恒速压汞与高压压汞的特点

________________________________________ ASPE-730恒速压汞仪的设计理念及特点简介
一：Coretest 恒速压汞仪与其它技术（如高压压汞仪等）的区别
1、技术发展概要
在油田实际生产中，从储层评价到开发设计，都需要对储层的孔隙结构及其渗
流特性做深入的了解。

但是在现有的对孔隙结构的认识和基于认识之上的理论模
型，由于观测手段或研究方法的限制，都做了相当的假设性处理，这种假设增加了
预测结果的随意性。

恒速压汞是一种测试孔隙结构的新技术，在对孔隙结构复杂性
的认识方面，比以往的研究手段更进了一步，可以使人们对孔隙结构有一个更具体
的了解。

但是，这项技术由于对精密仪器制造技术有较高的要求，诞生的较晚。

二
十世纪六、七十年代，国外学者在进行压汞实验时发现了与岩心溶洞有关的压力波动
现象，萌发了恒速压汞的实验思想。

八十年代，以H.H.Yuan和P.G.Toledo为代表的
学者阐释了恒速压汞实验机理，并根据当时的技术条件进行了实验探索。

九十年代，
依赖于计算机、高精度泵和压力采集等技术的进步，美国Coretest公司Jared
Potter博士与P.G.Toledo等合作研发了能够比较理想的满足恒速压汞实验条件的仪
器ASPE-730，从此恒速压汞开始进入实际应用阶段。

我国1999年才引进了第一套恒
速压汞仪，同时这也是世界上第四台。

2、原理和方法
先来叙述恒速压汞的实验方法。

如果以非常低的恒定速度使汞进入岩石孔隙，那
么在过程中我们就可以观察到系统毛管压力的变化过程。

恒定低速使得进汞过程可以
近似为准静态过程。

在准静态过程中，界面张力与接触角保持不变；汞的前缘所经历
的每一处孔隙形状的变化，都会引起弯月面形状的改变，从而引起系统毛管压力的改变。

其过程如图2-1、2-2所示，图2-1为孔隙群落以及汞前缘突破每个孔隙结构的示意图，黑色表示岩石的骨架部分，空白表示孔隙。

图2-2为相应的压力涨落变化。

当汞的
________________________________________ 前缘进入到主喉道1时，压力逐渐上升，突破后，压力突然下降，在图2-2中显示为第一级压力降落O(1)，之后汞将逐渐将这第一个孔室填满并进入下一个次级喉道，产生次级压力降落O(2)，以下渐次将主喉道所控制的所有次级孔室填满。

直至压力上升到主喉道处的压力值，为一个完整的孔隙单元。

主喉道半径由突破点的压力确定，孔隙
的大小由进汞体积确定。

这样通过进汞压力的涨落变化曲线可以推断岩石的孔隙结
构。

从以上可以看出恒速压汞的实验思想是，在准静态进汞条件下，根据进汞端弯月
面在经过不同的微观孔隙形状时发生的自然压力涨落来确定孔隙的微观结构。

相应的在技术的实现上来说有着较高的要求：高精度的泵实现低速、恒定的进汞
速度（0.00005ml/min)；高分辨的压力感应及采集设备（可以分辨0.001psi）；高性能
计算机，每个实验需要纪录30~50万个数据点，并进行处理。

其技术特点在于能够把喉道和孔道分辨开来。

能够分别测得孔道半径分布和喉道
半径分布。

真正得到了具有力学意义的孔喉比参数。

除了能够得到常规的毛管压力曲
线外，还可以进一步分为喉道毛管压力曲线和孔道毛管压力曲线。

Riso
throat O(1)
subison
O(2)
O(3)O(2)
rison
O=Order
V1V2V3V4
V
Compartment,Vi
Connection V olume 图 2-1恒速压汞进汞路线示意图图2-2恒速压汞进汞过程中压力涨落示意图
3、获取参数
如前所述，恒速压汞获取孔隙结构的信息是通过对进汞过程的压力涨落分析得到的。

H.H.Yuan和P.G.Toledo研究了恒速压汞压力曲线上的涨落现象，根据现象所反
________________________________________ 映 出来 的 规 律提 出 了孔 隙 群落 的 概念 。

