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第五節(jié)儲(chǔ)層巖石的滲透性儲(chǔ)層巖石的滲透性是油氣流體得以開采的基礎(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)油層中油氣開采的難易程度及開采效果。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)的滲透率稱為1D達(dá)西?!?D=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)層巖石的滲透率一般為5~1000mD10三、達(dá)西定律的適用條件達(dá)西定律有一定的適用條件,當(dāng)滲流速度增大到一定值之后,除產(chǎn)生粘滯阻力外,還會(huì)產(chǎn)生慣性阻力,此時(shí)流量與壓差不再是線性關(guān)系,這個(gè)滲流速度值就是達(dá)西定律的臨界滲流速度(圖曲線1)。若超過(guò)此臨界滲流速度,流動(dòng)由線性滲流轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性滲流,達(dá)西定律也不再適用。圖中壓力梯度超過(guò)b,則為非達(dá)西流。11三、達(dá)西定律的適用條件線性滲流的流速限制流體的滲流速度<臨界流速線性滲流的判斷作圖法:Q—△P為過(guò)原點(diǎn)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(chǔ)層的臨界Rec為0.2-0.3若實(shí)際Re<Rec,則為線性流動(dòng)(層流)12三、達(dá)西定律的適用條件對(duì)于低滲致密巖石,在低速滲流時(shí),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(dāng)壓力梯度很低時(shí),流體不流動(dòng),因而存在一個(gè)啟動(dòng)壓力梯度(圖中a點(diǎn))。a13四、氣測(cè)滲透率巖石滲透率的測(cè)定條件據(jù)達(dá)西定律,測(cè)定K必須滿足三個(gè)條件:①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②流體性質(zhì)穩(wěn)定:不與巖石表面發(fā)生物理、物理化學(xué)反應(yīng)③流體為線性流動(dòng):Q~△P呈線性關(guān)系只有嚴(yán)格滿足上述三個(gè)條件測(cè)得的滲透率才為巖石的絕對(duì)滲透率。14四、氣測(cè)滲透率理論上:油、氣、水都可作K的測(cè)定流體。實(shí)際上:除③線性流動(dòng)外,條件①②在實(shí)驗(yàn)室條件下難以嚴(yán)格滿足。例:油測(cè)時(shí):物理吸附→孔隙表面形成油膜→孔隙空間↓→巖石K↓;水測(cè)時(shí):水敏性礦物膨脹→巖石K↓氣測(cè)時(shí):氣體膨脹、流量變化→達(dá)西公式不能用氣體在低壓下分子擴(kuò)散→巖石K↑依據(jù)達(dá)西公式,用任何流體測(cè)定巖石K都存在誤差。15四、基氣測(cè)露滲透賞率方法皺:行繪業(yè)標(biāo)謎準(zhǔn)規(guī)侮定使噴用氣鋸體測(cè)菊量巖粥石K,即餐:在低植壓下籠,用仰干燥耀空氣先或氮父氣氣翅體等尖溫通揪過(guò)巖粉心,謹(jǐn)測(cè)定瓶巖石旋絕對(duì)鴨滲透鏟率K。氣體唐性質(zhì)價(jià)較穩(wěn)截定,崇不易姑變化引;不與爺巖石屑表面示作用減而改扛變孔激隙大渣??;氣體佳測(cè)巖胸石K的誤磨差容驅(qū)易??ㄕ簹怏w癢膨脹而→流簡(jiǎn)量不束穩(wěn)定彼校正萄;氣體慈分子筑擴(kuò)散粒→氣姜體滑恐脫效只應(yīng)校通正。16四、釀氣測(cè)鞏滲透灣率17①設(shè)在應(yīng)微單啊元dL上,文氣體平具穩(wěn)絮定的首體積園流量在dL上用紹達(dá)西垂公式貼的微蘋分式圣:(混兔合單趨位制桂)→……限…<夾1>氣測(cè)K公式景推導(dǎo)18②循沿票巖心洽長(zhǎng)度械方向艱,氣逆體發(fā)鞏成恒趙質(zhì)量己等溫次膨脹栗,據(jù)波-馬定蟲律(PV=常型數(shù))丈:Q閱p=Q0p0=常堤數(shù)則:Q=Q0p0/p……綠<2煎>式中棗:Q巖心暴某斷說(shuō)面處濃的氣欣體體交積流桌量;Q0出口減端壓黑力p0下的戰(zhàn)體積慘流量殺。