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油层物理储层岩石物理性质第一章第1页储层岩石物理性质

第1章本章内容§1储层岩石骨架性质§2储层岩石孔隙结构及孔隙性§3储层岩石渗透性§4储层岩石流体饱和度§5岩石胶结物及胶结类型§6储层岩石其它物理性质第2页

储层岩石物理性质

第1章§4

储层岩石渗透性储层岩石渗透性是油气流体得以开采基础和关键。用孔隙度可评价储层储集性，饱和度可评价储层中含油气性，而渗透率则可评价油层中油气开采难易程度及开采效果。渗透率是油气田开发、油藏工程动态分析关键储层物性参数。第3页

储层岩石渗透性

第1章3节

达西定律及岩石绝对渗透率岩石绝对渗透率测定岩石绝对渗透率影响原因岩石绝对渗透率评价岩石绝对渗透率求取裂缝性岩石渗透率本节内容第4页

储层岩石渗透性

第1章3节一、达西定律及岩石绝对渗透率

达西定律描述了流体在多孔介质中宏观流动规律，是油藏工程计算关键定律。1.达西试验及达西定律

＜达西试验＞装置：如图条件：单相流第5页储层岩石渗透性

第1章3节达西经过试验发觉：改变填砂柱粒径，则流体流量不一样，→在上式中引入百分比系数K，建立了达西定律水经过等粒径填砂柱时，水流量与：砂柱截面积（A/

cm2）成正比砂柱两端进出口压差（△p/at）成正比；砂柱长度（L/cm）成反比；流体粘度（m/cP）成反比（流体不一样时）。即：第6页储层岩石渗透性

第1章3节

＜达西定律＞

单位时间内流体经过多孔介质流量与加在多孔介质两端压力差和介质截面积成正比，与多孔介质长度和流体粘度成反比。即：式中:K－百分比系数，达西（D）;Q－经过岩心液体流量，cm3/s；A

－岩心截面积，cm2；L

－岩心长度，cm；△P－加在岩石两端压差，MPa；m－流体粘度，mPa·s（1cP＝1mPa·s）。

系数K只与多孔介质结构相关，而与流体性质无关，称其为多孔介质渗透率。第7页储层岩石渗透性

第1章3节注意：矿场惯用混合单位制，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基本定律,对单相和多相渗流都适用；达西定律适合用于各种多孔介质中流体渗流，如涣散砂柱，胶结砂岩及其它多孔介质。系数K只与多孔介质结构相关，与流体性质无关。第8页储层岩石渗透性

第1章3节2.岩石绝对渗透率K

达西定律用于储层流体渗流时:

K与Q成线性：K大→Q大，岩石允许流体经过能力大;K可定量评价岩石渗透性大小一定压差下，岩石允许流体经过性质→称K为岩石绝对渗透率第9页利用达西定律测定岩石渗透率，需要满足以下条件：

（1）岩石中全部孔隙100%被某单相流体所饱和，液体不可压缩；（2）流体性质稳定，不与岩石发生物理化学作用；（3）流体在岩石孔隙中渗流为层流（线性流）。

在这么条件下得到渗透率仅与岩石本身性质相关，而与流体性质无关。达西公式也能够写成微分形式，即：储层岩石渗透性

第1章3节第10页储层岩石渗透性

第1章3节3.

使用达西定律测定岩石渗透率流速条件

试验测得流量Q－△p关系，如图所表示。据达西定律：可知：△P与Q为线性关系达西定律是线性渗流定律图中△P＞△Pmax时，Q～△P为非线性，不满足达西公式百分比关系。第11页储层岩石渗透性

第1章3节线性渗流流速限制

流体渗流速度＜临界流速线性渗流判断作图法：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

：普通砂岩储层临界Rec为0.2－0.3若实际Re＜Rec，则为线性流动（层流）第12页储层岩石渗透性

第1章3节岩石绝对渗透率K单位岩石K法定计量单位：D（达西）矿场惯用md（毫达西），1D＝1000md在长度L＝1cm，截面积A＝1cm2岩心中，粘度为1cP流体在1at（0.0981MPa）压差下流过岩心流量Q＝1cm3/s时，称岩石渗透率为1D（达西）：达西物理意义第13页储层岩石渗透性

