油層物理第五節(jié)儲層巖石的滲透性

1、1第五節(jié) 儲層巖石的滲透性v 儲層巖石的滲透性是油氣流體得以開采的基礎和關鍵。v 用孔隙度可評價儲層的儲集性，v 飽和度可評價儲層中的含油氣性，v 而滲透率則可評價油層中油氣開采的難易程度及開采效果。v 滲透率是油氣田開發(fā)、油藏工程動態(tài)分析的關鍵儲層物性參數(shù)。L LP P1 1P P2 2 Q Q1 1Q Q2 2A AA A23Darcy實驗達西通過實驗發(fā)現(xiàn)：LpAQ 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，建立了達西定律 水通過等粒徑填砂柱時，水流量與： 砂柱截面積（A）成正比 砂柱兩端進出口壓差（p）成正比； 砂柱長度（L）成反比； 流體粘度（m）成反比（流體不同時）。

2、即：LpAkQ4LpAKQDarcy定律5Darcy定律注意： 礦場常用混合單位制，即：P用at，不用MPa。 （1at0.0981Mpa， 1at0.1MPa） 混合制： SI制： 達西定律是流體滲流的基本定律,對單相和多相滲流都適用； 達西定律適用于各種多孔介質中的流體滲流，如松散砂柱，膠結砂巖及其它多孔介質。 6二、巖石絕對滲透率K(permeability)v不與巖石發(fā)生任何物理化學反應的不可壓縮流體，100%飽和巖心后，在線性滲流條件下測得的巖石滲透率為巖石的絕對滲透率。 K與Q成線性：K大Q大，巖石允許流體通過的能力大;K 可定量評價巖石滲透性的大小101pALQK 7二、巖石絕對

3、滲透率K(permeability)v注意： 滿足達西定律的應用條件時，對同一巖心，K的大小 是與液體性質無關的常數(shù)。 對不同孔隙結構的巖心，K值不同。因此，K僅僅是取決于巖石孔隙結構的參數(shù)，而與所通過流體的性質無關，故把這一系數(shù)稱為巖石的絕對滲透率。 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，亦即與孔隙結構有密切關系。 在對一個區(qū)域或一個油層來評價滲透率時，還要考慮巖石具有各向異性，即滲透率具有方向性。8滲透率的單位v 巖石絕對滲透率K 的單位 巖石K 法定計量單位：D（達西） 礦場常用mD（毫達西），1D1000mD儲層巖石的滲透率一般為51000mDv 1達西單位的定義： 孔

4、隙介質允許粘度為1cp的流體，在壓力梯度為1atm/cm的作用下，通過橫截面積為1 cm2的流量為1 cm3/s，此時，孔隙介質的滲透率稱為1D達西。pALQK2282823m1cm10cm1002. 1atm1cm1cm1cP1/s)cm1 (D11D1m2，巖石，巖石K 具具“面積面積”因次。因次。9滲透率的單位10v儲層巖石的滲透率一般為51000mD儲儲 層層 滲滲 透透 率率 評評 價價 級級 別別 K K1 10 0- -3 3 m m2 2 儲儲 層層 評評 價價 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1 10 00 00 0 1 10 00 00 0 1 10 00 0 1

5、10 00 0 1 10 0 1 10 0 1 1 1 1 滲滲 透透 性性 極極 好好 滲滲 透透 性性 好好 滲滲 透透 性性 一一 般般 滲滲 透透 性性 差差 滲滲 透透 性性 極極 差差 11達西流非達西流12c三、達西定律的適用條件 v 達西定律有一定的適用條件，當滲流速度增大到一定值之后，除產生粘滯阻力外，還會產生慣性阻力，此時流量與壓差不再是線性關系，這個滲流速度值就是達西定律的臨界滲流速度（圖曲線1）。若超過此臨界滲流速度，流動由線性滲流轉變?yōu)榉蔷€性滲流，達西定律也不再適用。圖中壓力梯度超過b，則為非達西流。12三、達西定律的適用條件v線性滲流的流速限制 流體的滲流速度臨界流

6、速v線性滲流的判斷 作圖法：Q P為過原點直線，則為線性流； 雷諾數(shù)Re法 據(jù)卡佳霍夫公式可算出Re ： 一般砂巖儲層的臨界Rec為0.20.3 若實際ReRec，則為線性流動（層流）2/35.17KvRe13三、達西定律的適用條件v對于低滲致密巖石，在低速滲流時，由于流體與巖石之間存在吸附作用，或在粘土礦物表面形成水化膜，當壓力梯度很低時，流體不流動，因而存在一個啟動壓力梯度（圖中a點）。達西流非達西流12ca14四、氣測滲透率v巖石滲透率的測定條件 據(jù)達西定律，測定K必須滿足三個條件： 流體不可壓縮，單相、穩(wěn)定流： 在巖心各斷面處有穩(wěn)定的體積流量 流體性質穩(wěn)定： 不與巖石表面發(fā)生物理、物理

