巖石物理實(shí)驗(yàn)

1、摘要油藏巖石和流體的物性參數(shù)是油田開發(fā)和油藏工程研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是編制油 氣田開發(fā)方案和計(jì)算儲(chǔ)量、研究?jī)?chǔ)層性質(zhì)、進(jìn)行油層對(duì)比、分析油田動(dòng)態(tài)的重要依據(jù)。 油田開發(fā)實(shí)驗(yàn)是獲取這些巖石、流體以及流體與巖石共同作用的物性參數(shù)的主要手段， 而孔隙度、滲透率和相對(duì)滲透率的測(cè)量是開發(fā)實(shí)驗(yàn)中最基本的測(cè)量方法和技術(shù)。本文通過文獻(xiàn)的調(diào)研，總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外開發(fā)實(shí)驗(yàn)室對(duì)低滲和特低滲油藏巖心樣 品的孔隙度、滲透率以及相對(duì)滲透率曲線的測(cè)量方法和技術(shù)，歸納了實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中出 現(xiàn)的問題，并提出了初步的解決方案，以增強(qiáng)低滲油氣田開發(fā)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)中國(guó)石油可持 續(xù)發(fā)展的技術(shù)支撐力度。0前言油藏巖石和流體的物性參數(shù)是油田開發(fā)和油

2、藏工程研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是編制油 氣田開發(fā)方案和計(jì)算儲(chǔ)量、研究?jī)?chǔ)層性質(zhì)、進(jìn)行油層對(duì)比、分析油田動(dòng)態(tài)的重要依據(jù)。 油田開發(fā)實(shí)驗(yàn)是獲取這些巖石、流體以及流體與巖石共同作用的物性參數(shù)的主要手段， 而滲透率和相對(duì)滲透率的測(cè)量是開發(fā)實(shí)驗(yàn)中最基本的測(cè)量方法和技術(shù)。滲透率是表征流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)，因此準(zhǔn)確測(cè)定儲(chǔ)層的滲透率 參數(shù)對(duì)正確認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層特性、制定油氣藏的開發(fā)方案都具有非常重要的意義?？赡苁軠y(cè) 試手段和解釋方法的限制，目前國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室仍主要用達(dá)西穩(wěn)定流的方法對(duì)滲透率進(jìn)行測(cè) 定。1滲透率的基本概念對(duì)于石油工程師來說，滲透率無疑是一項(xiàng)必須加以重點(diǎn)關(guān)注的地層參數(shù)。它是確定一 口井是否應(yīng)當(dāng)完井和投

3、產(chǎn)的依據(jù)。在確定儲(chǔ)層滲透率之前，我們需要先了解滲透率的基 本概念以及它對(duì)油氣儲(chǔ)層的意義。1.1滲透率在有壓力差的條件下，巖層允許流體流過其孔隙孔道的性質(zhì)稱為滲透率。巖石的滲 透率的大小是決定油氣藏能否形成和油氣層產(chǎn)能大小的重要因素。常用滲透率來定量表 示巖石的滲透性。根據(jù)達(dá)西定律，巖層孔隙中的不可壓縮流體，在一定壓力差條件下發(fā) 生的流動(dòng)，可由下式表示：危=切 (式1-1)式中，W一流體的流量，犬三；A一垂直于流體流動(dòng)方向的巖石橫截面積，一-；L一流體滲濾路徑的長(zhǎng)度，二二；P壓力差，”-;M流體的粘度，mPas；K一巖石的滲透率，.,。在壓力梯度為101325Pa/cm條件下，粘度為1mPas的

4、流體在孔隙中作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)， 在1：r橫截面積上通過流體的流量為1-.,時(shí)的巖石滲透率為0.987 (1) 。實(shí) 際工作中，這個(gè)單位太大，常用它的千分之一作單位，即二f .。達(dá)西定律只適用于層流以及流體與巖石無相互作用的情況，實(shí)踐證明，當(dāng)只有一種 流體通過巖樣時(shí)，所測(cè)得的滲透率與流體性質(zhì)無關(guān)，只與巖石本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)；而當(dāng)有 多種流體（如油和水）同時(shí)通過巖樣時(shí)，不同的流體則有不同的滲透率。為了區(qū)分這些 情況，常用絕對(duì)滲透率、有效滲透率和相對(duì)滲透率。1.1.1絕對(duì)滲透率絕對(duì)滲透率是巖石孔隙中只有一種流體（油、氣或水）是測(cè)量的滲透率。常用符號(hào) K表示。其大小只與巖石孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與流體性質(zhì)無關(guān)。因?yàn)?/p>

