油層物理 第五節(jié) 儲(chǔ)層巖石的滲透性

第五節(jié)儲(chǔ)層巖石的滲透性?xún)?chǔ)層巖石的滲透性是油氣流體得以開(kāi)采的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。用孔隙度可評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性，飽和度可評(píng)價(jià)儲(chǔ)層中的含油氣性，而滲透率則可評(píng)價(jià)油層中油氣開(kāi)采的難易程度及開(kāi)采效果。滲透率(permeability)可表征巖石讓流體通過(guò)的能力。是油氣田開(kāi)發(fā)、油藏工程動(dòng)態(tài)分析的關(guān)鍵儲(chǔ)層物性參數(shù)。LP1P2Q1Q2AA1Darcy定律描述流體在多孔介質(zhì)中的宏觀流動(dòng)規(guī)律，是油氣藏工程計(jì)算的核心定律。巖石的絕對(duì)滲透率是指巖石讓流體通過(guò)的能力。一、達(dá)西定律及巖石絕對(duì)滲透率1、Darcy實(shí)驗(yàn)及Darcy定律1856年法國(guó)人亨利-菲利貝爾-加斯帕德·達(dá)西裝置：如圖條件：?jiǎn)蜗嗔髂康模嚎疾煊绊懥髁康囊蛩?Darcy實(shí)驗(yàn)達(dá)西通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：改變填砂柱的粒徑，則流體流量不同，→在上式中引入比例系數(shù)K，建立了達(dá)西定律

水通過(guò)等粒徑填砂柱時(shí)，水流量與：砂柱截面積（A）成正比砂柱兩端進(jìn)出口壓差（△p）成正比；砂柱長(zhǎng)度（L）成反比；流體粘度（m）成反比（流體不同時(shí)）。即：3比例系數(shù)，達(dá)西(D)。只與多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與流體性質(zhì)無(wú)關(guān)，稱(chēng)其為多孔介質(zhì)的滲透率，K大→Q大，巖石允許流體通過(guò)的能力大。即：K可定量評(píng)價(jià)巖石滲透性的大小。單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)多孔介質(zhì)的流量Q與加在多孔介質(zhì)兩端的壓力差△p和介質(zhì)的截面積A成正比，與多孔介質(zhì)長(zhǎng)度L和液體粘度μ成反比。當(dāng)其他條件相同時(shí)，粒徑不同其流量也不同。Darcy定律4Darcy定律注意：礦場(chǎng)常用混合單位制，即：△P用at，不用MPa。（1at＝0.0981Mpa，1at≈0.1MPa）混合制：

SI制：

達(dá)西定律是流體滲流的基本定律,對(duì)單相和多相滲流都適用；達(dá)西定律適用于各種多孔介質(zhì)中的流體滲流，如松散砂柱，膠結(jié)砂巖及其它多孔介質(zhì)。5二、巖石絕對(duì)滲透率K(permeability)不與巖石發(fā)生任何物理化學(xué)反應(yīng)的不可壓縮流體，100%飽和巖心后，在線性滲流條件下測(cè)得的巖石滲透率為巖石的絕對(duì)滲透率。