7、化學反應 流體為線性流動： QP呈線性關系v只有嚴格滿足上述三個條件測得的滲透率才為巖石的絕對滲透率。15四、氣測滲透率v理論上：油、氣、水都可作K的測定流體。v實際上：除線性流動外，條件在實驗室條件下難以嚴格滿足。例： 油測時：物理吸附孔隙表面形成油膜孔隙空間巖石K； 水測時：水敏性礦物膨脹巖石K 氣測時：氣體膨脹、流量變化達西公式不能用 氣體在低壓下分子擴散巖石K16四、氣測滲透率v方法：行業(yè)標準規(guī)定使用氣體測量巖石K，即： 在低壓下，用干燥空氣或氮氣氣體等溫通過巖心，測定巖石絕對滲透率K。 氣體性質較穩(wěn)定，不易變化； 不與巖石表面作用而改變孔隙大??； 氣體測巖石K的誤差容易校正： 氣體膨

8、脹流量不穩(wěn)定校正； 氣體分子擴散氣體滑脫效應校正。17四、氣測滲透率18 設在微單元dL上，氣體具穩(wěn)定的體積流量 在dL上用達西公式的微分式： （混合單位制） dLdpAKQ 氣測K公式推導19 沿巖心長度方向，氣體發(fā)成恒質量等溫膨脹， 據(jù)波-馬定律（PV常數(shù)）： Q pQ0 p0常數(shù) 則： QQ0 p0p 式中：式中：Q 巖心某斷面處的氣體體積流量；巖心某斷面處的氣體體積流量； Q0出口端壓力出口端壓力p0下的體積流量。下的體積流量。 將式帶入微分達西公式：氣測K公式推導dpdLAppQK00dLdpAQK/pdpdLApQK0020分離變量、積分:積分得氣測巖石K公式： （混合單位制）式中

9、：Ka氣測巖石絕對滲透率， m2； p1、p1巖心進、出口端壓力，at p0巖心出口端壓力，at； Q0出口p0下的體積流量，cm3/s。)(2221002ppALpQKa 氣測K公式推導LppdLApQKpdp0002121v氣測巖石Ka 與液測KL 公式比較：2223氣體滲透率隨平均壓力和氣體類型的變化v理論上，巖石的滲透率與流過巖石的流體介質無關。v實際情況下，氣體和液體所測的同一塊巖石樣品可以得到不同的滲透率；相同條件下，不同氣體所測得的滲透率也不同。24液液體體在孔道中心的液體分子比靠近孔道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；而且壁表面的分子流速要高；而且, ,越越靠

10、近孔道壁表面靠近孔道壁表面, ,分子流速越低；分子流速越低；靠近孔壁表面的氣體分子與孔道中靠近孔壁表面的氣體分子與孔道中心的分子流速幾乎沒有什么差別。心的分子流速幾乎沒有什么差別。氣體氣體氣體滲透率大于液體滲透率的根本原因氣體滲透率大于液體滲透率的根本原因滑動效應滑動效應氣體滑動效應示意圖氣體滑動效應示意圖a-孔道中的液體流動；孔道中的液體流動；b-同一孔道中氣體流動同一孔道中氣體流動25v氣測滲透率時，由于氣-固間的分子作用力遠比液固間的分子作用力小，在管壁處的氣體分子仍有部分處于運動狀態(tài)；另一方面，相鄰層的氣體分子由于動量交換，可連同管壁處的氣體分子一起沿管壁方向作定向流動，管壁處流速不為

11、零，形成了所謂的“氣體滑動效應”。v克林肯貝格(Klinkenberg)發(fā)現(xiàn)了氣體在微細毛管孔道中流動時的滑動效應，故稱“克氏效應”。 26滑動現(xiàn)象對氣測Ka偏離巖石K的影響v滑動現(xiàn)象管壁處氣體分子參與流動相當于增大了孔道流動空間氣測Ka巖石K；v吸附作用管壁處液體分子形成液膜不流動減小了孔道流動空間液測KL巖石K；27五、滲透率的影響因素v1、儲層巖石骨架構成及構造力的影響v(1)巖石骨架構成（微觀因素） 顆粒：組成和結構（大小、分選、排列等） 膠結物：含量、膠結類型等 骨架結構決定巖石、S 大小影響巖石Kv顆粒越粗，分選越好，膠結物含量越少，滲透率越高。281. 儲層巖石結構的影響v（2）沉積構造（宏觀因素） 層理類型：類型不同形態(tài)不同； 水平層理、波狀層理 交錯層理：板狀、楔狀、槽狀 透鏡狀層理 遞變層理、韻律層理等 層理規(guī)模：類型不同規(guī)模不同； 可小至厘米，可大到十幾米級別 不同層理的紋層厚度、展布方向不同291. 儲層巖石結構的影響301. 儲層巖石結構的影響311. 儲層巖石結構的影響結論： 不同層理，滲透性不同； 同一層理，不同方向滲透性不同。 （順水流、垂直水流）認識： 骨架結構在微觀上決定了儲層滲透率的大小。 沉積構造從宏觀上決定了儲層滲透率的方向性。322. 儲層孔隙結構