5、常用空氣來測(cè)量，故 又稱空氣滲透率。測(cè)井解釋通常所說的滲透率，就是指巖石的絕對(duì)滲透率。根據(jù)巖石絕 對(duì)滲透率的大小，按經(jīng)驗(yàn)可把儲(chǔ)集層分為：小于1到15 X 10-3.，二的，屬差到尚可；15 X 10-3.二50 X 10-3.的，屬中等； 50 X 10-3.250 X 10-3.的屬好；250 X 10-3. 1000X 10-3. 的，屬很好；大于 1000 X 10-3. 的，屬極好。1.1.2 有效滲透率當(dāng)兩種及以上的流體同時(shí)通過巖石時(shí)，對(duì)其中某一流體測(cè)得的滲透率，稱為巖石對(duì) 該流體的有效滲透率或相滲透率，巖石對(duì)油、氣、水的有效滲透率分別用二、二、三表 示。有效滲透率大小除與巖石孔隙結(jié)

6、構(gòu)有關(guān)外，還與流體的性質(zhì)和相對(duì)含量、各流體之 間的相互作用以及流體與巖石的相互作用有關(guān)。由試油資料求得的滲透率是有效滲透 率。多種流體同時(shí)通過巖石時(shí)，各3的有效滲透率以及它們之和總是低于絕對(duì)滲透率的。 這是因?yàn)槎嘞喙餐鲃?dòng)時(shí)，流體不僅要克服自身的粘滯阻力，還要克服流體與巖石孔壁 之間的附著力、毛細(xì)管力以及流體與流體之間的附加阻力等等，因而使?jié)B透能力相對(duì)降 低。實(shí)踐證明，流體的有效滲透率與它在巖石中的相對(duì)含量有關(guān)，當(dāng)流體的相對(duì)含量變 化時(shí)，其相應(yīng)的有效滲透率隨之改變。為此，引入相對(duì)滲透率的概念。1.1.3 相對(duì)滲透率巖石的有效滲透率與絕對(duì)滲透率之比值稱為相對(duì)滲透率，其值在01之間。通常用 w 分

7、別表示油、氣、水的相對(duì)滲透率。1.2滲透率對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的意義在儲(chǔ)集層孔隙中充滿不同含量的油、氣、水時(shí)，巖層對(duì)某一種流體的相對(duì)滲透率取 決于其他流體的數(shù)量（飽和度）及性質(zhì)。某一流體的相對(duì)滲透率隨該流體的飽和度增加 而增加，直到該流體全部飽和孔隙空間時(shí)達(dá)到絕對(duì)滲透率值為止，圖1-1示出油水兩相 流動(dòng)時(shí)相對(duì)滲透率與含水飽和度的關(guān)系。翌用*ffE*首圖1-1相對(duì)滲透率與含水飽和度的關(guān)系2常規(guī)滲透率測(cè)量方法在油氣田勘探開發(fā)過程中，準(zhǔn)確進(jìn)行滲透率的測(cè)量，是油氣資源評(píng)價(jià)和開發(fā)方案設(shè) 計(jì)的地質(zhì)基礎(chǔ)，因而對(duì)其準(zhǔn)確標(biāo)定，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外油氣儲(chǔ)層差別非常 大，其滲透率范圍1071皿級(jí)不等。目前室內(nèi)滲透率測(cè)量

8、方法按測(cè)量原理分為兩類： 穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。2.1穩(wěn)態(tài)測(cè)量法穩(wěn)態(tài)法測(cè)定滲透率的原理是基于穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的達(dá)西公式，其測(cè)定的基本方法為:油氣 兩相或油水兩相同時(shí)通過用流量泵壓入，在巖樣兩端建立一定的壓力差，使兩相流體同 時(shí)通過巖心，在整個(gè)流動(dòng)過程中分別調(diào)節(jié)并控制各相的壓力降，當(dāng)兩相流體達(dá)到流動(dòng)平 衡（即兩相間的壓差保持不變）時(shí)，此時(shí)，計(jì)量壓力和排出的流量，由此計(jì)算出巖心的相 滲透率，并在每一個(gè)壓力差下將巖心取出稱重算出飽和度值，即可繪出相對(duì)滲透率和飽 和度關(guān)系曲線。穩(wěn)態(tài)法監(jiān)測(cè)的是測(cè)量介質(zhì)的穩(wěn)定流量或壓力，主要有定壓法和定流量法。2.1.1 定壓法石油工業(yè)所熟知的達(dá)西實(shí)驗(yàn)原理即是采用的定壓法，定壓法實(shí)

