第4章 孔隙度、渗透率测量方法主讲人: 韩学辉博士(后)1主要内容4.1储层的概念——研究储层孔隙度和渗透率的意义4.2储层孔隙度的基本概念及测量原理※4.3储层绝对渗透率的基本概念及测量原理※4.4孔隙度和渗透率之间的关系4.5实验测量孔隙度、渗透率的工程应用※24.1储层的概念——研究储层孔隙度和渗透率的意义4.1.1储层的概念 在自然界中，并非所有的岩石均能储存油、气在石油地质学中， 把能够储存油气并能使油气在一定压差条件下流动的岩石称为储层根据上述定义可知，储层必须具备两个条件：即孔隙性和渗透性二者作为储层的充分必要条件，缺一不可如页岩就很难作为储层岩性孔隙性油气注入油气流出渗透性骨架性质油气储集能力油气运移能力储层储层概念图解3按储层的定义，可将储层的孔隙性和渗透性称为储油物性其中：储 层的孔隙性包含孔隙类型和孔隙结构两个方面的内容，它们的特征决定 了油气在其中分布的特征和储存的数量；储层的渗透性是在孔隙性以及 骨架双重影响下，含油气储层中不同流体运移能力的表现(隐含了相对渗 透率的概念)，决定了储层开发后的产液性质和能力孔隙性渗透性岩性孔隙类型孔隙结构物性绝对渗透率相对渗透率岩矿组合结构、构造储层油气注入含油气储层(饱和度)含油性油气产出产层储层要素及概念延伸44.1.2研究储层孔隙度和渗透率的意义1)作为孔隙结构参数之一的孔隙度，表征了储层容纳油气的能力(体 积)，是含油气饱和度估算、容积法等储量评价的重要参数之一。
2)渗透率表征了含油气储层运移能力，是储层产液性质以及产能评价的重要参数因此，储层孔隙度和渗透率的评价对含油气储层的勘探和开发而言具有重要的意义地层??岩性 砂岩 泥岩 石灰岩 ……??含油性 So Sw Sg油层 气层 水层 ……物性评价含油性评价油水层划分储层评价的一般流程?渗透层 干层渗透层识别岩性划分试油 试水 资料物性 Φ K54.2储层的孔隙度的基本概念及测量原理储集层的孔隙性在石油与天然气地质学中是指储集 层中孔隙空间的形状、大小、连通性与发育程度地壳中 不存在没有孔隙的岩石，可是不同的岩石，其孔隙大小、 形状和发育程度是不同的石油和天然气在地下是储存在 岩石的孔隙中的因此，岩石的孔隙发育程度将直接影响 岩石中储存油气的数量为了度量岩石孔隙的发育程度，提出了孔隙度(率)的 概念孔隙度指岩石孔隙体积与岩石体积之比值(以百分 数表示)根据研究目的不同，孔隙度又可分为绝对(总) 孔隙度、有效孔隙度64.2.1绝对(总)孔隙度岩石中全部孔隙体积称为总孔隙或绝对孔隙总孔隙(Vp)和岩石总体 积(Vt)之比(以百分数表示)就叫做岩石的总孔隙度或绝对孔隙度(Φt)可用 公式表示如下：Φt=VP/VT×100%VT=VP+VG孔隙度反映储集层储集流体的能力。
储集岩的总孔隙度越大，说明 岩石中孔隙空间越多，但是它不能说明流体是否能在其中流动岩石中 不同大小的孔隙对流体的储存和所起的作用是完全不同的VGVPVT岩石岩石体积模型总孔隙度的概念模型74.2.2按孔隙大小(孔径或裂缝的宽度)的孔隙分类 根据岩石中孔隙大小及其对流体作用的不同，可将孔隙划分为 三种类型:1)超毛细管孔隙：孔隙直径大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm者在此类 孔隙中，流体可在重力作用下自由流动，也可以出现较高的流速，甚至出现 涡流岩石中的大裂缝、溶洞及未胶结的或胶结疏松的砂岩的孔隙大多属于 此类2)毛细管孔隙：孔隙直径介于0.5-0.0002mm之间，裂缝宽度介于0.25- 0.0001mm之间者在此类孔隙中，无论是在液体质点之间，还是液体和孔隙 壁之间均处于分子引力作用之下，由于毛细管力的作用，流体不能自由流动 只有在外力大于毛细管阻力的情况下，液体才能在其中流动微裂缝和一 般砂岩的孔隙多属此类3)微毛细管孔隙：孔隙直径小于0.0002mm，裂缝宽度小于0.0001mm者在 此类孔隙中，流体与周围介质分子之间的引力往往很大，要使流体移动需要 非常高的压力梯度，这在油层条件下一般是达不到的。
