《岩石物理性质与测量方法》第二篇第三章岩心物性参数的测量方法课件

1、第三章 岩心物性参数测量方法3.1 岩石物理实验流程及技术概述3.2 岩石气体孔隙度测量3.3 岩石气体绝对渗透率测量3.4 岩石相对渗透率测量3.5 岩心毛管压力测量3.6 岩石润湿性测量3.7 阳离子交换量测量3.8 岩石声学参数测量13.1 岩石物理实验流程及技术概述1.岩心的选取 岩心的选取是岩石物理实验的第一步，也是重要的一步。根据分析目的不同可以选择人造岩心和天然岩心两种。如果实验的目的仅在于考察岩石四性间的影响关系，并建立数学模型。这种情况不需要考虑地区情况，所建立的是通用模型，建议优选选择人造岩心。因为人造岩心的许多因素是已知可控，使实验研究更加容易方便，避免了许多不确定因素的

2、干扰。如果实验的目的在于解决油田实际问题，则应采用天然岩心，并且所选岩心应是对应油田区块的，而且必须具有代表性。2 当确定好了区块后，根据不同的分析项目，结合测井资料，合理选定取样深度。例如，为了考察孔隙度、渗透率、孔隙流体性质和含水饱和度对测井响应的影响，则应根据目的层段的孔隙度测井曲线估算一下地层的孔隙度，然后在具有不同孔隙度层位上取具有不同孔隙度的岩心。如果还要考察泥质含量的影响则还需取不同泥质含量的岩心，等等。值得注意的是，确定取样深度前必须确认岩心已经归过位，否则必须先进行岩心归位。3.1 岩石物理实验流程及技术概述1.岩心的选取3研究岩石四性关系及模型的岩心选取规则如下：按地区、层

3、组、岩性分类，孔隙度分布尽量宽些。尤其是按物性分类，如岩性是第一级分类、泥质含量是第二级分类、孔隙度是第三级分类。每个分类中又根据分类参数的不同分成若干组，每组至少需要三块样品。例如考察孔隙度的影响实验，岩心的选取应尽量使孔隙度分布范围宽一些，并按间距大约为5个孔隙度的步长分组，每组中取三个样品。当然这些样品必须是岩性相同，泥质含量相近才行。一般不同分类的岩心不能混合实验，数据也不能混合处理分析，必须分开进行。3.1 岩石物理实验流程及技术概述1.岩心的选取43.1 岩石物理实验流程及技术概述2.岩心的加工在确定好了取样深度后，根据实验需要，采用圆柱状钻头在所确定的深度位置上，从岩心柱上钻取小

4、岩心或用切割机切取方岩样。取样时，如果有方向要求，要考虑取样的方向性。对于具有方向性的实验，如三轴和各向异性实验，要求岩样为方形的或同深度位置的不同取样方向的几个圆柱状岩心。对于圆柱状岩心，目前岩电实验中，常见的岩心尺寸有。不管是哪种尺寸的岩心，均要求加工规整，端面平整且与轴线垂直。如需测量阳离子交换量，则可取加工碎屑经洗油、洗盐、粉碎（粒度一定）然后测量。岩心直径长度2.54厘米（1英寸）35厘米3.80厘米（1.5英寸）57厘米45毫米510厘米全直径1020厘米53.1 岩石物理实验流程及技术概述3.岩心清洗岩心清洗包括洗油和洗盐。（1）岩心洗油用来测定孔隙度、渗透率和粒度的岩样，必须先

5、将岩心中的油清洗干净。常用溶剂甲苯、苯酒精(3：1)、苯甲醇三氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二甲苯、丙酮、二氯乙烯、四氯乙烯、石脑油、乙烷、石油醚、溶剂汽油等。63.1 岩石物理实验流程及技术概述溶剂的选择应以清洗效果好而又不损坏和改变岩样原始结构为准则。 例如，甲苯适用于抽提沥青基石油，但甲苯的沸点为110C，这样高的温度特使岩石粘土矿物中的结晶水脱掉，造成孔隙结构变化导致孔隙度、渗透率测定结果的误差。又如四氯化碳在抽提过程中因水解而构成酸类化合物，遇到高温时释放出光气而将不溶解的物质残留于岩样中。任何溶剂都会不同程度地改变岩石的润湿性，因此，选用溶剂抽提岩心时应尽量选那些影响小的溶剂。 例如

6、，对亲油岩心选用溶剂汽油、四氯化碳(岩心中不含水时使用)或石油醚(岩心中含水时用)，而对亲水岩心则选用1：2或1：3的酒精苯如果抽提含沥青基原油的样品，则选用甲苯或70氯烷加上30甲醇清洗。73.1 岩石物理实验流程及技术概述抽提清洗岩样的工艺方法a溶剂抽提法 岩心抽提器主要是依靠溶剂逐渐洗去样品中的油和水。溶剂可用甲苯或酒精和苯的混合液。目前常用的是1：4的酒精苯混合液。 岩心抽提器由烧瓶、岩心室(带有蒸气上升管和虹吸管)、冷凝瞥等二部分组成。其装置如图1所示。图1 抽提器83.1 岩石物理实验流程及技术概述溶剂抽提法的具体步骤：抽提时，将相当于烧瓶容积的l323的溶剂注入烧瓶内，接上冷换器

7、，接通循环水，使水在冷凝器内循环，再加热盛有溶剂的烧瓶，逐渐升温使溶剂沸腾，并一直维持该温度。溶剂蒸气由烧瓶经连通管上升，自抽提器岩心室的顶部进入冷凝器，经过冷凝，并逐渐汇聚在岩心室底部浸没岩样，溶解岩样中的原油。当溶剂液面高于虹吸管的高度时，岩心室中的全部溶剂经虹吸管流回到烧瓶中。如此多次循环，直到岩心室的溶液呈无色透明为止。 尽管如此，尚不能肯定岩样中的油是否彻底洗净，所以有时要静置一定时间，观察其中溶剂是否变色，或再换另一种溶剂进行抽提清洗。 93.1 岩石物理实验流程及技术概述抽提岩心时应注意以下几点：(1)溶剂冷凝下滴速度以每秒34滴为宜。(2)用一种溶剂洗岩样，岩心室内溶剂虽已无色

