油层物理 第三章(渗透率)

第三节储层岩石的渗透性（4学时）一、教学目的本章从实验的方法入手研究了孔隙介质中的流动规律以及岩石的渗透性。

二、教学重点、难点达西定律，气体滑脱效应，渗透率的测定以及渗透率的影响因素三、教法说明课堂讲授和课外习题四、教学内容一、达西定律及岩石的绝对渗透率二、气体滑脱效应三、渗透率的测定四、影响渗透率的因素五、储层岩性参数的平均值处理（一）、达西定律及岩石的绝对渗透率1.达西实验和达西方程1856年，法国水利工程师达西（Darcy）利用人工砂体研究了水的渗滤，达西的试验表明：人工砂体单位面积水流的体积变化率Q/A，与进口和出口两端面间的水头差h1-h2=△H成正比，而与砂体的长度L成反比：Lh h K A Q L h h A Q 2121-'=-∞ 这就是某种名的达西方程。

K '——与多孔介质有关的常数Z=0，基准面。

如果用压力P 来代替水头h 则有()()g P Z h gP Z h Z h g P Z h g P ρρρρ222111222111+=+=∴-=-=代入上式得：()()l gl P P A K gl P P A K Q L g P P L K Lg P P Z Z K A Q ρρρρ+-''=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⋅'=∴-+⋅'=-+-⋅'=21212121211K ''——表示某种介质（K '）对某特定流体（P ）的渗透能力，它的大小由介质和流体两者性质而定。

由于K ''同时涉及到流体和介质的影响，所以人们总是希望将流体和介质的影响区分开来，于是在1930年，努定（Nutting ）提出：()LM gl P P KA Q M KK ⋅+-==''ρ21 将此式代入上式并考虑到水平流动中无重力影响，所以得出了达西定律的最简单形式。

()LM P P KA Q ⋅-=21 在上式中，A 、L 是岩石的几何尺寸，M 为流体的性质，△P 为外部条件。

第三章一、基本概念1.自由表面能：表面层分子比液相内分子储存的多余的“自由能”，这就是两相界层面的自由表面能。

2.界面张力：在液体表面上，垂直作用在单位长度的线段上的表面紧缩力。

（体系单位表面积的自由能，也可想象为作用于单位面积上的力。

）3.吸附：由于物质表面的未饱和力场自发地吸附周围介质以降低其表面的自由能的自发现象。

（PPT：溶解在具有两相界面系统中的物质，自发地聚到两相界面层上，并降低界面层的界面张力。

）4.润湿：当不相混的两相（如油、水）与岩石固相接触时，其中一相沿着岩石表面铺开，其结果使体系的表面自由能降低的现象。

5.润湿性：当存在两种非混相流体时，其中某一种流体沿固体表面延展或附着的倾向性。

6.润湿滞后：在一相驱替另一相过程中出现的一种润湿现象，即三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而产生润湿接触角改变的现象。

7.动润湿滞后：在水驱油或油驱水过程中，当三相界面沿固体表面移动时，因移动的迟缓而使润湿角发生变化的现象。

8.静润湿滞后：指油、水与固体表面接触的先后次序不同时产生的滞后现象（即是以水驱出固体表面上的油或以油驱除固体表面的水的问题）。

9.毛管压力：毛管中由于液体和固体间的相互润湿，使液—气相间的界面是一个弯曲表面。

凸液面，表面张力将有一指向液体内部的合力，凸面像是紧绷在液体上一样，液体内部压力大于外部压力；凹液面，凹面好像要被拉出液面，因而液体内部的压力小于外部压力，这两种附加力就是毛管压力。