因此，实际上液体是 不能沿微毛细管孔隙移动的泥页岩中的孔隙一般属于此类型84.2.3有效孔隙度 因此，从实用的角度出发，只有那些彼此连通的超毛细管 孔隙和毛细管孔隙才是有效的油气储集空间，即有效孔隙因 为它们不仅能储存油气，而且可以允许油气渗滤；而那些孤立 的互不连通的孔隙和微毛细管孔隙，即使其中储存有油和气， 在现代工艺条件下，也不能开采出来，所以这些孔隙是没有什 么实际意义的为了研究孔隙对油、气储存的有效性，在生产 实践中，人们又提出有效孔隙度(率)的概念有效孔隙度(Φe)是指岩石中参与渗流的连通孔隙总体积 (Ve)与岩石总体积(VT)的比值(以百分数表示)可用下式表示：Φe=Ve/VT×100%9显然，同一岩石的绝对孔隙度大于其有效孔隙度，即 Φt>Φe对未胶结的砂层和胶结不甚致密的砂岩，二者相差 不大；而对于胶结致密的砂岩和碳酸盐岩，二者可有很大的 差异一般有效孔隙度占总孔隙度的40%~75%(据F.K. 诺斯， 1984)在含油气层工业评价时，只有有效孔隙度才有真正的意 义，因此目前生产单位一般所用的都是有效孔隙度习惯上 把有效孔隙度简称为孔隙度VGVPVT岩石岩石体积模型有效孔隙度的概念模型Ve104.2.4孔隙度测量的基本原理※孔隙度就是指岩石孔隙体积与岩石外表体积的比值。
式中：为岩样总体积，为岩石孔隙体积，为岩石骨架体积，VGVpVT由孔隙度定义，孔隙度的实验测量过程可拆解为测量岩样 总体积、孔隙体积、骨架体积中的某2个的过程岩石体积模型111)岩样总体积测定(1)游标卡尺法原理：几何学知识 适用条件：几何形状规整的岩样 实验器材：游标卡尺(±0.02mm)方法：以圆柱体为例a长度L测量：平行于圆柱体轴向，在柱体周边，每 隔1/4周长测1次长度，取4次测量的算术平均值b直径D测量：垂直于圆柱体轴向，在两个端面上， 互相垂直各测2次，取4次测量的算术平均值 计算公式： 12(2)封蜡排液法原理：阿基米德定律 适用条件：外形不规则或者有孔洞的岩样 实验器材：天平(±0.001g)、烧杯、支架、吊网、温度计、恒温水浴、坩埚、石蜡、蒸馏水 方法：a清理干净岩样，称其质量m1；b放入一定温度(60~90℃)石蜡中涂封，称取封蜡后质量m2;c浸没在水中称质量m3计算公式：为蒸馏水密度，g/l；式中：为石蜡密度，g/l 13岩样(视)密度：注意：岩样密度测量方法采用封蜡排液法 14(3)液体饱和排液法原理：阿基米德定律。
适用条件：外形不规则或规则的饱和岩样，饱和液体不会使骨 架矿物膨胀改变孔隙度煤油法是其中一种 实验器材：天平(±0.001g)、烧杯、支架、饱和岩样的液体(通常 是盐水或煤油)方法：a在空气中称取饱和样m1;b浸没在饱和溶液中称质量m2 计算公式： 为饱和溶液密度，g/l式中：152)岩样骨架体积测定氦气法※ 原理：波义耳-马略特定律 适用条件：较规则的圆柱形岩样、块状样 仪器设备：氦孔隙度仪、氦(氮)气、气压计、标准块 方法： 已知室岩心室压力表阀门(1)方法原理气体在体积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V，未知体积V可以 用波义耳定律求得，有：VVkPkP16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：为当地当时大气压(MPa)；G为体系的压变系数可知，若已知Pk、Vk、G，待测体积只是平衡压力P 的函数，只要测定平衡压力P就可以了式中，17(2)Vk、G的标定 测量a岩样杯中装满钢块时的平衡压力P1；b从杯中取出第一号钢块后的平衡压力P2；c从杯中取出第三号钢块（装进第一号钢块）的平衡压力 P3。