8、透明，但还不能肯定岩样是否已洗干净，应再换另一种溶剂继续抽提特别是岩心中含有重质沥青基原油时，通常都用两种以上溶剂抽提(如先用酒精苯抽提，再用三氯甲烷抽提)。(3)对易燃溶剂，应该采用密闭式电炉或水浴锅加热。(4)全部清洗装置均应放在通风柜中，以确保安全作业。(5)在使用抽提器油提清洗岩样时，应防止下滴溶剂侵蚀岩样； (6)对于胶结程度差的岩样，一定要仔细选择不会破坏岩样物理性质的抽提方法。常认为岩心抽提器是一种较为适宜的仪器；(7)对于含有重沥青质原油的岩样，一般用两种或两种以上的溶剂循环清洗。103.1 岩石物理实验流程及技术概述b 高压溶剂清洗法 将岩样装在岩心夹持器中，在室温条件下，将

9、种溶剂或多种溶剂在高压下注入岩样内，除去岩样中的烃类物质和盐分，注入压力取决于岩样的渗透能力，一般为0.077.03MPa。岩心内全部烃类清洗干净所需要的溶剂量取决于岩样中所含的烃类性质利所用溶剂的类型。当由岩样流出的溶剂已无色透明时，即可认为岩样已被洗净。c 离心清洗法 在离心力的作用下，将干净热溶剂喷洒到装在离心机转盘上的岩样上，并流过岩样将油和水驱替出来。根据岩样渗远性和胶结程度来选择离心机转速，由每分钟几百转到几千转。这种方法已成功地使用各类溶剂清洗岩样。在清洗时一般同时可以清洗几块到几十块岩样，清洗时间通常为半小时，个别情况下达到两小时，就能满足任何实验要求，因此，这种方法具有速度快

10、，清洗效果好的优点。但对于胶结程度差或结构强度小的岩心就不适用了。113.1 岩石物理实验流程及技术概述d 含气溶剂驱替清洗法这种方法是将一定压力的溶有气体的溶剂注入岩心中，与岩心中的油和水互相混合，当压力逐渐下降时，溶剂中的气体出混合物中分离出来并产生膨胀把一部分溶剂和石油、水从岩心中驱替出来。向岩心中反复注入高压含气镕剂，循环驱替就能将岩心中石油清洗干净。然后，通过烘干的办法将岩心中的溶剂及水除掉。这种方法适用于各类胶结性好的岩心(包括砂岩和裂缝性灰岩)，而且还能将岩心内“死孔隙”中的油清洗出来。这种方法不适用于肢结性差的岩心。在此方法中二氧化碳是一种最理想的气体，它能大量地溶解于各类溶剂

11、与油中，常用的溶剂为甲苯、石脑油或某些溶剂混合物。在洗岩心时，溶剂中二氧化碳的压力约为1.4MPa，驱替含气溶剂的压力则高达7MPa，一般循环清洗30分钟就可按岩样洗干净。含气溶剂清洗岩心的设备流程如图2所示。图2 加压洗油装置123.1 岩石物理实验流程及技术概述（2）岩心洗盐经过洗油、烘干后的岩样，地层水中盐分必将析出而影响孔隙度和渗透率的测定。因此，对于含有高矿化度地层水的岩心在用溶剂洗净后，尚需再用甲醇或其它能溶解盐分的溶剂补充清洗。如果从岩心电阻率实验的角度考虑，岩心洗完油后，均需要进行洗盐处理。因为孔隙中的盐将影响饱和进去的盐水的矿化度，从而使饱和后的地层水真正矿化度无法知道，影响

12、实验质量及精度。洗盐方法蒸馏水水浴法：不怕水的样品可以采用。甲醇抽提清洗法：具有通用性，但成本稍高些。洗盐效果的检验电导率法分光光度计滴定法133.1 岩石物理实验流程及技术概述 4.岩心的烘干常规者心分析中岩样可按下列方法烘干：放在能控制温度的烘箱中，在温度不超过105C 条件下，至少烘2小时以上，一般烘8小时；放在真空干燥箱中，在温度为8090C条件下，至少烘2小时；在恒温恒湿箱中，湿度为45、温度为6293C烘48小时。 岩样烘干的标准是岩样为恒重。 【注意】对于台有粘土或石膏的岩样，在烘干时不允 许岩样中的上述矿物脱水，烘干温度应低于前 面所规定的数值。143.1 岩石物理实验流程及技

13、术概述 5.岩心基本参数测量 基本参数包括几何尺寸（长度、直径）、干重W干、空气孔隙度、空气渗透率和孔隙体积等。1测量样品直径D：必须旋转三个大约互成120度角的方向测量三次，然后取其平均值作为最终测量值。2测量样品长度L：必须旋转三个大约互成120度角的方向测量三次，然后取其平均值作为最终测量值。3计算岩心的表面体积V表面=0.25D2L。4测量样品的空气孔隙度和渗透率k并计算孔隙体积Vp=V表面。15 6.模拟地层水的配置3.1 岩石物理实验流程及技术概述 如果已知地层水分析资料(水离子类型及各自的浓度),则可以用严格地层水离子类型及浓度配置或等效氯化钠浓度配置。如果已知地层水电阻率,则采

14、用等效氯化钠浓度配置。用等效氯化钠浓度法进行配置时,如果已知地层水分析资料(水离子类型及各自的浓度)，则须先将各种离子的浓度换算成等效氯化钠浓度，然后算出总等效氯化钠浓度，最后用右面两个公式计算出溶液电阻率。如果已知的是地层水电阻率则直接利用右面公式反算出氯化钠浓度，即可进行配置（1 ppm = 1 mg/l）。注意，当浓度较高时，应考虑盐所占的重量。163.1 岩石物理实验流程及技术概述 7.模拟地层水的电阻率测量采用溶液电导率仪或电阻率测量系统配套的装置测量。一般矿化度在10kppm以下，采用电导率仪测量。矿化度高的，可以采用规则容器加平面电极的伏安法测量。一般常温常压下也可以直接采用上述

