《巖石物理性質(zhì)與測量方法》第二篇第三章巖心物性參數(shù)的測量方法課件

1、第三章 巖心物性參數(shù)測量方法3.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述3.2 巖石氣體孔隙度測量3.3 巖石氣體絕對滲透率測量3.4 巖石相對滲透率測量3.5 巖心毛管壓力測量3.6 巖石潤濕性測量3.7 陽離子交換量測量3.8 巖石聲學(xué)參數(shù)測量13.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述1.巖心的選取 巖心的選取是巖石物理實驗的第一步，也是重要的一步。根據(jù)分析目的不同可以選擇人造巖心和天然巖心兩種。如果實驗的目的僅在于考察巖石四性間的影響關(guān)系，并建立數(shù)學(xué)模型。這種情況不需要考慮地區(qū)情況，所建立的是通用模型，建議優(yōu)選選擇人造巖心。因為人造巖心的許多因素是已知可控，使實驗研究更加容易方便，避免了許多不確定因素的

2、干擾。如果實驗的目的在于解決油田實際問題，則應(yīng)采用天然巖心，并且所選巖心應(yīng)是對應(yīng)油田區(qū)塊的，而且必須具有代表性。2 當(dāng)確定好了區(qū)塊后，根據(jù)不同的分析項目，結(jié)合測井資料，合理選定取樣深度。例如，為了考察孔隙度、滲透率、孔隙流體性質(zhì)和含水飽和度對測井響應(yīng)的影響，則應(yīng)根據(jù)目的層段的孔隙度測井曲線估算一下地層的孔隙度，然后在具有不同孔隙度層位上取具有不同孔隙度的巖心。如果還要考察泥質(zhì)含量的影響則還需取不同泥質(zhì)含量的巖心，等等。值得注意的是，確定取樣深度前必須確認(rèn)巖心已經(jīng)歸過位，否則必須先進(jìn)行巖心歸位。3.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述1.巖心的選取3研究巖石四性關(guān)系及模型的巖心選取規(guī)則如下：按地區(qū)、層

3、組、巖性分類，孔隙度分布盡量寬些。尤其是按物性分類，如巖性是第一級分類、泥質(zhì)含量是第二級分類、孔隙度是第三級分類。每個分類中又根據(jù)分類參數(shù)的不同分成若干組，每組至少需要三塊樣品。例如考察孔隙度的影響實驗，巖心的選取應(yīng)盡量使孔隙度分布范圍寬一些，并按間距大約為5個孔隙度的步長分組，每組中取三個樣品。當(dāng)然這些樣品必須是巖性相同，泥質(zhì)含量相近才行。一般不同分類的巖心不能混合實驗，數(shù)據(jù)也不能混合處理分析，必須分開進(jìn)行。3.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述1.巖心的選取43.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述2.巖心的加工在確定好了取樣深度后，根據(jù)實驗需要，采用圓柱狀鉆頭在所確定的深度位置上，從巖心柱上鉆取小

4、巖心或用切割機(jī)切取方巖樣。取樣時，如果有方向要求，要考慮取樣的方向性。對于具有方向性的實驗，如三軸和各向異性實驗，要求巖樣為方形的或同深度位置的不同取樣方向的幾個圓柱狀巖心。對于圓柱狀巖心，目前巖電實驗中，常見的巖心尺寸有。不管是哪種尺寸的巖心，均要求加工規(guī)整，端面平整且與軸線垂直。如需測量陽離子交換量，則可取加工碎屑經(jīng)洗油、洗鹽、粉碎（粒度一定）然后測量。巖心直徑長度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厘米全直徑1020厘米53.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述3.巖心清洗巖心清洗包括洗油和洗鹽。（1）巖心洗油用來測定孔隙度、滲透率和粒度的巖樣，必須先

5、將巖心中的油清洗干凈。常用溶劑甲苯、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、石腦油、乙烷、石油醚、溶劑汽油等。63.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述溶劑的選擇應(yīng)以清洗效果好而又不損壞和改變巖樣原始結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)則。 例如，甲苯適用于抽提瀝青基石油，但甲苯的沸點為110C，這樣高的溫度特使巖石粘土礦物中的結(jié)晶水脫掉，造成孔隙結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致孔隙度、滲透率測定結(jié)果的誤差。又如四氯化碳在抽提過程中因水解而構(gòu)成酸類化合物，遇到高溫時釋放出光氣而將不溶解的物質(zhì)殘留于巖樣中。任何溶劑都會不同程度地改變巖石的潤濕性，因此，選用溶劑抽提巖心時應(yīng)盡量選那些影響小的溶劑。 例如

6、，對親油巖心選用溶劑汽油、四氯化碳(巖心中不含水時使用)或石油醚(巖心中含水時用)，而對親水巖心則選用1：2或1：3的酒精苯如果抽提含瀝青基原油的樣品，則選用甲苯或70氯烷加上30甲醇清洗。73.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述抽提清洗巖樣的工藝方法a溶劑抽提法 巖心抽提器主要是依靠溶劑逐漸洗去樣品中的油和水。溶劑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。 巖心抽提器由燒瓶、巖心室(帶有蒸氣上升管和虹吸管)、冷凝瞥等二部分組成。其裝置如圖1所示。圖1 抽提器83.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述溶劑抽提法的具體步驟：抽提時，將相當(dāng)于燒瓶容積的l323的溶劑注入燒瓶內(nèi)，接上冷換器

7、，接通循環(huán)水，使水在冷凝器內(nèi)循環(huán)，再加熱盛有溶劑的燒瓶，逐漸升溫使溶劑沸騰，并一直維持該溫度。溶劑蒸氣由燒瓶經(jīng)連通管上升，自抽提器巖心室的頂部進(jìn)入冷凝器，經(jīng)過冷凝，并逐漸匯聚在巖心室底部浸沒巖樣，溶解巖樣中的原油。當(dāng)溶劑液面高于虹吸管的高度時，巖心室中的全部溶劑經(jīng)虹吸管流回到燒瓶中。如此多次循環(huán)，直到巖心室的溶液呈無色透明為止。 盡管如此，尚不能肯定巖樣中的油是否徹底洗凈，所以有時要靜置一定時間，觀察其中溶劑是否變色，或再換另一種溶劑進(jìn)行抽提清洗。 93.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述抽提巖心時應(yīng)注意以下幾點：(1)溶劑冷凝下滴速度以每秒34滴為宜。(2)用一種溶劑洗巖樣，巖心室內(nèi)溶劑雖已無色

8、透明，但還不能肯定巖樣是否已洗干凈，應(yīng)再換另一種溶劑繼續(xù)抽提特別是巖心中含有重質(zhì)瀝青基原油時，通常都用兩種以上溶劑抽提(如先用酒精苯抽提，再用三氯甲烷抽提)。(3)對易燃溶劑，應(yīng)該采用密閉式電爐或水浴鍋加熱。(4)全部清洗裝置均應(yīng)放在通風(fēng)柜中，以確保安全作業(yè)。(5)在使用抽提器油提清洗巖樣時，應(yīng)防止下滴溶劑侵蝕巖樣； (6)對于膠結(jié)程度差的巖樣，一定要仔細(xì)選擇不會破壞巖樣物理性質(zhì)的抽提方法。常認(rèn)為巖心抽提器是一種較為適宜的儀器；(7)對于含有重瀝青質(zhì)原油的巖樣，一般用兩種或兩種以上的溶劑循環(huán)清洗。103.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述b 高壓溶劑清洗法 將巖樣裝在巖心夾持器中，在室溫條件下，將

