油层物理1-3.

油层物理储层岩石的物理性质第一章储层岩石的物理性质第1章本章内容§1储层岩石的骨架性质§2储层岩石的孔隙结构及孔隙性§3储层岩石的渗透性§4储层岩石的流体饱和度§5岩石的胶结物及胶结类型§6储层岩石的其他物理性质储层岩石的物理性质第1章§4储层岩石的渗透性储层岩石的渗透性是油气流体得以开采的基础和关键。用孔隙度可评价储层的储集性，饱和度可评价储层中的含油气性，而渗透率则可评价油层中油气开采的难易程度及开采效果。渗透率是油气田开发、油藏工程动态分析的关键储层物性参数。储层岩石的渗透性第1章3节达西定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定原理岩石绝对渗透率的实验室测定岩石绝对渗透率的影响因素岩石绝对渗透率的估算本节内容储层岩石的渗透性第1章3节一、达西定律及岩石绝对渗透率达西定律描述了流体在多孔介质中的宏观流动规律，是油藏工程计算的核心定律。1.达西实验及达西定律＜达西实验＞装置：如图条件：单相流储层岩石的渗透性第1章3节达西通过实验发现：LpAQ改变填砂柱的粒径，则流体流量不同，→在上式中引入比例系数K，建立了达西定律水通过等粒径填砂柱时，水流量与：•砂柱截面积（A）成正比•砂柱两端进出口压差（△p）成正比；•砂柱长度（L）成反比；•流体粘度（）成反比（流体不同时）。即：储层岩石的渗透性第1章3节＜达西定律＞单位时间内流体通过多孔介质的流量与加在多孔介质两端的压力差和介质的截面积成正比，与多孔介质长度和液体粘度成反比。即：式中:K－比例系数，达西（D）;Q－通过岩心的液体流量，cm3/s；A－岩心截面积，cm2；L－岩心长度，cm；△P－加在岩石两端的压差，MPa；－流体粘度，mPa·s（1cP＝1mPa·s）。系数K只与多孔介质结构有关，而与流体性质无关，称其为多孔介质的渗透率。10LpAKQ储层岩石的渗透性第1章3节注意：矿场常用混合单位制，即：△P用at，不用MPa。（1at＝0.0981Mpa，1at≈0.1MPa）混合制：SI制：达西定律是流体渗流的基本定律,对单相和多相渗流都适用；达西定律适用于各种多孔介质中的流体渗流，如松散砂柱，胶结砂岩及其它多孔介质。系数K只与多孔介质结构有关，与流体性质无关。储层岩石的渗透性第1章3节2.岩石绝对渗透率K达西定律用于储层流体渗流时:K与Q成线性：K大→Q大，岩石允许流体通过的能力大;K可定量评价岩石渗透性的大小101pALQK一定压差下，岩石允许流体通过的性质→称K为岩石绝对渗透率储层岩石的渗透性第1章3节岩石绝对渗透率K的单位岩石K法定计量单位：D（达西）矿场常用md（毫达西），1D＝1000md在长度L＝1cm，截面积A＝1cm2的岩心中，粘度为1cP的流体在1at（0.0981MPa）的压差下流过岩心流量Q＝1cm3/s时，称岩石渗透率为1D（达西）：pALQK达西的物理意义储层岩石的渗透性第1章3节岩石绝对渗透率K的物理意义K代表多孔介质孔道横截面面积的大小。显然，岩石K越高，岩石孔道截面积越大，流体在其中越容易流动，岩石的渗透性好。→1D＝1m2，岩石绝对渗透率K具“面积”因次。储层类型孔隙度渗透率储层评价一级＞30%＞2000特高孔特高渗储层二级25-30%500-2000高孔高渗储层三级15-25%100-500中孔中渗储层四级10-15%10-100低孔低渗储层五级5-10%＜10特低孔特低渗储层非储层＜5%＜1储集层按渗透率分级常规储层K，1~100md（油），0.1~10md（气）储层岩石的渗透性第1章3节3.使用达西定律的流速条件实验测得流量Q－△p的关系，如图所示。据达西定律：可知：△P与Q为线性关系达西定律是线性渗流定律图中△P＞△Pmax时，Q～△P为非线性，不满足达西公式的比例关系。