K與Q成線性：K大→Q大，巖石允許流體通過(guò)的能力大;K可定量評(píng)價(jià)巖石滲透性的大小一定壓差下，巖石允許流體通過(guò)的性質(zhì)6二、巖石絕對(duì)滲透率K(permeability)注意：滿(mǎn)足達(dá)西定律的應(yīng)用條件時(shí)，對(duì)同一巖心，K的大小是與液體性質(zhì)無(wú)關(guān)的常數(shù)。對(duì)不同孔隙結(jié)構(gòu)的巖心，K值不同。因此，K僅僅是取決于巖石孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)，而與所通過(guò)流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，故把這一系數(shù)稱(chēng)為巖石的絕對(duì)滲透率。滲透率的大小主要取決于巖石孔喉的大小、形狀及連通情況，亦即與孔隙結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。在對(duì)一個(gè)區(qū)域或一個(gè)油層來(lái)評(píng)價(jià)滲透率時(shí)，還要考慮巖石具有各向異性，即滲透率具有方向性。7滲透率的單位巖石絕對(duì)滲透率K的單位巖石K法定計(jì)量單位：D（達(dá)西）礦場(chǎng)常用mD（毫達(dá)西），1D＝1000mD★儲(chǔ)層巖石的滲透率一般為5～1000mD1達(dá)西單位的定義：孔隙介質(zhì)允許粘度為1cp的流體，在壓力梯度為1atm/cm的作用下，通過(guò)橫截面積為1cm2的流量為1cm3/s，此時(shí)，孔隙介質(zhì)的滲透率稱(chēng)為1D達(dá)西。→1D＝1μm2，巖石K具“面積”因次。8滲透率的單位實(shí)用單位CGSPERMSILcmcmftcmAcm2cm2ft2cm2ΔPatmdyn/cm2psiaMPaμcppcpmpa.sQcm3/scm3/sbbl/daycm3/sKdarcycm2permμm29儲(chǔ)層塞巖石絮的滲陵透率刺一般膝為5～10爸00誕mD10三、宋達(dá)西今定律稻的適手用條狂件達(dá)西你定律績(jī)有一津定的仍適用扛條件治，當(dāng)蔥滲流掃速度汗增大征到一份定值花之后淹，除懼產(chǎn)生雪粘滯過(guò)阻力秀外，漢還會(huì)肚產(chǎn)生鞭慣性餅阻力供，此剩時(shí)流術(shù)量與室壓差偏不再植是線傾性關(guān)心系，紐奉這個(gè)印滲流腹速度斥值就悶是達(dá)辛西定酷律的寇臨界大滲流竄速度般（圖選曲線1）。俊若超掙過(guò)此耀臨界苦滲流倡速度咐，流卻動(dòng)由廊線性峽滲流摩轉(zhuǎn)變裝為非半線性歲滲流元，達(dá)奮西定攪律也孫不再百適用悼。圖拳中壓炒力梯耽度超漢過(guò)b，則賣(mài)為非摸達(dá)西溪流。11三、舌達(dá)西堡定律燭的適犯用條津件線性碧滲流碼的流攔速限添制流體落的滲流挪速度＜臨界痛流速線性姑滲流仿的判那斷作圖背法：Q—△P為過(guò)偽原點(diǎn)公直線百，則僵為線宵性流融；雷諾榜數(shù)Re法據(jù)卡填佳霍忘夫公中式可碧算出Re：一般筒砂巖綿儲(chǔ)層奮的臨打界Re幻玉c為0.還2－0.妄3若實(shí)嶺際Re＜Re疊c，則椒為線備性流括動(dòng)（絨層流杰）12三、煎達(dá)西嬸定律燦的適演用條闊件對(duì)于拆低滲偉致密梨巖石啞，在斗低速班滲流辣時(shí)，完由于改流體跌與巖頸石之閥間存肥在吸仰附作擔(dān)用，帖或在述粘土縫礦物信表面賠形成先水化練膜，籃當(dāng)壓亂力梯緩度很戴低時(shí)首，流坊體不殲流動(dòng)膨，因剝而存戲在一稠個(gè)啟都動(dòng)壓涉力梯垮度（并圖中a點(diǎn)）鵝。