________________________________________ 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。
1、微观孔隙结构特征对比 利用恒速压汞仪，分别测试了东16扶油层的一块岩样和树322区块的一块岩样。 （1）恒速压汞试验原理 恒速压汞的实验原理简述如下：恒速压汞以非常低的速度进汞，其进汞速度为0.000001mL/s，如此低的进汞速度保证了准静态进汞过程的发生。在此过程中，界面力与接触角保持不变；进汞前缘所经历的每一个孔隙形状的变化，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。其过程如下图所示，左图为孔隙群落以及汞前缘突破每个结构的示意图，右图为相应的压力变化。当进汞前缘进入到主孔喉1时，压力逐渐上升，突破后，压力突然下降，如右图第一个压力降落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孔喉，产生第二个次级压力降落O(2)，以下渐次将主孔喉所控制的所有次级孔室填满。直至压力上升到主孔喉处的压力值，为一个完整的孔隙单元。主孔喉半径由突破点的压力确定，孔隙的大小由进汞体积确定。这样孔喉的大小以及数量在进汞压力曲线上得到明确的反映。
图1-4 恒速压汞测试原理图 实验采用美国Coretest 公司制造的ASPE730恒速压汞仪。进汞压力0-1000psi （约7MPa ）。进汞速度0.000001ml/s 。接触角140o，界面力485达因/厘米。样品外观体积约1.5cm 3。 （2）恒速压汞测试与分析 表1-3、图1-5～图1-12给出了榆树林两个特低渗透岩样的数据测试结果。 0510******** 350 100 200 300 400500 孔道半径（um） 分布频率（%） 树322升371 图1-5 样品孔道半径分布情况图
浅谈恒速压汞法与常规压汞法优缺点 作者：王新江于少君 【摘要】油藏勘探开发过程中，储集层岩石的孔隙结构是非常复杂的，岩石的孔隙结构特征对储层的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。目前对孔隙结构认识的资料都是建立在理论模型上的，岩石孔隙结构参数的测定方法主要是常规压汞法、半渗透隔板法、扫描电镜、铸体薄片分析等，都受到检测方法和技术手段的局限性限制，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，很难精确地描述储层岩石真实的孔隙结构特征。恒速压汞法是一种测试储层岩石孔隙结构的新技术，对孔隙结构复杂性的认识方面，比以往的研究方法和手段更先进一步，对储层岩石的孔隙结构特征有了更精细的描述和刻画。本文以美国ASPE-730压汞仪为例，浅谈该检测技术的优缺点。 【关键词】常规压汞法；恒速压汞法；孔隙结构；孔喉比 汞对绝大多数造岩矿物来说都是非润湿的。如果对汞施加压力，当注入汞的压力达到孔隙喉道的毛管压力时，汞就会克服毛管阻力进入孔隙内，根据不断注入汞的孔隙体积百分数和对应压力，便能绘制出压汞毛管压力曲线。由于汞的表面张力和润湿接触角比较恒定，常用注入型的压汞法（恒压法和恒速法）毛管压力曲线换算孔隙大小及分布。 式中：PC—毛管压力，单位为（MPa）；σ—表面张力，单位为（N/m），取σ= 0.48 N/m；θ—润湿接触角，单位为（°），取θ=140°； rc—毛管半径，单位为（?m）。 1.常规压汞法 常规压汞法是在一定的压力下记录进汞量测定岩石的孔隙结构的方法，进汞过程可以看成是从一个静止的状态到另外一个静止的状态过程，在两个压力差的作用下，就会有一定量体积汞被注入进被检测的岩石孔隙中，根据压力的涨落变化和相对应进入岩石汞体积的涨落变化情况，就可以测得岩石的孔隙大小和分布曲线，绘制出岩石的进入-退出毛管压力曲线，经过进一步计算就可以得出该样品的其它孔隙结构特征参数。 1.1优点： 该方法测试样品速度快、准确，仪器设备测试原理相对简单、操作比较容易，是大多数油田测试储集岩孔隙结构最普遍、采用最多的方法，也是油田开发初期的勘探开发、储量计算、开发方案的设计等最重要的基础资料。 1.2缺点： 1）常规压汞法的测试过程是发生在两个静止状态之间，这就丢失了很多孔隙结构的信息，比如无法得到孔喉比的信息。 2）虽然常规压汞法测试技术接近事实，确实对发生在孔隙空间中的渗流运动进行了测试。但是测试过程本身包含了太多人工干预的因素，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更具体的体现。
2.2 孔隙结构特征参数的定义 为了对不同类型的岩心的孔隙结构进行定量分析，根据恒速压汞实验结果，结合国内外近十年来恒速压汞的应用成果，我们对相关孔隙结构特征参数的定义如下。 2.2.1平均喉道(throat)半径: 设喉道半径为r i的每一喉道的分布频率为f i,则每一喉道半径归一化的分布频率密度αi， (2-1) 平均喉道半径为： (2-2) 2.2.2平均孔隙(pore)半径 定义为孔隙半径加权平均值。设孔隙半径为r i的每一孔隙的分布频率为f i,则每一孔隙半径归一化的分布频率密度βi， (2-3) 平均孔隙半径为： (2-4) 2.2.3孔喉半径比平均值 定义为孔隙/喉道半径比的加权平均值。设孔隙/喉道半径比为ηi的分布频率为f i,则每一孔隙/喉道半径比的归一化分布频率密度γi， (2-5) 平均孔隙/喉道半径比为： (2-6)