储层岩石的渗透性第1章3节线性渗流的流速限制流体的渗流速度＜临界流速线性渗流的判断作图法：Q—△P为过原点直线，则为线性流；雷诺数Re法•据卡佳霍夫公式可算出Re：•一般砂岩储层的临界Rec为0.2－0.3•若实际Re＜Rec，则为线性流动（层流）储层岩石的渗透性第1章3节达西定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定原理岩石绝对渗透率的实验室测定岩石绝对渗透率的影响因素岩石绝对渗透率的估算本节内容储层岩石的渗透性第1章3节二、岩石绝对渗透率的测定原理★主要内容渗透率的测定条件和方法渗透率测定的计算公式渗透率测定的结果分析气体滑脱现象气测渗透率校正储层岩石的渗透性第1章3节1.岩石渗透率的测定条件据达西定律，测定K必须满足三个条件：只有严格满足上述三个条件测得的渗透率才为岩石的绝对渗透率。①岩石孔隙空间100%被某一种流体所饱和：②流体性质稳定：③流体为线性流动：——在岩心各断面处有稳定的体积流量——不与岩石表面发生物理、物理化学反应——Q～△P呈线性关系储层岩石的渗透性第1章3节理论上：油、气、水都可作K的测定流体。实际上：油测时：水测时：气测时：物理吸附→孔隙表面形成油膜→孔隙空间↓→岩石K↓；水敏性矿物膨胀→岩石K↓气体膨胀、流量变化→岩石K↑依据达西公式，用任何流体测定岩石K都存在误差。除③线性流动外，条件①②在实验室条件下难以严格满足。例：储层岩石的渗透性第1章3节2.岩石绝对渗透率的测定方法方法：行业标准规定使用气体测量岩石K，即：在低压下，用干燥空气或氮气气体通过岩心，测定岩石绝对渗透率K。•气体性质较稳定，不易变化；•不与岩石表面作用而改变孔隙大小；•气体测岩石K的误差容易校正：气体膨胀→流量不稳定校正；气体分子扩散→气体滑脱效应校正。储层岩石的渗透性第1章3节3.气测渗透率的计算公式——流量不稳定校正在等温条件下，气体通过岩心：沿压降方向（岩心长度）发生膨胀气体体积流量Q在各断面处不等→不能直接用达西公式计算岩石K储层岩石的渗透性第1章3节（1）气测K公式推导①设在微单元dL上，气体具稳定的体积流量在dL上用达西公式的微分式：（混合单位制）→………1dLdpAKQdLdp/AQK储层岩石的渗透性第1章3节②沿岩心长度方向，气体发成恒质量等温膨胀，据波-马定律（PV＝常数）：Qp＝Q0p0＝常数则：Q＝Q0p0／p………2式中：Q岩心某断面处的气体体积流量；Q0出口端压力p0下的体积流量。③将2式带入1微分达西公式：储层岩石的渗透性第1章3节分离变量:积分得气测岩石K公式：（混合单位制）式中：Ka—气测岩石绝对渗透率，m2；p1、p2—岩心进、出口端压力，atp0—大气压力，at；Q0—p0压力下气体的体积流量，cm3/s。)(2221002ppALpQKa储层岩石的渗透性第1章3节（2）注意气测岩石Ka与液测KL公式的区别：方法公式K～p关系气测液测22211ppKpK12221002ppALpQKapALQKL储层岩石的渗透性第1章3节4.气测岩石渗透率的结果分析221ppp储层岩石的渗透性第1章3节结果：同种气体，不同→测得的Ka不同相同，不同气体→测得的Ka不同结论：Ka随测定条件变化Ka与K间还存在偏差？储层岩石的渗透性第1章3节5.气体滑动现象在单根毛管模型中渗流：液体：流速断面呈圆锥曲线：从孔中心→孔壁v液↓；孔壁处v液＝0气体：流速断面上呈近直线分布：孔壁处v气≠0。储层岩石的渗透性第1章3节结论：气体在毛管中流动时的流速分布偏离液体流动特性——牛顿粘性流动特性。（1）气体滑脱现象概念滑脱现象：气体渗流时，其流速在毛孔断面上的分布偏离粘性流体流动特性，出现气体分子在管壁处速度不等于0的流动现象。又称“滑脱效应”。（2）滑脱现象产生的原因液体在毛管中流动特性：粘性流动•液体分子间存在粘滞阻力，且F液-管壁＞F液-液储层岩石的渗透性第1章3节→毛管断面：阻力：管壁最大，中心最小；流速：中心最大，管壁最小＝0。