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。
体粘度成反比。即：
Q K Ap 10 L
式中: K－比例系数，达西（D）;
Q －通过岩心的液体流量，cm3/s； 系数AK－只岩与心多截孔面介积质，结cm构2；有关，而与流体性质无关， 称其为多L孔－介岩质心的长渗度透，率cm。；
△P－ 加在岩石两端的压差，MPa； －流体粘度，mPa·s （1cP＝1 mPa·s）。
式中, E为形状系数，取决
于滤网分测配定气体关的键弓：形角和岩
样直径；例如：滤网面积＝1/4
岩让样流侧体面沿时，岩E心＝层1。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
第1章3节
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：
① 岩石孔隙空间100%被某一种流体所饱和： ——在岩心各断面处有稳定的体积流量
② 流体性质稳定： ——不与岩石表面发生物理、物理化学反应
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。
第据：
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
Ka
K∞
K = K∞
岩石K法定计量单位：D（达西） 矿场常用md（毫达西），1D＝1000md
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）：
K QL
Ap
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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
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第1章3节
渗透率 ＞2000 500-2000 100-500 10-100
＜10 ＜1
储层评价 特高孔特高渗储层
高孔高渗储层 中孔中渗储层 低孔低渗储层 特低孔特低渗储层
常规储层K，1~100md（油），0.1~10md（气）
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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：
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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。
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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
气测
Ka
2Q0 p0L
A p12 p22
液测
KL
QL Ap
K～p关系
K
1 p12 p22
K 1
p
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4. 气测岩石渗透率的结果分析
第1章3节
p p1 p2 2
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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
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本节内容
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
第1章3节
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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
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。
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本节内容
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
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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 QL 1
Ap 10
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 →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
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第1章3节
岩石绝对渗透率K的单位
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）
第1章3节
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。
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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＞岩对石K同；一岩石有：
吸附作用→管壁处液体分子形成液膜不流动
气→测减岩小了石孔K道a流＞动岩空石间 绝对K＞液测岩石KL
→液测KL＜岩石K；
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。
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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
第1章3节
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Q K A dp
dL
（混合单位制）
→ K Q / dp
A dL
………<1>
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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）：
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：
第1章3节
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分离变量:
第1章3节
积分得气测岩石K公式：
Ka
2Q0 p0L
A( p12 p22 )
（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，at p0—大气压力，at； Q0—p0压力下气体的体积流量，cm3/s。
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3. 气测渗透率的计算公式
——流量不稳定校正
第1章3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
储层岩石的渗透性
（1）气测K公式推导
第1章3节
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：
（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。
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。
第1章3节
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线性渗流的流速限制
流体的渗流速度＜临界流速
第1章3节
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）
结论：
Ka随测定条件变化
Ka与K间还存在偏差？
第1章3节
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5. 气体滑动现象
第1章3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。
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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。
（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