2010-10 第二章(3)岩石渗透性

流体的渗流速度过高
六、油藏岩石渗透率的评价
储层渗透率评价 级 1 2 3 4 5 别
-3 2 K× 10 μ m -3 2
储 层 评 价 渗透性极好 渗透性好 渗透性一般 渗透性差 渗透性极差
>1000 1000～ 100 100～ 10 10～ 1 ＜1
七、非均质储层渗透率的计算 非均质储层渗透率的计算
2、成岩作用对渗透率的影响 成岩作用对渗透率的影响
压实作用
◆压实作用
胶结作用
− a k ( P − P0 )
溶蚀作用
K = K 0e
实验初始压力值,Pa ,Pa； P0—— 实验初始压力值,Pa； 实验压力值,Pa ,Pa； P—— 实验压力值,Pa； 实验初始岩石渗透率,μm K0—— 实验初始岩石渗透率,μm2； 实验压力P时的岩石渗透率,μm K—— 实验压力P时的岩石渗透率,μm2； 渗透率变化系数。 αk—— 渗透率变化系数。
纵向非均质储层 横向非均质储层
1.纵向非均质储层 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
流体作平面线性渗流,求 层,流体作平面线性渗流 求 流体作平面线性渗流 地层平均渗透率。 地层平均渗透率。
由模型知： 由模型知：
h=h1+h2+h3 地层总厚为各层厚之和： 地层总厚为各层厚之和： 地层流体总量为各层流量之和： 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K 各层渗透率分别为 1,K2,K3； ； 地层驱动压差为P 地层驱动压差为 1-P2； 地层宽度为b 地层宽度为 ； 地层长度为L 地层长度为 ；
五、渗透率的影响因素
1、沉积作用对渗透率的影响 沉积作用对渗透率的影响
(1)岩石结构和构造特征对渗透率的影响 岩石结构和构造特征对渗透率的影响 岩石结构和构造特征 岩石结构 岩石渗透率与平均 颗粒直径的平方成 常系数,具体数值与岩石粒度有关； 正比， C—— 常系数,具体数值与岩石粒度有关； 正比，与颗粒的分 选性成反比。 选性成反比。 岩石平均颗粒直径,μm ,μm； d—— 岩石平均颗粒直径,μm；
Klinkenberg渗透率： 渗透率： 渗透率
K∞ =
式中
K∞ —
Kg 1+ b / P
Klinbenberg渗透率,μm Klinbenberg渗透率,μm2； 渗透率
在平均压力和流量下测得的气体渗透率,μm Kg — 在平均压力和流量下测得的气体渗透率,μm2； 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 与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数, Klinkenberg系数 系数。 Klinkenberg系数。
若各层流体性质相同,由达西公式： 若各层流体性质相同,由达西公式：
Kbh( P1 − P2 ) K1bh1 ( P1 − P2 ) K 2 bh2 (P1 − P2 ) K 3bh3 ( P1 − P2 ) = + + µL µL µL µL
得：
K1h1 + K 2 h2 + K 3 h3 K= = h
气测渗透率的计算公式： 气测渗透率的计算公式：
2Q0 P0 µL Kg = 2 2 A P1 − P2
(
)
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。 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 (1)不同平均压力下测得 的气体渗透率不同； 的气体渗透率不同； (2)不同气体测得的渗透 (2)不同气体测得的渗透 率不同； 率不同； (3)不同气体测得渗透率 (3)不同气体测得渗透率 和平均压力呈直线关系， 和平均压力呈直线关系， 当平均压力趋于无穷大 一点。 交纵坐标于一点 时，交纵坐标于一点。 Klinkenbeger实验结果 实验结果 等价液体渗透率 或 Klinkenberg渗透率 Klinkenberg渗透率
K = Cd e
2 −1.35 a
岩石颗粒的标准偏差； a—— 岩石颗粒的标准偏差； K——岩石渗透率 × 10-3µm2。 岩石渗透率, 岩石渗透率