2.2.4平均毛管(tube)半径 建立在毛管束模型基础之上。任一毛管孔道r i的体积V i与所有毛管孔道体积和V p的比值相当于该毛管孔道在总毛管系统中的饱和度。 (2-7) (2-8) 2.2.5 喉道半径方均根值： (2-9) 2.2.6 单个喉道对渗透率的贡献率 在泊谡叶公式的基础上，推导出单根喉道对整个岩心的贡献率公式： (2-10) 式中Si的定义见（2-7）。比较（2-9）得： (2-11) 2.2.7主流喉道半径 采用喉道对渗透率累积贡献率达80%以前喉道半径的加权平均值，因为对于低渗透油藏，有效渗流能力随驱替动力增加而增加，只有当驱替动力达到一定值时，有效渗流能力趋于稳定。其转折点处的压力梯度很大，油藏开发时不可能达到如此大的压力梯度。因此取渗透率贡献率达到80%时喉道的加权平均值。 主流喉道半径R M定义如下： (2-12)
北京大学学报(自然科学版), 第48卷, 第5期, 2012年9月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 48, No. 5 (Sept. 2012) 人造岩芯孔喉结构的恒速压汞法评价柴智1师永民1,?徐常胜2张玉广3李宏2吴文娟1徐洪波3王磊1 1.北京大学地球与空间科学学院, 北京大学石油与天然气研究中心, 北京 100871; 2.中国石油天然气股份有限公司 新疆油田分公司采油一厂, 克拉玛依 834000; 3.大庆油田有限责任公司采油工程研究院, 大庆 163458; ?通信作者, E-mail: sym@https://www.doczj.com/doc/e416234151.html, 摘要利用恒速压汞实验, 对3种不同工艺制作的人造岩芯孔喉特征进行研究, 并与天然岩芯实验结果进行对比。3种方法制作的人造岩芯孔隙尺度分布均十分接近, 且与天然岩芯数据吻合良好。人造岩芯喉道尺度分布集中, 相比之下天然岩芯喉道尺度分布范围较宽, 在极小的区间内也有可渗流喉道分布, 同时平均喉道半径大于人造岩芯。天然岩芯可能呈现出大孔细喉的配置关系, 存在更大的孔喉比, 因而驱油效率更低, 剩余油饱和度较人造岩芯更大。 关键词人造岩芯; 恒速压汞; 孔喉结构; 驱油效率 中图分类号TD315 Pore-Throat Structure Evaluation of Artificial Cores with Rate-Controlled Porosimetry CHAI Zhi1, SHI Yongmin1,?, XU Changsheng2, ZHANG Yuguang3, LI Hong2, WU Wenjuan1, XU Hongbo3, WANG Lei1 1. School of Earth and Space Science, Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871; 2. No.1 Oil Production Plant, Xinjiang Oilifeld Company, PetroChina, Karamay 834000; 3. Institute of Oil Production Engineering, Daqing Oilfield Company, Daqing 163458; ? Corresponding author, E-mail: sym@https://www.doczj.com/doc/e416234151.html, Abstract The pore-throat structure properties of artificial cores made with three different methods are compared with the approach of rate-controlled porosimetry. The feasibility of the artificial cores to replace real cores in micro-structure experiments of reservoirs is evaluated. Pore size distribution of the artificial cores exhibits similar trait as the real core sample, while the throat size is slightly smaller, and the range is narrower compared to the real core. Meanwhile, larger pore-throat ratio may exist in real cores rather than in artificial cores, therefore the displ- acement efficiency of artificial cores is slightly higher and the residual oil saturation is lower than that of real cores. Key words artificial core; rate-controlled porosimetry; pore and throat structure; displacement efficiency 由于取芯难度和费用方面的限制, 油田区块内取芯井所占比例少, 所钻取的岩芯大部分用于油藏描述以及储层岩性、物理性质、含油性等参数的测定, 能够用于采油工程实验的岩芯较少。