15、配液公式计算出溶液电阻率。173.1 岩石物理实验流程及技术概述 8.模拟原油的配制岩心饱和和驱替用油可以用原油也可以用模拟原油。模拟原油一般用白油和煤油按一定比例配制成与原油具有相同粘度的混合油,用它来替代原油进行驱替实验，因为粘度对束缚水饱和度有影响。混合油粘度计算公式a.双对数公式：183.1 岩石物理实验流程及技术概述b.瓦利捷尔公式：c.宾汉姆公式：193.1 岩石物理实验流程及技术概述d.莱德尔公式：203.1 岩石物理实验流程及技术概述9.岩心的饱和岩心的饱和采用真空加压饱和装置进行。样品容器加载样品后，先抽真空而后渐进加已抽真空的盐溶液（由下往上缓慢加水，同时继续抽真空），直到

16、岩水淹没样品后才可快速进水，而后转换为加压饱和。在饱和过程中，要注意抽真空和加压的时间控制以及进盐水的方式和速度。饱和完一定时间后，取出并计算其含水饱和度，根据所计算的初始饱和度来检验是否完全后近似完全饱和。如果还有差距，继续加压饱和直至完全饱和或饱和度不在改变为止。213.1 岩石物理实验流程及技术概述10.岩心初始饱和度测量岩心饱和完全后（不再改变含水饱和度），取出样品，用湿纸巾擦干样品表面液体，然后称重，即为样品湿重，并由此与干重及样品孔隙度和体积计算初始饱和度，即注意，如果采用称重法测孔隙度，则此时认为含水饱和度 =100%。并由此计算出称重法孔隙度 这种方法对于孔渗较好的岩心是可以的

17、，但对于低孔渗的岩心则会带来较大的误差。223.1 岩石物理实验流程及技术概述11.岩心电阻率测量按所采用的探头类型分为：1.线圈法：用于测井新方法的实验研究中，它主要适用于中高频段2.电极法：常规的岩电实验均采用电极法测量，主要用于低频段之至 直流电测量。两电极法：简单方便，容易密封驱替，但不易加半渗透隔板，且岩 心两端的边缘效应及接触电阻应响较大，一般要求被测 样品长一些好四电极法：一般用在加有半渗透隔板的夹持器中，对岩心的长度要 求较两电极法松，且能在一定程度上减小接触电阻的影 响，但密封比较困难。多电极法：夹持器加工困难，不易密封好，且易出问题，要求岩心 长，但它不但可以分段测量岩心电

18、阻率，而且同时可以 用来监控岩心内部油水分布情况，从而控制电阻率采样 及保障测量质量。2311.岩心电阻率测量按测量方式分为：1.直接伏安法测量：通过测量经过岩心的电流I和岩心两端的电压V，然后根据欧姆定律计算出岩心的电阻，由此再乘以电极系数K（=S/L，S为岩心横截面积，S=0.25D2），就得到岩心电阻率值，即2.电桥法测量：电桥法测量原理如图4所示。其平衡方程为: Z1*Z4Z3*Z23.1 岩石物理实验流程及技术概述图4 电桥法测量原理图如果我们仅用电阻器来构成电桥此方程还是适用的。假如采取三个已知的电阻(假设是Z1，Z2和Z3，其中Z3为可调电阻)，那么通过求未知的第四个电桥臂可以得

19、到未知电阻（Z4）的值。要使方程成立，电桥必须平衡。为使电桥平衡，就得调整Z3，使得没有电流流过检流计。当无电流时，电桥是平衡的，此时上述方程可得：Z4Z2*Z3/Z1，从而可计算出被测岩心电阻率R=K*Z4。243.1 岩石物理实验流程及技术概述12.岩心含水饱和度的改变流体驱替法：效果最佳，但时间和工序较复杂。气吹法：速度较快，但与油层有一定误差，考虑不了润湿性影响。离心机法：孔隙水分布不均导致端面效应严重，影响测量效果。自然晾干法：因盐无法去除而影响测量。253.1 岩石物理实验流程及技术概述13.束缚水点的制造根据油藏高度计算净压差：w、o-水和油的密度，单位：g/cm3；H-油藏高度

20、，单位：m； Pc-孔隙流体净压差，单位：MPa（1MPa=145psi）。根据净压差来决定束缚水点的驱替压力。263.1 岩石物理实验流程及技术概述14.岩心老化处理（润湿性恢复） 将洗油洗盐烘干的岩心，用地层水100%饱和后，用原油驱替到束缚水状态下，浸泡在新鲜脱水原油中，并抽真空充氮气至地层压力，在地层温度下保存15天（国外为40天约1000小时）以上。15.润湿性测量Amott法。16.阳离子交换容量CEC和QV的测量滴定法和分光光度计法。17.实验数据处理、建模和误差分析误差理论与不确定度、实验数据回归分析273.2 岩石气体孔隙度测量 孔隙度 的测定方法很多，常用的方法有饱和液体法

21、和气体孔隙度仪法。 气体孔隙度仪法方法原理 量度单位体积岩石孔隙体积的大小，用孔隙度 表示。即所谓孔隙度就是指岩石孔隙体积与岩石外表体积的比值。 由此可知，测定孔隙度的大小只要测出岩石的外表体积 和岩石固相体积 及岩石的孔隙体积 中的两项就可以求出。具体见下页： 为岩石孔隙度（%或小数）； 为岩石孔隙体积 ； 为岩石外表体积 ； 为岩石骨架体积 。(4-1)28根据波义尔定律，如图4所示，气体在已知体积Vk与所测压力Pk下等温膨胀到未知室体积V中，膨胀后测量最终平衡压力p，这个平衡压力取决于未知体积量，未知体积可以用波义尔定律求得：1432图4 气体孔隙度仪测定原理图1.已知室 2.压力表 3

22、.阀门 4.待测室V为未知室空间体积 ；Vk为已知室空间体积 ；Pk为已知室的（原始）压力(MPa)；p为平衡压力(MPa)；(4-2)(4-3)3.2 岩石气体孔隙度测量29 对于低压真实气体，在弹性体积中作等温膨胀，考虑到器壁的压变性，忽略一些次要因素，计算由下式表示:由此可知，在体积一定，即 一定时，待测体积只是平衡压力p的函数，所以，只要测定平衡压力p就可以了。 为当地当时大气压(MPa)；G为体系的压变系数。(4-4)3.2 岩石气体孔隙度测量30系统参数 的标定上述方法中，需要事先确定系统参数 的值，其方法是在同一原始压力 下测量:岩样杯中装满钢块时的平衡压力 ；从杯中取出第一号钢

