油层物理第五节储层岩石的渗透性

第五节储层岩石的渗透性储层岩石的渗透性是油气流体得以开采的基础和关键。用孔隙度可评价储层的储集性，饱和度可评价储层中的含油气性，而渗透率则可评价油层中油气开采的难易程度及开采效果。渗透率(permeability)可表征岩石让流体通过的能力。是油气田开发、油藏工程动态分析的关键储层物性参数。LP1P2Q1Q2AA1Darcy定律描述流体在多孔介质中的宏观流动规律，是油气藏工程计算的核心定律。岩石的绝对渗透率是指岩石让流体通过的能力。一、达西定律及岩石绝对渗透率1、Darcy实验及Darcy定律1856年法国人亨利-菲利贝尔-加斯帕德·达西装置：如图条件：单相流目的：考察影响流量的因素2Darcy实验达西通过实验发现：改变填砂柱的粒径，则流体流量不同，→在上式中引入比例系数K，建立了达西定律

水通过等粒径填砂柱时，水流量与：砂柱截面积（A）成正比砂柱两端进出口压差（△p）成正比；砂柱长度（L）成反比；流体粘度（m）成反比（流体不同时）。即：3比例系数，达西(D)。只与多孔介质结构有关，而与流体性质无关，称其为多孔介质的渗透率，K大→Q大，岩石允许流体通过的能力大。即：K可定量评价岩石渗透性的大小。单位时间内流体通过多孔介质的流量Q与加在多孔介质两端的压力差△p和介质的截面积A成正比，与多孔介质长度L和液体粘度μ成反比。当其他条件相同时，粒径不同其流量也不同。Darcy定律4Darcy定律注意：矿场常用混合单位制，即：△P用at，不用MPa。（1at＝0.0981Mpa，1at≈0.1MPa）混合制：

SI制：

达西定律是流体渗流的基本定律,对单相和多相渗流都适用；达西定律适用于各种多孔介质中的流体渗流，如松散砂柱，胶结砂岩及其它多孔介质。5二、岩石绝对渗透率K(permeability)不与岩石发生任何物理化学反应的不可压缩流体，100%饱和岩心后，在线性渗流条件下测得的岩石渗透率为岩石的绝对渗透率。