为了弥补天然岩芯对后期实验的供应不足, 本文对人造岩芯替代天然岩芯的可行性进行评价。对3种不同工艺下制作的人造岩芯进行恒速压汞实验, 比较不同工艺对岩芯孔喉结构的影响, 并将实验结果与天然岩芯进行对比, 优选人造岩芯制作工艺。 1 恒速压汞原理 恒速压汞是由Yuan等[1]提出并发展应用的一种储层微观孔喉特征的研究方法, 即在极低并且恒定的压汞速率下, 使用高敏感度压力测量仪器记录 国家重点基础研究发展计划(2009CB219300)资助 收稿日期: 2011-12-23; 修回日期: 2012-04-06; 网络出版日期: 2012-07-12网络出版地址: https://www.doczj.com/doc/e416234151.html,/kcms/detail/11.2442.N.20120712.1621.001.html 770
收稿日期:2002 08 30 基金项目:国家重点基础研究专项资助项目(G1999022510) 作者简介:王金勋(1965-),男(汉族),山东莒县人,博士,目前在石油大学博士后流动站从事油藏工程方面的研究工作。 文章编号:1000 5870(2003)04 0066 04 应用恒速压汞实验数据计算相对渗透率曲线 王金勋1,杨普华2,刘庆杰2,郭和坤3 (1.石油大学石油天然气工程学院,北京102249; 2.石油勘探开发研究院,北京100083; 3.中国科学研究院渗流所,河北廊坊065007) 摘要:截取一段实际储层岩样,利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布,并拟合成连续分布函数,该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数,利用孔隙网络模型计算了油、水相对渗透率。计算结果与利用JBN 法处理的实测结果对比表明,恒速压汞实验是确定岩石微观孔喉分布的一种非常有效的实验手段,可直接为孔隙网络模型提供主要的输入参数,能够得到反映微观孔隙结构特征的较合理的相对渗透率曲线,这对于用JBN 法不满足或者处理结果不理想的实验具有重要的意义。 关键词:恒速压汞;喉道数分布;孔隙网络模型;相对渗透率曲线;实验数据中图分类号:T E 311 文献标识码:A 引 言 储层岩石微观结构决定其宏观储渗性质,由微观孔隙结构参数计算岩石的宏观性质一直是石油工业中一个重要的研究领域。Purcell [1]首次将压汞技术应用于石油工业,推出了计算绝对渗透率和相对渗透率的公式,但依据的只是简单的平行毛管束模型。Fatt [2] 用二维网络系统研究了多孔介质的动、静态性质,为网络模型的真正应用做了基础性的工作。目前,压汞实验仍是获取微观孔隙结构定量资料的最重要的途径。常规压汞实验采用的是恒压法,只能得出孔隙大小的体积分布,而网络模型的建立一般需要的是孔喉频数的分布。恒速压汞技术就解决了这一问题,可直接获取喉道和孔隙的数目分布,也克服了恒压法对应同一毛管压力曲线会有不同孔隙结构的缺陷。笔者利用恒速压汞实验技术测定实际储层岩样的孔喉频数分布,并将其拟合成特定的连续分布函数用于计算相对渗透率。将计算结果与实测结果进行对比,以判定恒速压汞实验方法的可行性。 1 恒速压汞实验 J.I.Gates 早在1959年就在室内用水银孔隙 仪测定溶洞性碳酸盐岩样时观察到了压力波动。1966年,Craw ford 和H oover [3]在人造多孔介质的注水过程中记录下压力波动。1970年,Morrow [4]对非湿相以极低的速度驱替湿相的情况进行了详细讨论,并且引入了一些术语来描述压力波动特征。1971年,Gaulier [5]也发表了类似实验技术的文章,但他的测试精度较低。真正实际应用的恒速压汞实验是Yuan 和Sw anson [6] 在孔隙测定仪APEX(Ap paratus for Pore Exam ination)上首先开展的。其关键设备是与高分辨率压力测量相结合的自动数据采集系统。 该实验是以极微小的速度向多孔介质注入水银,假定注入过程中接触角和界面张力保持不变,通过监测注入过程中水银的压力波动,提供孔隙空间结构的详细信息。对于相同大小的喉道半径所呈现的不同孔隙类型,将会有不同的压力反应。笔者使用Coretest Systems 公司生产的ASPE 730恒速压汞实验装置,测定了苏丹和冀东油田的砂岩储层岩样(N101和L307)的孔喉分布。表1是实验基本参数,图1,2是实验过程中记录的局部压力曲线,由此可得到喉道频数分布。计算中,水银的界面张力为485mN/m,接触角为140 。实测喉道数频率分布直方图见图3,4。 2003年 第27卷 石油大学学报(自然科学版) Vol.27 No.4 第4期 Journal of the U niversity of Petroleum,China Aug.2003