9、種溶劑或多種溶劑在高壓下注入巖樣內(nèi)，除去巖樣中的烴類物質(zhì)和鹽分，注入壓力取決于巖樣的滲透能力，一般為0.077.03MPa。巖心內(nèi)全部烴類清洗干凈所需要的溶劑量取決于巖樣中所含的烴類性質(zhì)利所用溶劑的類型。當(dāng)由巖樣流出的溶劑已無色透明時，即可認(rèn)為巖樣已被洗凈。c 離心清洗法 在離心力的作用下，將干凈熱溶劑噴灑到裝在離心機(jī)轉(zhuǎn)盤上的巖樣上，并流過巖樣將油和水驅(qū)替出來。根據(jù)巖樣滲遠(yuǎn)性和膠結(jié)程度來選擇離心機(jī)轉(zhuǎn)速，由每分鐘幾百轉(zhuǎn)到幾千轉(zhuǎn)。這種方法已成功地使用各類溶劑清洗巖樣。在清洗時一般同時可以清洗幾塊到幾十塊巖樣，清洗時間通常為半小時，個別情況下達(dá)到兩小時，就能滿足任何實驗要求，因此，這種方法具有速度快

10、，清洗效果好的優(yōu)點。但對于膠結(jié)程度差或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度小的巖心就不適用了。113.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述d 含氣溶劑驅(qū)替清洗法這種方法是將一定壓力的溶有氣體的溶劑注入巖心中，與巖心中的油和水互相混合，當(dāng)壓力逐漸下降時，溶劑中的氣體出混合物中分離出來并產(chǎn)生膨脹把一部分溶劑和石油、水從巖心中驅(qū)替出來。向巖心中反復(fù)注入高壓含氣镕劑，循環(huán)驅(qū)替就能將巖心中石油清洗干凈。然后，通過烘干的辦法將巖心中的溶劑及水除掉。這種方法適用于各類膠結(jié)性好的巖心(包括砂巖和裂縫性灰?guī)r)，而且還能將巖心內(nèi)“死孔隙”中的油清洗出來。這種方法不適用于肢結(jié)性差的巖心。在此方法中二氧化碳是一種最理想的氣體，它能大量地溶解于各類溶劑

11、與油中，常用的溶劑為甲苯、石腦油或某些溶劑混合物。在洗巖心時，溶劑中二氧化碳的壓力約為1.4MPa，驅(qū)替含氣溶劑的壓力則高達(dá)7MPa，一般循環(huán)清洗30分鐘就可按巖樣洗干凈。含氣溶劑清洗巖心的設(shè)備流程如圖2所示。圖2 加壓洗油裝置123.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述（2）巖心洗鹽經(jīng)過洗油、烘干后的巖樣，地層水中鹽分必將析出而影響孔隙度和滲透率的測定。因此，對于含有高礦化度地層水的巖心在用溶劑洗凈后，尚需再用甲醇或其它能溶解鹽分的溶劑補(bǔ)充清洗。如果從巖心電阻率實驗的角度考慮，巖心洗完油后，均需要進(jìn)行洗鹽處理。因為孔隙中的鹽將影響飽和進(jìn)去的鹽水的礦化度，從而使飽和后的地層水真正礦化度無法知道，影響

12、實驗質(zhì)量及精度。洗鹽方法蒸餾水水浴法：不怕水的樣品可以采用。甲醇抽提清洗法：具有通用性，但成本稍高些。洗鹽效果的檢驗電導(dǎo)率法分光光度計滴定法133.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述 4.巖心的烘干常規(guī)者心分析中巖樣可按下列方法烘干：放在能控制溫度的烘箱中，在溫度不超過105C 條件下，至少烘2小時以上，一般烘8小時；放在真空干燥箱中，在溫度為8090C條件下，至少烘2小時；在恒溫恒濕箱中，濕度為45、溫度為6293C烘48小時。 巖樣烘干的標(biāo)準(zhǔn)是巖樣為恒重。 【注意】對于臺有粘土或石膏的巖樣，在烘干時不允 許巖樣中的上述礦物脫水，烘干溫度應(yīng)低于前 面所規(guī)定的數(shù)值。143.1 巖石物理實驗流程及技

13、術(shù)概述 5.巖心基本參數(shù)測量 基本參數(shù)包括幾何尺寸（長度、直徑）、干重W干、空氣孔隙度、空氣滲透率和孔隙體積等。1測量樣品直徑D：必須旋轉(zhuǎn)三個大約互成120度角的方向測量三次，然后取其平均值作為最終測量值。2測量樣品長度L：必須旋轉(zhuǎn)三個大約互成120度角的方向測量三次，然后取其平均值作為最終測量值。3計算巖心的表面體積V表面=0.25D2L。4測量樣品的空氣孔隙度和滲透率k并計算孔隙體積Vp=V表面。15 6.模擬地層水的配置3.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述 如果已知地層水分析資料(水離子類型及各自的濃度),則可以用嚴(yán)格地層水離子類型及濃度配置或等效氯化鈉濃度配置。如果已知地層水電阻率,則采

14、用等效氯化鈉濃度配置。用等效氯化鈉濃度法進(jìn)行配置時,如果已知地層水分析資料(水離子類型及各自的濃度)，則須先將各種離子的濃度換算成等效氯化鈉濃度，然后算出總等效氯化鈉濃度，最后用右面兩個公式計算出溶液電阻率。如果已知的是地層水電阻率則直接利用右面公式反算出氯化鈉濃度，即可進(jìn)行配置（1 ppm = 1 mg/l）。注意，當(dāng)濃度較高時，應(yīng)考慮鹽所占的重量。163.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述 7.模擬地層水的電阻率測量采用溶液電導(dǎo)率儀或電阻率測量系統(tǒng)配套的裝置測量。一般礦化度在10kppm以下，采用電導(dǎo)率儀測量。礦化度高的，可以采用規(guī)則容器加平面電極的伏安法測量。一般常溫常壓下也可以直接采用上述

15、配液公式計算出溶液電阻率。173.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述 8.模擬原油的配制巖心飽和和驅(qū)替用油可以用原油也可以用模擬原油。模擬原油一般用白油和煤油按一定比例配制成與原油具有相同粘度的混合油,用它來替代原油進(jìn)行驅(qū)替實驗，因為粘度對束縛水飽和度有影響。混合油粘度計算公式a.雙對數(shù)公式：183.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述b.瓦利捷爾公式：c.賓漢姆公式：193.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述d.萊德爾公式：203.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述9.巖心的飽和巖心的飽和采用真空加壓飽和裝置進(jìn)行。樣品容器加載樣品后，先抽真空而后漸進(jìn)加已抽真空的鹽溶液（由下往上緩慢加水，同時繼續(xù)抽真空），直到

