2-5岩石渗透率详解

第五节油藏岩石的渗透性一、达西定律1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置ALhKQ第五节油藏岩石的渗透性通用达西公式粘度为1mPa·s的流体,在0.1MPa的压差下,通过截面积为1cm2,长为1cm的岩石,当流量为1cm3/s时,该岩石的渗透率为1μm2。渗透率单位的物理意义为：21PPALQK渗透率第五节油藏岩石的渗透性达西实验的条件：K是仅与岩石自身性质有关的参数,它只决定于岩石的孔隙结构。K为岩石的绝对渗透率与所通过的流体性质无关★岩石孔隙100%为某种流体饱和；★流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流；★流体与岩石不发生反应。第五节油藏岩石的渗透性（1）水平线性稳定渗流的达西公式dxdpkAQ分离变量并积分得：2121PPALQKLPPAKQ或第五节油藏岩石的渗透性（2）垂直线性稳定渗流的达西公式关键：确定p1-p2gLpLhgpghp第五节油藏岩石的渗透性（3）平面径向渗流的达西公式：在距井轴半径为r，宽度为dr，厚度为h的微元上，由定义得：drdPkAQdrdprhk2wewerrPPKhQln2边界条件errwrrppppew第五节油藏岩石的渗透性二、气测渗透率在岩石长度L的每一断面的压力不同，气体体积流量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不断膨胀。dxdPAKQg第五节油藏岩石的渗透性PdPdxAPQK00g分离变量并积分，则：dxAPQPdPKL000PPg21玻义尔—马略特定律常数221100PQPQPQQPPPQQ00则：dxdPAKQg2221002PPALPQKg气测渗透率的计算公式第五节油藏岩石的渗透性Klinkenbeger实验结果(1)不同平均压力下测得的气体渗透率不同；(2)不同气体测得的渗透率不同；(3)不同气体测得渗透率和平均压力呈直线关系，当平均压力趋于无穷大时，交纵坐标于一点。三、克林肯柏格效应同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。实践发现：等价液体渗透率Klinkenberg渗透率或第五节油藏岩石的渗透性Klinkenberg渗透率：PbKKg/1式中b—与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数,亦称Klinkenberg系数。rPcb4c—比例系数；λ—气体分子平均自由程；r—岩石孔隙半径；—平均气体压力。P第五节油藏岩石的渗透性液体在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。气体气体渗透率大于液体渗透率的根本原因Klinkenberg效应滑动效应或气体滑动效应示意图a-孔道中的液体流动；b-同一孔道中气体流动第五节油藏岩石的渗透性第五节油藏岩石的渗透性四、储层岩石渗透率的求取实验室方法测定*测井方法或油藏工程方法测定★常规小岩心渗透率测定★全直径岩心渗透率测定★径向渗透率测定ALhCQKwor200式中C——称“C值”,为该仪器上读数；22212000PPPCa2000worhQQ2221002PPALPQKg第五节油藏岩石的渗透性五、渗透率的影响因素1.沉积作用(1)岩石结构和构造特征砂岩的粒度分布范围越广,颗粒分选性越差,胶结物质含量越多,其渗透率就越低。aeCdK35.12C—常系数,具体数值与岩石粒度有关；d—岩石平均颗粒直径,μm；a—岩石颗粒的标准偏差；K—岩石渗透率,×10-3μm2。岩石渗透率与平均颗粒直径的平方成正比，与颗粒的标准偏差成反比。岩石结构第五节油藏岩石的渗透性构造特征一般正韵律沉积的砂岩其渗透率明显上低下高，而反韵律沉积刚好与之相反。层理和纹理的发育程度,沉积旋回、韵律等。●层理的方向性、递变性等构造,导致砂岩渗透率的方向性。渗透率方向性是指岩石渗透率在水平方向上和垂直方向上的差异。