石油地质与工程 2011年3月PETROLEUM GEOLOGY AND ENGINEERING第25卷第2期文章编号:1673-8217(2011)02-0019-04 沙埝油田沙7断块阜三段低渗储层孔隙结构研究 张奉1,孙卫1,韩宗元2 (1.大陆动力学国家重点实验室/地质学系西北大学,陕西西安710069;2.中国石化胜利油田分公司石油开发中心) 摘要:在铸体薄片、扫描电镜研究的基础上,采用高压压汞和恒速压汞方法对沙7断块E1f3储层的孔隙结构进行了研究。研究区储层的孔隙类型主要为粒间孔、长石溶孔和岩屑溶孔,喉道类型以点状喉道为主,次为片状、弯片状喉道。高压压汞研究发现,研究区储层的孔隙结构非均质性较强,不同部位岩心的孔隙结构特征差异较大:由于胶结作用而使孔隙连通性变差的岩心其储集和渗流性能较差,而溶蚀作用较为发育的岩心,其孔隙极为发育且连通性好,因此其储集和渗流性能较好。恒速压汞实验表明,研究区储层岩石孔隙半径分布范围为100~200m;不同孔渗的样品之间孔隙分布特征相差不大,但其喉道分布特征却迥然不同。喉道对渗透率起主要控制作用,砂岩储层的微观非均质性主要由喉道的非均质性引起。 关键词:孔隙结构;低渗储层;阜三段;沙7断块 中图分类号:TE112.23文献标识码:A 储集层岩石的孔隙结构特征是影响储层流体(油、气、水)的储集能力和开采油、气资源的主要因素,尤其对于低渗透储层而言,明确岩石的孔隙结构特征是发挥油气层的产能和提高油气采收率的关键[1-3]。 沙埝油田位于江苏省高邮市境内,区域构造位置处于高邮凹陷北斜坡带中部宽缓的破碎断鼻构造带上,是由多个分散的含油断块组成的复杂断块群油藏,具有含油断块多,含油层系多,各含油断块面积小且破碎,储层非均质性严重等诸多的复杂地质情况[4-6]。沙7断块位于沙埝油田中部,是江苏油田典型的低渗透窄条状油藏,其含油层系为古近系阜宁组阜三段。近年来随着中低渗透储量投入的逐年增加,低渗透窄条状油藏的开发现状成为影响江苏油田标定采收率的关键,因此,沙7断块提高采收率的研究具有重要的战略意义。在储层孔隙结构镜下分析研究的基础上,采用常规高压压汞和恒速压汞实验方法,对沙7断块E1f3储层的孔隙结构进行了研究。 1储层微观孔隙结构镜下特征 据岩心分析资料统计显示,沙7断块E1f3储层孔隙度为6%~%,平均%,渗透率为~33,平均63,属中孔、低渗储层[]。储层主要岩石类型为岩屑长石砂岩及长石砂岩,碎屑颗粒分选程度好,粒级分布为细砂及极细砂,磨圆程度以次棱状为主,胶结类型主要为孔隙式胶结。 通过铸体薄片和扫描电镜分析,沙7断块E1f3储层岩石平均面孔率为15.1%,孔隙类型主要以粒间孔为主,占孔隙总含量的75.8%左右,长石溶孔、岩屑溶孔次之,分别占总孔隙含量的15.5%和6. 7%,此外还可见少量晶间孔和微裂缝。图象孔隙显示,平均孔隙直径10.04~79.32m,平均46.88 m;均质系数为0.34~0.52,平均0.42。粒间孔:包括原生粒间孔和粒间溶孔。原生粒间孔呈边缘较平直的三角形状、多边形状、片状或不规则状;粒间溶孔形态多样,有港湾状溶蚀、长条状溶蚀、特大溶蚀和蜂窝状溶蚀。长石溶孔:长石颗粒部分或全部受溶形成的溶蚀孔隙,溶孔具长石颗粒的短柱状晶体轮廓,其中既有颗粒内部呈孤立状的粒内溶孔,又有沿颗粒边缘或解理缝溶蚀的溶孔。岩屑溶孔:由岩屑颗粒部分溶蚀或全部溶蚀而成,当颗粒完全被溶时,多有残余物质显示出颗粒轮廓,与周围粒间孔一起构成明显超过邻近颗粒尺寸的大孔。 收稿日期:2010-10-25;改回日期:2010-11-30 作者简介:张奉,1985年生,2008年毕业于西北大学地质学系地质学专业,现为该校矿产普查与勘探专业在读硕士研究生,研究方向为油气储层评价。 基金项目国家科技支撑计划低渗超低渗油田高效增产改造和提高采收率技术与产业化示范(B B B)资助。 .228.220.19 0.122.010-m242.210-m2 7:- 2007A1700
· 64 ·2019年 1 月 天 然 气 工 业 煤的多尺度孔隙结构特征及其对渗透率的影响 潘结南1,2 张召召1,2 李猛1,2 毋亚文1,2 王凯1,2 1. 河南理工大学资源环境学院 2. 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心 摘 要 煤中孔隙大小分布不均且分布范围较广，因而利用单一的方法难以对煤的多尺度孔隙结构进行有效地表征。为此，综合运用扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞、恒速压汞等实验方法，对煤的多尺度孔隙结构特征进行综合分析，并揭示变质作用对煤孔体积、孔比表面积的影响，以及煤岩渗透率与孔隙结构特征参数的关系。