9、驗(yàn)裝置（如圖2-1） 為一直立的開口圓筒，側(cè)面裝有水銀壓力計(jì)，在距離筒底一定高度處裝有濾網(wǎng)，其上充 填一定高度的砂樣，水從上方注入，通過溢流管保持一定的水位高度以形成穩(wěn)定的水頭 壓差，滲流介質(zhì)在壓差作用下流經(jīng)試樣，達(dá)到穩(wěn)定滲流狀態(tài)時(shí)通過計(jì)量底部水流量，即 可得到測(cè)試樣滲透率，達(dá)西定律引入石油行業(yè)后，其通用形式為：（式 2-1）式中，Q一流經(jīng)測(cè)試樣的體積流量;-_ - -:進(jìn)出口壓差；一測(cè)試樣的端面積；L一測(cè)試樣的長(zhǎng)度；一測(cè)試介質(zhì)黏度；k被測(cè)試樣的滲透率。圖2-1達(dá)西實(shí)驗(yàn)測(cè)滲透率裝置簡(jiǎn)圖達(dá)西定律定壓法測(cè)滲透率適用的條件之一是測(cè)試介質(zhì)在巖石孔隙中的滲流需達(dá)到 穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于中高滲巖樣來說，達(dá)到穩(wěn)定

10、狀態(tài)所需時(shí)間較短，因而測(cè)試時(shí)間較短，但 是對(duì)于低滲巖樣，達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置提供的較小壓差達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，伴隨長(zhǎng)時(shí)間平衡 過程，帶來的是環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響增大。如果采用壓力裝置替代水頭差，其原理（如圖2-2）是采用壓力裝置來代替水位產(chǎn) 生的水頭差，這樣可使壓差增大幾十倍，上百倍，解決了水頭差過小的問題，縮短了測(cè) 試時(shí)間，減小測(cè)試環(huán)境因素對(duì)結(jié)果的影響。IHlk巖心夾持器圖2-2室內(nèi)常用定壓法測(cè)滲透率裝置簡(jiǎn)圖對(duì)于中高滲巖石實(shí)驗(yàn)，定壓法是可行的，但是對(duì)于低滲特低滲透巖樣，過高的壓差 形成的高滲流水力梯度，將使得介質(zhì)滲流出現(xiàn)非達(dá)西流，用達(dá)西定律重復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)計(jì)算 滲透率誤差很大，即達(dá)西定律不再適用。因

11、此傳統(tǒng)水頭定壓法通常適用滲透性在D級(jí) 以上的巖樣，達(dá)西定律引入石油工業(yè)后采用的定壓法，后繼研究者不斷提高計(jì)量?jī)x的精 度，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，這使得目前石油行業(yè)室內(nèi)穩(wěn)態(tài)法測(cè)滲透率下限不斷擴(kuò)大，目前室 內(nèi)實(shí)驗(yàn)可測(cè)得0.1X10-3m2巖樣，且實(shí)驗(yàn)重復(fù)性較好。2.1.2定流量法定流量法是通過提供穩(wěn)定流量，監(jiān)測(cè)巖樣兩端壓力變化。因?yàn)楦呔葔毫ΡO(jiān)測(cè)比流 量計(jì)量更準(zhǔn)確，因而測(cè)量也更精確。定流量法的核心是高精度的恒流泵（如圖2-3），在巖樣上端連接一個(gè)恒速泵，以恒定流量q注入巖樣，待上下游流量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) 巖樣上下端壓力時(shí)，按照達(dá)西定律即可求得測(cè)試樣滲透率：（式 2-2）式中，q一恒流泵提供的體積流量; P一巖