●沉积旋回、韵律特征导致岩石渗透率在纵向上的差异。第五节油藏岩石的渗透性(2)岩石孔隙结构岩石的孔隙可分成孔隙和喉道两部分。主要作用228rKφ——岩石孔隙度,小数；r——孔喉半径,μm；τ——迂曲度,表示孔道的曲折程度,τ=1.5～5.5。意义：孔喉的大小和孔隙结构的复杂程度对渗透率的影响远远大于孔隙度的影响。Carman-Kozeny公式第五节油藏岩石的渗透性孔隙内表面粗糙程度不同,当流体经过时对流体的滞留和拖曳作用不同,流体所受的阻力也不同。岩石孔隙内表面的粗糙度：包含在Carman-Kozeny公式中的τ系数中第五节油藏岩石的渗透性2.成岩作用压实作用胶结作用溶蚀作用◆压实作用00PPakeKKαk——渗透率变化系数。渗透率随上覆压力增加而降低。第五节油藏岩石的渗透性◆胶结作用岩石渗透率显著降低胶结物质的沉淀和胶结作用岩石的孔隙通道变小喉道变细孔隙曲折性增加孔隙内表面粗糙度增大第五节油藏岩石的渗透性◆溶蚀作用溶蚀作用岩石孔隙度增大溶蚀对岩石渗透率的影响不太显著一般使其变大次生孔隙通道规则性差孔喉比增加孔道曲折性增加孔隙内表面粗糙度增加第五节油藏岩石的渗透性3.构造(地应力)作用储层岩石在地下应力场的作用下,会形成断裂和微裂缝。rfbK2085.0低渗,特低渗储层第五节油藏岩石的渗透性4.流体—岩石系统的相互作用淡水或低矿化度水粘土矿物膨胀流体中的悬浮物滞留在孔隙系统中原油中的胶质、沥青质和石蜡等成分吸附在岩石孔隙表面液体的吸附膜厚度微毛细管对液体渗透率的贡献为零流体的渗流速度过高孔隙表面的微粒剥落沉积或滞留在孔喉部位第五节油藏岩石的渗透性六、油藏岩石渗透率的评价储层渗透率评价级别K×10-3μm2储层评价1234510001000～100100～1010～1＜1渗透性极好渗透性好渗透性一般渗透性差渗透性极差第五节油藏岩石的渗透性七、非均质储层渗透率的计算纵向非均质储层横向非均质储层第五节油藏岩石的渗透性1.纵向非均质储层（1）平面线性渗流设有三个渗透率不等的地层,流体作平面线性渗流,求地层平均渗透率。由模型知：地层总厚为各层厚之和：h=h1+h2+h3地层流体总量为各层流量之和：Q=Q1+Q2+Q3各层渗透率分别为K1,K2,K3；地层驱动压差为P1-P2；地层宽度为b；地层长度为L；第五节油藏岩石的渗透性若各层流体性质相同,由达西公式：LPPbhKLPPbhKLPPbhKLPPKbh21332122211121niiniiihhKhhKhKhKK11332211纵向非均质储层平面线性渗流平均渗透率计算公式第五节油藏岩石的渗透性（2）平面径向渗流若地层厚度、流体流量、流体性质等与平面线性流相同,驱动压差为Pe-Pw,Re、Rw分别为供给边缘半径和井筒半径。由径向流达西公式知：wewerrPPKhQln2weweweweweweweweRRPPhKRRPPhKRRPPhKRRPPhKln2ln2ln2ln2321niiniiihhKhhKhKhKK11332211第五节油藏岩石的渗透性2.横向非均质储层（1）平面线性渗流设地层横向不均匀,有三个不同渗透率地层带。由模型知：地层总长为各层长度之和：各层流量相等：Q=Q1=Q2=Q3各层渗透率分别为K1,K2,K3；压差为：Pe-Pw=ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3；各层长度分别为L1,L2,L3；L=L1+L2+L3各层厚度相等：h=h1=h2=h3第五节油藏岩石的渗透性若各层流体性质相同,由达西公式：333322221111KbhLQKbhLQKbhLQbhKLQ332211KLKLKLKLniiiniiKLLK11第五节油藏岩石的渗透性（2）平面径向渗流若地层厚度、流体流量、流体性质等与平面线性流相同,井径为Rw,从井中心到各带的半径分别为R1、R2、Re。径向流达西公式：wewerrPPKhQln2hKRRQhKRRQhKRRQhKRRQewwe2ln2ln2ln2ln32212113221211lnlnlnlnKRRKRRKRRKRRewweniiiiweKRRRRK11lnln