研究结果表明：①随煤变质程度增强，煤中纳米孔体积及孔比表面积均呈现先减小后增大的趋势，并且在R o,max为1.8%左右时达到最小值；②煤样孔隙半径、喉道半径整体均呈现正态分布，并且随着煤变质程度的增加，最大分布频率对应的孔隙半径增大；③低煤阶烟煤煤样的喉道半径分布范围最宽，最大连通喉道半径及喉道半径平均值均最大；④无烟煤煤样的喉道半径分布范围最窄且最大连通喉道半径最小；⑤低、中煤阶烟煤煤样的孔喉比分布存在着单一主峰，并且主峰对应孔喉比相对较小；⑥煤岩渗透率与孔隙度、喉道半径平均值表现出了较好的正相关关系，其与孔喉比平均值呈负相关关系，而与孔隙半径平均值的关系则不明显。 关键词 煤 多尺度孔隙结构 扫描电镜 液氮—压汞联合实验 恒速压汞 渗透率 变质程度 DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2019.01.007 Characteristics of multi-scale pore structure of coal and its influence on permeability Pan Jienan1,2, Zhang Zhaozhao1,2, Li Meng1,2, Wu Yawen1,2 & Wang Kai1,2 (1. Institute of Resources & Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2. Henan Col-laborative Innovation Center of Coalbed Methane and Shale Gas for Central Plains Economic Region, Jiaozuo, Henan 454000, China) NATUR. GAS IND. VOLUME 39, ISSUE 1, pp.64-73, 1/25/2019. (ISSN 1000-0976; In Chinese) Abstract: Due to the uneven distribution of pore size in coal and its wide distribution range, it is difficult to effectively characterize the multi-scale pore structure of coal by a single method. In this paper, the multi-scale pore structure characteristics of coal were analyzed comprehensively by using scanning electron microscope, low-temperature liquid nitrogen adsorption, high-pressure mercury intrusion and constant-rate mercury intrusion. In addition, the effects of metamorphism on the volume and specific surface area of pores in coal were revealed, and the relationships between coal rock permeability and pore structure characteristic parameters were described. And the fol-lowing research results were obtained. First, with the increase of coal metamorphism, the volume and specific surface area of nanopores in coal decrease first and then increase, and they reach the minimum value when Ro,max is about 1.8%. Second, the pore and throat radii of coal samples are overall in the form of normal distribution. And with the increase of coal metamorphism, the pore radius correspond-ing to the maximum distribution frequency increases. Third, the samples of low-rank bituminous coal are the highest in throat radius distribution range, connected throat radius and average throat radius. Fourth, the samples of anthracite coal are the lowest in throat radius distribution range and connected throat radius. Fifth, there is a single main peak in