定值之后，除产生粘滞阻力外，还会产生惯性阻力，此时流量与压差不再是线性关系，这个渗流速度值就是达西定律的临界渗流速度（图6—2曲线1）。若超过此临界渗流速度，流动由线性渗流转变为非线性渗流，达西定律也不再适用。图中压力梯度超过b，则为非达西流。对于低渗致密岩石，在低速渗流时，由于流体与岩石之间存在吸附作用，或在粘土矿物表面形成水化膜，当压力梯度很低时，流体不流动，因而存在一个启动压力梯度（图6—2中a点）。第一节达西定律及岩石绝对渗透率中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性达西流非达西流12υc图6－2第一节达西定律及岩石绝对渗透率中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第二节气测渗透率及气体滑动效应气测渗透率的计算PdPdLAPQKooLoooPPdLAPQKPdP21)(22221PPALPQKoogQPPL12P2P1Pdxx0中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性氮气瓶压力表岩心夹持器压力表流量计过滤器稳压器恒流器气测渗透率的典型实验流程见图6—4。气源由高压氮气瓶供给，经减压阀和恒压器后，上游压力保持稳定，气体通过岩心，岩心两端产生一定的压力差。待气体流动稳定后，测量岩心两端压差及出口流量，即可按上式计算气测渗透率。图6－4第二节气测渗透率及气体滑动效应中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性气体滑脱效应气测渗透率时，由于气-固间的分子作用力远比液固间的分子作用力小，在管壁处的气体分子仍有部分处于运动状态；另一方面，相邻层的气体分子由于动量交换，可连同管壁处的气体分子一起沿管壁方向作定向流动，管壁处流速不为零，形成了所谓的“气体滑动效应”。克林肯贝格(Klinkenberg)发现了气体在微细毛管孔道中流动时的滑动效应，故称“克氏效应”。第二节气测渗透率及气体滑动效应中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第二节气测渗透率及气体滑动效应中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第二节气测渗透率及气体滑动效应中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第三节影响岩石渗透率的因素一、沉积作用1、岩石骨架构成、岩石构造2、岩石孔隙结构的影响二、成岩作用1、地层静压力的影响2、胶结作用3、溶蚀作用三、构造作用与其它作用中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性岩石的颗粒粒度、颗粒分选性、胶结物和层理等特性对渗透率均有影响。实验室研究发现，疏松砂岩的粒度越细，分选性越差，其渗透率越低，如图6—8所示。第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性粒度细、孔隙半径小，则岩石比面大，渗透率低。孔隙的连通性、迂曲度、内壁粗糙度等对岩石的渗透性也有影响（如图6—9、图6—10所示）第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性地层静压力的影响弗特等人用纯净干燥砂岩样品在实验室内做压实实验，测得Kp／Ki(Kp为当前有效覆压P下的渗透率，Ki为起始有效覆压下的渗透率)与有效覆压P的关系。实验表明：作用于岩样上的压力越大，测得的渗透率越小；当有效覆压超过一定值(例如20MPa)时，渗透率就急剧下降（图6—11）。对泥质砂岩，其渗透率减小更明显。第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性胶结作用无论早期成岩阶段，还是晚期成岩阶段，胶结物质的沉淀和胶结作用都使孔隙通道变小，孔喉比增加，粗糙度增大，因而使渗透率降低（图6—12、图6—13）。第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性图6—13渗透率与泥质含量的关系020406080100020406080100120140渗透率，md泥质含量，%051015202530孔隙度，%第三节影响岩石渗透率的因素中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第四节岩石渗透率的测定与计算室内测定岩石渗透率1、常规小岩心的渗透率测定2、常规小岩心空气渗透率的测定3、全直径岩心渗透率的测定（1）水平渗透率的测定（2）垂向渗透率的测定（3）径向渗透率的测定利用测井资料估算渗透率按平均孔隙半径r和孔隙度φ计算岩石渗透率平均渗透率的计算方法中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性常规小岩心空气渗透率的测定我国目前广泛使用的是“流量管气测渗透率法”（或称空气压水法测渗透率），它所用的仪器主要由两部分组成（如图6—14所示）：（1）夹紧岩心用的岩心夹持器，（2）插于水池内的流量管。第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性式中：k——渗透率，毫达西B——流量管常数，厘米3/大气压；L——岩心长度，厘米；——空气粘度，厘泊；A——岩心截面积，厘米2;T——水面从ho下降到hx所需时间，秒。610TALBK常规小岩心空气渗透率的测定计算公式第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性（1）水平渗透率的测定第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性（2）垂向渗透率的测定第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性（3）径向渗透率的测定第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性RPeePwRw1222110)()ln(PPhddPQKweoo（3）径向渗透率的测定第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性在矿场生产实际中，钻取岩心的费用很高，因此也利用测井曲线来间接获取储层渗透率。其测定原理为：束缚水饱和度Swi与岩心渗透率有关，一般岩石孔径越小，Swi越高，渗透率K越低；同时对砂岩来说，孔隙度高的岩层，渗透率一般也好。因此可由测井得到的孔隙度φ和束缚水饱和度Swi的资料估算出储层的渗透率，如图6—18所示。利用测井资料估算渗透率第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性在测井解释中，常用下列形式关系式估算渗透率：bwiaScK式中：a、b、c是与岩石孔隙结构及流体性质有关的常数第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性按平均孔隙半径r和孔隙度φ计算岩石渗透率228rK式中：K——渗透率，μm2r——岩石孔道半径，μmφ——孔隙度，小数τ——迂曲度，小数实际储油岩石孔道半径r多介于1~10μm之间，τ＝1~1.4。第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性四、平均渗透率的计算方法1、算术平均nKKnii1nnii1第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性iiihhhKKiiiAAAKKiiiiiVhAhAKK2、加权平均法第四节岩石渗透率的测定与计算厚度加权面积加权体积加权中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性3、并联（多层纵向不均一）地层的总渗透率（1）直线渗流Q1Q2Q3Q1PK1K2K3h1h2h3QP2WLhniiniiihhKhhhhKhKhKK11321332211第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性（2）平面径向渗流niiniiihhKhhhhKhKhKK11321332211并联时直线渗流与平面径向流计算公式相同。第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性4、串联地层的总渗透率（1）直线渗流PQhW1K1L12K3K2L3L2△P3P△21△P332211321KLKLKLLLLK第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性(2)、径向渗流QhPePwRwR1R2ReniiiiweewweRRKRRRRKRRKRRKRRK112312211ln1lnln1ln1ln1ln第四节岩石渗透率的测定与计算中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性第五节裂缝性、溶孔性岩石的渗透率1、纯裂缝岩石的渗透率(1)纯裂缝岩石的孔隙度(2)纯裂缝岩石的渗透率计算2、裂缝-孔隙双重介质岩石的渗透率3、溶孔的渗透率中国石油大学（北京）Petro-Physics油层物理学第六章储层岩石的流体渗透性一、纯裂缝岩石的