16、巖水淹沒樣品后才可快速進(jìn)水，而后轉(zhuǎn)換為加壓飽和。在飽和過程中，要注意抽真空和加壓的時間控制以及進(jìn)鹽水的方式和速度。飽和完一定時間后，取出并計算其含水飽和度，根據(jù)所計算的初始飽和度來檢驗是否完全后近似完全飽和。如果還有差距，繼續(xù)加壓飽和直至完全飽和或飽和度不在改變?yōu)橹埂?13.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述10.巖心初始飽和度測量巖心飽和完全后（不再改變含水飽和度），取出樣品，用濕紙巾擦干樣品表面液體，然后稱重，即為樣品濕重，并由此與干重及樣品孔隙度和體積計算初始飽和度，即注意，如果采用稱重法測孔隙度，則此時認(rèn)為含水飽和度 =100%。并由此計算出稱重法孔隙度 這種方法對于孔滲較好的巖心是可以的

17、，但對于低孔滲的巖心則會帶來較大的誤差。223.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述11.巖心電阻率測量按所采用的探頭類型分為：1.線圈法：用于測井新方法的實驗研究中，它主要適用于中高頻段2.電極法：常規(guī)的巖電實驗均采用電極法測量，主要用于低頻段之至 直流電測量。兩電極法：簡單方便，容易密封驅(qū)替，但不易加半滲透隔板，且?guī)r 心兩端的邊緣效應(yīng)及接觸電阻應(yīng)響較大，一般要求被測 樣品長一些好四電極法：一般用在加有半滲透隔板的夾持器中，對巖心的長度要 求較兩電極法松，且能在一定程度上減小接觸電阻的影 響，但密封比較困難。多電極法：夾持器加工困難，不易密封好，且易出問題，要求巖心 長，但它不但可以分段測量巖心電

18、阻率，而且同時可以 用來監(jiān)控巖心內(nèi)部油水分布情況，從而控制電阻率采樣 及保障測量質(zhì)量。2311.巖心電阻率測量按測量方式分為：1.直接伏安法測量：通過測量經(jīng)過巖心的電流I和巖心兩端的電壓V，然后根據(jù)歐姆定律計算出巖心的電阻，由此再乘以電極系數(shù)K（=S/L，S為巖心橫截面積，S=0.25D2），就得到巖心電阻率值，即2.電橋法測量：電橋法測量原理如圖4所示。其平衡方程為: Z1*Z4Z3*Z23.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述圖4 電橋法測量原理圖如果我們僅用電阻器來構(gòu)成電橋此方程還是適用的。假如采取三個已知的電阻(假設(shè)是Z1，Z2和Z3，其中Z3為可調(diào)電阻)，那么通過求未知的第四個電橋臂可以得

19、到未知電阻（Z4）的值。要使方程成立，電橋必須平衡。為使電橋平衡，就得調(diào)整Z3，使得沒有電流流過檢流計。當(dāng)無電流時，電橋是平衡的，此時上述方程可得：Z4Z2*Z3/Z1，從而可計算出被測巖心電阻率R=K*Z4。243.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述12.巖心含水飽和度的改變流體驅(qū)替法：效果最佳，但時間和工序較復(fù)雜。氣吹法：速度較快，但與油層有一定誤差，考慮不了潤濕性影響。離心機(jī)法：孔隙水分布不均導(dǎo)致端面效應(yīng)嚴(yán)重，影響測量效果。自然晾干法：因鹽無法去除而影響測量。253.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述13.束縛水點的制造根據(jù)油藏高度計算凈壓差：w、o-水和油的密度，單位：g/cm3；H-油藏高度

20、，單位：m； Pc-孔隙流體凈壓差，單位：MPa（1MPa=145psi）。根據(jù)凈壓差來決定束縛水點的驅(qū)替壓力。263.1 巖石物理實驗流程及技術(shù)概述14.巖心老化處理（潤濕性恢復(fù)） 將洗油洗鹽烘干的巖心，用地層水100%飽和后，用原油驅(qū)替到束縛水狀態(tài)下，浸泡在新鮮脫水原油中，并抽真空充氮氣至地層壓力，在地層溫度下保存15天（國外為40天約1000小時）以上。15.潤濕性測量Amott法。16.陽離子交換容量CEC和QV的測量滴定法和分光光度計法。17.實驗數(shù)據(jù)處理、建模和誤差分析誤差理論與不確定度、實驗數(shù)據(jù)回歸分析273.2 巖石氣體孔隙度測量 孔隙度 的測定方法很多，常用的方法有飽和液體法

21、和氣體孔隙度儀法。 氣體孔隙度儀法方法原理 量度單位體積巖石孔隙體積的大小，用孔隙度 表示。即所謂孔隙度就是指巖石孔隙體積與巖石外表體積的比值。 由此可知，測定孔隙度的大小只要測出巖石的外表體積 和巖石固相體積 及巖石的孔隙體積 中的兩項就可以求出。具體見下頁： 為巖石孔隙度（%或小數(shù)）； 為巖石孔隙體積 ； 為巖石外表體積 ； 為巖石骨架體積 。(4-1)28根據(jù)波義爾定律，如圖4所示，氣體在已知體積Vk與所測壓力Pk下等溫膨脹到未知室體積V中，膨脹后測量最終平衡壓力p，這個平衡壓力取決于未知體積量，未知體積可以用波義爾定律求得：1432圖4 氣體孔隙度儀測定原理圖1.已知室 2.壓力表 3

22、.閥門 4.待測室V為未知室空間體積 ；Vk為已知室空間體積 ；Pk為已知室的（原始）壓力(MPa)；p為平衡壓力(MPa)；(4-2)(4-3)3.2 巖石氣體孔隙度測量29 對于低壓真實氣體，在彈性體積中作等溫膨脹，考慮到器壁的壓變性，忽略一些次要因素，計算由下式表示:由此可知，在體積一定，即 一定時，待測體積只是平衡壓力p的函數(shù)，所以，只要測定平衡壓力p就可以了。 為當(dāng)?shù)禺?dāng)時大氣壓(MPa)；G為體系的壓變系數(shù)。(4-4)3.2 巖石氣體孔隙度測量30系統(tǒng)參數(shù) 的標(biāo)定上述方法中，需要事先確定系統(tǒng)參數(shù) 的值，其方法是在同一原始壓力 下測量:巖樣杯中裝滿鋼塊時的平衡壓力 ；從杯中取出第一號鋼

23、塊后的平衡壓力 ；從杯中取出第三號鋼塊（裝進(jìn)第一號鋼塊）的平衡壓力 。根據(jù)式（4-4）就可以得到下列公式:3.2 巖石氣體孔隙度測量(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 巖石氣體孔隙度測量(4-8)(4-9)32經(jīng)過整理后得:為第一次取出的第一號鋼塊體積；為第二次取出的第三號鋼塊體積； 為杯中裝滿鋼塊時的平衡壓力(MPa)； 為實驗時的大氣壓 。3.2 巖石氣體孔隙度測量(4-10)(4-11)33孔隙度的測定 由上述測量原理可知，我們只要用同樣的方法進(jìn)行兩次實驗就可以確定出巖樣的顆粒體積。即未知室不裝巖樣時得到的平衡壓力

