《岩石物理性质与测量方法》第二篇 第三章 岩心物性参数的测量方法

化钠浓度配置。用等效氯化钠浓度法进行配 置时,如果已知地层水分析资料(水离子类型
式中, Cw 为等效NaCl溶液的矿化度(ppm ); T为摄氏温度.
及各自的浓度)，则须先将各种离子的浓度
换算成等效氯化钠浓度，然后算出总等效氯 化钠浓度，最后用右面两个公式计算出溶液 电阻率。如果已知的是地层水电阻率则直接 利用右面公式反算出氯化钠浓度，即可进行 配置（1 ppm = 1 mg/l）。注意，当浓度 较高时，应考虑盐所占的重量。
➢ 如果实验的目的在于解决油田实际问题，则应采用
天然岩心，并且所选岩心应是对应油田区块的，而且必
须具有代表性。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
1.岩心的选取
➢ 当确定好了区块后，根据不同的分析项目， 结合测井资料，合理选定取样深度。 例如，为了考察孔隙度、渗透率、孔隙流体性 质和含水饱和度对测井响应的影响，则应根据目 的层段的孔隙度测井曲线估算一下地层的孔隙度 ，然后在具有不同孔隙度层位上取具有不同孔隙 度的岩心。如果还要考察泥质含量的影响则还需 取不同泥质含量的岩心，等等。
c． 离心清洗法
在离心力的作用下，将干净热溶剂喷洒到装在离心机转盘上的
岩样上，并流过岩样将油和水驱替出来。根据岩样渗远性和胶结程
度来选择离心机转速，由每分钟几百转到几千转。这种方法已成功
地使用各类溶剂清洗岩样。在清洗时一般同时可以清洗几块到几十
块岩样，清洗时间通常为半小时，个别情况下达到两小时，就能满
的深度位置上，从岩心柱上钻取小岩心或用切割机切取方岩样。取样时
，如果有方向要求，要考虑取样的方向性。对于具有方向性的实验，如
三轴和各向异性实验，要求岩样为方形的或同深度位置的不同取样方向
的几个圆柱状岩心。对于圆柱状岩心，目前岩电实验中，常见的岩心尺
寸有。
岩心直径
长度
2.54厘米（1英寸） 3.80厘米（1.5英寸） 45毫米 全直径
值得注意的是，确定取样深度前必须确认岩心 已经归过位，否则必须先进行岩心归位。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
1.岩心的选取
➢ 研究岩石四性关系及模型的岩心选取规则如下：
按地区、层组、岩性分类，孔隙度分布尽量宽些。尤 其是按物性分类，如岩性是第一级分类、泥质含量是第二 级分类、孔隙度是第三级分类。每个分类中又根据分类参 数的不同分成若干组，每组至少需要三块样品。
尽管如此，尚不能肯定岩样中的油是否彻底
洗净，所以有时要静置一定时间，观察其中溶剂
是否变色，或再换另一种溶剂进行抽提清洗。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
抽提岩心时应注意以下几点：
(1)溶剂冷凝下滴速度以每秒3—4滴为宜。
(2)用一种溶剂洗岩样，岩心室内溶剂虽已无色透明，但还不能肯 定岩样是否已洗干净，应再换另一种溶剂继续抽提．特别是岩心 中含有重质沥青基原油时，通常都用两种以上溶剂抽提(如先用酒 精—苯抽提，再用三氯甲烷抽提)。
抽提清洗岩样的工艺方法 a．溶剂抽提法
岩心抽提器主要是依靠溶剂逐渐 洗去样品中的油和水。溶剂可用甲苯 或酒精和苯的混合液。目前常用的是 1：4的酒精—苯混合液。
岩心抽提器由烧瓶、岩心室(带 有蒸气上升管和虹吸管)、冷凝瞥等二 部分组成。其装置如图1所示。
图1 抽提8器
§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
lg(lg ) x1 lg(lg 1) x2 lg(lg 2)
,1,2 分别为混合油,第一和第二种油的粘度; x1,x2 第一和第二种油的质量浓度.