23、块后的平衡压力 ；从杯中取出第三号钢块（装进第一号钢块）的平衡压力 。根据式（4-4）就可以得到下列公式:3.2 岩石气体孔隙度测量(4-5)(4-6)(4-7)31由式（4-7）-（4-5）式得:由式（4-6）-（4-5）式得:令：3.2 岩石气体孔隙度测量(4-8)(4-9)32经过整理后得:为第一次取出的第一号钢块体积；为第二次取出的第三号钢块体积； 为杯中装满钢块时的平衡压力(MPa)； 为实验时的大气压 。3.2 岩石气体孔隙度测量(4-10)(4-11)33孔隙度的测定 由上述测量原理可知，我们只要用同样的方法进行两次实验就可以确定出岩样的颗粒体积。即未知室不装岩样时得到的平衡压力

24、为 ，未知空间体积 ，那么: 未知室里装上岩样时得到平衡压力为 p，未知室的空间（即岩心的孔隙体积）体积 ，则:（4-12）式减（4-13）式为岩样的颗粒体积:3.2 岩石气体孔隙度测量(4-12)(4-13)(4-14)34 外表体积的求法为: 孔隙度: 但由于气体孔隙度仪在结构设计上考虑到精度和校正标准室的问题，在岩样杯（未知室）中装满了不同体积的钢块。所以测定p时应从杯中取出与岩样相当的钢块体积 。记录取出的钢块体积 。所以颗粒体积应为 3.2 岩石气体孔隙度测量 为岩样外表体积 为岩样直径 L 为岩样长度(4-15)(4-16)(4-17)35实验仪器 气体孔隙度仪1台，如图4.2及4

25、.3所示。氮气1瓶；游标尺1把；标准气压计1只；干燥器1个（存放岩样用）。3.2 岩石气体孔隙度测量图4.2 气体孔隙度仪流程图1.气源阀 2.调压阀 3.供气阀 4.压力表 5.样品阀 6.放空阀 7.样品室图4.3 气体孔隙仪面板图36实验步骤将测量后的钢块全部装入样品杯中，并把该杯密封于夹持器之中。检查所有阀门，使其都处于关闭状态。开高压气瓶阀门，调节减压器使气瓶出口压力为 。开仪器气源阀，开供气阀，用调节器将压力调到原始压力 （要求在 。待压力稳定后关闭供气阀，并记下 。然后开样品阀，气体进入样品杯，压力表读数 开始下降，待压力稳定后，记下此平衡压力 。关样品阀，开放空阀，从样品杯中取

26、出全部钢块，装入岩心，如岩心未装满岩样杯，用钢块尽量把杯子装满（原则是使其空间体积最小），然后将样品杯装在夹持器上密封。重复步骤5，记下平衡压力p及取出的钢块体积 。实验完毕，关样品阀，开放空阀，关高压气瓶阀门，用调压器将压力表读数调到0，然后关闭所有阀门，取出岩样将钢块全部放入样品杯内，装在夹持器上，实验结束。3.2 岩石气体孔隙度测量37数据处理将测量的数填入下表：再按（4-12）、（4-13）和（4-17）式计算岩心的颗粒体积 。按公式 计算岩心外表体积。根据（4-16）式计算岩心的孔隙度 。3.2 岩石气体孔隙度测量1岩心编号2大气压力 （计算时要换算成 3岩心长度 4岩心直径 5原压

27、力 6杯中装满钢块时的平衡压力 7杯中装样品时的平衡压力/ 8装岩样时从杯中取出的钢块体积 38 方法原理 所谓岩石的绝对渗透率就是指单相流体在多孔介质中处于层流流动，与岩石不发生任何物理化学作用并完全饱和岩石孔隙空间时，岩石允许单相流体通过的能力。 考虑到储油岩石与流体的性质，选用气体(一般选择空气或氮气)较为合适，所测的气体渗透率值经校正后即为岩石的绝对渗透率。由达西公式可知：3.3 岩石气体绝对渗透率测量K 渗透率 气体粘度Q 体积流量L 、A 物体的长度和横截面积P1，P2 进、出口端的绝对压力(4-22)39 若用气体作为通过岩心的介质，应考虑到气体在系统中将要发生等温膨胀，即当压力

28、从进口压力P1变化到出口P2时，气体的体积和流速均在变化，因此，应使用平均体积流量 代入(4-22)式，即：Kg为岩石的气测渗透率； 为在平均压力 下的平均体积流量； 为实验室温度和大气压力下，通过岩心的气体粘度；A，L为岩石的横截面积和长度；P1，P2为岩石的进口端和出口端的绝对压力。3.3 岩石气体绝对渗透率测量(4-23)40 根据等温条件的理想气体状态方程： Psc为标准大气压力； Qsc为在标准大气压力下的气体体积流量。 因此可得： 将(4-25)式代入(4-23)式可得3.3 岩石气体绝对渗透率测量(4-24)(4-25)(4-25)41 考虑到量纲问题：因此 由(4-27)式可得

29、气测渗透率，其中A，L用游标卡尺求出，可查表得到。3.3 岩石气体绝对渗透率测量名称KQLA压力量纲m2cm3/smPascmcm2MPa(4-27)42 实验仪器所用设备有： 气体渗透率仪1台；氮气瓶1个；真空泵1个（视情况而定）；游标卡尺1把。气体渗透率仪如图4.6和4.7所示。3.3 岩石气体绝对渗透率测量图4.6 气体渗透率仪流程示意图1.真空阀 2.环压表 3.环压阀 4.放空阀 5.气源阀6.压力调节器 7.干燥器 8.上流压力表 9.岩心夹持器 10.浮子流量计43测量步骤（1-10）（1）将制备好的样品，用游标卡尺量出其长度和直径，并计算其横截面积A。（2）调节仪器面板上各阀门