第1章3节岩石绝对渗透率K物理意义

K代表多孔介质孔道横截面面积大小。

显然，岩石K越高，岩石孔道截面积越大，流体在其中越轻易流动，岩石渗透性好。→1D＝1mm2，岩石绝对渗透率K

具“面积”因次。

第14页

储层岩石渗透性

第1章3节本节内容第15页储层岩石渗透性

第1章3节二、岩石绝对渗透率测定★主要内容

渗透率测定条件和方法渗透率测定计算公式渗透率测定结果分析气体滑脱现象气测渗透率校正第16页储层岩石渗透性

第1章3节1.岩石渗透率测定条件

据达西定律，测定K必须满足三个条件：

只有严格满足上述三个条件测得渗透率才为岩石绝对渗透率。①岩石孔隙空间100%被某一个流体所饱和：②流体性质稳定：③流体为线性流动：——在岩心各断面处有稳定体积流量——不与岩石表面发生物理、物理化学反应——Q～△P呈线性关系第17页储层岩石渗透性

第1章3节理论上：油、气、水都可作K测定流体。实际上：油测时：

水测时：气测时：

物理吸附→孔隙表面形成油膜→孔隙空间↓→岩石K↓；水敏性矿物膨胀→岩石K↓气体膨胀、流量改变→岩石K↑依据达西公式，用任何流体测定岩石K都存在误差。除③线性流动外，条件①②在试验室条件下难以严格满足。例：第18页储层岩石渗透性

第1章3节2.岩石绝对渗透率测定方法方法：行业标准要求使用气体测量岩石K，即：

在低压下，用干燥空气或氮气气体经过岩心，测定岩石绝对渗透率K。气体性质较稳定，不易改变；不与岩石表面作用而改变孔隙大小；气体测岩石K误差轻易校正：气体膨胀→流量不稳定校正；气体分子扩散→气体滑脱效应校正。第19页储层岩石渗透性

第1章3节3.

气测渗透率计算公式

——流量不稳定校正在等温条件下，气体经过岩心：沿压降方向（岩心长度）发生膨胀气体体积流量Q在各断面处不等→不能直接用达西公式计算岩石K第20页储层岩石渗透性

第1章3节（1）气测K公式推导①设在微单元dL上，气体具稳定体积流量在dL上用达西公式微分式：（混合单位制）→………<1>第21页储层岩石渗透性

第1章3节②沿岩心长度方向，气体发成恒质量等温膨胀，据波-马定律（PV＝常数）：

Qp＝Q0

p0＝常数则：Q＝Q0

p0／p………<2>

式中：Q岩心某断面处气体体积流量；

Q0出口端压力p0下体积流量。③将<2>式带入<1>微分达西公式：第22页储层岩石渗透性

第1章3节分离变量:积分得气测岩石K公式：（混合单位制）式中：Ka—气测岩石绝对渗透率，mm2；

p1、p2—岩心进、出口端压力，atp0—大气压力，at；

Q0—p0压力下气体体积流量，cm3/s。第23页储层岩石渗透性

第1章3节（2）注意气测岩石Ka与液测KL公式区分：方法公式K～p关系

气测液测第24页储层岩石渗透性

第1章3节4.气测岩石渗透率结果分析第25页储层岩石渗透性

第1章3节结果：同种气体，不一样→测得Ka不一样相同，不一样气体→测得Ka不一样

结论：Ka随测定条件改变Ka与K间还存在偏差？第26页储层岩石渗透性

第1章3节5.

气体滑动现象在单根毛管模型中渗流：液体：流速断面呈圆锥曲线：

从孔中心→孔壁v液↓；孔壁处v液＝0气体：流速断面上呈近直线分布：

孔壁处v气≠0。第27页储层岩石渗透性

第1章3节结论：气体在毛管中流动时流速分布偏离液体流动特性——牛顿粘性流动特征。（1）气体滑脱现象概念滑脱现象：气体渗流时，其流速在毛孔断面上分布偏离粘性流体流动特征，出现气体分子在管壁处速度不等于0流动现象。又称“滑脱效应”。（2）滑脱现象产生原因液体在毛管中流动特征：粘性流动液体分子间存在粘滞阻力，且F液-管壁＞F液-液

第28页储层岩石渗透性

第1章3节→毛管断面：阻力：管壁最大，中心最小；

流速：中心最大，管壁最小＝0。

（≈管壁上液体分子被粘住，表现为v＝0）气体在毛管中流动特征：碰撞为主（低压下）粘滞阻力消失←分子小，间距大，Fg-g、Fg-S小；分子碰撞→动量交换→管壁处罚子不会粘在管壁上，仍处于运动状态；→毛管断面上气体分子间流速差消失，气体在毛管中流动出现滑动效应。