24、為 ，未知空間體積 ，那么: 未知室里裝上巖樣時得到平衡壓力為 p，未知室的空間（即巖心的孔隙體積）體積 ，則:（4-12）式減（4-13）式為巖樣的顆粒體積:3.2 巖石氣體孔隙度測量(4-12)(4-13)(4-14)34 外表體積的求法為: 孔隙度: 但由于氣體孔隙度儀在結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮到精度和校正標(biāo)準(zhǔn)室的問題，在巖樣杯（未知室）中裝滿了不同體積的鋼塊。所以測定p時應(yīng)從杯中取出與巖樣相當(dāng)?shù)匿搲K體積 。記錄取出的鋼塊體積 。所以顆粒體積應(yīng)為 3.2 巖石氣體孔隙度測量 為巖樣外表體積 為巖樣直徑 L 為巖樣長度(4-15)(4-16)(4-17)35實驗儀器 氣體孔隙度儀1臺，如圖4.2及4

25、.3所示。氮氣1瓶；游標(biāo)尺1把；標(biāo)準(zhǔn)氣壓計1只；干燥器1個（存放巖樣用）。3.2 巖石氣體孔隙度測量圖4.2 氣體孔隙度儀流程圖1.氣源閥 2.調(diào)壓閥 3.供氣閥 4.壓力表 5.樣品閥 6.放空閥 7.樣品室圖4.3 氣體孔隙儀面板圖36實驗步驟將測量后的鋼塊全部裝入樣品杯中，并把該杯密封于夾持器之中。檢查所有閥門，使其都處于關(guān)閉狀態(tài)。開高壓氣瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓器使氣瓶出口壓力為 。開儀器氣源閥，開供氣閥，用調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)到原始壓力 （要求在 。待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉供氣閥，并記下 。然后開樣品閥，氣體進(jìn)入樣品杯，壓力表讀數(shù) 開始下降，待壓力穩(wěn)定后，記下此平衡壓力 。關(guān)樣品閥，開放空閥，從樣品杯中取

26、出全部鋼塊，裝入巖心，如巖心未裝滿巖樣杯，用鋼塊盡量把杯子裝滿（原則是使其空間體積最?。?，然后將樣品杯裝在夾持器上密封。重復(fù)步驟5，記下平衡壓力p及取出的鋼塊體積 。實驗完畢，關(guān)樣品閥，開放空閥，關(guān)高壓氣瓶閥門，用調(diào)壓器將壓力表讀數(shù)調(diào)到0，然后關(guān)閉所有閥門，取出巖樣將鋼塊全部放入樣品杯內(nèi)，裝在夾持器上，實驗結(jié)束。3.2 巖石氣體孔隙度測量37數(shù)據(jù)處理將測量的數(shù)填入下表：再按（4-12）、（4-13）和（4-17）式計算巖心的顆粒體積 。按公式 計算巖心外表體積。根據(jù)（4-16）式計算巖心的孔隙度 。3.2 巖石氣體孔隙度測量1巖心編號2大氣壓力 （計算時要換算成 3巖心長度 4巖心直徑 5原壓

27、力 6杯中裝滿鋼塊時的平衡壓力 7杯中裝樣品時的平衡壓力/ 8裝巖樣時從杯中取出的鋼塊體積 38 方法原理 所謂巖石的絕對滲透率就是指單相流體在多孔介質(zhì)中處于層流流動，與巖石不發(fā)生任何物理化學(xué)作用并完全飽和巖石孔隙空間時，巖石允許單相流體通過的能力。 考慮到儲油巖石與流體的性質(zhì)，選用氣體(一般選擇空氣或氮氣)較為合適，所測的氣體滲透率值經(jīng)校正后即為巖石的絕對滲透率。由達(dá)西公式可知：3.3 巖石氣體絕對滲透率測量K 滲透率 氣體粘度Q 體積流量L 、A 物體的長度和橫截面積P1，P2 進(jìn)、出口端的絕對壓力(4-22)39 若用氣體作為通過巖心的介質(zhì)，應(yīng)考慮到氣體在系統(tǒng)中將要發(fā)生等溫膨脹，即當(dāng)壓力

28、從進(jìn)口壓力P1變化到出口P2時，氣體的體積和流速均在變化，因此，應(yīng)使用平均體積流量 代入(4-22)式，即：Kg為巖石的氣測滲透率； 為在平均壓力 下的平均體積流量； 為實驗室溫度和大氣壓力下，通過巖心的氣體粘度；A，L為巖石的橫截面積和長度；P1，P2為巖石的進(jìn)口端和出口端的絕對壓力。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量(4-23)40 根據(jù)等溫條件的理想氣體狀態(tài)方程： Psc為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力； Qsc為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的氣體體積流量。 因此可得： 將(4-25)式代入(4-23)式可得3.3 巖石氣體絕對滲透率測量(4-24)(4-25)(4-25)41 考慮到量綱問題：因此 由(4-27)式可得

29、氣測滲透率，其中A，L用游標(biāo)卡尺求出，可查表得到。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量名稱KQLA壓力量綱m2cm3/smPascmcm2MPa(4-27)42 實驗儀器所用設(shè)備有： 氣體滲透率儀1臺；氮氣瓶1個；真空泵1個（視情況而定）；游標(biāo)卡尺1把。氣體滲透率儀如圖4.6和4.7所示。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量圖4.6 氣體滲透率儀流程示意圖1.真空閥 2.環(huán)壓表 3.環(huán)壓閥 4.放空閥 5.氣源閥6.壓力調(diào)節(jié)器 7.干燥器 8.上流壓力表 9.巖心夾持器 10.浮子流量計43測量步驟（1-10）（1）將制備好的樣品，用游標(biāo)卡尺量出其長度和直徑，并計算其橫截面積A。（2）調(diào)節(jié)儀器面板上各閥門

30、，使之處于關(guān)閉狀態(tài)（箭頭水平）；3.3 巖石氣體絕對滲透率測量（3）按啟動電鈕啟動真空泵，打開真空閥，擰松巖心夾持器兩邊固定托架的手輪后，下降托架，卸出夾持器內(nèi)加壓鋼柱塞（若實驗流程中未接真空泵，此步驟可以不考慮）。（4）將巖樣裝進(jìn)巖心夾持器的膠皮套筒內(nèi)，用加壓鋼柱塞將巖樣向上頂，直到巖樣兩端被夾持器上端頭與加壓鋼柱塞貼緊為止，擰緊手輪。（5）打開放空閥，關(guān)閉真空泵（按停止電鈕），關(guān)閉真空泵（未安真空泵的不考慮）。圖4.7 氣體滲透率儀面板圖44（6）打開高壓氣瓶閥，將氣瓶上的出口壓力表調(diào)到1MPa，開環(huán)壓閥，關(guān)放空閥，使環(huán)壓保持在0.8-1MPa之間。（7）將高壓氣瓶的輸出壓力調(diào)到1MPA開

31、氣源閥，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器（一般壓力由小到大調(diào)節(jié)），調(diào)至所需要的上流壓力。（8）選擇適當(dāng)?shù)母∽恿髁坑嫞ú挥玫囊P(guān)死），在不同上流壓力下讀取流量，要求每塊巖樣應(yīng)測7個點以上不同壓差下的流量。（9）調(diào)壓力調(diào)節(jié)器，使上流壓力降為零，開放空閥，使環(huán)壓降至零。關(guān)放空閥，重復(fù)步驟（3），取出巖樣。（10）裝好夾持器，關(guān)閉所有閥門。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量45數(shù)據(jù)處理1.將測試參數(shù)及計算的數(shù)據(jù)填入表4.23.3 巖石氣體絕對滲透率測量巖心Num= 巖樣長度L= cm， 巖樣直徑D= cm，巖樣面積A= ， 室內(nèi)大氣壓 Pa= Mpa,室內(nèi)溫度Ta= ， 氣體粘度= mPas項目符號1234567氣體流量

