油层物理1-3

砂 岩
第1章1节
砾 岩
储层岩石的渗透性
（1）水平渗透率测定
第1章4节
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 测定关键： 样直径；例如：滤网面积＝1/4 让流体沿岩心层面流动。 岩样侧面时，E＝1。
→ 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
（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；
第1章4节
对同一岩石有：
吸附作用→管壁处液体分子形成液膜不流动 气测岩石Ka＞岩石绝对K＞液测岩石KL →减小了孔道流动空间 →液测KL＜岩石K；
岩石绝对渗透率的估算
储层岩石的渗透性
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
第1章4节
条件：单相流
储层岩石的渗透性
达西通过实验发现：
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：
第1章4节
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。
储层岩石的渗透性
2. 岩石绝对渗透率K
达西定律用于储层流体渗流时:
第1章4节
K
QL
Ap 10

1
K与Q成线性：K大→Q大，岩石允许流体通过的能力大;
2 1 2 2
（混合单位制）
式中：Ka—气测岩石绝对渗透率，m2；
p1、p1—岩心进、出口端压力，at p0—岩心出口端压力，at； Q0—出口p0下的体积流量，cm3/s。
储层岩石的渗透性
（2）注意
气测Ka公式中Q0与p0具对应关系：
p0为出(进)口压力，Q0必为出(进)口气量； 气测岩石Ka与液测KL公式的区别：
储层岩石的渗透性
（1）气测K公式推导
第1章4节
பைடு நூலகம்
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： A dp Q K （混合单位制） dL Q dp / → K ………<1> A dL
储层岩石的渗透性
② 沿岩心长度方向，气体发成恒质量等温膨胀，
第1章4节
K 可定量评价岩石渗透性的大小 →称K为岩石绝对渗透率
一定压差下，岩石允许流体通过的性质
储层岩石的渗透性
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
第1章4节
达西的物理意义
在长度L＝1cm，截面积A＝1 cm2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＝1 cm3/s时， 称岩石渗透率为1D（达西）：
•
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
→ 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）
•
•
第1章4节
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；
Q L A p
K
储层岩石的渗透性
→1D＝1m2，岩石绝对渗透率K 具“面积”因次。
第1章4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。
储层岩石的渗透性
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：
据波-马定律（PV＝常数）：
Q p＝Q0 p0＝常数 则： Q＝Q0 p0／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
分离变量:
第1章4节
积分得气测岩石K公式：
Ka
2Q0 p0 L A( p p )
储层岩石的渗透性
（2）垂向渗透率测定
第1章4节
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。
• • •
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
3. 气测渗透率的计算公式
——流量不稳定校正
第1章4节
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
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 储层岩石的流体饱和度
§4 储层岩石的渗透性
§5 储层岩石参数的平均值处理
§6 储层岩石的敏感性
储层岩石的物理性质
§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。
Q －通过岩心的液体流量，cm3/s； 系数K只与多孔介质结构有关，而与流体性质无关， A －岩心截面积，cm2； L －岩心长度，cm； 称其为多孔介质的渗透率。 △P－ 加在岩石两端的压差，MPa； －流体粘度，mPa· （1cP＝1 mPa· s s）。
储层岩石的渗透性
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：
第1章4节
③ 流体为线性流动： —— Q～△P呈线性关系
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。
储层岩石的渗透性
理论上：油、气、水都可作K的测定流体。
第1章4节
实际上： 除③线性流动外，条件①②在实验室条件 下难以严格满足。例：
油测时：物理吸附→孔隙表面形成油膜→孔隙空间↓ →岩石K↓；
水测时：水敏性矿物膨胀→岩石K↓
气测时：气体膨胀、流量变化→达西公式不能用
气体在低压下分子扩散→岩石K↑
依据达西公式，用任何流体测定岩石K 都存在误差。
储层岩石的渗透性
2. 岩石绝对渗透率的测定方法
第1章4节
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。
第1章
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
本节内容


达西定律及岩石绝对渗透率
第1章4节
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
第1章4节
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
本节内容
达西定律及岩石绝对渗透率
第1章4节
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
储层岩石的渗透性
第1章4节
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
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
• • •
储层岩石的渗透性
结果：
同种气体，不同
相同
第1章4节
→测得的Ka不同
，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
5. 气体滑动现象
第1章4节
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。
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
2. 全直径岩心测定
第1章4节
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。
石油地质
储层岩石的渗透性
第1章4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：低压气体渗流时，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”。