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1、第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性一、达西定律一、达西定律18561856年、法国人、享利年、法国人、享利达西达西未胶结砂充填模型未胶结砂充填模型水流渗滤试验水流渗滤试验达西实验装置达西实验装置第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性通用达西公式通用达西公式 粘度为粘度为1mPas的流体的流体,在在0.1MPa的压差下的压差下,通通过截面积为过截面积为1cm2,长为长为1cm的岩石的岩石,当流量为当流量为1cm3/s时时,该岩石的渗透率为该岩石的渗透率为1m2。渗透率单位的物理意义为：渗透率单位的物理意义为：渗透率渗透率第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性达西实验的
2、条件：达西实验的条件：K K是仅与岩石自身性质有关的参数是仅与岩石自身性质有关的参数, ,它只决定于岩石的孔隙结构。它只决定于岩石的孔隙结构。K K为岩石的为岩石的绝对渗透率绝对渗透率与所通过的流与所通过的流体性质无关体性质无关岩石孔隙岩石孔隙100%100%为某种流体饱和；为某种流体饱和；流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流；流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流；流体与岩石不发生反应。流体与岩石不发生反应。第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性（1）水平线性稳定渗流的达西公式）水平线性稳定渗流的达西公式分离变量并积分得：分离变量并积分得：第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性（2）垂
3、直线性稳定渗流的达西公式）垂直线性稳定渗流的达西公式关键：关键：确定确定 p p1 1-p-p2 2第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性（3）平面径向渗流的达西公式：）平面径向渗流的达西公式： 在距井轴半径为在距井轴半径为r r，宽度为，宽度为drdr，厚度为，厚度为h h的微元上，的微元上，由定义由定义得：得：边界条件边界条件第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性二、气测渗透率二、气测渗透率 在岩石长度在岩石长度L L的每一断面的压力不同，气体体积流的每一断面的压力不同，气体体积流量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不
4、断膨胀。不断膨胀。第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性分离变量并积分，则：分离变量并积分，则：玻义尔玻义尔马略特定律马略特定律则：则：气测渗透率的气测渗透率的计算公式计算公式第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性KlinkenbegerKlinkenbeger实验结果实验结果(1)(1)不同平均压力下测得不同平均压力下测得的气体渗透率不同；的气体渗透率不同；(2)(2)不同气体测得的渗透不同气体测得的渗透率不同；率不同；(3)(3)不同气体测得渗透率不同气体测得渗透率和平均压力呈直线关系，和平均压力呈直线关系，当平均压力趋于无穷大时，当平均压力趋于无穷大时，交纵坐标于一点。交
5、纵坐标于一点。三、克林肯柏格效应三、克林肯柏格效应同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。实践发现：实践发现：等价液体渗透率等价液体渗透率KlinkenbergKlinkenberg渗透渗透率率或或第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性KlinkenbergKlinkenberg渗透率：渗透率：式中式中b b 与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数, ,亦称亦称KlinkenbergKlinkenberg系数。系数。c c 比例系数；比例系数； 气体分子平均自由程；气体分子平均自由程；r r 岩石孔隙