砂岩的粒度分布范围越广,颗粒分选性越差 砂岩的粒度分布范围越广 颗粒分选性越差, 颗粒分选性越差 胶结物质含量越多,其渗透率就越低 其渗透率就越低。 胶结物质含量越多 其渗透率就越低。
●沉积旋回、韵律特征导致岩石渗透率在纵向上的差异。 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， 一般正韵律沉积的砂岩其渗透率明显上低下高， 正韵律沉积的砂岩其渗透率明显上低下高 反韵律沉积刚好与之相反。 刚好与之相反 而反韵律沉积刚好与之相反。
构造特征
构造特征
层理和纹理的发育程度,沉积旋回、韵律等。 层理和纹理的发育程度 沉积旋回、韵律等。 沉积旋回
●层理的方向性、递变性等构造 导致砂岩渗透率的方向性。 层理的方向性、递变性等构造,导致砂岩渗透率的方向性 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 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。 直方向上的差异。
c—
比例系数； 比例系数；
4cλ P b= r
气体分子平均自由程； λ— 气体分子平均自由程； 岩石孔隙半径； r— 岩石孔隙半径；
P
— 平均气体压力。 平均气体压力。
液 在孔道中心的液体分子比靠近孔道 壁表面的分子流速要高；而且, 体 壁表面的分子流速要高；而且,越 靠近孔道壁表面,分子流速越低； 靠近孔道壁表面,分子流速越低；
渗透率随上覆压力增加而降低
◆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
◆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
3、构造(地应力)作用对渗透率的影响 构造(地应力)作用对渗透率的影响
影响巨大
低渗,特低渗储层 低渗 特低渗储层
流体—岩石系统的相互作用 岩石系统的相互作用对渗透率的影响 4、流体 岩石系统的相互作用对渗透率的影响
淡水或低矿化度水 流体中的悬浮物 原油中的胶质、沥青 原油中的胶质、 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
第三节 油藏岩石的渗透性
岩石的渗透性： 在一定的压差作用下， 岩石的渗透性： 在一定的压差作用下，储层岩石让流体 渗透性
在其中流动的性质。 在其中流动的性质。 其大小用渗透率表示。 其大小用渗透率表示。 渗透率表示
一、达西定律
1856年 法国人、享利 达西 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 = Kφ A L
达西实验装置
通用达西公式
kA ∆ p Q = µ L
渗透率
QµL K= A( P1 − P2 )
渗透率单位的物理意义为： 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 的流体,在 的压差下,通过 粘度为 的流体 的压差下 截面积为1cm2,长为 长为1cm的岩石 当流量为 的岩石,当流量为 截面积为 长为 的岩石 该岩石的渗透率为1µm2。 1cm3/s时,该岩石的渗透率为 时 该岩石的渗透率为 1µm2＝1达西＝1000毫达西 达西＝ 达西 毫达西
达西实验的条件： 达西实验的条件：
★岩石孔隙100%为某种流体饱和； 岩石孔隙100%为某种流体饱和； 100%为某种流体饱和 ★流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流； 流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流； ★流体与岩石不发生反应。 流体与岩石不发生反应。
K是仅与岩石自身性质有关的参数, 是仅与岩石自身性质有关的参数, 它只决定于岩石的孔隙结构。 它只决定于岩石的孔隙结构。
储层岩石在地下应力场的作用下,会形成断裂和微裂缝 储层岩石在地下应力场的作用下 会形成断裂和微裂缝。 会形成断裂和微裂缝。
K f = 0.085b φ r
2
裂缝渗透率,μm Kf—— 裂缝渗透率,μm2； 裂缝宽度,μm ,μm； b—— 裂缝宽度,μm； φr—— 裂缝孔隙度 小数。 裂缝孔隙度,小数 小数。
分离变量并积分得： 分离变量并积分得：