K与Q成线性：K大→Q大，岩石允许流体通过的能力大;K可定量评价岩石渗透性的大小一定压差下，岩石允许流体通过的性质6二、岩石绝对渗透率K(permeability)注意：满足达西定律的应用条件时，对同一岩心，K的大小是与液体性质无关的常数。对不同孔隙结构的岩心，K值不同。因此，K仅仅是取决于岩石孔隙结构的参数，而与所通过流体的性质无关，故把这一系数称为岩石的绝对渗透率。渗透率的大小主要取决于岩石孔喉的大小、形状及连通情况，亦即与孔隙结构有密切关系。在对一个区域或一个油层来评价渗透率时，还要考虑岩石具有各向异性，即渗透率具有方向性。7渗透率的单位岩石绝对渗透率K的单位岩石K法定计量单位：D（达西）矿场常用mD（毫达西），1D＝1000mD★储层岩石的渗透率一般为5～1000mD1达西单位的定义：孔隙介质允许粘度为1cp的流体，在压力梯度为1atm/cm的作用下，通过横截面积为1cm2的流量为1cm3/s，此时，孔隙介质的渗透率称为1D达西。→1D＝1μm2，岩石K具“面积”因次。8渗透率的单位实用单位CGSPERMSILcmcmftcmAcm2cm2ft2cm2ΔPatmdyn/cm2psiaMPaμcppcpmpa.sQcm3/scm3/sbbl/daycm3/sKdarcycm2permμm29储层岩石的渗透率一般为5～1000mD10三、达西定律的适用条件达西定律有一定的适用条件，当渗流速度增大到一定值之后，除产生粘滞阻力外，还会产生惯性阻力，此时流量与压差不再是线性关系，这个渗流速度值就是达西定律的临界渗流速度（图曲线1）。若超过此临界渗流速度，流动由线性渗流转变为非线性渗流，达西定律也不再适用。图中压力梯度超过b，则为非达西流。11三、达西定律的适用条件线性渗流的流速限制流体的渗流速度＜临界流速线性渗流的判断作图法：Q—△P为过原点直线，则为线性流；雷诺数Re法据卡佳霍夫公式可算出Re：一般砂岩储层的临界Rec为0.2－0.3若实际Re＜Rec，则为线性流动（层流）12三、达西定律的适用条件对于低渗致密岩石，在低速渗流时，由于流体与岩石之间存在吸附作用，或在粘土矿物表面形成水化膜，当压力梯度很低时，流体不流动，因而存在一个启动压力梯度（图中a点）。a13四、气测渗透率岩石渗透率的测定条件据达西定律，测定K必须满足三个条件：①流体不可压缩，单相、稳定流：在岩心各断面处有稳定的体积流量②流体性质稳定：不与岩石表面发生物理、物理化学反应③流体为线性流动：Q～△P呈线性关系只有严格满足上述三个条件测得的渗透率才为岩石的绝对渗透率。14四、气测渗透率理论上：油、气、水都可作K的测定流体。实际上：除③线性流动外，条件①②在实验室条件下难以严格满足。例：油测时：物理吸附→孔隙表面形成油膜→孔隙空间↓→岩石K↓；水测时：水敏性矿物膨胀→岩石K↓气测时：气体膨胀、流量变化→达西公式不能用气体在低压下分子扩散→岩石K↑依据达西公式，用任何流体测定岩石K都存在误差。15四、基气测露渗透赏率方法皱：行绘业标谜准规侮定使喷用气锯体测菊量岩粥石K，即餐：在低植压下笼，用仰干燥耀空气先或氮父气气翅体等尖温通揪过岩粉心，谨测定瓶岩石旋绝对鸭渗透铲率K。气体唐性质价较稳截定，崇不易姑变化引；不与爷岩石屑表面示作用减而改扛变孔激隙大渣小；气体佳测岩胸石K的误磨差容驱易校卡正：气体痒膨胀而→流简量不束稳定彼校正萄；气体慈分子筑扩散粒→气姜体滑恐脱效只应校通正。16四、酿气测巩渗透湾率17①设在应微单啊元dL上，文气体平具稳絮定的首体积园流量在dL上用绍达西垂公式贴的微苹分式圣：（混兔合单趋位制桂）→……限…<夹1>气测K公式景推导18②循沿票岩心洽长度械方向艰，气逆体发巩成恒赵质量己等温次膨胀栗，据波-马定虫律（PV＝常型数）丈：Q阅p＝Q0p0＝常堤数则：Q＝Q0p0／p……绿<2煎>式中枣：Q岩心暴某断说面处浓的气欣体体交积流桌量；Q0出口减端压黑力p0下的战体积惨流量杀。③量将<2险>式带摩入<1班>微分阔达西季公式券：气测K公式贩推导19分离叙变量办、积烟分:积分锋得气份测岩意石K公式帝：（混辈合单哨位制挽）式中筛：Ka—气测破岩石议绝对纳渗透个率，mm2；p1、p1—岩心消进、纠出口谋端压瓶力，atp0—岩心半出口接端压告力，at；Q0—出口p0下的唱体积赞流量湿，cm3/s。气测K公式币推导20气测乡丰岩石Ka与液升测KL公式傍比较木：2122气体保渗透辉率随仪平均强压力乖和气洋体类弦型的唤变化理论纹上，锣岩石榴的渗枪透率剖与流版过岩两石的友流体纲介质渔无关芬。实际江情况径下，睬气体心和液海体所食测的谷同一精块岩纹石样肝品可送以得咳到不东同的蹄渗透本率；订相同敢条件仪下，迎不同形气体桂所测谅得的要渗透掩率也兔不同你。23液体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,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。气体气体锋渗透滨率大巡寿于液栋体渗跟透率愉的根斤本原虹因滑动娃效应气体滑动效应示意图a-孔道中的液体流动；b-同一孔道中气体流动24气测脉渗透孔率时不，由逗于气-固间蜂的分艇子作痒用力穗远比最液固有间的久分子欧作用析力小阴，在凶管壁勾处的摸气体葡分子哑仍有筝部分巷处于竿运动缩慧状态负；另纪一方曲面，古相邻冻层的醋气体罗分子鹊由于眉动量惜交换丈，可斜连同凳管壁论处的迁气体底分子腾一起察沿管音壁方伴向作痰定向耽流动效，管壁宴处流迈速不炭为零，形修成了口所谓唇的“宴气体无滑动扣效应紧”。克林假肯贝挡格(Kl益in羡ke滑nb识er网g)发现碗了气抗体在狼微细绢毛管异孔道政中流片动时躁的滑植动效猛应，椅故称枣“克朽氏效用应”俊。25滑动鸦现象昏对气纹测Ka偏离卡岩石K的影孔响滑动照现象每→管背壁处蹦气体葡分子研参与夺流动→相汗当于俩增大撒了孔术道流吨动空闯间→气测Ka＞岩产石K；吸附累作用坡→管丧壁处归液体抖分子失形成轻液膜导不流谨动→减教小了益孔道仇流动破空间→液测KL＜岩牙石K；对同席一岩胁石有捡：气测访岩石Ka＞岩配石绝瘦对K＞液翼测岩马石KL26五、朴渗透挽率的餐影响要因素1、储泽层岩古石骨新架构蚀成及抛构造芒力的步影响(1章)岩石纷骨架名构成戚（微忆观因似素）颗粒恼：组择成和彼结构踢（大孙小、月分选宰、排唯列等优）胶结碍物：逆含量然、胶眯结类靠型等→骨毅架结疯构决月定岩交石φ、S大小凝→影玩响岩妄石K★颗粒唐越粗浇，分攀选越洒好，锄胶结柿物含此量越灿少，我渗透低率越拖高。271.储层钓岩石廊结构依的影原响（2）沉膝积构嫩造（宏观锹因素）层理锐类型掉：类令型不辅同→失形态份不同蜓；水平腥层理唱、波域状层渴理交错宰层理以：板野状、棋楔状腿、槽标状透镜垫状层摔理递变暴层理角、韵够律层悔理等层理达规模辉：类苏型不项同→抛规模曲不同潮；可小女至厘即米，挨可大伤到十俯几米讲级别不同誓层理偿的纹祖层厚芹度、马展布芹方向陪不同281.储层遮岩石晕结构僵的影效响291.储层讯岩石绘结构铅的影乌响301.储层邀岩石祸结构法的影赴响结论院：不同堆层理朱，渗撕透性木不同掀；同一者层理剩，不挥同方喉向渗视透性棉不同膊。（顺包水流蜘、垂替直水叔流）认识宿：骨架死结构在微观上决漂定了次储层渠渗透洪率的大小。沉积预构造从宏观上决朱定了搂储层穿渗透拘率的方向搬性。312.储层佩孔隙恳结构雕的影鼓响据高墨采尼丽－卡市尔曼馋方程吵：，K＝f（f）谊→f↑→K↑K＝f（r2）齐→令孔隙抽越大稼，K越大K＝f（1/t2）检→胃孔道阵越弯铃曲，K越小孔隙线连通裕度越尚低悠→K越小孔喉均比越菊大殖→K越小孔隙束结构私从微词观上灶决定蚕了岩胶石渗崖透率容大小勇，孔竿隙度样从宏度