第1章：2-储层岩石渗透性

油层物理学3～4：储层岩石的渗透性及流体饱和度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本章主要内容§3储层岩石的渗透性一、达西定律(线性渗流规律)二、气体渗透率及气体滑动效应三、裂缝岩石的渗透率四、影响岩石渗透率的因素五、渗透率的测定方法储集性直接影响到单位体积岩石中储量的多少，而岩石的可渗性直接影响油、气井的产能。1856年，法国水文工程师亨利·达西（HerriDarcy）LPKAQQ—在压差△P下，通过岩心的流量，cm3/sA—岩心截面积，cm2；△P—流体通过岩心的压力差，10-1MPa；L—岩心长度，cm；μ—流体粘度，mPa·sK—是比例常数，仅与岩性有关，即渗透率，μm2。dLdPKAQ＝一、达西定律(线性渗流规律)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。当岩心全部孔隙为单相液体所充满并在岩心中流动时，对同一岩心，K是仅取决于岩石孔隙结构参数，与液体性质无关，比例系数K称之为~。绝对渗透率的大小反映了岩石允许流体通过能力的强弱，理解为多孔介质中孔隙通道面积的大小和孔隙弯曲程度。单位：达西或毫达西1达西(D)＝103毫达西(mD)1mD＝1×10－3μm21D＝1μm2一、达西定律(线性渗流规律)pALQK228-28-22231cm10cm101.02cm981000dyn1cm1cmcms100dyn1scm11Dm岩石渗透率K具有“面积”的因次。dPdLAQK一、达西定律(线性渗流规律)我国石油行业标准SY/T6169-1995，对油藏、气藏渗透性的划分用达西公式确定岩石绝对渗透率必须满足的条件（1）岩石中，只能饱和和流动着一种液体，即单相流，流体不可压缩。（2）线性渗流：流体性质和岩心几何尺寸不变的情况下，Q和△P间成线性关系。当渗流速度增大到一定程度之后，流量和压差不再成线性关系，达西定律不适用。（3）液体性质稳定，不与岩石发生物理、化学作用。一、达西定律(线性渗流规律)二、气体渗透率及气体滑动效应QQQ≠Q根据据波义耳定律:QP=Q0P0=常数推导得出Kg—气测渗透率1.气测渗透率的计算气体具有压缩性，采用达西公式的微分形式。dPdLAQK)A(pμLp2QK222100gp2.气体滑动现象（滑脱效应/克氏效应）气体在岩石孔道中的流动不同于液体。对于液体来讲：在孔道中心的液体分子比靠近孔壁表面的分子流速高；气体则不然：靠近孔隙壁表面的气体分子与孔道中心分子流速几乎没什么差别。气体在岩石孔道中的这种渗流特性称之为气体滑动现象。二、气体渗透率及气体滑动效应气体滑脱效应的结果同一岩石的气测渗透率大于液测的岩石渗透率；平均压力愈小，气测渗透率愈大；当压力增至无穷大时，渗透率不再变化而趋于一个常数K∞，这个数值一般接近于液测渗透率，故又称为等效液体渗透率（克氏渗透率）。不同气体所测得渗透率值也不同；岩石不同，气测渗透率与液测渗透率不同。致密岩心的滑脱效应严重2.气体滑动现象（滑脱效应/克氏效应）二、气体渗透率及气体滑动效应裂缝孔隙度L—裂缝长度；A—裂缝岩石的渗滤面积；b—裂缝宽度。对于双重介质来说，储油主要靠孔隙，而渗透主要靠裂缝。具有裂缝的多孔介质取心难，并且常规测渗透率也难测准，故一般据裂缝的宽度和裂缝孔隙度来计算裂缝岩石的渗透率。据布辛格公式其中Φf—裂缝孔隙度；Kf—裂缝岩石的渗透率三、裂缝岩石的渗透率ALbf122bKff1.岩石骨架构成及构造力的影响主要是指岩石的粒度、分选、胶结物和层理等。四、影响岩石渗透率的因素3.地静压力与地层温度的影响四、影响岩石渗透率的因素当作用于岩样上的压力越大时，渗透率就相应减小。随温度升高，压力对渗透率的影响将减小。1—粗和很粗的颗粒；2—粗和中等的颗粒；3—细颗粒；4—淤泥；5—粘土2.岩石孔隙结构的影响岩石的渗透率与孔隙度有关，凡影响孔隙结构的因素都影响渗透率。1.直接测定法在油层取岩心，实验室直接测得，最常用。都基于达西定律常规小岩心的渗透率测定气体通过岩心的流动状态稳定后，测定：进、出口压力p1和p2及在此压力差下对应的流量Q。五、渗透率的测定方法全直径岩心分析测定渗透率水平渗透率的测定：胶垫与岩样两端密封，加环压使胶皮筒密封住岩样侧表面（除有滤网处以外的表面）E—形状系数五、渗透率的测定方法110)L(pμp2QK222100pE2.间接方法利用测井资料估算渗透率利用Swi、Φ与K的关系来求取K式中a、b、c是与岩石孔隙结构及流体性质有关的系数。利用孔隙半径r和孔隙度Φ来计算式中τ是迂曲度。五、渗透率的测定方法bwisacK282Kr§4储层岩石的流体饱和度一、流体饱和度二、几个重要的流体饱和度概念三、影响饱和度的因素四、研究油、气、水饱和度的方法某种流体的饱和度——储层岩石孔隙中某种流体所占的体积与岩石孔隙体积的比值。