30、，使之处于关闭状态（箭头水平）；3.3 岩石气体绝对渗透率测量（3）按启动电钮启动真空泵，打开真空阀，拧松岩心夹持器两边固定托架的手轮后，下降托架，卸出夹持器内加压钢柱塞（若实验流程中未接真空泵，此步骤可以不考虑）。（4）将岩样装进岩心夹持器的胶皮套筒内，用加压钢柱塞将岩样向上顶，直到岩样两端被夹持器上端头与加压钢柱塞贴紧为止，拧紧手轮。（5）打开放空阀，关闭真空泵（按停止电钮），关闭真空泵（未安真空泵的不考虑）。图4.7 气体渗透率仪面板图44（6）打开高压气瓶阀，将气瓶上的出口压力表调到1MPa，开环压阀，关放空阀，使环压保持在0.8-1MPa之间。（7）将高压气瓶的输出压力调到1MPA开

31、气源阀，调节压力调节器（一般压力由小到大调节），调至所需要的上流压力。（8）选择适当的浮子流量计（不用的要关死），在不同上流压力下读取流量，要求每块岩样应测7个点以上不同压差下的流量。（9）调压力调节器，使上流压力降为零，开放空阀，使环压降至零。关放空阀，重复步骤（3），取出岩样。（10）装好夹持器，关闭所有阀门。3.3 岩石气体绝对渗透率测量45数据处理1.将测试参数及计算的数据填入表4.23.3 岩石气体绝对渗透率测量岩心Num= 岩样长度L= cm， 岩样直径D= cm，岩样面积A= ， 室内大气压 Pa= Mpa,室内温度Ta= ， 气体粘度= mPas项目符号1234567气体流量

32、校正后流量进口压力（表）进口压力（绝）出口压力（绝）每测点渗透率表4.2 气体渗透率462.进行压力和流量的校正。实验中，所用的玻璃浮子流量计是在标准压力和温度下刻度的。而我们测量流量时又是在室温和室压下侧行的。因此必须对此流量进行校正。由气体状态方程式3.按下式分别计算气体渗透率Kg(P2=Pa)：3.3 岩石气体绝对渗透率测量Pa、Ta为实验室压力和温度，可由室内压力温度计读出(MPaK)；Qa为实验室条件下，直接测得的流量值(cm3s)；Psc、Tsc为标准压力和温度(P0=0.1IMPa，Ta=293K)。474.根据 计算 的值。5.得到岩心的绝对渗透率单相流体通过岩样的渗流规律，只

33、有在压力梯度较小、流速较低时才服从达西定律，压力梯度超过极限值时，就不再服从达西定律，而是服从非线性渗流规律，田此，将测试点得到的Kg和 绘制成 曲线，由此关系曲线判断出线性渗流直线段，根据直线外推在纵坐标上的截距，得到岩心的绝对渗透率(又称等值液体渗透率或克氏渗透率)。6.将所得到的Kg1/P值用最小二乘法验证。3.3 岩石气体绝对渗透率测量48克氏（Klinkenberg）渗透率K与某一平均压力下的渗透率K的关系: 如果系数b已知，则在上述测量步骤（8）中，只需测量一个压力下的渗透率，然后直接由上式校正即可得到克氏渗透率。3.3 岩石气体绝对渗透率测量493.4 岩石相对渗透率测量方法一：

34、 稳态水一油相对渗透率测定 稳定态相对渗透率实验是求相对渗透率最基本的方法。实验通常仅在柱塞岩样上进行，用稀油作为实验用油，盐水作为实用的模拟水，尽可能使此盐水不与岩心起反应。基本原理 迫使固定比例的流体(油水)通过岩样，直到建立起饱和度和压力的平衡态为止，求得此平衡态饱和度和压力值，然后直接用达西定律计算即可求得水油相对渗透率。503.4 岩石相对渗透率测量 实验流程 如图71所示，在稳态实验里岩心夹持器的进口端和出口端均有一混合头，注入端混合头使注入的油和水能充分混合后注入岩心，出口端混合头能使岩心里产出的油和水量计量正确(图72)。513.4 岩石相对渗透率测量 实验过程选取某一水油比，

35、用两台恒速泵按所选水油比分别将油和水常速(选取的速度要足够大，足以消除或降低毛细管压力的作用)注入岩心，直到压差不变(即达到平衡)，并且出口端产出的水油比与注入时相同，记录平衡时的压差。知道了岩样的直径、长度、孔隙度、空气渗透率、注入水和油的流量，即可用达西定律计算出该水油比所对应的油和水的相对渗透率值。把岩心从岩心夹持器中取下，称重求得岩样里的水饱和度值。从而求得此饱和度值对应的油和水的相对渗透率值。把称重后的岩样再放入岩心夹持器里，改变水油比，重复上述步骤，就可求得另一饱和度下的油和水的相对渗透率值，整个实验一般要取10个饱和度值。 此实验可以做吸入过程(水饱和度增加)，也可以做驱替过程(

36、油饱和度增加)。523.4 岩石相对渗透率测量方法二： 非稳态水油相对渗透率测定 非稳态测定相对渗透率的方法所需时间比稳态法少，但数学处理难度较大，Buckley和Leverett建立了此方法的基本理论，Welge发展了此理论并把它用在非稳态相对渗透率测定方法中，Johnson发展、完善了Welge的工作，取得了从非稳态试验资料计算每一相相对渗透率的方法，通常称JBN方法。 在非稳态方法测定相对渗透率实验时，必须满足下列条件：(1)实验过程中要施加足够大的压力梯度以减少毛细管压力的作用；(2)岩心是均质的；(3)在试验的全过程中流体性质不变。 实验可以在均质的全直径岩样和柱塞岩样上进行。不过，

37、在全直径岩样上只能作垂直驱替。通常，认为相对渗透率与油水粘度比无关，因而，为了使水驱油实验造成早见水、含水采油期长的驱替过程，通常用较稠的油作实验用油(美国岩心公司建议用17mPas的精制油)。533.4 岩石相对渗透率测量 基本原理 用外部注水或注气驱油过程中测得不同时刻的岩心两端压差、出口端的各相流体流量，然后用数学公式计算求得相对渗透率。在此过程中，含水饱和度在岩样内的分布是时间和地点的函数。所以把此过程称为非稳态过程。图7.3即表示了这样一个水驱历程。543.4 岩石相对渗透率测量 实验过程试验在较高的注入速度下进行(采用恒速或恒压法)，直到含水999为止。采用恒速法时，注水速度按下式