the distribution of pore throat ratios of low- and me-dium-rank bituminous coal samples, and the pore throat ratios corresponding to the main peak is relatively low. Sixth, the permeability of coal is in a positive correlation with porosity and an average throat radius, and in a negative correlation with an average pore throat ratio, but in no obvious correlation with an average pore radius. Keywords:Coal; Multi-scale pore structure; Scanning electron microscope; Combined liquid nitrogen adsorption and high-pressure mer-cury intrusion; Constant-rate mercury intrusion; Permeability; Degree of metamorphism 基金项目：国家自然科学基金项目“构造煤微裂隙结构演化特征及对煤储层渗透性控制”（编号：41772162）、河南省高校科技创新团队支持计划项目“煤层气储层物性及其地质控制”（编号：17IRTSTHN025）。 作者简介：潘结南，1972年生，教授，博士生导师；主要从事煤与煤层气地质方面的研究工作。地址：（454003）河南省焦作市高新区世纪大道2001号。ORCID: 0000-0001-7995-0129。E-mail: panjienan@https://www.doczj.com/doc/e416234151.html, 通信作者：张召召，1991年生，硕士；主要从事煤与煤层气地质方面的研究工作。地址：（454003）河南省焦作市高新区世纪大道2001号。E-mail: zhangzhao_2017@https://www.doczj.com/doc/e416234151.html,
ASPE-730 Automated System for Pore Examination ASPE-730 自动孔隙结构测试仪（恒速压汞仪） ASPE-730是一套用极低的注射速率注射汞自动测定微小孔隙结构结果的系统。系统包含特殊设计的极低速率的Quizix注射泵和与其集成在一起的岩心夹持器。系统设计带有便于更换的压力传感器接口和隔离阀。所有的努力都在于减少死 体积和系统的可压缩性/一致性。岩心夹持器可以夹持直径和长度各为1” 圆柱体或1cmX1cm立方体的岩心。泵体积的可监测的精度超过0.000001 cc。系统能够以0.000001 cc/s的低速率操作。泵接到一个特殊的高精度的泵控制器和驱动器上。随系统提供两个可互换的高精度（0.05% F.S.）压力传感器，范围在0-100和0-1000psi。岩心夹持器和泵系统封装在一个水平气流的气浴室中以保持测试过程中的温度恒定。箱体装配有排气孔。
FEATURES: Uses ultra low rate controlled mercury injection Measured data can be used to determine pore size geometry including pore throat radius and pore body radius as well a number of other parameters Small compact system designed for maximum precision and ease of use System includes ASPEDAS analysis software for calculation of pore throat and body diameters, subison and rison volumes, capillary pressure curves and residual/initial saturation curves as well as permeability and formation factor estimation. The software uses Monte Carlo simulation techniques for estimating some of the resulting parameters. ADVANTAGES: Integral chamber seal design for a small system volume Utilizes precision pressure transducers with 0.05% accuracy Mercury injected volume is measured to <0.000001 cc resolution Windows TM-based computerized data acquisition and control software SPECIFICATIONS: Pump injection rate: 0.00006 to 1 cc/min Pressure Range: 0 - 1000 psia Volume resolution: 0.000001 cc Maximum Sample size: 1" diameter x 1" long