a13四、驅(qū)氣測(cè)余滲透捧率巖石廈滲透猛率的轎測(cè)定畏條件據(jù)達(dá)由西定封律，昂測(cè)定K必須筒滿(mǎn)足世三個(gè)睜條件忘：①索流體洲不可習(xí)壓縮車(chē)，單躬相、百穩(wěn)定惜流：在巖鋤心各臨斷面扔處有娛穩(wěn)定蝦的體傾積流骨量②補(bǔ)流體盡性質(zhì)飛穩(wěn)定杏：不與掏巖石洋表面系發(fā)生堡物理倘、物厚理化箏學(xué)反蔥應(yīng)③吉流體攪為線忙性流值動(dòng)：Q～△P呈線敢性關(guān)秩系只有摟嚴(yán)格懼滿(mǎn)足犯上述滲三個(gè)伸條件辣測(cè)得瓦的滲汪透率迅才為勻巖石使的絕雞對(duì)滲倆透率以。14四、匠氣測(cè)漢滲透構(gòu)率理論娃上：濤油、情氣、流水都斤可作K的測(cè)汗定流劣體。實(shí)際晝上：盼除③霸線性等流動(dòng)嫌外，叨條件臉①②作在實(shí)蠻驗(yàn)室似條件襪下難漢以嚴(yán)捎格滿(mǎn)徐足。宗例：油測(cè)僵時(shí)：瘦物理次吸附昂→孔衡隙表邪面形躺成油辣膜→朝孔隙席空間防↓→片巖石K↓；水測(cè)摩時(shí)：杰水敏穴性礦孤物膨俊脹→狂巖石K↓氣測(cè)版時(shí)：語(yǔ)氣體懶膨脹爹、流括量變憐化→祖達(dá)西夏公式伐不能肥用氣體牙在低當(dāng)壓下波分子料擴(kuò)散將→巖煤石K↑依據(jù)滅達(dá)西穩(wěn)公式眉，用賤任何哭流體雞測(cè)定嶼巖石K都存召在誤廊差。15四、塌氣測(cè)轉(zhuǎn)滲透竊率方法弟：行股業(yè)標(biāo)翼準(zhǔn)規(guī)辛定使偷用氣歸體測(cè)茂量巖固石K，即氣：在低突壓下馳，用構(gòu)干燥叛空氣辮或氮榜氣氣嬸體等泊溫通次過(guò)巖輝心，賠測(cè)定縮慧巖石附絕對(duì)烘滲透蛙率K。氣體促性質(zhì)禾較穩(wěn)朗定，讀不易晌變化跑；不與紡巖石狼表面作作用驕而改膛變孔罩隙大縮慧??；氣體扯測(cè)巖執(zhí)石K的誤討差容衰易校遭正：氣體弊膨脹晴→流簡(jiǎn)量不男穩(wěn)定皂校正公；氣體睛分子印擴(kuò)散球→氣哲體滑平脫效烏應(yīng)校匠正。16四、什氣測(cè)算滲透風(fēng)率17①設(shè)在給微單臺(tái)元dL上，激氣體兄具穩(wěn)脹定的應(yīng)體積歷流量在dL上用確達(dá)西沿公式做的微掀分式鄰：（混茶合單晶位制指）→……鄰…<槽1>氣測(cè)K公式腫推導(dǎo)18②模沿圾巖心猜長(zhǎng)度屑方向蟲(chóng)，氣概體發(fā)同成恒梢質(zhì)量講等溫膚膨脹紹，據(jù)波-馬定陡律（PV＝常悲數(shù)）疊：Q悄p＝Q0p0＝常獎(jiǎng)數(shù)則：Q＝Q0p0／p……螞<2孝>式中示：Q巖心舌某斷浴面處堂的氣匯體體隙積流玩量；Q0出口仆端壓龜力p0下的青體積須流量忙。③嘗將<2橋>式帶飼入<1摸>微分也達(dá)西瓜公式掛：氣測(cè)K公式事推導(dǎo)19分離背變量挺、積略分:積分集得氣育測(cè)巖胖石K公式堆：（混爸合單厲位制乏）式中答：Ka—?dú)鉁y(cè)來(lái)巖石烈絕對(duì)奔滲透泊率，mm2；p1、p1—巖心桂進(jìn)、秩出口揭端壓燭力，atp0—巖心管出口讀端壓號(hào)力，at；Q0—出口p0下的輪體積謹(jǐn)流量距，cm3/s。氣測(cè)K公式殲推導(dǎo)20氣測(cè)瘋巖石Ka與液桌測(cè)KL公式晝比較輩：2122氣體驗(yàn)滲透喚率隨解平均預(yù)壓力拐和氣閣體類(lèi)賢型的挺變化理論鄙上，抖巖石種的滲厘透率橋與流攀過(guò)巖門(mén)石的員流體塔介質(zhì)楊無(wú)關(guān)咽。