（≈气体分子从管壁滑脱，表现为v≠0）第29页储层岩石渗透性

第1章3节（3）滑动现象对气测Ka偏离岩石K影响滑动现象→管壁处气体分子参加流动→相当于增大了孔道流动空间→气测Ka＞岩石K；吸附作用→管壁处液体分子形成液膜不流动→减小了孔道流动空间→液测KL＜岩石K；对同一岩石有：气测岩石Ka＞岩石绝对K＞液测岩石KL第30页储层岩石渗透性

第1章3节（4）等效液体渗透率克林肯贝格提出：当→∞时，Ka→常数K∞→K∞称“等效液体渗透率”或“克氏渗透率”在数值上，K∞＝岩石K第31页储层岩石渗透性

第1章3节（5）滑脱现象影响原因在式中，b

称为滑脱系数。式中：

C百分比系数≈1;r

为岩石孔道半径;

l

为平均压力下气体分子平均自由程，l与气体分子直径d和体系压力p相关。

→滑脱系数b与气体性质、孔隙结构相关。第32页储层岩石渗透性

第1章3节影响原因：平均压力气体类型岩石类型结果：越小→滑动现象越严重；气体分子越小→滑脱现象越严重（b越大）；岩石孔道越小→滑脱现象越严重（b越大）。第33页储层岩石渗透性

第1章3节结论：平均压力越低、气体分子越小，岩石孔隙越小，气体滑脱效应越严重，气测渗透率Ka与岩石渗透率K之间差异越大。普通来说，气测Ka≠岩石K，必须校正。

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第1章3节6.

气测渗透率Ka校正

——

滑脱效应校正方法：试验测定数据经验公式图版法第35页储层岩石渗透性

第1章3节气测Ka试验数据校正

依据：步骤：测定不一样下流量Q及岩心进、出口压力p1、p2，测定5组以上数据点；用气测渗透率公式计算不一样下Ka；绘制Ka～直线；将Ka～直线外推至Ka轴，截距K∞为校正气测岩石K，即：岩石K＝K∞第36页储层岩石渗透性

第1章3节KaK∞K=K∞第37页

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第1章3节本节内容第38页储层岩石渗透性

第1章3节三、影响岩石渗透率原因沉积作用：骨架结构、沉积结构，孔隙结构成岩作用：压实、胶结、溶蚀作用结构（地应力）作用：其它作用1.沉积作用影响（1）岩石骨架结构颗粒：组成和结构（大小、分选、排列等）→骨架结构决定岩石f、S大小→影响岩石K。第39页储层岩石渗透性

第1章3节（2）沉积结构（宏观原因）层理类型：类型不一样→形态不一样；水平层理、波状层理交织层理：板状、楔状、槽状透镜状层理递变层理、韵律层理等层理规模：类型不一样→规模不一样；可小至厘米，可大到十几米级别不一样层理纹层厚度、展布方向不一样第40页储层岩石渗透性

第1章3节第41页储层岩石渗透性

第1章3节结论：不一样层理，渗透性不一样；同一层理，不一样方向渗透性不一样。（顺水流、垂直水流）认识：骨架结构在微观上决定了储层渗透率大小。沉积结构从宏观上决定了储层渗透率方向性。第42页储层岩石渗透性

第1章3节（3）.储层孔隙结构影响据高采尼－卡尔曼方程：，K＝f（f）→f↑→K↑K＝f（r2）→孔隙越大，K越大K＝f（1/t2）→孔道越弯曲，K越小孔隙连通度越低→K越小孔喉比越大→K越小

孔隙结构从微观上决定了岩石渗透率大小，孔隙度从宏观上反应了岩石渗透性好坏，是微观在宏观表现。第43页2.成岩作用影响（1）压实作用：地静压力↑→岩石K↓（2）胶结作用：岩石K↓

（3）溶蚀作用：岩石K↑3.结构作用影响

岩石在地应力作用下，会形成断裂和微裂缝。低渗或特低渗储层在结构应力下产生微裂缝时，极有可能变成含有中高渗透率储层。储层岩石渗透性

第1章3节第44页储层岩石渗透性

第1章3节4.流体-岩石相互作用影响流体接触水敏性化合物，堵塞孔隙通道，K↓流体中悬浮物滞留在岩石中，K↓原油中胶质，沥青质等吸附在岩石孔隙表面，K↓地温↑→减小地静压力降低K作用（T↑→流体膨胀）第45页储层岩石渗透性

第1章3节本节内容第46页储层类型孔隙度渗透率储层评价一级＞30%＞特高孔特高渗储层二级25-30%500-高孔高渗储层三级15-25%100-500中孔中渗储层四级10-15%10-100低孔低渗储层五级5-10%＜10特低孔特低渗储层非储层＜5%＜1储集层按渗透率分级常规储层K，1~100md（油），0.1~10md（气）第47页