12、樣兩端面壓差；A一巖樣的端面積；L一巖樣的長(zhǎng)度；M 一測(cè)試介質(zhì)黏度；k一被測(cè)巖樣的滲透率。圖2-3定流量法測(cè)滲透率裝置圖恒流泵法可按照實(shí)驗(yàn)需要精確控制注入流量，目前可達(dá)到0.00140mL/min，這樣 可以根據(jù)測(cè)試地層的實(shí)際情況來精確的調(diào)節(jié)水力梯度，這樣測(cè)得的滲透率也更接近實(shí)際 情況。缺點(diǎn)是定流量法的測(cè)量精度取決于恒流泵的質(zhì)量。高精密的恒流泵價(jià)格昂貴， 而且在測(cè)量低滲透巖樣時(shí)，其局限與定水位法類似，即達(dá)到穩(wěn)定的滲流狀態(tài)所需要時(shí)間 較長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果受環(huán)境和溫度因素的影響逐漸增大，因此建議被測(cè)巖樣的滲透率在0.1 X10-叩m2以上。2.2非穩(wěn)態(tài)測(cè)量法非穩(wěn)態(tài)法是以水驅(qū)油基本理論（即貝克萊一列維爾特

13、前沿推進(jìn)理論）為出發(fā)點(diǎn)，并認(rèn) 為在水驅(qū)油過程中，油、水飽和度在巖石中的分布是水驅(qū)油時(shí)間和距離的函數(shù)。因此油 水在孔隙介質(zhì)中的滲流能力，即油水的相滲透率也隨飽和度分布的變化而變化，油水在 巖石某一橫斷面上的流量也隨時(shí)間而變化。這樣，只要在水驅(qū)油過程中能準(zhǔn)確地測(cè)量出 恒定壓力時(shí)的油水流量或恒定流量時(shí)的壓力變化，即可計(jì)算出兩相相對(duì)滲透率隨飽和度 的變化關(guān)系來。由于油、水飽和度的大小及分布隨時(shí)間和距離而變化，整個(gè)驅(qū)替過程為不穩(wěn)定過程，所以該方法被稱為非穩(wěn)態(tài)法。非穩(wěn)態(tài)法主要監(jiān)測(cè)的是樣品兩端的壓力差。2.2.1瞬態(tài)壓力脈沖法在測(cè)試樣兩端各有一個(gè)封閉的容器（圖2-4），測(cè)試時(shí)，待上下容器和巖樣內(nèi)部壓力 平衡

14、后，給上端容器一個(gè)壓力脈沖。然后，上部容器壓力將慢慢降低，下部容器壓力 慢慢增加，監(jiān)測(cè)兩端壓力隨時(shí)間變化情況，直至容器內(nèi)達(dá)到新的壓力平衡狀態(tài)。上游容櫻I卜-游 容器圖2-4瞬態(tài)壓力脈沖法原理圖通過上下游壓力衰減曲線可求得測(cè)試樣滲透率。以下給出了計(jì)算滲透率的近似解析 解：7-=三一*（式 2-3）。二-二（式 2-4）心廿 Va式中，一巖樣兩端壓差實(shí)測(cè)值；Q,一初始脈沖壓力；三一衰減曲線斜率； .：上、下游容器體積。瞬態(tài)壓力脈沖法在非穩(wěn)態(tài)下測(cè)量滲透率，較傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)法所需測(cè)試時(shí)間大大縮短，而 且高精度的壓力計(jì)量要比傳統(tǒng)流體計(jì)量更準(zhǔn)確，因而測(cè)試結(jié)果也更精確，目前此方法已 廣泛應(yīng)用于致密低滲巖樣的測(cè)量實(shí)

15、驗(yàn)中。瞬態(tài)壓力脈沖法不適合測(cè)量滲透性高的巖石， 因?yàn)閷?duì)于滲透性高的巖石，壓力脈沖平衡時(shí)間過快，測(cè)試時(shí)間太短，初始脈沖造成的 壓力紊亂使得數(shù)據(jù)記錄過程中，尚未檢測(cè)出壓力衰減曲線中的穩(wěn)定壓力下降過程，壓 力已經(jīng)達(dá)到平衡。因此推薦測(cè)量滲透率在0.1X10-3m2以下的巖樣。2.2.2 變?nèi)輭毫γ}沖法壓力脈沖法測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)，時(shí)間不宜過長(zhǎng)也不宜太短，前者受設(shè)備密封、環(huán)境溫 度、微生物滋擾影響較大，后者則受人為操作影響。傳統(tǒng)壓力脈沖法測(cè)量滲透率，由于 巖樣上下端容器容積是固定的，因此對(duì)某一測(cè)量介質(zhì)，其壓縮儲(chǔ)容是固定的，這就限制 了儀器的測(cè)量范圍。國(guó)內(nèi)學(xué)者王穎博士針對(duì)此情況研制了變?nèi)輭毫γ}沖法測(cè)滲透率裝置（