6、半径；岩石孔隙半径； 平均气体压力。平均气体压力。第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性液液体体在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且表面的分子流速要高；而且, ,越靠近越靠近孔道壁表面孔道壁表面, ,分子流速越低；分子流速越低；靠近孔壁表面的气体分子与孔道中靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。心的分子流速几乎没有什么差别。气气体体气体渗透率大于液体渗透率的根本原因气体渗透率大于液体渗透率的根本原因KlinkenbergKlinkenberg效应效应滑动效应滑动效应或或气体滑动效应示意图气体滑动效应示意图a-孔道
7、中的液体流动；孔道中的液体流动；b-同一孔道中气体流动同一孔道中气体流动第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性四、储层岩石渗透率的求取四、储层岩石渗透率的求取实验室方法测定实验室方法测定*测井方法或油藏工程方法测定测井方法或油藏工程方法测定常规小岩心渗透率测定常规小岩心渗透率测定全直径岩心渗透率测定全直径岩心渗透率测定径向渗透率测径向渗透率测定定式中式中 C C称称“C“C值值”,”,为该仪器上读为该仪器上读数；数；第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性五、渗透率的影响因素五、渗透率的影响因素1.1.沉积作用沉积作用(1)(1)岩石
8、结构和构造特征岩石结构和构造特征 砂岩的粒度分布范围越广砂岩的粒度分布范围越广, ,颗粒分选性越差颗粒分选性越差, ,胶结物质胶结物质含量越多含量越多, ,其渗透率就越低。其渗透率就越低。 C C 常系数常系数, ,具体数值与岩石粒度有关；具体数值与岩石粒度有关； d d 岩石平均颗粒直径岩石平均颗粒直径,m,m； a a 岩石颗粒的标准偏差；岩石颗粒的标准偏差； K K 岩石渗透率岩石渗透率, 10, 10-3-3mm2 2。 岩石渗透率与平岩石渗透率与平均颗粒直径的平方均颗粒直径的平方成正比，与颗粒的成正比，与颗粒的标准偏差成反比。标准偏差成反比。岩石结构岩石结构第五节第五节 油藏岩石的渗
9、透性油藏岩石的渗透性构造特征构造特征 一般一般正韵律沉积正韵律沉积的砂岩其渗透率明显的砂岩其渗透率明显上低下高上低下高，而而反韵律沉积反韵律沉积刚好刚好与之与之相反相反。层理和纹理的发育程度层理和纹理的发育程度, ,沉积旋回、韵律等。沉积旋回、韵律等。层理的方向性、递变性等构造层理的方向性、递变性等构造, ,导致砂岩渗透率的方向性。导致砂岩渗透率的方向性。 渗透率方向性渗透率方向性是指岩石渗透率在水平方向上和是指岩石渗透率在水平方向上和垂直方向上的差异。垂直方向上的差异。沉积旋回、韵律特征导致岩石渗透率在纵向上的差异。沉积旋回、韵律特征导致岩石渗透率在纵向上的差异。第五节第五节 油藏岩石的渗透
10、性油藏岩石的渗透性(2)(2)岩石孔隙结构岩石孔隙结构岩石的孔隙可分成岩石的孔隙可分成孔隙孔隙和和喉道喉道两部分。两部分。主要作用主要作用 岩石孔隙度岩石孔隙度, ,小数；小数； r r 孔喉半径孔喉半径,m,m； 迂曲度迂曲度, ,表示孔道的曲折程度表示孔道的曲折程度,=1.5,=1.55.55.5。 意义：孔喉的大小和孔隙结构的复杂程度对渗透率意义：孔喉的大小和孔隙结构的复杂程度对渗透率的影响远远大于孔隙度的影响。的影响远远大于孔隙度的影响。Carman-KozenyCarman-Kozeny公式公式第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性 孔隙内表面粗糙程度不同孔隙内表面粗糙程度不
11、同, ,当流体经过时对当流体经过时对流体的滞留和拖曳作用不同流体的滞留和拖曳作用不同, ,流体所受的阻力也流体所受的阻力也不同。不同。岩石孔隙内表面的粗糙度：岩石孔隙内表面的粗糙度：包含在包含在Carman-KozenyCarman-Kozeny公公式中的式中的系数系数中中第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性2. 2. 成岩作用成岩作用压实作用压实作用 胶结作用胶结作用 溶蚀作用溶蚀作用压实作用压实作用k k 渗透率变化系数。渗透率变化系数。渗透率随上覆压力增加而降低。渗透率随上覆压力增加而降低。第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性胶结作用胶结作用岩石渗透率显著降低岩石渗透
12、率显著降低胶结物质的沉淀和胶结作用胶结物质的沉淀和胶结作用岩石的孔隙通道变小岩石的孔隙通道变小喉道变细喉道变细孔隙曲折性增加孔隙曲折性增加孔隙内表面粗糙度增大孔隙内表面粗糙度增大第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性溶蚀作用溶蚀作用溶蚀作用溶蚀作用岩石孔隙度增大岩石孔隙度增大溶蚀对岩石渗透率的影响不太显著溶蚀对岩石渗透率的影响不太显著一般使其变大一般使其变大次生孔隙通道规则性差次生孔隙通道规则性差孔喉比增加孔喉比增加孔道曲折性增加孔道曲折性增加孔隙内表面粗糙度增加孔隙内表面粗糙度增加第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性3.3.构造构造( (地应力地应力) )作用作用储层岩石在