10.毛管压力曲线：含水饱和度与毛管压力间关系的曲线。

11.排驱压力：非湿相开始进入岩样最大喉道的压力，也就是非湿相开始进入岩样的压力。

12.饱和度中值压力：（）在驱替毛管压力曲线上饱和度为50%时所对应的毛管压力值。

13.中值喉道半径：相应的喉道半径，简称中值半径。

14.驱替过程：当岩石亲油时，必须克服施加一个外力克服毛管力，才能使水驱油。

15.吸允过程：对于实际油层，当岩石亲水时，按计算，则为正、h也为正，水面会上升。

岩石气体渗透率的测定一、实验目的1.巩固渗透率的概念，掌握气测渗透率原理；2.掌握气体渗透率仪的流程和实验步骤。

二、实验原理渗透率的大小表示岩石允许流体通过能力的大小。

根据达西公式，气体渗透率的计算公式为：3222122100(10)()o o P Q LK m A P P μμ-=⨯-令22122000()oP C P P μ=-，200or w Q h Q o =，则： 200or w CQ h LK A=式中：g k —气体渗透率，2m μ;A —岩样截面积，2cmL —岩样长度，cm ;12,P P —岩心入口及出口压力，0.1MPa ； 0 P —大气压力，0.1MPa ;μ—气体的粘度0Q —大气压力下气体的流量,2/cm s ; or Q —孔板流量计常数，3/cm s w h —孔板压差计高度，mm;C —与压力1P 有关的常数；三、实验流程图1 测试流程图四、实验操作步骤1.测量岩样的长度和直径，将岩样装入岩心夹持器，把转向阀指向环压，关闭放空阀，缓慢打开气源阀，使环压表指针到达1.2-1.4MPa;2.低渗透岩心渗透率的测定低渗样品需要较高压力，C 值由C 表的刻度读取。

（1）关闭汞柱阀及中间水柱阀，打开孔板放空阀；把换向阀转向供气，调节减压阀，控制供气压力0.2MPa ；（2）选取数值最大的孔板，插入岩心出口端的胶皮管上。

（3）缓慢调节供压阀，建立适当的C 值（15-6最佳），缓慢关闭孔板放空阀，同时观察孔板压差计上液面，不要使水喷出。

如果在C=30时，孔板水柱高度超过200mm ，则换一个较大的孔板，直到孔板水柱在100-200 mm 之间为止；（4）待孔板压差计液面稳定后，记录孔板水柱高度、C 值和孔板流量计常数； （5）调节供压阀，改变岩心两端压差，测量三个不同压差下的渗透率值； （6）调节供压阀，将C 表压力降至零，打开孔板放空阀，取下孔板，关闭气源阀，打开环压放空阀，取出岩心。

渗透率有压⼒差时岩⽯允许液体及⽓体通过的性质称为岩⽯的渗透性，渗透率是岩⽯渗透性的数量表⽰。

它表征了油⽓通过地层岩⽯流向井底的能⼒，单位是平⽅⽶(或平⽅微⽶)。

绝对渗透率绝对或物理渗透率是指当只有任何⼀相(⽓体或单⼀液体)在岩⽯孔隙中流动⽽与岩⽯没有物理�化学作⽤时所求得的渗透率。

通常则以⽓体渗透率为代表，⼜简称渗透率相(有效)渗透率与相对渗透率多相流体共存和流动于地层中时，其中某⼀相流体在岩⽯中的通过能⼒的⼤⼩，就称为该相流体的相渗透率或有效渗透率。

某⼀相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的⽐值。

地层压⼒及原始地层压⼒油、⽓层本⾝及其中的油、⽓、⽔都承受⼀定的压⼒，称为地层压⼒。

地层压⼒可分三种：原始地层压⼒，⽬前地层压⼒和油、⽓层静压⼒。

油⽥未投⼊开发之前，整个油层处于均衡受压状态，没有流动发⽣。

在油⽥开发初期，第⼀⼝或第⼀批油井完井，放喷之后，关井测压。

此时所测得的压⼒就是原始地层压⼒。

地层压⼒系数地层的压⼒系数等于从地⾯算起，地层深度每增加10⽶时压⼒的增量。

低压异常及⾼压异常⼀般来说，油层埋藏愈深压⼒越⼤，⼤多数油藏的压⼒系数在0.7-1.2之间，⼩于0.7者为低压异常，⼤于1.2者为⾼压异常。

油井酸化处理酸化的⽬的是使酸液⼤体沿油井径向渗⼊地层，从⽽在酸液的作⽤下扩⼤孔隙空间，溶解空间内的颗粒堵塞物，消除井筒附近使地层渗透率降低的不良影响，达到增产效果。

压裂酸化在⾜以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压⼒下对地层挤酸的酸处理⼯艺称为压裂酸化。

压裂酸化主要⽤于堵塞范围较深或者低渗透区的油⽓井。

压裂所谓压裂就是利⽤⽔⼒作⽤，使油层形成裂缝的⼀种⽅法，⼜称油层⽔⼒压裂。

油层压裂⼯艺过程是⽤压裂车，把⾼压⼤排量具有⼀定粘度的液体挤⼊油层，当把油层压出许多裂缝后，加⼊⽀撑剂(如⽯英砂等)充填进裂缝，提⾼油层的渗透能⼒，以增加注⽔量(注⽔井)或产油量(油井)。