有： 岩心室标准钢块， 体积已知标定方法a岩心室标准钢块， 体积已知b2 3 412 3 4岩心室标准钢块， 体积已知c21418由以上方程组，有令 ：19式中：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 20(3)骨架体积的确定a未知室不装岩样时得到的平衡压力为P1，未知空间体积：b未知室里装上岩样时得到平衡压力为 P2，未知室的空间 体积:c骨架体积:213)孔隙体积的测定(1)氦孔隙计法原理、方法等大致同氦气法测量骨架体积，不同的是使用哈 斯勒夹持器，而不是岩心室这时，气体会进入孔隙，因此压力的变化会反映孔隙体积岩心哈斯勒(Hassler)夹 持器氦孔隙计测量孔隙体积的示意气体入口22(2)液体饱和法原理：确定岩样饱和后增加的质量，由密度定义计算孔隙体积 适用岩样：渗透性好(容易饱和)的岩样若含粘土矿物，应选用煤油做饱和流体 仪器设备：天平、抽真空加压饱和装置、蒸馏水等溶液 方法：a称取烘干样质量m1；b抽真空加压饱和岩样，称取质量m2 计算公式： 为饱和溶液密度，g/l式中： 234)孔隙度测量方法孔隙度的实验测量过程可拆解为测量岩样总体积、孔隙 体积、骨架体积中的某两个的过程。
由于测量总体积、骨架体积、孔隙体积的方式多样，因 此确定岩样孔隙度的测量方式也多样实践中，可根据实验 的目的采用多种方式比如：若岩样需进行Archie参数的测量，孔隙度可用液 体饱和排液法和液体饱和法测量孔隙度；单纯测量孔隙度的 块状岩样，也可使用该方法若使用柱塞岩样，，推荐使用 氦气法分别测量骨架体积和孔隙体积测量孔隙度245)孔隙度测量的质量控制(1)测量方法严格按标准SY/T5336-1996标准执行; (2)结合仪器按操作规范执行; (3)使用标准样做测前测后检查,若符合不确定度要求,两次检查 间测量结果可靠; (4)无标准样时,可通过重复测量检查,要求:a抽查10%(明)或5%(暗),若有30%超过允许不确定度要求，找出原因后重测整批样品；b同一块样品重测，绝对不确定度不超过1%(1pu)，孔隙度小于10%样品， 绝对不确定度不超过0.5%(0.5pu)254.3储层绝对渗透率的基本概念及测量原理储层的渗透性是指在一定的压差下，岩石允许流体通过 其连通孔隙的性质换言之，渗透性是指岩石对流体的传导 性能严格地讲，自然界的一切岩石均具有相互连通的孔 隙，在漫长的地质年代里，在足够大的压差条件下都具有一 定的渗透性。
通常我们所称的渗透性岩石与非渗透性岩石是 相对的渗透性岩石是指在地层压力条件下，流体能较快地 通过其连通孔隙的岩石，如砂岩、砾岩、裂缝灰岩、白云岩 等等如果流体通过的速度很慢，通过的数量有限，即为非 渗透性岩石，如泥页岩、石膏、岩盐、致密灰岩等等储集层的渗透性决定了油气在其中渗滤的难易程度它 是评价储层产能的主要参数之一岩石渗透性的好坏是用渗 透率来表示的根据生产实践的需要，人们提出了绝对渗透 率、有效渗透率和相对渗透率(以后再介绍)的概念 264.3.1由Darcy公式推导的绝对渗透率当岩石为某一单相流体饱和时，岩石与流体之间不发生任何 物理-化学反应(不压缩)，在一定压差作用下，流体呈水平线性 稳定流动状态时所测得的岩石对流体的渗透率，称为该岩石的 绝对渗透率据达西公式，渗透率可写为：式中: 为渗透率，达西( )； 为液体的体积流量， ； 为岩样两端的压差， ； 为液体的粘度，厘泊 (0.001 )； 为岩样的横截面积， ； 为岩样的长 度， 从理论上讲，岩石的绝对渗透率只反映岩石本身的特性，而 与测定所用流体性质及测定条件无关。