38、确定。LWV 1 （1）L为岩样长度(cm)；W为注入水粘度(mPas)；V为渗流速度（cmmin)。采用恒压法时，注水压差按下式确定。10.6 （2）1 ow为油水界面张力mNm；K为空气渗透率， m2 ； 为孔隙度(分数)；P 为压差(MPa)。553.4 岩石相对渗透率测量按时记录岩样出口端每种流体的排出量和岩样两端的压力差，通常实验结束时累积的注入倍数要达到几十倍甚至几百倍孔隙体积，当水油比较低时，可认为此值对应的油饱和度值是残余油饱和度。但在一般情况下，是把基础注水实验求得的残余油饱和度值作为相对渗透率时的残余油饱和度值。记录水驱油资料的参数有：时间间隔t、累积时间t、阶段产油量V0

39、、累积产油量V0、阶段注水量Vt、累积注水量Vt、压差P。563.4 岩石相对渗透率测量有关资料的整理方法1JBN方法基本公式(7-1)(7-2)(7-3)Kro(Swe)出口端饱和度时油相相对渗透率；Krw(Swe)出口端饱和度时水相相对渗透率；Swe出口端含水饱和度，小数； 无量纲累积注水量(VtVp，Vt为累积注水量，Vp为岩样孔隙体积)； 无量纲累积产油量(VoVp，Vo为累积产油量)。573.4 岩石相对渗透率测量I流动能力；K岩样空气渗透率，m2；A岩样截面积，cm2；L岩样长度，cm；Q(t)一t时刻出口端流量，cm3/s；P(t)一t时刻岩样两端压差，MPa；f0含油率，小数；

40、fw含水率，小数；w水粘度，mPas；o油粘度，mPas。(7-4)582计算步骤由上述记录量和岩心的孔隙体积Vp、岩心横截面积A、岩心长度L、岩心气体渗透率K及水粘度w和油粘度o可以计算出Krw和Kro。具体计算步骤如右：根据Swe与Krw和Kro绘制曲线即可得水、油相对渗透率曲线。3.4 岩石相对渗透率测量59方法三： 离心机法测定相对渗透率离心机法求相对渗透率的实验设备和实验过程完全与离心机法求毛细管压力曲线相同。但是从测量值求相对渗透率的方法是Van Sprousen和Omera建立的。 离心机法的优点是求相对渗透率花费时间比稳态法少，不存在粘度指进，而粘度指进在用非稳态法测定相对渗透

41、率时是值得注意的一个问题。 离心机法没有得到广泛应用的主要原因是该方法没有求得侵入相的相对渗透率，另外毛细管末端效应也没有有效地克服。3.4 岩石相对渗透率测量60方法四： 从毛细管压力曲线计算相对渗透率从非润湿相驱动润湿相的驱替毛管压力曲线资料来计算相对渗透率的方法通常用于气油和气水系统。当然在水油系统里也可以应用，但不可靠程度要大些，特别是对于水润湿岩样。因为水润湿岩样的水驱油过程是吸入过程而不是驱替过程。通常求相对渗透率不用毛细管压力法，但当岩样比较小不宜做流动试验时，就可以用小岩样做压汞毛细管压力试验，求出驱替毛细管压力曲线。另外对于渗透率非常低、注水非常困难的岩样(包括注水粘土膨胀等

42、)也可以通过压汞求毛细管压力曲线来求岩样的相对渗透率。对于凝析气藏，随着压力下降含油饱和度增加，因此初始含油饱和度可以是非常低甚至等于零，这样低的含油饱和度，用流动实验求相对渗透率是不可能的，都可以用毛细管压力技术来求相对渗透率。从毛细管压力计算相对渗透率，习惯是采用水银驱替法求得的毛细管压力曲线。3.4 岩石相对渗透率测量61有许多位研究者提出了从毛细管压力曲线计算相对渗透率的公式：Puure1l提出下列方程:下标rw和nw分别表示润湿相和非润湿相，Purell提出n等于2，但Fatt等人提出n等于3。3.4 岩石相对渗透率测量(7-4)(7-5)62Burdine进步发展了此表达式，他提出

43、： 这里Sm表示从毛细管压力曲线求得的最小润湿相饱和度。Se表示非润湿相平衡饱和度(通常指退汞到最小压力时，残留的非润湿相汞饱和度)。研究表明用此法求得的润湿相相对渗透率比非润湿相的要好。3.4 岩石相对渗透率测量(7-6)(7-7)63方法五：求相对渗透率曲线的经验公式油气相对渗透率经验公式 A分选好的未胶结炒岩， B分选差的未胶结砂岩， C胶结砂、鲕状灰岩和孔穴灰岩， 水油相对渗透率3.4 岩石相对渗透率测量Swi束缚水饱和度；So含油饱和度。(7-8)A分选好的未胶结炒岩， B分选差的未胶结砂岩， C胶结砂、鲕状灰岩和 孔穴灰岩， (7-9)64方法一：驱替法测量毛管压力 在电阻率驱替测

44、量装置上，增加岩样的上下端压差控制及测量装置，逐步改变压差值并使驱替达到平衡，采集此时的压差值和含水饱和度值。最后以含水饱和度作为横坐标，压差作为纵坐标作曲线图即的毛管力曲线。3.5 岩石毛管压力测量65方法二：孔隙隔板法测毛管压力方法原理3.5 岩石毛管压力测量利用外加压力(抽真空和加压)与毛细管力平衡的原理来测定毛管压力曲线。在一定的驱替压力下、用非润湿相驱替润湿相，这个驱替过程是克服相应毛管压力的过程。记录一系列外加的驱替压力及在该压力下驱替出润湿相的体积，由此求得毛管压力曲线。 663.5 岩石毛管压力测量测定仪器仪器主要由压力岩心室、半渗透隔板和压力计三部分组成(参见图5-21)。测

45、定仪最重要的部分是孔隙大小分布均匀的可渗透隔板，可以烧结玻璃或陶瓷制成。实验前用清水浸泡冲洗后用洗液浸泡处理。最后用蒸馏水冲洗、烘干。般情况下是用空气盐水、油一盐水为隔板法的流体体系，因此实验开始前应先把隔板抽空饱和盐水，但也有个别情况用空气一油作为隔板法的实验流体，这时则应用油来饱和隔板。67实验方法实验步骤（空气水体系）：把洗净烘干的岩心抽空饱和模拟地层水，并加压浸泡23h，用称重法求出饱和水体积。把饱和水的岩样放在隔板上（不同仪器隔板大小不同，可放置岩心数也不同，美国岩心公司出的仪器可放置多块岩心，也有的只可放一块)，密封岩心室，逐步加压，在每一个压力点上保持一定的时间、使外压与相应的毛