（≈管壁上液体分子被粘住，表现为v＝0）气体在毛管中流动特性：碰撞为主（低压下）•粘滞阻力消失←分子小，间距大，Fg-g、Fg-S小；•分子碰撞→动量交换→管壁处分子不会粘在管壁上，仍处于运动状态；→毛管断面上气体分子间流速差消失，气体在毛管中流动出现滑动效应。（≈气体分子从管壁滑脱，表现为v≠0）储层岩石的渗透性第1章3节（3）滑动现象对气测Ka偏离岩石K的影响滑动现象→管壁处气体分子参与流动→相当于增大了孔道流动空间→气测Ka＞岩石K；吸附作用→管壁处液体分子形成液膜不流动→减小了孔道流动空间→液测KL＜岩石K；对同一岩石有：气测岩石Ka＞岩石绝对K＞液测岩石KL储层岩石的渗透性第1章3节（4）等效液体渗透率克林肯贝格提出：当→∞时，Ka→常数K∞→K∞称“等效液体渗透率”或“克氏渗透率”在数值上，K∞＝岩石K储层岩石的渗透性第1章3节（5）滑脱现象的影响因素在式中，b称为滑脱系数。rpCb4式中：C比例系数≈1;r为岩石孔道半径;为平均压力下的气体分子平均自由程，与气体分子直径d和体系压力p有关。→滑脱系数b与气体性质、孔隙结构有关。储层岩石的渗透性第1章3节影响因素：•平均压力•气体类型•岩石类型结果：越小→滑动现象越严重；气体分子越小→滑脱现象越严重（b越大）；岩石孔道越小→滑脱现象越严重（b越大）。rpCb4储层岩石的渗透性第1章3节结论：平均压力越低、气体分子越小，岩石孔隙越小，气体的滑脱效应越严重，气测渗透率Ka与岩石渗透率K之间差异越大。一般来说，气测Ka≠岩石K，必须校正。储层岩石的渗透性第1章3节6.气测渗透率Ka的校正——滑脱效应校正方法：实验测定数据经验公式图版法储层岩石的渗透性第1章3节气测Ka的实验数据校正依据：步骤：•测定不同下的流量Q及岩心进、出口压力p1、p2，测定5组以上的数据点；•用气测渗透率公式计算不同下的Ka；•绘制Ka～直线；•将Ka～直线外推至Ka轴，截距K∞为校正的气测岩石K，即：岩石K＝K∞储层岩石的渗透性第1章3节p1KaK∞K=K∞储层岩石的渗透性第1章3节达西定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定原理岩石绝对渗透率的实验室测定岩石绝对渗透率的影响因素岩石绝对渗透率的估算本节内容储层岩石的渗透性第1章3节三、岩石渗透率的实验室测定方法：常规小岩心测定全直径岩心测定1.常规小岩心测定★适用：一般砂岩储集层岩心原理：同气测渗透率原理数据处理：同气测渗透率校正储层岩石的渗透性第1章3节2.全直径岩心测定适用：含有较大的溶孔、溶洞、裂缝等非均质较强的砂、砾岩储层岩样。内容：a）水平K测定b）垂直K测定c）径向K测定设备：全直径岩心夹持器。储层岩石的渗透性第1章3节（1）水平渗透率测定水平K：流体沿着平行岩石层面方向流动时，测得的K。原理及过程：同小岩心测定。计算公式：式中,E为形状系数，取决于滤网分配气体的弓形角和岩样直径；例如：滤网面积＝1/4岩样侧面时，E＝1。测定关键：让流体沿岩心层面流动。储层岩石的渗透性第1章3节（2）垂向渗透率测定垂向K：流体沿着垂直岩石层面方向流动时，测得的K。原理及过程：同小岩心测定。测定关键：流体垂直于岩心层面流动。（3）径向渗透率测定径向K：流体在岩心中成径向流动时，测得的K。原理及过程：同小岩心测定。计算公式：径向达西公式储层岩石的渗透性第1章3节式中：de、dw－岩样外径及孔眼内径；h－岩样高度；p1、p2－进、出口压力。测定关键：在岩心正中心钻一小孔，使流体在岩心中呈径向流动。储层岩石的渗透性第1章3节达西定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定原理岩石绝对渗透率的实验室测定岩石绝对渗透率的影响因素岩石绝对渗透率的估算本节内容储层岩石的渗透性第1章3节四、影响岩石渗透率的因素岩石结构：骨架结构、沉积构造孔隙结构地静压力和地层温度1.储层岩石结构的影响（1）岩石骨架结构（微观因素）颗粒：组成和结构（大小、分选、排列等）胶结物：成分、含量、胶结