32、校正后流量進(jìn)口壓力（表）進(jìn)口壓力（絕）出口壓力（絕）每測點滲透率表4.2 氣體滲透率462.進(jìn)行壓力和流量的校正。實驗中，所用的玻璃浮子流量計是在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下刻度的。而我們測量流量時又是在室溫和室壓下側(cè)行的。因此必須對此流量進(jìn)行校正。由氣體狀態(tài)方程式3.按下式分別計算氣體滲透率Kg(P2=Pa)：3.3 巖石氣體絕對滲透率測量Pa、Ta為實驗室壓力和溫度，可由室內(nèi)壓力溫度計讀出(MPaK)；Qa為實驗室條件下，直接測得的流量值(cm3s)；Psc、Tsc為標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度(P0=0.1IMPa，Ta=293K)。474.根據(jù) 計算 的值。5.得到巖心的絕對滲透率單相流體通過巖樣的滲流規(guī)律，只

33、有在壓力梯度較小、流速較低時才服從達(dá)西定律，壓力梯度超過極限值時，就不再服從達(dá)西定律，而是服從非線性滲流規(guī)律，田此，將測試點得到的Kg和 繪制成 曲線，由此關(guān)系曲線判斷出線性滲流直線段，根據(jù)直線外推在縱坐標(biāo)上的截距，得到巖心的絕對滲透率(又稱等值液體滲透率或克氏滲透率)。6.將所得到的Kg1/P值用最小二乘法驗證。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量48克氏（Klinkenberg）滲透率K與某一平均壓力下的滲透率K的關(guān)系: 如果系數(shù)b已知，則在上述測量步驟（8）中，只需測量一個壓力下的滲透率，然后直接由上式校正即可得到克氏滲透率。3.3 巖石氣體絕對滲透率測量493.4 巖石相對滲透率測量方法一：

34、 穩(wěn)態(tài)水一油相對滲透率測定 穩(wěn)定態(tài)相對滲透率實驗是求相對滲透率最基本的方法。實驗通常僅在柱塞巖樣上進(jìn)行，用稀油作為實驗用油，鹽水作為實用的模擬水，盡可能使此鹽水不與巖心起反應(yīng)?；驹?迫使固定比例的流體(油水)通過巖樣，直到建立起飽和度和壓力的平衡態(tài)為止，求得此平衡態(tài)飽和度和壓力值，然后直接用達(dá)西定律計算即可求得水油相對滲透率。503.4 巖石相對滲透率測量 實驗流程 如圖71所示，在穩(wěn)態(tài)實驗里巖心夾持器的進(jìn)口端和出口端均有一混合頭，注入端混合頭使注入的油和水能充分混合后注入巖心，出口端混合頭能使巖心里產(chǎn)出的油和水量計量正確(圖72)。513.4 巖石相對滲透率測量 實驗過程選取某一水油比，

35、用兩臺恒速泵按所選水油比分別將油和水常速(選取的速度要足夠大，足以消除或降低毛細(xì)管壓力的作用)注入巖心，直到壓差不變(即達(dá)到平衡)，并且出口端產(chǎn)出的水油比與注入時相同，記錄平衡時的壓差。知道了巖樣的直徑、長度、孔隙度、空氣滲透率、注入水和油的流量，即可用達(dá)西定律計算出該水油比所對應(yīng)的油和水的相對滲透率值。把巖心從巖心夾持器中取下，稱重求得巖樣里的水飽和度值。從而求得此飽和度值對應(yīng)的油和水的相對滲透率值。把稱重后的巖樣再放入巖心夾持器里，改變水油比，重復(fù)上述步驟，就可求得另一飽和度下的油和水的相對滲透率值，整個實驗一般要取10個飽和度值。 此實驗可以做吸入過程(水飽和度增加)，也可以做驅(qū)替過程(

36、油飽和度增加)。523.4 巖石相對滲透率測量方法二： 非穩(wěn)態(tài)水油相對滲透率測定 非穩(wěn)態(tài)測定相對滲透率的方法所需時間比穩(wěn)態(tài)法少，但數(shù)學(xué)處理難度較大，Buckley和Leverett建立了此方法的基本理論，Welge發(fā)展了此理論并把它用在非穩(wěn)態(tài)相對滲透率測定方法中，Johnson發(fā)展、完善了Welge的工作，取得了從非穩(wěn)態(tài)試驗資料計算每一相相對滲透率的方法，通常稱JBN方法。 在非穩(wěn)態(tài)方法測定相對滲透率實驗時，必須滿足下列條件：(1)實驗過程中要施加足夠大的壓力梯度以減少毛細(xì)管壓力的作用；(2)巖心是均質(zhì)的；(3)在試驗的全過程中流體性質(zhì)不變。 實驗可以在均質(zhì)的全直徑巖樣和柱塞巖樣上進(jìn)行。不過，

37、在全直徑巖樣上只能作垂直驅(qū)替。通常，認(rèn)為相對滲透率與油水粘度比無關(guān)，因而，為了使水驅(qū)油實驗造成早見水、含水采油期長的驅(qū)替過程，通常用較稠的油作實驗用油(美國巖心公司建議用17mPas的精制油)。533.4 巖石相對滲透率測量 基本原理 用外部注水或注氣驅(qū)油過程中測得不同時刻的巖心兩端壓差、出口端的各相流體流量，然后用數(shù)學(xué)公式計算求得相對滲透率。在此過程中，含水飽和度在巖樣內(nèi)的分布是時間和地點的函數(shù)。所以把此過程稱為非穩(wěn)態(tài)過程。圖7.3即表示了這樣一個水驅(qū)歷程。543.4 巖石相對滲透率測量 實驗過程試驗在較高的注入速度下進(jìn)行(采用恒速或恒壓法)，直到含水999為止。采用恒速法時，注水速度按下式

38、確定。LWV 1 （1）L為巖樣長度(cm)；W為注入水粘度(mPas)；V為滲流速度（cmmin)。采用恒壓法時，注水壓差按下式確定。10.6 （2）1 ow為油水界面張力mNm；K為空氣滲透率， m2 ； 為孔隙度(分?jǐn)?shù))；P 為壓差(MPa)。553.4 巖石相對滲透率測量按時記錄巖樣出口端每種流體的排出量和巖樣兩端的壓力差，通常實驗結(jié)束時累積的注入倍數(shù)要達(dá)到幾十倍甚至幾百倍孔隙體積，當(dāng)水油比較低時，可認(rèn)為此值對應(yīng)的油飽和度值是殘余油飽和度。但在一般情況下，是把基礎(chǔ)注水實驗求得的殘余油飽和度值作為相對滲透率時的殘余油飽和度值。記錄水驅(qū)油資料的參數(shù)有：時間間隔t、累積時間t、階段產(chǎn)油量V0