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
b.瓦利捷尔公式：
lg(lg( n)) x1 lg(lg(1 n)) x2 lg(lg(2 n))
任何溶剂都会不同程度地改变岩石的润湿性，因此，选用 溶剂抽提岩心时应尽量选那些影响小的溶剂。
例如，对亲油岩心选用溶剂汽油、四氯化碳(岩心中不含水时使用)
或石油醚(岩心中含水时用)，而对亲水岩心则选用1：2或1：3的酒精
—苯．如果抽提含沥青基原油的样品，则选用甲苯或70％氯烷加上30
％甲醇清洗。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
第三章 岩心物性参数测量方法
§3.1 岩石物理实验流程及技术概述 §3.2 岩石气体孔隙度测量 §3.3 岩石气体绝对渗透率测量 §3.4 岩石相对渗透率测量 §3.5 岩心毛管压力测量 §3.6 岩石润湿性测量 §3.7 阳离子交换量测量 §3.8 岩石声学参数测量
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
溶剂的选择
应以清洗效果好而又不损坏和改变岩样原始结构为准则。
例如，甲苯适用于抽提沥青基石油，但甲苯的沸点为110C，这样 高的温度特使岩石粘土矿物中的结晶水脱掉，造成孔隙结构变化导致 孔隙度、渗透率测定结果的误差。又如四氯化碳在抽提过程中因水解 而构成酸类化合物，遇到高温时释放出光气而将不溶解的物质残留于 岩样中。
在此方法中二氧化碳是一种最理想的气 体，它能大量地溶解于各类溶剂与油中，常 用的溶剂为甲苯、石脑油或某些溶剂混合物 。在洗岩心时，溶剂中二氧化碳的压力约为 1.4MPa，驱替含气溶剂的压力则高达7MPa ，一般循环清洗30分钟就可按岩样洗干净。 含气溶剂清洗岩心的设备流程如图2所示。
图2 加压洗油装置 12
后的地层水真正矿化度无法知道，影响实验质量及精度。
洗盐方法
蒸馏水水浴法：不怕水的样品可以采用。 甲醇抽提清洗法：具有通用性，但成本稍高些。
洗盐效果的检验
电导率法
分光光度计
滴定法
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
4.岩心的烘干
常规者心分析中岩样可按下列方法烘干：
➢ 放在能控制温度的烘箱中，在温度不超过105 C 条 件下，至少烘2小时以上，一般烘8小时；
溶剂抽提法的具体步骤：
抽提时，将相当于烧瓶容积的l／3—2／3的溶 剂注入烧瓶内，接上冷换器，接通循环水，使水 在冷凝器内循环，再加热盛有溶剂的烧瓶，逐渐 升温使溶剂沸腾，并一直维持该温度。
溶剂蒸气由烧瓶经连通管上升，自抽提器岩心 室的顶部进入冷凝器，经过冷凝，并逐渐汇聚在 岩心室底部浸没岩样，溶解岩样中的原油。当溶 剂液面高于虹吸管的高度时，岩心室中的全部溶 剂经虹吸管流回到烧瓶中。如此多次循环，直到 岩心室的溶液呈无色透明为止。
例如考察孔隙度的影响实验，岩心的选取应尽量使孔 隙度分布范围宽一些，并按间距大约为5个孔隙度的步长 分组，每组中取三个样品。
当然这些样品必须是岩性相同，泥质含量相近才行。
一般不同分类的岩心不能混合实验，数据也不能混合
处理分析，必须分开进行。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
2.岩心的加工
在确定好了取样深度后，根据实验需要，采用圆柱状钻头在所确定
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
6.模拟地层水的配置
如果已知地层水分析资料(水离子类型 Schlumberger的NaCl溶液电阻率公式 :
及各自的浓度),则可以用严格地层水离子类 型及浓度配置或等效氯化钠浓度配置。
如果已知地层水电阻率,则采用等效氯
Rw
1
3 105
C1 1.05 w
1.8T 39
Atlas的NaCl溶液电阻率公式 :
R 75o F w
0.0123
3647.5 [NaCl(ppm )]0.955
式中行换算.