46、管压力达到平衡(以岩心内水饱和度不再减小为标准)，通常一个压力点下的平衡需几天时间。平衡后取出岩样称重，求出此压力点下岩样的水饱和度。将岩样放入岩心室，加更高一级的压力。一般一条完整的毛管压力曲线至少要做68个压力点。一般来说，在空气一盐水系统中，孔隙隔板最大突破压力是0.25MPa。特殊生产的高压孔隙隔板对空气盐水系统允许达到14MPa。3.5 岩石毛管压力测量68实验注意事项有限的资料表明：做隔板实验时，相同压力下砂岩孔隙内的水饱和度会随温度增加而增加，但温度对灰岩的影响不大。因此做砂岩样品时要尽量保持实验室恒温。在有条件的地方可以把设备置于恒温室内。隔板法通常不适合做亲油岩心。如果要做亲

47、油吸入毛管压力曲线，必须把隔板处理成亲油的，但一般情况下不做这类实验。用隔板法测定毛管压力比较慢而且麻烦，但它确实是一种好的方法，如果岩样中含有粘土，就更值得推荐使用此方法。3.5 岩石毛管压力测量69方法三：离心法测毛管压力 基本原理 饱和了润湿相流体的岩样浸没在灌有非润湿相流体的岩心杯中，在离心机的高速旋转下，由于岩心中的润湿相与岩心外非润湿相的密度不同，使得两种流体受到的离心力也不同，非润湿相借助这种离心力差克服毛管压力进入岩心，排驱出润湿相。离心机转速越高，产生的离心力差就越大，克服的毛管压力就越大。从而非润湿相就能进入更小的孔道。测量一系列离心机的稳定转速及在该转速下离心出的润湿相液

48、体量，就能求得该岩心的毛管压力曲线。3.5 岩石毛管压力测量703.5 岩石毛管压力测量仪器设备 实验仪器参见图522。 岩心分析用的高速离心机要具备以下几种基本功能：离心机转速等于或低于1500rmin时，其转速波动应小于5； 转速高于1500rmin时波动值应小于2%；可以自动或者手动选择离心机转速；配有专用岩样杯和放置岩样杯的离心盘，可以在不停机的情况下自动测量排出的液体量。71实验方法实验用岩心样品的大小根据离心机内岩心盒的大小来确定，通常取直径2538cm、长度2550cm。实验前按照常规岩心分析的要求清洗和烘干样品，测量渗透率和孔隙度。实验温度下的油水界面张力、粘度和比重。把洗净烘

49、干的岩样抽空饱和模拟地层水，加压浸泡2一3小时后求出饱和水的体积。把饱和好水的岩样分别放入盛满非润湿相(油)的岩心怀内。一般离心机有48个离心杯，因此可以放置48块岩心。把岩心杯封闭好后称量，调节各个杯的重量，使其平衡。开动离心机，使其在整个实验过程中保持运转。转速由低到高调节，每一个转速代表一个压力点。每一个转速要保持到岩心中离心的水量不再增加为止，此时可用闪烁记录器读取在此转速下离心出来的水量。然后将离心机的转速调到更高档，进行测定。试验直进行到离心机所能达到的最高转速为止。一般至少要做68个速度点才能求得一条完整的毛管压力曲线。3.5 岩石毛管压力测量72计算方法：不同转速下两相流体的离

50、心力差等于毛管压力，因此可用下式汁算毛管压力： Pci=1.09710-8L(Re-L/2)n2 (5-12)相应岩样内的平均剩余润湿流体饱和度为： (5-13)对岩样驱替毛管压力模型公式： Pc=-SgLn(Sw-Swi)/(1-Swi)+Pcd (5-14)略加简化，可以得到平均剩余润湿流体饱和度： （5-15）3.5 岩石毛管压力测量 73Sw润湿相饱和度，小数； 平均润湿相饱和度，小数；Swi最小润湿相饱和度，小数；Pci岩样毛管压力，MPa(平均)；Vp岩样孔隙体积，Cm3；Pc岩样毛管压力，MPa； Pcd岩样排驱压力，MPa；L岩样的长度，cm； Re岩样外旋转半径，cm；两相流

51、体密度差，gcm3； n离心机转速，rmin；Vw某一离心转速下岩样累积排出的润湿流体量，cm3。Sg 岩样综合影响因子(反映流体性质、岩样表面性质和孔隙结构等对毛细管压力的影响)，MPa； 用最小二乘法估算出非线性方程5-15中各项岩样的重要参数Swi、Pod和Sg后即可可由公式5-14计算出完整的毛管压力润湿相饱和度关系曲线。3.5 岩石毛管压力测量式（5-15）中的L1可按下式求得：(5-16)74离心机法的特点： 离心机法不适合测定非均质岩样的毛管压力曲线，但它适用于测定保持在铅金属外套中的松散岩心，因为它可以避免隔板法要求岩样端面要紧密接触隔板的问题。但测松散岩心时一定要控制转速，防

52、止金属外套及两端过滤网的损坏。另外离心机法测毛管压力曲线通常仅需几个小时，而隔板法可能需要几天甚至更长的时间。离心机法也可以做吸入毛管压力曲线，但岩心杯和离心盘要稍有改动。3.5 岩石毛管压力测量75方法四：压汞法测毛管压力3.5 岩石毛管压力测量测定原理 汞对大多数固体表面均为非润湿相，对汞施加外力可迫使汞克服毛管压力而进入多孔介质的相应孔隙中，根据进汞量(即孔隙介质的饱和度)和相应的压力，就能做出毛管压力曲线。实验装置 图523是测试装置的示意图。 装置内五个部分组成：水银计量泵、放岩样的容器(可以观察水银液面)、压力表、真空泵及水银压力计、高压气瓶。壮置的最高工作压力不低于8MPa。76