39、、累積產(chǎn)油量V0、階段注水量Vt、累積注水量Vt、壓差P。563.4 巖石相對滲透率測量有關(guān)資料的整理方法1JBN方法基本公式(7-1)(7-2)(7-3)Kro(Swe)出口端飽和度時油相相對滲透率；Krw(Swe)出口端飽和度時水相相對滲透率；Swe出口端含水飽和度，小數(shù)； 無量綱累積注水量(VtVp，Vt為累積注水量，Vp為巖樣孔隙體積)； 無量綱累積產(chǎn)油量(VoVp，Vo為累積產(chǎn)油量)。573.4 巖石相對滲透率測量I流動能力；K巖樣空氣滲透率，m2；A巖樣截面積，cm2；L巖樣長度，cm；Q(t)一t時刻出口端流量，cm3/s；P(t)一t時刻巖樣兩端壓差，MPa；f0含油率，小數(shù)；

40、fw含水率，小數(shù)；w水粘度，mPas；o油粘度，mPas。(7-4)582計算步驟由上述記錄量和巖心的孔隙體積Vp、巖心橫截面積A、巖心長度L、巖心氣體滲透率K及水粘度w和油粘度o可以計算出Krw和Kro。具體計算步驟如右：根據(jù)Swe與Krw和Kro繪制曲線即可得水、油相對滲透率曲線。3.4 巖石相對滲透率測量59方法三： 離心機(jī)法測定相對滲透率離心機(jī)法求相對滲透率的實驗設(shè)備和實驗過程完全與離心機(jī)法求毛細(xì)管壓力曲線相同。但是從測量值求相對滲透率的方法是Van Sprousen和Omera建立的。 離心機(jī)法的優(yōu)點是求相對滲透率花費時間比穩(wěn)態(tài)法少，不存在粘度指進(jìn)，而粘度指進(jìn)在用非穩(wěn)態(tài)法測定相對滲透

41、率時是值得注意的一個問題。 離心機(jī)法沒有得到廣泛應(yīng)用的主要原因是該方法沒有求得侵入相的相對滲透率，另外毛細(xì)管末端效應(yīng)也沒有有效地克服。3.4 巖石相對滲透率測量60方法四： 從毛細(xì)管壓力曲線計算相對滲透率從非潤濕相驅(qū)動潤濕相的驅(qū)替毛管壓力曲線資料來計算相對滲透率的方法通常用于氣油和氣水系統(tǒng)。當(dāng)然在水油系統(tǒng)里也可以應(yīng)用，但不可靠程度要大些，特別是對于水潤濕巖樣。因為水潤濕巖樣的水驅(qū)油過程是吸入過程而不是驅(qū)替過程。通常求相對滲透率不用毛細(xì)管壓力法，但當(dāng)巖樣比較小不宜做流動試驗時，就可以用小巖樣做壓汞毛細(xì)管壓力試驗，求出驅(qū)替毛細(xì)管壓力曲線。另外對于滲透率非常低、注水非常困難的巖樣(包括注水粘土膨脹等

42、)也可以通過壓汞求毛細(xì)管壓力曲線來求巖樣的相對滲透率。對于凝析氣藏，隨著壓力下降含油飽和度增加，因此初始含油飽和度可以是非常低甚至等于零，這樣低的含油飽和度，用流動實驗求相對滲透率是不可能的，都可以用毛細(xì)管壓力技術(shù)來求相對滲透率。從毛細(xì)管壓力計算相對滲透率，習(xí)慣是采用水銀驅(qū)替法求得的毛細(xì)管壓力曲線。3.4 巖石相對滲透率測量61有許多位研究者提出了從毛細(xì)管壓力曲線計算相對滲透率的公式：Puure1l提出下列方程:下標(biāo)rw和nw分別表示潤濕相和非潤濕相，Purell提出n等于2，但Fatt等人提出n等于3。3.4 巖石相對滲透率測量(7-4)(7-5)62Burdine進(jìn)步發(fā)展了此表達(dá)式，他提出

43、： 這里Sm表示從毛細(xì)管壓力曲線求得的最小潤濕相飽和度。Se表示非潤濕相平衡飽和度(通常指退汞到最小壓力時，殘留的非潤濕相汞飽和度)。研究表明用此法求得的潤濕相相對滲透率比非潤濕相的要好。3.4 巖石相對滲透率測量(7-6)(7-7)63方法五：求相對滲透率曲線的經(jīng)驗公式油氣相對滲透率經(jīng)驗公式 A分選好的未膠結(jié)炒巖， B分選差的未膠結(jié)砂巖， C膠結(jié)砂、鮞狀灰?guī)r和孔穴灰?guī)r， 水油相對滲透率3.4 巖石相對滲透率測量Swi束縛水飽和度；So含油飽和度。(7-8)A分選好的未膠結(jié)炒巖， B分選差的未膠結(jié)砂巖， C膠結(jié)砂、鮞狀灰?guī)r和 孔穴灰?guī)r， (7-9)64方法一：驅(qū)替法測量毛管壓力 在電阻率驅(qū)替測

44、量裝置上，增加巖樣的上下端壓差控制及測量裝置，逐步改變壓差值并使驅(qū)替達(dá)到平衡，采集此時的壓差值和含水飽和度值。最后以含水飽和度作為橫坐標(biāo)，壓差作為縱坐標(biāo)作曲線圖即的毛管力曲線。3.5 巖石毛管壓力測量65方法二：孔隙隔板法測毛管壓力方法原理3.5 巖石毛管壓力測量利用外加壓力(抽真空和加壓)與毛細(xì)管力平衡的原理來測定毛管壓力曲線。在一定的驅(qū)替壓力下、用非潤濕相驅(qū)替潤濕相，這個驅(qū)替過程是克服相應(yīng)毛管壓力的過程。記錄一系列外加的驅(qū)替壓力及在該壓力下驅(qū)替出潤濕相的體積，由此求得毛管壓力曲線。 663.5 巖石毛管壓力測量測定儀器儀器主要由壓力巖心室、半滲透隔板和壓力計三部分組成(參見圖5-21)。測

45、定儀最重要的部分是孔隙大小分布均勻的可滲透隔板，可以燒結(jié)玻璃或陶瓷制成。實驗前用清水浸泡沖洗后用洗液浸泡處理。最后用蒸餾水沖洗、烘干。般情況下是用空氣鹽水、油一鹽水為隔板法的流體體系，因此實驗開始前應(yīng)先把隔板抽空飽和鹽水，但也有個別情況用空氣一油作為隔板法的實驗流體，這時則應(yīng)用油來飽和隔板。67實驗方法實驗步驟（空氣水體系）：把洗凈烘干的巖心抽空飽和模擬地層水，并加壓浸泡23h，用稱重法求出飽和水體積。把飽和水的巖樣放在隔板上（不同儀器隔板大小不同，可放置巖心數(shù)也不同，美國巖心公司出的儀器可放置多塊巖心，也有的只可放一塊)，密封巖心室，逐步加壓，在每一個壓力點上保持一定的時間、使外壓與相應(yīng)的毛