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
7.模拟地层水的电阻率测量
➢ 采用溶液电导率仪或电阻率测量系统配套的装置 测量。
3～5厘米 5～7厘米 5～10厘米 10～20厘米
➢不管是哪种尺寸的岩心，均要求加工规整，端面平整且与轴线垂直。
➢如需测量阳离子交换量，则可取加工碎屑经洗油、洗盐、粉碎（粒度
一定）然后测量。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
3.岩心清洗
岩心清洗包括洗油和洗盐。
（1）岩心洗油
用来测定孔隙度、渗透率和粒度的岩样，必须先将岩心 中的油清洗干净。 常用溶剂 甲苯、苯—酒精(3：1)、苯—甲醇—三氯甲烷、三氯甲 烷、四氯化碳、二甲苯、丙酮、二氯乙烯、四氯乙烯、 石脑油、乙烷、石油醚、溶剂汽油等。
➢ 一般矿化度在10kppm以下，采用电导率仪测量。 ➢ 矿化度高的，可以采用规则容器加平面电极的伏
安法测量。 ➢ 一般常温常压下也可以直接采用上述配液公式计
算出溶液电阻率。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
8.模拟原油的配制
岩心饱和和驱替用油可以用原油也可以用模拟原 油。模拟原油一般用白油和煤油按一定比例配制成与 原油具有相同粘度的混合油,用它来替代原油进行驱替 实验，因为粘度对束缚水饱和度有影响。 混合油粘度计算公式 a.双对数公式：
循环清洗。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
b． 高压溶剂清洗法
将岩样装在岩心夹持器中，在室温条件下，将—种溶剂或多种 溶剂在高压下注入岩样内，除去岩样中的烃类物质和盐分，注入压 力取决于岩样的渗透能力，一般为0.07—7.03MPa。岩心内全部烃 类清洗干净所需要的溶剂量取决于岩样中所含的烃类性质利所用溶 剂的类型。当由岩样流出的溶剂已无色透明时，即可认为岩样已被 洗净。
5.岩心基本参数测量
基本参数包括几何尺寸（长度、直径）、干重W 干、空气孔隙度、空气渗透率和孔隙体积等。
1．测量样品直径D：必须旋转三个大约互成120度角 的方向测量三次，然后取其平均值作为最终测量值。 2．测量样品长度L：必须旋转三个大约互成120度角 的方向测量三次，然后取其平均值作为最终测量值。 3．计算岩心的表面体积V表面=0.25 D2L。4．测量 样品的空气孔隙度 和渗透率k并计算孔隙体积 Vp= V表面。
(3)对易燃溶剂，应该采用密闭式电炉或水浴锅加热。
(4)全部清洗装置均应放在通风柜中，以确保安全作业。
(5)在使用抽提器油提清洗岩样时，应防止下滴溶剂侵蚀岩样；
(6)对于胶结程度差的岩样，一定要仔细选择不会破坏岩样物理性 质的抽提方法。常认为岩心抽提器是一种较为适宜的仪器；
(7)对于含有重沥青质原油的岩样，一般用两种或两种以上的溶剂
➢ 放在真空干燥箱中，在温度为80～90 C条件下，至 少烘2小时；
➢ 在恒温恒湿箱中，湿度为45％、温度为62—93 C 烘48小时。
岩样烘干的标准是岩样为恒重。
【注意】对于台有粘土或石膏的岩样，在烘干时不允
许岩样中的上述矿物脱水，烘干温度应低于前
面所规定的数值。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
,1,2 分别为混合油,第一和第二种油的粘度; x1,x2 第一和第二种油的质量浓度; n---常数,常取n 0.6.
c.宾汉姆公式：
1
x1
1
1
x2
1
2
,1,2 分别为混合油,第一和第二种油的粘度; x1,x2 第一和第二种油的质量浓度.
1.岩心的选取
➢ 岩心的选取是岩石物理实验的第一步，也是重要的 一步。根据分析目的不同可以选择人造岩心和天然岩心 两种。
➢ 如果实验的目的仅在于考察岩石四性间的影响关系， 并建立数学模型。这种情况不需要考虑地区情况，所建 立的是通用模型，建议优选选择人造岩心。因为人造岩 心的许多因素是已知可控，使实验研究更加容易方便， 避免了许多不确定因素的干扰。
足任何实验要求，因此，这种方法具有速度快，清洗效果好的优点
。但对于胶结程度差或结构强度小的岩心就不适用了。
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§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
d． 含气溶剂驱替清洗法
这种方法是将一定压力的溶有气体的溶剂注入岩心中，与岩心中的 油和水互相混合，当压力逐渐下降时，溶剂中的气体出混合物中分离出 来并产生膨胀把一部分溶剂和石油、水从岩心中驱替出来。向岩心中反 复注入高压含气镕剂，循环驱替就能将岩心中石油清洗干净。然后，通 过烘干的办法将岩心中的溶剂及水除掉。这种方法适用于各类胶结性好 的岩心(包括砂岩和裂缝性灰岩)，而且还能将岩心内“死孔隙”中的油清 洗出来。这种方法不适用于肢结性差的岩心。
§3.1 岩石物理实验流程及技术概述
（2）岩心洗盐
经过洗油、烘干后的岩样，地层水中盐分必将析出而影响孔隙
度和渗透率的测定。因此，对于含有高矿化度地层水的岩心在用溶
剂洗净后，尚需再用甲醇或其它能溶解盐分的溶剂补充清洗。如果 从岩心电阻率实验的角度考虑，岩心洗完油后，均需要进行洗盐处
理。因为孔隙中的盐将影响饱和进去的盐水的矿化度，从而使饱和