③量將<2險(xiǎn)>式帶摩入<1班>微分闊達(dá)西季公式券:氣測(cè)K公式販推導(dǎo)19分離敘變量辦、積煙分:積分鋒得氣份測(cè)巖意石K公式帝:(混輩合單哨位制挽)式中篩:Ka—?dú)鉁y(cè)破巖石議絕對(duì)納滲透?jìng)€(gè)率,mm2;p1、p1—巖心消進(jìn)、糾出口謀端壓瓶力,atp0—巖心半出口接端壓告力,at;Q0—出口p0下的唱體積贊流量濕,cm3/s。氣測(cè)K公式幣推導(dǎo)20氣測(cè)鄉(xiāng)豐巖石Ka與液升測(cè)KL公式傍比較木:2122氣體保滲透輝率隨儀平均強(qiáng)壓力乖和氣洋體類弦型的喚變化理論紋上,鑼巖石榴的滲槍透率剖與流版過(guò)巖兩石的友流體綱介質(zhì)漁無(wú)關(guān)芬。實(shí)際江情況徑下,睬氣體心和液海體所食測(cè)的谷同一精塊巖紋石樣肝品可送以得咳到不東同的蹄滲透本率;訂相同敢條件儀下,迎不同形氣體桂所測(cè)諒得的要滲透掩率也兔不同你。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。氣體氣體鋒滲透濱率大巡壽于液棟體滲跟透率愉的根斤本原虹因滑動(dòng)娃效應(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)脈滲透孔率時(shí)不,由逗于氣-固間蜂的分艇子作癢用力穗遠(yuǎn)比最液固有間的久分子歐作用析力小陰,在兇管壁勾處的摸氣體葡分子啞仍有箏部分巷處于竿運(yùn)動(dòng)縮慧狀態(tài)負(fù);另紀(jì)一方曲面,古相鄰凍層的醋氣體羅分子鵲由于眉動(dòng)量惜交換丈,可斜連同凳管壁論處的遷氣體底分子騰一起察沿管音壁方伴向作痰定向耽流動(dòng)效,管壁宴處流邁速不炭為零,形修成了口所謂唇的“宴氣體無(wú)滑動(dòng)扣效應(yīng)緊”??肆旨倏县悡醺?Kl益in羨ke滑nb識(shí)er網(wǎng)g)發(fā)現(xiàn)碗了氣抗體在狼微細(xì)絹毛管異孔道政中流片動(dòng)時(shí)躁的滑植動(dòng)效猛應(yīng),椅故稱棗“克朽氏效用應(yīng)”俊。25滑動(dòng)鴉現(xiàn)象昏對(duì)氣紋測(cè)Ka偏離卡巖石K的影孔響滑動(dòng)照現(xiàn)象每→管背壁處蹦氣體葡分子研參與奪流動(dòng)→相汗當(dāng)于倆增大撒了孔術(shù)道流噸動(dòng)空闖間→氣測(cè)Ka>巖產(chǎn)石K;吸附累作用坡→管喪壁處歸液體抖分子失形成輕液膜導(dǎo)不流謹(jǐn)動(dòng)→減教小了益孔道仇流動(dòng)破空間→液測(cè)KL<巖牙石K;對(duì)同席一巖脅石有撿:氣測(cè)訪巖石Ka>巖配石絕瘦對(duì)K>液翼測(cè)巖馬石KL26五、樸滲透挽率的餐影響要因素1、儲(chǔ)澤層巖古石骨新架構(gòu)蝕成及拋構(gòu)造芒力的步影響(1章)巖石紛骨架名構(gòu)成戚(微憶觀因似素)顆粒惱:組擇成和彼結(jié)構(gòu)踢(大孫小、月分選宰、排唯列等優(yōu))膠結(jié)礙物:逆含量然、膠瞇結(jié)類靠型等→骨毅架結(jié)瘋構(gòu)決月定巖交石φ、S大小凝→影玩響巖妄石K★顆粒唐越粗澆,分攀選越灑好,鋤膠結(jié)柿物含此量越燦少,我滲透低率越拖高。271.儲(chǔ)層釣巖石廊結(jié)構(gòu)依的影原響(2)沉膝積構(gòu)嫩造(宏觀鍬因素)層理銳類型掉:類令型不輔同→失形態(tài)份不同蜓;水平腥層理唱、波域狀層渴理交錯(cuò)宰層理以:板野狀、棋楔狀腿、槽標(biāo)狀透鏡墊狀層摔理遞變暴層理角、韻夠律層悔理等層理達(dá)規(guī)模輝:類蘇型不項(xiàng)同→拋規(guī)模曲不同潮;可小女至厘即米,挨可大傷到十俯幾米講級(jí)別不同誓層理償?shù)募y祖層厚芹度、馬展布芹方向陪不同281.儲(chǔ)層遮巖石暈結(jié)構(gòu)僵的影效響291.儲(chǔ)層訊巖石繪結(jié)構(gòu)鉛的影烏響301.儲(chǔ)層邀巖石禍結(jié)構(gòu)法的影赴響結(jié)論院:不同堆層理朱,滲撕透性木不同掀;同一者層理剩,不揮同方喉向滲視透性棉不同膊。(順包水流蜘、垂替直水叔流)認(rèn)識(shí)宿:骨架死結(jié)構(gòu)在微觀上決漂定了次儲(chǔ)層渠滲透洪率的大小。沉積預(yù)構(gòu)造從宏觀上決朱定了摟儲(chǔ)層穿滲透拘率的方向搬性。312.儲(chǔ)層佩孔隙懇結(jié)構(gòu)雕的影鼓響據(jù)高墨采尼麗-卡市爾曼饞方程吵:,K=f(f)誼→f↑→K↑K=f(r2)齊→令孔隙抽越大稼,K越大K=f(1/t2)檢→胃孔道陣越彎鈴曲,K越小孔隙線連通裕度越尚低悠→K越小孔喉均比越菊大殖→K越小孔隙束結(jié)構(gòu)私從微詞觀上灶決定蠶了巖膠石滲崖透率容大小勇,孔竿隙度樣從宏度
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