46、管壓力達(dá)到平衡(以巖心內(nèi)水飽和度不再減小為標(biāo)準(zhǔn))，通常一個壓力點下的平衡需幾天時間。平衡后取出巖樣稱重，求出此壓力點下巖樣的水飽和度。將巖樣放入巖心室，加更高一級的壓力。一般一條完整的毛管壓力曲線至少要做68個壓力點。一般來說，在空氣一鹽水系統(tǒng)中，孔隙隔板最大突破壓力是0.25MPa。特殊生產(chǎn)的高壓孔隙隔板對空氣鹽水系統(tǒng)允許達(dá)到14MPa。3.5 巖石毛管壓力測量68實驗注意事項有限的資料表明：做隔板實驗時，相同壓力下砂巖孔隙內(nèi)的水飽和度會隨溫度增加而增加，但溫度對灰?guī)r的影響不大。因此做砂巖樣品時要盡量保持實驗室恒溫。在有條件的地方可以把設(shè)備置于恒溫室內(nèi)。隔板法通常不適合做親油巖心。如果要做親

47、油吸入毛管壓力曲線，必須把隔板處理成親油的，但一般情況下不做這類實驗。用隔板法測定毛管壓力比較慢而且麻煩，但它確實是一種好的方法，如果巖樣中含有粘土，就更值得推薦使用此方法。3.5 巖石毛管壓力測量69方法三：離心法測毛管壓力 基本原理 飽和了潤濕相流體的巖樣浸沒在灌有非潤濕相流體的巖心杯中，在離心機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)下，由于巖心中的潤濕相與巖心外非潤濕相的密度不同，使得兩種流體受到的離心力也不同，非潤濕相借助這種離心力差克服毛管壓力進(jìn)入巖心，排驅(qū)出潤濕相。離心機(jī)轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的離心力差就越大，克服的毛管壓力就越大。從而非潤濕相就能進(jìn)入更小的孔道。測量一系列離心機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速及在該轉(zhuǎn)速下離心出的潤濕相液

48、體量，就能求得該巖心的毛管壓力曲線。3.5 巖石毛管壓力測量703.5 巖石毛管壓力測量儀器設(shè)備 實驗儀器參見圖522。 巖心分析用的高速離心機(jī)要具備以下幾種基本功能：離心機(jī)轉(zhuǎn)速等于或低于1500rmin時，其轉(zhuǎn)速波動應(yīng)小于5； 轉(zhuǎn)速高于1500rmin時波動值應(yīng)小于2%；可以自動或者手動選擇離心機(jī)轉(zhuǎn)速；配有專用巖樣杯和放置巖樣杯的離心盤，可以在不停機(jī)的情況下自動測量排出的液體量。71實驗方法實驗用巖心樣品的大小根據(jù)離心機(jī)內(nèi)巖心盒的大小來確定，通常取直徑2538cm、長度2550cm。實驗前按照常規(guī)巖心分析的要求清洗和烘干樣品，測量滲透率和孔隙度。實驗溫度下的油水界面張力、粘度和比重。把洗凈烘

49、干的巖樣抽空飽和模擬地層水，加壓浸泡2一3小時后求出飽和水的體積。把飽和好水的巖樣分別放入盛滿非潤濕相(油)的巖心懷內(nèi)。一般離心機(jī)有48個離心杯，因此可以放置48塊巖心。把巖心杯封閉好后稱量，調(diào)節(jié)各個杯的重量，使其平衡。開動離心機(jī)，使其在整個實驗過程中保持運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速由低到高調(diào)節(jié)，每一個轉(zhuǎn)速代表一個壓力點。每一個轉(zhuǎn)速要保持到巖心中離心的水量不再增加為止，此時可用閃爍記錄器讀取在此轉(zhuǎn)速下離心出來的水量。然后將離心機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)到更高檔，進(jìn)行測定。試驗直進(jìn)行到離心機(jī)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速為止。一般至少要做68個速度點才能求得一條完整的毛管壓力曲線。3.5 巖石毛管壓力測量72計算方法：不同轉(zhuǎn)速下兩相流體的離

50、心力差等于毛管壓力，因此可用下式汁算毛管壓力： Pci=1.09710-8L(Re-L/2)n2 (5-12)相應(yīng)巖樣內(nèi)的平均剩余潤濕流體飽和度為： (5-13)對巖樣驅(qū)替毛管壓力模型公式： Pc=-SgLn(Sw-Swi)/(1-Swi)+Pcd (5-14)略加簡化，可以得到平均剩余潤濕流體飽和度： （5-15）3.5 巖石毛管壓力測量 73Sw潤濕相飽和度，小數(shù)； 平均潤濕相飽和度，小數(shù)；Swi最小潤濕相飽和度，小數(shù)；Pci巖樣毛管壓力，MPa(平均)；Vp巖樣孔隙體積，Cm3；Pc巖樣毛管壓力，MPa； Pcd巖樣排驅(qū)壓力，MPa；L巖樣的長度，cm； Re巖樣外旋轉(zhuǎn)半徑，cm；兩相流

51、體密度差，gcm3； n離心機(jī)轉(zhuǎn)速，rmin；Vw某一離心轉(zhuǎn)速下巖樣累積排出的潤濕流體量，cm3。Sg 巖樣綜合影響因子(反映流體性質(zhì)、巖樣表面性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)等對毛細(xì)管壓力的影響)，MPa； 用最小二乘法估算出非線性方程5-15中各項巖樣的重要參數(shù)Swi、Pod和Sg后即可可由公式5-14計算出完整的毛管壓力潤濕相飽和度關(guān)系曲線。3.5 巖石毛管壓力測量式（5-15）中的L1可按下式求得：(5-16)74離心機(jī)法的特點： 離心機(jī)法不適合測定非均質(zhì)巖樣的毛管壓力曲線，但它適用于測定保持在鉛金屬外套中的松散巖心，因為它可以避免隔板法要求巖樣端面要緊密接觸隔板的問題。但測松散巖心時一定要控制轉(zhuǎn)速，防

52、止金屬外套及兩端過濾網(wǎng)的損壞。另外離心機(jī)法測毛管壓力曲線通常僅需幾個小時，而隔板法可能需要幾天甚至更長的時間。離心機(jī)法也可以做吸入毛管壓力曲線，但巖心杯和離心盤要稍有改動。3.5 巖石毛管壓力測量75方法四：壓汞法測毛管壓力3.5 巖石毛管壓力測量測定原理 汞對大多數(shù)固體表面均為非潤濕相，對汞施加外力可迫使汞克服毛管壓力而進(jìn)入多孔介質(zhì)的相應(yīng)孔隙中，根據(jù)進(jìn)汞量(即孔隙介質(zhì)的飽和度)和相應(yīng)的壓力，就能做出毛管壓力曲線。實驗裝置 圖523是測試裝置的示意圖。 裝置內(nèi)五個部分組成：水銀計量泵、放巖樣的容器(可以觀察水銀液面)、壓力表、真空泵及水銀壓力計、高壓氣瓶。壯置的最高工作壓力不低于8MPa。76

53、實驗方法實驗前先清除汞中的機(jī)械雜質(zhì)和氧化膜。巖樣事先抽提、除油、烘干、測滲透率和孔隙度。不規(guī)則樣品只測定孔隙度。實驗過程是： 把洗凈烘干的巖樣放入巖心杯中抽空，在真空條件下繼續(xù)抽一小時。從真中開始試驗，在每一壓力點下維持定的時間，使外壓與毛管壓力達(dá)到平衡。低滲透率樣品的平衡時間要比高滲透樣品的長些。計算在此壓力下進(jìn)入巖樣的汞體積VHg，即可求得汞進(jìn)入巖樣的飽和度SHg。不斷提高壓力直到儀器能承受的最高壓力為止。一般儀器的最高工作壓力為8MPa，有些專門設(shè)計的儀器最高工作壓力可達(dá)40MPa，這類專門設(shè)計的儀器適用于測定滲透率低的巖樣。 每個巖樣可以做20到30個測試點，以求得較好的曲線。3.5