每一 个 压 力涨 落 都有 一 个压 力 突降 点 （顶 点），它是对孔隙半径发生改变（也就是喉道）的反映。

压力涨落的总体趋势是上升 的，但并非每个压力涨落的顶点都比前一个压力涨落的顶点高，如图 2-2 所示。

定义 所有单调上升的压力涨落顶点为第一级喉道，所有第一级喉道后面出现的直到压力重 新回复到该第一级喉道顶点处的压力为止，其间所有的压力涨落为次级喉道。

从第一 级喉道出现到压力重新回复到该第一级喉道顶点处的压力为止，这其间所包含的孔隙 结构为该第一级喉道所控制的孔隙群落。

根据这样的概念，恒速压汞可以获得如下孔 隙结构参数。

1）喉道半径分布
是对所有第一级喉道的统计分布结果，喉道半径根据杨氏方程计算第一级喉道对 应的压力涨落的顶点压力得到。

数量分布。

p
2） 孔道半径分布
孔道半径的计算是将一个第一级喉道所控制的孔隙群落的体积按照球体积假设得到 的。

数量分布。

3） 孔喉比分布
每一个孔隙群落的第一级喉道半径和孔隙群落的半径之比。

数量分布。

4、与其它技术手段的比较
储层的孔隙结构非常复杂，并且对渗流特性有直接的影响，一直是油层物理学的 一个重要研究内容。

研究孔隙结构常规的技术手段有常规压汞、扫描电镜、薄片分析 等，与这些手段比较，恒速压汞的测量理念更为先进，也能够获得更多的参数。

1） 恒速压汞与图形分析手段的比较
扫描电镜和薄片分析技术都是对孔隙形态的直接肉眼观察，我们可以把它们都叫 做图形分析手段。

实际上这两种手段是陷入了“眼见为实”的认识误区。

“眼见为
2⎛ cos ⎝ r =
________________________________________ 实”与欧氏几何空间一样都属于朴素的自然哲学观念。

现代科学的发展，已经打破了
朴素的自然哲学观念，“眼见”不再“为实”，测试技术的不断发展和完善才是认识
自然的最好工具。

研究孔隙结构，目的是刻画直接影响孔隙介质的渗流特性的孔隙结
构特征。

喉道、孔道以及孔喉比实际上是针对孔隙介质中流体的运动所提出来的概
念，而非某一种具体的几何形态。

通过对孔隙结构直接的肉眼观察，不难发现它具有
极其复杂的几何形态。

孔隙结构本身的复杂性就已经说明在欧氏空间分析孔隙的几何
形态不再具有任何意义，我们不可能在如此复杂的几何形态中找寻出直接影响渗流运
动的任何特征。

对孔隙特征的认识只能从对渗流运动本身的测试去把握。

2）恒速压汞与常规压汞(高压压汞)的比较
从这个意义上讲，压汞测试技术更为接近事实。

它确实从发生在孔隙空间中的渗
流运动本身对孔隙结构的响应进行了测试。

但是不可否认的是，这个测试过测试过程
本身包含了太多人工干预的因素，就使得许多与自然渗流过程联系在一起的孔隙结构
特征无法得到体现。

这无疑是常规压汞测试技术的最大不足。

具体而言，常规压汞是在一定的压力下记录进汞量，从一个静止的状态到另外一
个静止的状态。

在这两个静止状态之间，丢失了很多孔隙结构的信息，比如孔道特
征。

而没有孔道特征就无法得到孔喉比的信息。

此外，利用常规压汞方法得到的喉道分布频率反映的是某一级别喉道所控制的孔
隙体积，而恒速压汞所测是喉道的数量分布。

两者有很大的差别。

常规压汞与恒速压汞的进汞曲线（毛管压力曲线）完全一致，说明两者的反映的
物理过程完全一致，只不过一个是离散的过程，另一个是连续的。

常规压汞所获得的
孔隙结构信息完全由分析进汞曲线获得，而恒速压汞不仅仅能得到一条进汞曲线，更
重要的，它从进汞过程的压力涨落可以获得喉道的数量分布。

常规压汞与恒速压汞获得的喉道分布之间的差别还是很大的。

差别产生的原因就
在于，常规压汞只能测得某一级别喉道所控制的孔隙体积，所以只有用体积分布来近
似数量分布，而恒速压汞测得的是直接的数量分布。

________________________________________ 那么二者相比，恒速压汞的喉道数量分布是不是对真实孔隙结构的更为准确的反
映呢？为此，我们进行了如下的论证。

……这个结果充分说明，喉道的数量分布比体
积分布更好的表征了储层的渗流特性。

常规压汞无法得到喉道的数量分布，只能用体积分布去近似数量分布，这对于以
原生粒间孔为主的孔隙结构来说可能误差不大，但是对于后期成岩作用比较强、次生
孔隙发育的孔隙结构来说就会有比较大的误差。

贾敏效应发生的程度与喉道半径发生
改变的频度有关，还和喉道半径发生改变的大小有关。

而喉道半径发生改变的频度在
恒速压汞的测试中，就是喉道半径的数量分布，喉道半径发生改变的大小量度就是孔
喉比。

总之，图形分析的手段用于孔隙结构的分析，原理上不够科学。

常规压汞则显出另外的不足，那就是对孔隙结构的信息反映的不够完整、准确。

5、恒速压汞仪ASPE-730测样时间
从上述原理不难理解恒速压汞仪测样时间比常规压汞法所需时间长。

一般3－4
天。

取决于岩石本身孔隙结构的状况。

二：Coretest高压压汞仪MIS-620系统与其它高压仪的区别
1、MIS-620可测量的岩心尺寸为：直径1.5英寸，长度2.0英寸，而其它压汞仪只能
3
测量1cm的方块。

众所周知，所测的岩心尺寸越大，越能真实地反映岩石地结构状况。

2、MIS-620带有用户化的针对岩心分析领域开发的报告软件包，可以计算和输出毛
细管压力曲线和其它关系曲线，而其它系统则不具备该分析软件。

3、系统操作安全干净。

系统设计采用了渗溢和蒸汽防护装置，因此极大地减少了操
作人员接触汞的机会。

对人人关心环保的当今世界，该设计尽量适应了环境保护和人性化设计理念。

4、Coretest MIS-620系统是专门针对石油天然气工业开发的岩心压汞分析系统。

而目
前其它产品则是主要针对化工/或者说是针对研究不同流体毛细管压力开发的系
统。