科技专论 浅谈恒速压汞法与常规压汞法优缺点 【摘要】油藏勘探开发过程中，储集层岩石的孔隙结构是非常复杂的，岩石的孔隙结构特征对储层的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。目前对孔隙结构认识的资料都是建立在理论模型上的，岩石孔隙结构参数的测定方法主要是常规压汞法、半渗透隔板法、扫描电镜、铸体薄片分析等，都受到检测方法和技术手段的局限性限制，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，很难精确地描述储层岩石真实的孔隙结构特征。恒速压汞法是一种测试储层岩石孔隙结构的新技术，对孔隙结构复杂性的认识方面，比以往的研究方法和手段更先进一步，对储层岩石的孔隙结构特征有了更精细的描述和刻画。本文以美国ASPE-730压汞仪为例，浅谈该检测技术的优缺点。 【关键词】常规压汞法；恒速压汞法；孔隙结构；孔喉比汞对绝大多数造岩矿物来说都是非润湿的。如果对汞施加压力，当注入汞的压力达到孔隙喉道的毛管压力时，汞就会克服毛管阻力进入孔隙内，根据不断注入汞的孔隙体积百分数和对应压力，便能绘制出压汞毛管压力曲线。由于汞的表面张力和润湿接触角比较恒定，常用注入型的压汞法（恒压法和恒速法）毛管压力曲线换算孔隙大小及分布。 式中：P C —毛管压力，单位为（MPa）；σ— 表面张力，单位为（N/m），取σ= 0.48 N/m；θ—润湿接触角，单位为（°），取θ=140°； r c —毛管半径，单位为（μm）。 1．常规压汞法 常规压汞法是在一定的压力下记录进汞量测定岩石的孔隙结构的方法，进汞过程可以看成是从一个静止的状态到另外一个静止的状态过程，在两个压力差的作用下，就会有一定量体积汞被注入进被检测的岩石孔隙中，根据压力的涨落变化和相对应进入岩石汞体积的涨落变化情况，就可以测得岩石的孔隙大小和分布曲线，绘制出岩石的进入-退出毛管压力曲线，经过进一步计算就可以得出该样品的其它孔隙结构特征参数。 1.1优点： 该方法测试样品速度快、准确，仪器设备测试原理相对简单、操作比较容易，是大多数油田测试储集岩孔隙结构最普遍、采用最多的方法，也是油田开发初期的勘探开发、储量计算、开发方案的设计等最重要的基础资料。 1.2缺点：1）常规压汞法的测试过程是发生在两个静止状态之间，这就丢失了很多孔隙结构的信息，比如无法得到孔喉比的信息。 2）虽然常规压汞法测试技术接近事实，确实对发生在孔隙空间中的渗流运动进行了测试。但是测试过程本身包含了太多人工干预的因素，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更具体的体现。 3）常规压汞法得到的毛管压力曲线只是孔-喉的合成综合曲线。4）常规压汞法得到的孔隙分布反映的是某一级别的孔隙所控制的孔隙体积，而不是孔隙结构中孔隙的数量分布，而在孔隙结构的分析与统计中，用数量分布比体积分布更为准确。常规压汞法无法得到孔隙的数量分布，只能用体积分布去近似数量分布，对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。 2．恒速压汞法 恒速压汞法是在注入汞的速度极低且恒定的条件下，测定岩石毛管压力曲线的方法。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。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， 这样就能通过进汞压力的涨落变化曲线来确定出岩石的孔隙结构。 2.1优点： 1）恒速压汞法是在注入汞的速度极低、恒定的条件下进行（ASPE-730压汞仪注入速度为0.0001cc/min和0.00005cc/min），汞的前缘所经历的每一微小孔隙形状的变化，都会引起系统毛管压力的改变，从进汞过程的压力涨落获得喉道的数量分布。 2）恒速压汞法测得的孔隙结构信息是通过对进汞过程中压力涨落分析得到的，可以得到真正具有力学意义上的研究储集岩石孔隙结构参数，如：孔隙半径、喉道半径和孔喉比。 3）恒速压汞法得到的是孔隙结构中孔隙的数量分布，而不是体积分布。这对于后期成岩作用比较强、次生孔隙发育的孔隙结构来说，在分析和研究孔隙结构上更精确合理，同时，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。 4）贾敏效应发生的程度与孔隙半径的发生改变的频度有关，还和孔隙半径发生改变的大小有关。而孔隙半径发生改变的频度就是孔隙半径的数量分布，孔隙半径发生改变的大小量度就是孔喉比，这是常规压汞法无法得到的。 2.2缺点：1）因为注射速度极低且恒定，故恒速压汞法比常规压汞法测样时间比较长，取决于岩石本身孔隙结构的状况，一般需要3-4天时间。 