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第1章3节本节内容第48页储层岩石渗透性

第1章3节五、岩石渗透率求取

方法：常规小岩心测定全直径岩心测定1.常规小岩心测定★适用：普通砂岩储集层岩心原理：同气测渗透率原理数据处理：同气测渗透率校正第49页储层岩石渗透性

第1章3节2.全直径岩心测定适用：含有较大溶孔、溶洞、裂缝等非均质较强砂、砾岩储层岩样。内容：a）水平K

测定b）垂直K

测定c）径向K测定设备：全直径岩心夹持器。第50页储层岩石渗透性

第1章3节（1）水平渗透率测定水平K：流体沿着平行岩石层面方向流动时，测得K。原理及过程：同小岩心测定。计算公式：

式中,E为形状系数，取决于滤网分配气体弓形角和岩样直径；比如：滤网面积＝1/4岩样侧面时，E＝1。

测定关键：让流体沿岩心层面流动。

第51页储层岩石渗透性

第1章3节（2）垂向渗透率测定垂向K：流体沿着垂直岩石层面方向流动时，测得K。原理及过程：同小岩心测定。测定关键：流体垂直于岩心层面流动。（3）径向渗透率测定径向K：流体在岩心中成径向流动时，测得K。原理及过程：同小岩心测定。计算公式：径向达西公式

第52页储层岩石渗透性

第1章3节式中：de、dw－岩样外径及孔眼内径；

h－岩样高度；

p1、p2－进、出口压力。测定关键：在岩心正中心钻一小孔，使流体在岩心中呈径向流动。第53页储层岩石渗透性

第1章3节3、岩石渗透率估算

——用岩样孔隙数据估算思绪：基于等效渗流阻力原理，即：式中：K——渗透率，μm2

r——岩石孔道半径，μmφ——孔隙度，小数

τ——迂曲度，小数实际储油岩石孔道半径r多介于1~10μm之间，τ＝1~1.4。

第54页

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第1章3节本节内容第55页六、裂缝性、溶孔性岩石渗透率

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第1章3节1、纯裂缝岩石渗透率

裂缝密度n定义为：岩心端面上裂缝总长度l与端面面积之比，即：

裂缝孔隙度φf

：第56页

式中：b——裂缝宽度，cm；

φf——裂缝孔隙度，小数；

Kf——裂缝渗透率，cm2。若用达西单位制，上式变为：式中：b——裂缝宽度，cm；

φf——裂缝孔隙度(又称裂缝性系数)，小数；

Kf——裂缝渗透率，μm2。

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第1章3节第57页

2、裂缝-孔隙双重介质岩石渗透率

裂缝-孔隙岩石渗透率等于基质渗透率与裂缝渗透率之和，即：

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第1章3节第58页

图6—24溶孔描述3、溶孔渗透率计算式中：φh—溶孔性岩石孔隙度；r——溶孔半径；cmL——长度，cmN——断面上溶孔根数；A——溶孔型岩样断面面积，cm2。

储层岩石渗透性

第1章3节第59页1、算术平均公式：式中：n为数据点数；

f

i为数据点孔隙度；

Ki为数据点渗透率。应用：求单井单层岩石参数平均值。七、平均渗透率计算方法储层岩石渗透性

第1章3节第60页2、加权平均

方法公式应用厚度加权（垂向）求单井小层、油层物性参数平均值。面积加权（平面）

求油藏小层、油层参数平均值，如计算求eh、So。体积加权（空间）求油层组参数平均值，动态研究中惯用。储层岩石渗透性

第1章3节第61页3.特殊平均方法对数平均：倒数平均：调和平均：←求垂向KV平均几何平均：储层岩石渗透性

第1章3节第62页4、按物理过程平均

——用于求组合层岩石参数平均值

该方法是据动态流动过程特征求参数平均值。按流动层段组合方式，可分为两种类型：串联组合层：组合层线性流动组合层径向流动并联组合层：组合层线性流动≈油层中小层合并按物理过程平均→常规加权平均储层岩石渗透性

第1章3节第63页储层岩石渗透性

第1章3节第64页(1).串联组合层参数平均——线性流动

以钻井液污染岩心试验为例，计算岩心平均。已知：污染岩心一端形成一薄层泥饼。假设：泥饼：厚L1，渗透率K1岩心未污染部分：长L2，渗透率K2岩心两端压力：p1、p2；泥饼与岩心交界处压力：p1’经过岩心流量：Q流体粘度：m污染岩心平均渗透率：储层岩石渗透性

第1章3节第65页公式推导：流体经过岩心