實(shí)際龍情況棒下，停氣體拼和液際體所墓測(cè)的辨同一讓塊巖斧石樣畢品可糕以得言到不非同的毛滲透袍率；昨相同沃條件寸下，稻不同材氣體限所測(cè)稠得的交滲透唇率也嚷不同貿(mào)。23液體在孔道中心的液體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；靠近孔壁表面的氣體分子與孔道中心的分子流速幾乎沒(méi)有什么差別。氣體氣體勾滲透擱率大理于液尸體滲街透率諒的根倍本原念因滑動(dòng)餐效應(yīng)氣體滑動(dòng)效應(yīng)示意圖a-孔道中的液體流動(dòng)；b-同一孔道中氣體流動(dòng)24氣測(cè)香滲透曲率時(shí)萄，由超于氣-固間導(dǎo)的分眨子作尾用力竊遠(yuǎn)比魂液固昌間的驗(yàn)分子什作用近力小費(fèi)，在真管壁澇處的屯氣體乖分子尸仍有廉部分雷處于童運(yùn)動(dòng)百狀態(tài)嬌；另頃一方撈面，暮相鄰聲層的邁氣體跪分子耳由于棍動(dòng)量盤(pán)交換廣，可鄰連同繭管壁腸處的櫻氣體豬分子耽一起喪沿管聰壁方良向作杰定向白流動(dòng)豬，管壁頭處流專(zhuān)速不位為零，形往成了胡所謂寄的“伯氣體檢滑動(dòng)榆效應(yīng)咱”?？肆譂?jì)肯貝怕格(Kl普in揉ke販nb提er街g)發(fā)現(xiàn)拋了氣屢體在單微細(xì)矩毛管皂孔道克中流丸動(dòng)時(shí)頭的滑葬動(dòng)效奧應(yīng)，閱故稱(chēng)木“克章氏效哀應(yīng)”顛。25滑動(dòng)隸現(xiàn)象皇對(duì)氣呆測(cè)Ka偏離繁巖石K的影鞠響滑動(dòng)來(lái)現(xiàn)象煮→管擋壁處市氣體年分子樓參與房誠(chéng)流動(dòng)→相后當(dāng)于掏增大或了孔殿道流掛動(dòng)空在間→氣測(cè)Ka＞巖鼓石K；吸附然作用汪→管睜壁處頁(yè)液體哥分子稈形成伴液膜填不流庸動(dòng)→減彈小了梁孔道喝流動(dòng)嫁空間→液測(cè)KL＜巖塌石K；對(duì)同鎖一巖取石有瀉：氣測(cè)輔巖石Ka＞巖卷石絕框?qū)＞液藍(lán)測(cè)巖跑石KL26五、恐滲透推率的償影響郵因素1、儲(chǔ)蛛層巖努石骨靜架構(gòu)超成及換構(gòu)造廁力的輸影響(1嫂)巖石眉骨架予構(gòu)成莖（微蒸觀因錘素）顆粒料：組匹成和芬結(jié)構(gòu)多（大莫小、丑分選肚、排答列等勸）膠結(jié)賀物：鐵含量膠、膠伙結(jié)類(lèi)決型等→骨寧架結(jié)凝構(gòu)決煌定巖再石φ、S大小棉→影譯響巖攝石K★顆?？ㄔ酱中?，分搬選越坡好，淚膠結(jié)盛物含懼量越棄少，呼滲透薪率越火高。271.儲(chǔ)層打巖石滿(mǎn)結(jié)構(gòu)備的影補(bǔ)響（2）沉鑄積構(gòu)槽造（宏觀企因素）層理耽類(lèi)型獄：類(lèi)效型不淚同→膨形態(tài)答不同擊；水平煌層理乒、波鵲狀層米理交錯(cuò)里層理忙：板撲狀、才楔狀恢、槽魔狀透鏡其狀層哭理遞變曉層理披、韻文律層斤理等層理里規(guī)模買(mǎi)：類(lèi)瞇型不您同→聚規(guī)模桃不同懂；可小碼至厘主米，泛可大船到十授幾米偽級(jí)別不同尸層理細(xì)的紋沈?qū)雍裥g(shù)度、醒展布勾方向罷不同281.儲(chǔ)層涂巖石嶄結(jié)構(gòu)奶的影尖響291.儲(chǔ)層岡巖石槽結(jié)構(gòu)胸的影形響301.儲(chǔ)層運(yùn)巖石內(nèi)結(jié)構(gòu)摘的影籃響結(jié)論烈：不同沃層理副，滲損透性領(lǐng)不同快；同一戰(zhàn)層理怕，不衰同方捉向滲代透性婦