2）为了缩短样品检测时间，采取减小样品体积的方法来实现，因此 检测岩石比较小，一般选取约1cm 3 大小，因此被选取岩石的非均质性与整体实际储集层的非均质性会存在较大偏差。 3）国内目前主要使用的恒速压汞仪是美国的ASPE-730型，但该仪器的最高测试压力较低，约为6.2MPa，在这样低的压力条件下，汞很难进入孔、渗条件较低、物性较差的岩石的孔喉体内，因此对特低储层的岩石不适合做恒速压汞法实验。 3.几点认识 1）恒速压汞法是根据注汞过程中压力涨落变化状况来测试储集岩的孔隙和喉道的数量分布，比常规压汞法更科学和准确。 2）恒速压汞法得到的是孔隙结构中孔隙的数量分布和喉道的数量分布，喉道的数量分布比体积分布能更好的表征储层的渗流特性。 3）恒速压汞法可以得到孔喉比参数，对于后期成岩作用比较强、次生孔隙发育的孔隙结构来说，在孔隙结构的分析研究中更精准合理。 4）恒速压汞法比常规压汞法更接近真实，更科学、更精细描绘岩石的孔隙结构特征。 王新江 于少君 大庆油田勘探开发研究院渗流力学研究室 黑龙江大庆 163712 参考文献 [1]《岩石毛管压力曲线的测定》SY/T 5346-2005中华人民共和国石油天然气行业标准.石油工业出版社,2005 [2]王新江,杨清彦等.《岩石毛管压力曲线的测定 恒速法》Q/SY2011-89 中国石油天然气股份有限公司.大庆油田有限责任公司.2011[3]Yuan,H.H. & Swanson,B.F ，速度控制孔隙仪解析孔隙空间特征[R].SPE 14892.1989 [4]苗盛，郭和坤.恒速压汞技术在油层物理学中的应用研究[J].中国石油勘探开发研究院.2003 [5]Yuan,H.H.汞孔隙仪孔隙数据等级异[R].SPE 19617,1989作者简介 王新江，男，大庆油田有限责任公司勘探开发研究院渗流力学研究室，工程师，从事岩石孔隙结构特征研究和测试工作。
I、油层物理学的方法进展 A油层物理学在研究技术方法上有哪些进展，与常规方法相比的区别及优势 1.ASPE-730自动空隙检测系统 常用的恒压压汞仪只能得到喉道大小分布的参数, 孔隙则用铸体薄片图象分析系统，应用等效球模型研制的软件研究孔隙。这样喉道的参数与孔隙的参数只能来自两块不同的岩样，这在一定程度上影响了研究的质量。ASPE-730系统采用恒速法压汞，使用极低的压汞速度，当在较高压力下进入某一尺寸的喉道后，再进入该喉道所控制的孔隙时压力下降，最后可获得一条喉道子曲线和一条孔隙子曲线（两条子曲线的总和即为恒压法的压汞曲线）。特点可在同一岩样上同时测得孔隙与喉道大小分布的数据。 2．岩石孔隙结构特征直观研究方法：铸体薄片法与扫描电镜法 铸体薄片法很方便地直接观察到岩石薄片中的面孔率、孔隙、喉道及孔喉配位数等；扫描电镜能够清楚地观察到储层岩石的主要孔隙类型：粒间孔、微孔隙、喉道类型和测定出孔喉半径等参数。 3.利用CT扫描技术进行岩心分析 CT扫描法又叫层析成像法，是发射X射线对岩心作旋转扫描，在每个位置可采集到一组一维的投影数据，再结合旋转运动，就可得到许多方向上的投影数据；综合这些投影数据，经过迭代运算就可以得到X射线衰减系数的断面分布图，这就是重建岩心断面CT图像的基础。 CT扫描法的最大优点是对岩心没有损伤，且测量速度快，但是其测量方法复杂，且费用较高。岩心的CT扫描能够提供岩石孔隙结构、充填物分布、颗粒表面结构、构造及物性参数等。 应用：1）利用CT确定油层基本物理参数 2）岩石微观特征描述 3）岩心地质特征描述①描述裂缝分布和微裂缝②层理判断③孔洞连通性④岩心污染 4）油水驱替动态特征描述①孔隙度及其分布特征②岩心在不同注入压力下的含水饱和度分布特征 4.核磁共振技术进行岩心分析 采用核磁共振技术，可以获得孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、可动流体百分数、孔径分布以及渗透率等多种岩石物性参数，低磁场（共振频率2MHz和5MHz）核磁共振全直径岩心分析系统，开发了多种适合岩心分析的脉冲序列及多弛豫反演技术，实现了孔隙度、渗透率、自由流体孔隙度等岩石物性参数的快速无损检测。 岩石分析参数（1）岩石孔隙度（2）岩石可动流体及束缚流体饱和度（3）岩石渗透率（4）岩石孔径分布 5.裂缝应力敏感性实验评价方法 在断块油气藏和裂缝性油气藏的开采过程中，对断层或者裂缝随所处的应力环境、地层流体压力变化而动态变化的特征和规律性的认识是十分重要的问题。目前，对于该问题的研究主要有以下几方面： ①微观上,以Hertz弹性接触模型为依据,从理论上研究裂缝与应力的作用机理及其闭合机理； ③利用数值模拟计算方法分析裂缝的闭合接触机理； ③从室内岩心模型测试分析和试井分析来研究裂缝渗透率随压力变化的规律。 裂缝应力敏感性评价方法的基本考虑为：①裂缝两个表面之间只有少量的岩石骨架支撑，在未受到外在环境条件影响时，裂缝处于原始状态；②当钻开产层并投入降压开发过程中，垂直于裂缝表面的地应力会增加，它可能使处于
________________________________________ 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