13、地下应力场的作用下储层岩石在地下应力场的作用下, ,会形成会形成断裂和微裂缝断裂和微裂缝。低渗低渗, ,特低渗储层特低渗储层第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性4.4.流体流体岩石系统的相互作用岩石系统的相互作用淡水或低矿化度水淡水或低矿化度水粘土矿物膨胀粘土矿物膨胀流体中的悬浮物流体中的悬浮物滞留在孔隙系统中滞留在孔隙系统中原油中的胶质、沥青原油中的胶质、沥青质和石蜡等成分质和石蜡等成分吸附在岩石孔隙表面吸附在岩石孔隙表面液体的吸附膜厚度液体的吸附膜厚度微毛细管对液体渗透率微毛细管对液体渗透率的贡献为零的贡献为零流体的渗流速度过高流体的渗流速度过高孔隙表面的微粒剥落沉孔隙表面的微粒
14、剥落沉积或滞留在孔喉部位积或滞留在孔喉部位第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性六、六、油藏岩石渗透率的评价油藏岩石渗透率的评价储层渗透率评价储层渗透率评价 级级 别别 K K1010- -3 3m m2 2 储储 层层 评评 价价 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 10001000 10001000 100100 100100 1010 10101 1 1 1 渗透性极好渗透性极好 渗透性好渗透性好 渗透性一般渗透性一般 渗透性差渗透性差 渗透性极差渗透性极差 第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性七、非均质储层七、非均质储层渗透率的计算渗透率的计算纵向非均质储层纵向非
15、均质储层横向非均质储层横向非均质储层第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性1.1.纵向非均质储层纵向非均质储层（1 1）平面线性渗流）平面线性渗流 设有三个渗透率不等的地层设有三个渗透率不等的地层, ,流体作流体作平面线性渗流平面线性渗流, ,求地层平均渗透率。求地层平均渗透率。由模型知：由模型知：地层总厚为各层厚之和：地层总厚为各层厚之和： h=hh=h1 1+h+h2 2+h+h3 3地层流体总量为各层流量之和：地层流体总量为各层流量之和： Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2+Q+Q3 3各层渗透率分别为各层渗透率分别为K K1 1,K,K2 2,K,K3 3；地层驱动压差为地层驱动
16、压差为P P1 1-P-P2 2；地层宽度为地层宽度为b b ；地层长度为地层长度为L L ； 第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性若各层流体性质相同若各层流体性质相同, ,由达西公式：由达西公式： 纵向非均质储层纵向非均质储层平面线性渗流平面线性渗流平均渗透率计算公式平均渗透率计算公式第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性（2 2）平面径向渗流）平面径向渗流 若地层厚度、流体流量、流体性质等若地层厚度、流体流量、流体性质等与平面线性流相同与平面线性流相同, ,驱动压差为驱动压差为P Pe e-P-Pw w, R, Re e、R Rw w分别为供给边缘半径和井筒半径。分别为供
17、给边缘半径和井筒半径。 由径向流达西公式知：由径向流达西公式知：第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性2.2.横向非均质储层横向非均质储层（1 1）平面线性渗流）平面线性渗流 设地层横向不均匀设地层横向不均匀, ,有三个不同渗有三个不同渗透率地层带。透率地层带。由模型知：由模型知：地层总长为各层长度之和：地层总长为各层长度之和：各层流量相等：各层流量相等：Q=QQ=Q1 1=Q=Q2 2=Q=Q3 3各层渗透率分别为各层渗透率分别为K K1 1,K,K2 2,K,K3 3；压差为：压差为：P Pe e-P-Pw w=P=P=P=P1 1+P+P2 2+P+P3 3 ；各层长度分别为各层
18、长度分别为L L1 1,L,L2 2,L,L3 3；L=LL=L1 1+L+L2 2+L+L3 3各层厚度相等：各层厚度相等：h=hh=h1 1=h=h2 2=h=h3 3第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性若各层流体性质相同若各层流体性质相同, ,由达西公式：由达西公式： 第五节第五节 油藏岩石的渗透性油藏岩石的渗透性（2 2）平面径向渗流）平面径向渗流 若地层厚度、流体流量、流体性质若地层厚度、流体流量、流体性质等与平面线性流相同等与平面线性流相同, ,井径为井径为Rw,Rw,从井从井中心到各带的半径分别为中心到各带的半径分别为R R1 1、R R2 2、R Re e。径向流达西公式：径向流达西公式：
