2-5岩石渗透率

第五节
油藏岩石的渗透性
达西实验的条件：
★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。
与所通过的流 K是仅与岩石自身性质有关的参数 , 体性质无关 它只决定于岩石的孔隙结构。
K为岩石的绝对渗透率
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
气体渗透率大于液体渗透率的根本原因
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
CQor hw L K 200 A
式中 C——称“C值”,为该仪器上读数；
★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
C
2Q0 P0 L Kg A P12 P22 Q h 2000Pa Q or w
Klinkenbeger实验结果
等价液体渗透率 或
Klinkenberg渗透率
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油藏岩石的渗透性
Klinkenberg渗透率： K
式中
Kg 1 b / P
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。
4c P b r
c— 比例系数； λ— 气体分子平均自由程； r— 岩石孔隙半径； P — 平均气体压力。
计算公式
分离变量并积分，则：

P2
P1
K g PdP
L
0
Q0 P0 dx A
2Q0 P0 L Kg 2 2 A P1 P2


第五节
油藏岩石的渗透性
三、克林肯柏格效应
实践发现：同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。
(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。
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。
第五节
油藏岩石的渗透性
包含在Carman-Kozeny 公式中的τ系数中
岩石孔隙内表面的粗糙度：
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。
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油藏岩石的渗透性
2. 成岩作用
压实作用 ◆压实作用 胶结作用 溶蚀作用
在距井轴半径为r，宽度 为dr，厚度为h的微元上，由 定义得：
kA dP k 2rh dp Q dr dr
p r rw pw 边界条件 p p r r e e
第五节
2KhPe Pw Q lnre rw
油藏岩石的渗透性
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 ；
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油藏岩石的渗透性
若各层流体性质相同,由达西公式：
KbhP1 P2 K1bh1 P1 P2 K 2bh2 P1 P2 K 3bh3 P1 P2 L L L L
K1h1 K 2 h2 K 3h3 K h
K h
i 1 n i


P P
2 1
2 2
0
200
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五、渗透率的影响因素
1.沉积作用
(1)岩石结构和构造特征
岩石结构
C d a K
K Cd e
2 1.35 a
— 常系数,具体数值与岩石粒度有关； — 岩石平均颗粒直径,μm； — 岩石颗粒的标准偏差； — 岩石渗透率, × 10-3μm2。
K K 0e
ak P P0
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
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
岩石渗透率显著降低
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
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 溶蚀对岩石渗透率的影响不太显著 一般使其变大
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。
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。
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油藏岩石的渗透性
构造特征 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。
K h
i 1 n i
n
iBaidu Nhomakorabea
h
i 1
i
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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： Q=Q1=Q2=Q3 各层流量相等： h=h1=h2=h3 各层厚度相等： 地层总长为各层长度之和： L=L1+L2+L3 各层渗透率分别为K1,K2,K3； 各层长度分别为L1,L2,L3； 压差为：Pe-Pw=ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3 ；
二、气测渗透率
Q
K g A dP
dx
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。 第五节 油藏岩石的渗透性
玻义尔— 马略特定律
QP Q0 P0 Q1P1 Q2 P2 常数
则：
Q
K g A dP
dx
Q0 P0 Q P Q0 P0 dx K g 气测渗透率的 A PdP
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油藏岩石的渗透性
在孔道中心的液体分子比靠近孔道 液 壁表面的分子流速要高；而且,越靠 体 近孔道壁表面,分子流速越低；
气 靠近孔壁表面的气体分子与孔道中 体 心的分子流速几乎没有什么差别。
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
滑动效应 或 Klinkenberg效应
n
i
h
i 1
i
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：
2KhPe Pw Q lnre rw
kA dp Q dx
分离变量并积分得：
AP QL 1P 2 QK 或 K L AP 1P 2
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p g h L （2）垂直线性稳定渗流的达西公式
p gL
p gh
关键：确定 p1-p2
第五节 油藏岩石的渗透性
（3）平面径向渗流的达西公式：
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
h Q K A L
达西实验装置
通用达西公式
渗透率
QL K AP1 P2
渗透率单位的物理意义为：
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。
流体的渗流速度过高
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六、油藏岩石渗透率的评价
储层渗透率评价
级 别 K × 10 -3μ m 2 储 层 评 价
1
2 3 4 5
>1000
1000 ～ 100 100 ～ 10 10 ～ 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
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七、非均质储层渗透率的计算
K 2hPe Pw K1 2hPe Pw K 2 2hPe Pw K 3 2hPe Pw lnRe Rw lnRe Rw lnRe Rw lnRe Rw
K1h1 K 2 h2 K 3h3 K h
●沉积旋回、韵律特征导致岩石渗透率在纵向上的差异。
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。
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(2)岩石孔隙结构
主要作用
岩石的孔隙可分成孔隙和喉道两部分。
Carman-Kozeny公式
r2 K 2 8
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。
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若各层流体性质相同,由达西公式：
QL Q1L1 Q2 L2 Q3 L3 bhK bh1K1 bh2 K 2 bh3 K3
L L1 L2 L3 K K1 K 2 K 3
K Li
i 1
n
Li i 1 K i
n
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（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。
Q lnRe Rw Q lnR1 Rw Q lnR2 R1 Q lnRe R2 K 2h K1 2h K 2 2h K 3 2h
2KhPe Pw 径向流达西公式： Q lnre rw
lnRe Rw lnRe Rw lnR K w n lnR2 R1 lnRe R2 1 R ln Ri Ri 1 K K1 K2 K3 Ki i 1
第五节 油藏岩石的渗透性
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。
K f 0.085b r
2
低渗,特低渗储层
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4.流体—岩石系统的相互作用
淡水或低矿化度水 流体中的悬浮物 原油中的胶质、沥青 质和石蜡等成分 液体的吸附膜厚度 粘土矿物膨胀 滞留在孔隙系统中 吸附在岩石孔隙表面 微毛细管对液体渗透率 的贡献为零 孔隙表面的微粒剥落沉 积或滞留在孔喉部位