53、实验方法实验前先清除汞中的机械杂质和氧化膜。岩样事先抽提、除油、烘干、测渗透率和孔隙度。不规则样品只测定孔隙度。实验过程是： 把洗净烘干的岩样放入岩心杯中抽空，在真空条件下继续抽一小时。从真中开始试验，在每一压力点下维持定的时间，使外压与毛管压力达到平衡。低渗透率样品的平衡时间要比高渗透样品的长些。计算在此压力下进入岩样的汞体积VHg，即可求得汞进入岩样的饱和度SHg。不断提高压力直到仪器能承受的最高压力为止。一般仪器的最高工作压力为8MPa，有些专门设计的仪器最高工作压力可达40MPa，这类专门设计的仪器适用于测定渗透率低的岩样。 每个岩样可以做20到30个测试点，以求得较好的曲线。3.5

54、岩石毛管压力测量77压汞法的特点优点：在所有方法中压汞法求毛管压力曲线所需时间最短。研究压力范阔最大。缺点：润湿特性与油水（气)不一样，岩样不能重复用。另外，压汞法通用于规则和不规则岩样，还可以用此方法做退汞实验，求出吸入毛管压力曲线。当压力特高时孔隙可能100被水银饱和。在开始实验时，水银可能已进入岩样表皮及大孔隙，在测定时应该注意。3.5 岩石毛管压力测量78几种测毛管压力方法的比较 很显然，驱替法最接近实际油藏情况，因此效果最好。其次是隔板法，因此，目前最先进的是采用联测系统进行测量。 对压汞法测得的毛管力曲线要对润湿条件做一校正。校正的方法是把压汞毛管压力曲线依据下面关系式转换成空气水

55、系统或油一水系统的毛管压力曲线。 和取值最好能用油田实际值，但如果没有此值可用表54中的值。大量实验结果表明(Pc)Hg(Pc)w的比值对于砂岩是7.5，对于灰岩是5.8。3.5 岩石毛管压力测量(5-17)(5-18)下标Hg和w分别表示压汞法和隔板法测得的参数;Pc、和分别为毛管压力、界面张力和润湿接触角。79同样也可以把实验室求得的毛管压力曲线换算成油藏条件下的毛细管压力曲线，即： （5-19）式中，下标Res和Lab分别表示油藏条件和实验室条件下；Pc、 和分别表示毛细管压力、界面张力和润湿接触角。3.5 岩石毛管压力测量80毛管压力数据归一化处理 通常有下列两种方法可以把同一水动力学

56、系统或者地质结构相类似的油藏的毛管压力的曲线联系起来。第一种方法是Leverett对松散人造岩心进行研究后提出的J函数方法。第二种方法是分析一系列渗透率(或孔隙度)方面有代表性样品的毛管压力曲线。3.5 岩石毛管压力测量81 1.J函数法: J函数的表达式为： 后来有人把接触角的余弦cos引入公式，使J函数的表达式变为： 一般认为可以用J函数把所有毛细管压力数据转换成为一条曲线(见下页图5.26)。不同地层的J函数与水饱和度的关系不同，因而关系曲线也不同。实际上在天然胶结岩心中也很难找到一条完美的曲线来确切反映这种关系，但作为一种近似关系，还是存在着一条曲线的。3.5 岩石毛管压力测量Sw 水

57、饱和度，小数；Pc毛管压力，dynecm2 (10.1Pa)；界面张力，mNm；K渗透率，孔隙度，小数。(5-20)(5-21)823.5 岩石毛管压力测量832.分析一系列渗透率(或孔隙度)方面有代表性样品的毛管压力曲线。 对于一个确定的毛管压力值，可以求出此系统渗透率的对数值与水饱和度的关系。作为一次近似，可以认为这种关系是线性关系，也就是说对于某一毛管压力值，可以有以下关系：Sw = m logK + b (5-22) 3.5 岩石毛管压力测量84毛管压力曲线的应用（1-3）1.计算自由水面以上高度处的含水饱和度 在原始油藏条件下，油水密度差所产生的重力差应该与毛管压力相平衡： H(Pc

58、)Res (5-23) 因而可以把毛管压力曲线转换成自由水面以上高度与含油饱和度的关系曲线，即： （5-24） H油水界面以上高度，m； 油水密度差，gcm3； ( Pc ) Res油藏条件下的毛管压力，MPa； w水的密度，gcm3； o油的密度，gcm3。3.5 岩石毛管压力测量852.利用毛管压力资料计算孔隙大小分布 根据平行毛细管束理论，就可以求得孔隙喉道大小分布。从毛管压力曲线定义中可知： P c2cosr (5-25) 则 r2cosP c (5-26) 如果是用压汞法求得的毛管压力曲线，则有： r0.75P c (5-27)3.可以利用毛管力曲线计算相渗曲线和岩石的润湿性。3.5

59、 岩石毛管压力测量86方法一: 接触角测定 润湿程度通常以接触角表示，角一般规定从极性大的液体(水)那一面算起。90者为水湿，90者为油湿。图4一l是两种不同润湿性时的接触角实例。图42是测量接接触角的装置简图。接触角的测量可以在常态下用原油在纯的石英或碳酸盐晶体表面上进行测量。但另一种更好的方法是用一个特殊的接触角测量装置进行高温下的接触角测量。3.6 岩石润湿性测量有时，由于油中的极性化合物对岩石表面的影响，使得本来是水湿性质的岩石随着时间增加而趋向于油湿。87方法二: Amott测润湿性指数法 Amott润湿性指数法是用来测量岩心润湿性的一种方法，可以得到岩心润湿性的定量结果。这种方法的

60、应用是基于一种假设：即强润湿相流体将自发地吸入到岩石中并驱替出非湿相流体直至达到非湿相的残余饱和度。 试验用岩心应选用受到保护的未改变其原始润湿性的岩心，岩心柱塞的钻取应快使用与取心液滤液一致的流体。例如，取心时用的是水基钻井液，则钻样品的就应该用水。3.6 岩石润湿性测量88测量步骤为：岩心用水驱替，排出岩心中油和气直达到残余油饱和度(图4-4， a)；岩心放入盛满油的自吸容器中，油自发吸入岩心并排出水(A)(图4-4，b左)；岩心装入夹持器，用油驱替，排出岩心中的水(B)(图4-4，b右)；计算油润湿性指数(OWI)： （4-1）岩心放入盛满水的自吸容器中，水自发吸入岩心并排出油(C)(团