常⽤的压裂液有⽔基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液5种基本类型。

中国石油大学 油层物理 实验报告岩石气体渗透率的测定一．实验目的1．巩固渗透率的概念和达西定律的应用； 2．掌握气测渗透率的原理、方法及实验流程。

二．实验原理渗透率的大小表示多孔介质（岩心）传输流体能力的大小，其单位是2m μ(或md)。

粘度为1⋅mPa s 的液体在0.1MPa(1绝对大气压)压力作用下，通过截面积为1cm 2，长度为1cm 的岩心时，液体的流量为1cm 3/s 时，其渗透率为12m μ。

根据达西定律，气体在多孔介质中流动时，渗透率的计算公式为：)10(1000)(223222100m P P A LQ P K μμ-⨯-=令200;)(200022210w or oh Q Q P P P C =-=μ，则 A Lh CQ K w or 200= 式中 K —气体渗透率，10-32m μ； A —岩样截面积，cm 2；L —岩样长度，cm ； 21P P 、—岩心入口及出口压力，0.1Mpa ；0P —大气压力，0.1Mpa ； μ—气体的粘度，⋅mPa s ； 0Q —大气压力下的流量，cm 3／s ； or Q —孔板流量计常数，cm 3／s ；w h —孔板压差计高度，mm ； C —与压力1P 有关的常数(其中粘度取25℃下空气的粘度，2P =200mm 水柱)。

测出C （或21P P 、）、w h 、or Q 及岩样尺寸即可求出渗透率。

三．仪器设备（a）流程图（b）控制面板图3-1 GD--1型气体渗透率仪气体渗透率仪如图所示：它主要由三部分组成：气源、岩心夹持器、控制面板。

四．实验步骤1．用游标卡尺量出岩样的长度和直径，连同岩祥编号一同记录下来。

2．拧松岩心夹持器手轮螺杆，取出上流堵头，将岩样装入夹持器内，拧紧手轮螺杆（不要过紧，以免将岩心顶碎），关闭放空阀。

3．慢慢打开气源阀，打开环压阀，加入环压，使环压表指针到达1.0MPa。

4．低渗透率测定低渗岩样需要高压力，用C表调节器调压，C值由C表的刻度读取。

1. 渗透率：在压力作用下岩石允许其孔隙中所含流体的流动能力。

2. 绝对渗透率：当岩心中全部孔隙为单相液所饱和是测定的渗透率。

3. 渗透率测定方法：流体通过岩心带流动状态稳定后，测定岩心两端的进出口压差，和此压差下的流量在依据达西公式求解。

达西公式：4. 孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积的比值。

5. 孔隙度分为：绝对孔隙度；有效孔隙度；流动孔隙度、6. 绝对孔隙度：岩石的总孔隙体积与岩石外表体积之比。

7. 有效孔隙度：岩石中有效孔隙体积与岩石外表体积之比。

8. 流动孔隙度：岩石中流体在其内部流动的孔隙体积与岩石外表体积之比。

9. 连通孔隙度：岩样中相连通的孔隙体积与岩石总体积之比。

10. 流动孔隙度与有效孔隙度的区别：①排除了死孔隙；②排除了毛细管力所束缚的液体所占有的孔隙体积；③排除了岩样颗粒表面上液体薄膜的体积。

11. 影响孔隙度大小的因素①岩石的矿物成分；②颗粒的排列方式及分选性；③埋藏深度对孔隙度的影响12. 岩石的压缩系数：当油层压力每降低单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积的缩小值。

13. 流体饱和度：储层岩石空隙中某种流体所占有的体积百分数。

14. 原始含油饱和度：油藏投入开发前，储层岩石孔隙中原始含油体积与岩石孔隙体积的比值。

15．原始含水饱和度：油藏投入开发前，储层岩石孔隙中原始含水体积与岩石孔隙体积的比值。

16. 残余油饱和度：剩余油在岩石孔隙中所占的体积百分数。

17. 影响饱和度的因素①储层岩石孔隙结构及表面性质的影响。

②油气性质的影响。

18. 孔隙类型：粒间孔隙；溶洞孔隙；裂缝孔隙。

19. 孔喉比：孔道与喉道直径的比值。

20. 孔隙配位数：每个孔道所连通的喉道数。

21. 孔隙按大小分：①超毛细管孔隙②毛细管孔隙③微毛细管孔隙22. 气体滑脱效应：气体在致密岩石中低速渗流时，由于气液粘度差异悬殊会出现与液体低速渗流时完全不同的现象。

气体滑脱效应原理：①由于气固间的分子作用力远比液固间的分子作用力小，在管壁处的气体分子仍有部分处于运动状态；⑤另一方面，相邻的气体分子由于动量，连同管壁处的气体分子一起沿管壁方向做定向流动，管壁处流速不为零，形成了所谓的气体滑脱效应。