2πKh(Pe − Pw ) Q= µ ln(re rw )
二、气测渗透率
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 的每一断面的压力不同，气体体积流量在岩石 压力不同 变化的 是沿着压力下降的方向不断膨胀。 内各点上是变化 内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不断膨胀。
∑K h
i =1 n i
n
i
∑h
i =1
i
纵向非均质储层平面线性渗流 纵向非均质储层平面线性渗流 平均渗透率计算公式
（2）平面径向渗流 地层厚度、流体流量、 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 驱动压差为P 相同 驱动压差为 e-Pw, Re、 Rw分别为供给边缘半径和 井筒半径。 井筒半径。
气
体 靠近孔壁表面的气体分子与孔道中 心的分子流速
气体
a-孔道中的液体流 ； 孔道中的液体流 b孔道中气体流
气体
液体
的
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 渗透率,10 K——渗透率,10-3μm2； 渗透率 为该仪器上读数； C——称“C值”,为该仪器上读数； 称 Q h 2000 µ Pa Q = or w
C= P12 − P22
0
★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
200
岩样长度,cm L——岩样长度,cm； 岩样长度,cm； 岩样截面积,cm A——岩样截面积,cm2 岩样截面积 大气压力,10 MPa； Pa——大气压力,10-1MPa； 大气压力 进口压力, P1——进口压力, 10-1MPa ； 进口压力 出口压力, P2——出口压力, 10-1MPa ； 出口压力 流量孔板的流量值,cm /s； Qor——流量孔板的流量值,cm3/s； 流量孔板的流量值 流量孔板前水柱高度,mm hw——流量孔板前水柱高度,mm； 流量孔板前水柱高度,mm； 气体的粘度,mPa μ——气体的粘度,mPa s。 气体的粘度,mPa·s
层理和纹理的发育程度,沉积旋回、韵律等。 层理和纹理的发育程度 沉积旋回、韵律等。 沉积旋回
正韵律油层： 正韵律油层：上部剩余油富集 反韵律油层：水洗均匀， 反韵律油层：水洗均匀，剩余油少
图6-11
来自百度文库上部富集剩余油模式
(2)岩石孔隙结构对渗透率的影响 岩石孔隙结构对渗透率的影响 岩石孔隙结构
主要作用
Q=−
玻义尔—马略特定律 玻义尔 马略特定律
K g A dP
µ dL
QP = Q0 P0 = Q1 P1 = Q2 P2 = 常数
则：
Q 0 P0 Q = P
Q0 P0 µ dL Kg = − A PdP
分离变量并积分，则： 分离变量并积分，
∫
P2
P1
K g PdP = − ∫
L
0
Q0 P0 µ dL A
K为岩石的绝对渗透率 为岩石的绝对渗透率
与所通过的流 体性质无关
（1）水平线性稳定渗流的达西公式： ）水平线性稳定渗流的达西公式：
kA dp Q=− µ dL
分离变量并积分得： 分离变量并积分得：
A(P − P2 ) QµL 1 Q=K 或 K= µL A(P − P2 ) 1
（2）垂直线性稳定渗流的达西公式： ）垂直线性稳定渗流的达西公式：
关键： 关键：确定 p1-p2
（3）平面径向渗流的达西公式： ）平面径向渗流的达西公式：
在距井轴半径为r，宽度为 ， 在距井轴半径为 ，宽度为dr，厚 度为h的微元上 由定义得： 的微元上， 度为 的微元上，由定义得：
kA dP k ⋅ 2πrh dp Q= = ⋅ dr µ dr µ
边界条件
p r = r = pw w p r = re = pe
岩石的孔隙可分成孔隙和喉道两部分。 岩石的孔隙可分成孔隙和喉道两部分。 喉道两部分 Carman-Kozeny公式 公式
φr K= 2 8τ
2
意义： 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。 远远大于孔隙度的影响。
岩石孔隙内表面的粗糙度： 岩石孔隙内表面的粗糙度： 包含在Carman-Kozeny公式中的 系数中 公式中的τ系数 包含在 公式中的 系数中