54、巖石毛管壓力測量77壓汞法的特點優(yōu)點：在所有方法中壓汞法求毛管壓力曲線所需時間最短。研究壓力范闊最大。缺點：潤濕特性與油水（氣)不一樣，巖樣不能重復(fù)用。另外，壓汞法通用于規(guī)則和不規(guī)則巖樣，還可以用此方法做退汞實驗，求出吸入毛管壓力曲線。當(dāng)壓力特高時孔隙可能100被水銀飽和。在開始實驗時，水銀可能已進(jìn)入巖樣表皮及大孔隙，在測定時應(yīng)該注意。3.5 巖石毛管壓力測量78幾種測毛管壓力方法的比較 很顯然，驅(qū)替法最接近實際油藏情況，因此效果最好。其次是隔板法，因此，目前最先進(jìn)的是采用聯(lián)測系統(tǒng)進(jìn)行測量。 對壓汞法測得的毛管力曲線要對潤濕條件做一校正。校正的方法是把壓汞毛管壓力曲線依據(jù)下面關(guān)系式轉(zhuǎn)換成空氣水

55、系統(tǒng)或油一水系統(tǒng)的毛管壓力曲線。 和取值最好能用油田實際值，但如果沒有此值可用表54中的值。大量實驗結(jié)果表明(Pc)Hg(Pc)w的比值對于砂巖是7.5，對于灰?guī)r是5.8。3.5 巖石毛管壓力測量(5-17)(5-18)下標(biāo)Hg和w分別表示壓汞法和隔板法測得的參數(shù);Pc、和分別為毛管壓力、界面張力和潤濕接觸角。79同樣也可以把實驗室求得的毛管壓力曲線換算成油藏條件下的毛細(xì)管壓力曲線，即： （5-19）式中，下標(biāo)Res和Lab分別表示油藏條件和實驗室條件下；Pc、 和分別表示毛細(xì)管壓力、界面張力和潤濕接觸角。3.5 巖石毛管壓力測量80毛管壓力數(shù)據(jù)歸一化處理 通常有下列兩種方法可以把同一水動力學(xué)

56、系統(tǒng)或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)相類似的油藏的毛管壓力的曲線聯(lián)系起來。第一種方法是Leverett對松散人造巖心進(jìn)行研究后提出的J函數(shù)方法。第二種方法是分析一系列滲透率(或孔隙度)方面有代表性樣品的毛管壓力曲線。3.5 巖石毛管壓力測量81 1.J函數(shù)法: J函數(shù)的表達(dá)式為： 后來有人把接觸角的余弦cos引入公式，使J函數(shù)的表達(dá)式變?yōu)椋?一般認(rèn)為可以用J函數(shù)把所有毛細(xì)管壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為一條曲線(見下頁圖5.26)。不同地層的J函數(shù)與水飽和度的關(guān)系不同，因而關(guān)系曲線也不同。實際上在天然膠結(jié)巖心中也很難找到一條完美的曲線來確切反映這種關(guān)系，但作為一種近似關(guān)系，還是存在著一條曲線的。3.5 巖石毛管壓力測量Sw 水

57、飽和度，小數(shù)；Pc毛管壓力，dynecm2 (10.1Pa)；界面張力，mNm；K滲透率，孔隙度，小數(shù)。(5-20)(5-21)823.5 巖石毛管壓力測量832.分析一系列滲透率(或孔隙度)方面有代表性樣品的毛管壓力曲線。 對于一個確定的毛管壓力值，可以求出此系統(tǒng)滲透率的對數(shù)值與水飽和度的關(guān)系。作為一次近似，可以認(rèn)為這種關(guān)系是線性關(guān)系，也就是說對于某一毛管壓力值，可以有以下關(guān)系：Sw = m logK + b (5-22) 3.5 巖石毛管壓力測量84毛管壓力曲線的應(yīng)用（1-3）1.計算自由水面以上高度處的含水飽和度 在原始油藏條件下，油水密度差所產(chǎn)生的重力差應(yīng)該與毛管壓力相平衡： H(Pc

58、)Res (5-23) 因而可以把毛管壓力曲線轉(zhuǎn)換成自由水面以上高度與含油飽和度的關(guān)系曲線，即： （5-24） H油水界面以上高度，m； 油水密度差，gcm3； ( Pc ) Res油藏條件下的毛管壓力，MPa； w水的密度，gcm3； o油的密度，gcm3。3.5 巖石毛管壓力測量852.利用毛管壓力資料計算孔隙大小分布 根據(jù)平行毛細(xì)管束理論，就可以求得孔隙喉道大小分布。從毛管壓力曲線定義中可知： P c2cosr (5-25) 則 r2cosP c (5-26) 如果是用壓汞法求得的毛管壓力曲線，則有： r0.75P c (5-27)3.可以利用毛管力曲線計算相滲曲線和巖石的潤濕性。3.5

59、 巖石毛管壓力測量86方法一: 接觸角測定 潤濕程度通常以接觸角表示，角一般規(guī)定從極性大的液體(水)那一面算起。90者為水濕，90者為油濕。圖4一l是兩種不同潤濕性時的接觸角實例。圖42是測量接接觸角的裝置簡圖。接觸角的測量可以在常態(tài)下用原油在純的石英或碳酸鹽晶體表面上進(jìn)行測量。但另一種更好的方法是用一個特殊的接觸角測量裝置進(jìn)行高溫下的接觸角測量。3.6 巖石潤濕性測量有時，由于油中的極性化合物對巖石表面的影響，使得本來是水濕性質(zhì)的巖石隨著時間增加而趨向于油濕。87方法二: Amott測潤濕性指數(shù)法 Amott潤濕性指數(shù)法是用來測量巖心潤濕性的一種方法，可以得到巖心潤濕性的定量結(jié)果。這種方法的

60、應(yīng)用是基于一種假設(shè)：即強(qiáng)潤濕相流體將自發(fā)地吸入到巖石中并驅(qū)替出非濕相流體直至達(dá)到非濕相的殘余飽和度。 試驗用巖心應(yīng)選用受到保護(hù)的未改變其原始潤濕性的巖心，巖心柱塞的鉆取應(yīng)快使用與取心液濾液一致的流體。例如，取心時用的是水基鉆井液，則鉆樣品的就應(yīng)該用水。3.6 巖石潤濕性測量88測量步驟為：巖心用水驅(qū)替，排出巖心中油和氣直達(dá)到殘余油飽和度(圖4-4， a)；巖心放入盛滿油的自吸容器中，油自發(fā)吸入巖心并排出水(A)(圖4-4，b左)；巖心裝入夾持器，用油驅(qū)替，排出巖心中的水(B)(圖4-4，b右)；計算油潤濕性指數(shù)(OWI)： （4-1）巖心放入盛滿水的自吸容器中，水自發(fā)吸入巖心并排出油(C)(團(tuán)