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 =