若储层孔隙中只含油水两相时bopooVVVVSbwpwwVVVVSSo、Sw——含油、含水饱和度；Vo、Vw——油、水在岩石孔隙中所占体积；Vp、Vb——岩石孔隙体积和岩石视体积；一、流体饱和度（Saturation）boooVBVSb若考虑在地层温度、压力条件下油水体积系数Bo和Bw。Vo、Vw——地面条件下原油和水的体积11gwowoSSSSS岩心中只含油水两相时含油水气三相时一、流体饱和度（Saturation）随着油田的开发，不同时期油、气、水饱和度的大小是不同的。在勘探阶段所测的流体饱和度可以分为原始含油、含气饱和度和含水饱和度。二、几个重要的流体饱和度概念1.原始含油饱和度Soi油藏投入开发以前所测出的含油饱和度poiioVVSiwioSS12.原始含水饱和度—束缚水饱和度Swi油藏投入开发以前所测出的含水饱和度3.目前油、气、水饱和度是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。4.残余油饱和度Sor和剩余油饱和度残余油（剩余油）—随着油田开发油层能量的衰竭，即使是注水后还会在地层孔隙中存在着尚未趋尽的原油。残余油饱和度（剩余油饱和度）—残余油在岩石孔隙中所占体积的百分数。二、几个重要的流体饱和度概念1.储层岩石的孔隙结构及表面性质的影响关键因素：岩石颗粒较粗——油气饱和度就高，束缚水饱和度低2.油气性质的影响粘度较高的油，油气饱和度低三、影响饱和度的因素目前矿场确定油、气、水饱和度最直接、最常用的方法是对取样岩心进行饱和度的室内测定。室内确定岩心饱和度——要取得能代表储层中流体原始分布和含量的岩心。保持岩样尽量不受或少受钻井液污染。四、研究油、气、水饱和度的方法四、研究油、气、水饱和度的方法常压干馏法蒸馏抽提法色谱法1、油层物理方法2、测井方法脉冲中子俘获测井、核磁测井等（井周围地层）3、经验统计公式或经验统计图板法：粗略估算原始含水、含油饱和度蒸馏抽提法（溶剂抽提法）仪器：由冷凝器（3）、水份捕集器（4）、岩心杯（2）、长颈烧瓶（1）组成溶剂：溶剂要求密度小于水、沸点比水高和溶解洗油能力强，常用甲苯(比重0.867，沸点111℃1、油层物理方法%100pwwVVS%100/)(21powwoVVwwS一般根据岩心所测出的含油饱和度都比实际地层的小。步骤：①称原始样质量w1②岩心放入岩心杯，加热溶剂待岩心中的油抽提、洗净、水全部蒸发后，经冷凝管冷凝而收集在水份捕集器中，直接读出水的体积Vw；③烘干岩样质量w21、油层物理方法§5储层岩石的敏感性（自学）速敏性评价实验水敏性评价实验盐敏性评价实验酸敏性评价实验在油气田勘探、开发过程的各个环节，储层都会与外来流体以及储层所携带的固体颗粒接触；如果这些流体与储层不匹配，则导致储层渗透率降低，损害储层的生产能力。储层伤害主要受储层胶结物中的敏感性矿物的影响。储层岩石的敏感性－储层伤害地层微粒——地层中未被胶结或胶结不好的粘土和小于37μm碎屑颗粒的统称。地层微粒随流体在孔隙中运移，在喉道处堆积，造成堵塞速敏性评价目的：了解储层渗透率的变化与渗流速度的关系一、速敏性评价实验速敏实验原理：以不同的注入速度向岩心注入地层水，测定岩心在不同注入速度下的渗透率，根据二者的变化关系，判断岩石对流速的敏感性，找出岩石的临界速度。KL—小于临界流速时，流体的原始渗透率临界速度（criticalvelocity）：当注入流体的流速逐渐增大到某一数值而引起渗透率下降的流动速度。一、速敏性评价实验水敏现象—与地层不配伍的外来流体进入地层后，引起粘土膨胀、分散、运移而导致渗透率下降的现象。水敏实验：测定三种情况下岩心渗透率的大小（1）地层水；（2）矿化度为地层水一半的盐水；（3）蒸馏水二、水敏性评价实验KWS—最高矿化度下盐水的渗透率存在有水敏性的地层，需要进一步进行盐度评价。盐度评价：了解地层在地层水矿化度不断下降或外来低矿化度流体侵入时，其渗透率变化情况。三、盐敏性评价实验酸敏矿物与酸反映后容易生成沉淀而堵塞孔道引起渗透率降低的矿物。酸敏性酸化液进入地层后与地层中的酸敏矿物发生反应，产生凝胶或沉淀或释放出微粒，是地层渗透率下降的现象。方法向岩心中注入0.5—1.0倍孔隙体积的酸液，停注等待酸反应，排出残酸，测定岩心在注酸前后的渗透率。四、酸敏性评价实验重点：流体饱和度（定义、测试方法、分析方法）；几个重要的饱和度；影响因素；研究饱和度的方法（包括动静态状况下的各种方法）；难点：研究饱和度的方法。重点：达西定律及其岩石的绝对渗透率（达西定律、渗透率的物理意义）；渗透率的测试方法（条件、测试方法）；难点：渗透率的测试方法。小结