16、圖 2-5）。圖2-5變?nèi)輭毫γ}沖法測(cè)滲透率裝置圖變?nèi)輭毫γ}沖法裝置中上下游容器內(nèi)是液體和氣體的混合介質(zhì)，因?yàn)橐后w和氣體的 壓縮性差別大，通過調(diào)節(jié)液體和氣體的比例，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量時(shí)間的調(diào)節(jié)，從而擴(kuò)大裝置 的量程。其測(cè)量范圍可達(dá)10-710-1D。3其他滲透率測(cè)量方法常規(guī)實(shí)驗(yàn)室滲透率測(cè)量除了穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法之外，還有一些新方法新技術(shù)的應(yīng) 用。3.1毛細(xì)管流黏法毛細(xì)管流黏法主要是針對(duì)致密巖心流體滲透率提出的一種簡(jiǎn)便快捷的方法。致密巖心測(cè)試計(jì)算用達(dá)西公式（式1-1）。當(dāng)巖心全部孔隙為單相液體所充滿并其在 巖心中流動(dòng)時(shí)，假設(shè)巖石與液體不發(fā)生化學(xué)和物理作用下，對(duì)同一巖心，比例系數(shù)的大小是 與液體性質(zhì)無關(guān)的

17、常數(shù)。對(duì)不同孔隙結(jié)構(gòu)的巖心人值不同。因此，在上述條件下,K僅僅是 取決于巖心孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)，這就是巖心的絕對(duì)滲透率。根據(jù)達(dá)西定律及巖心絕對(duì)滲透率的概念，可以測(cè)量巖心的滲透率。所以有了用毛細(xì)管 測(cè)量巖心滲透率的方法。對(duì)于一塊巖心，在有壓力差的情況下，通過巖心流量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù) 不易得到，但使用毛細(xì)管流量計(jì)就能做到。對(duì)于一定直徑的毛細(xì)管，通過它的液體流量與毛細(xì)管兩端的壓力差?成正比,即Q = %嶼上式兩端乘以液體黏度得Q|i =以烏山馬然后令一、三.=三:，得Qk =琦眼1通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算出比例系數(shù)K。,在實(shí)際應(yīng)用中只要知道通過液體的黏度以及壓力差,就能計(jì) 算出液體的流量，用達(dá)西公式計(jì)算出巖心的滲透率。（

18、式 3-1）K =心受AhP在毛細(xì)管計(jì)量中，有重力型毛細(xì)管法和加壓型毛細(xì)管法。重力毛細(xì)管法是基于相對(duì)測(cè) 量法而設(shè)計(jì)的，即測(cè)量一定的流體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)所需的時(shí)間來測(cè)定流量，而 加壓型毛細(xì)管法是采用外加壓力迫使流體經(jīng)過毛細(xì)管，測(cè)量其流量的方法。從上述推導(dǎo)過 程可知，毛細(xì)管的流量和流過它的液體有關(guān)系,并且流體的流動(dòng)不是在重力作用下而是在 外加壓力迫使流體經(jīng)過毛細(xì)管，因此在試驗(yàn)中采用了加壓型毛細(xì)管法。毛細(xì)管測(cè)量滲透率 儀器原理圖如圖3-1所示。由圖3-1得知，當(dāng)液體從毛細(xì)管的左端流過巖心夾持器的右端時(shí), P1和 P2壓力值 直接可以從壓力傳感器上得到,這樣可以利用（式3-1）計(jì)算出巖心的滲透

19、率。3.2氣驅(qū)水法測(cè)量巖心滲透率3.2.1氣驅(qū)水法測(cè)量原理巖心的氣體滲透率定義為：（式 3-2）滲過巖心的氣體流量，ml/s；式中，“一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下L一巖心長(zhǎng)度，cm；cm2；A一巖心的橫截面積，|J 一氣體粘度系數(shù)，cmPa；?一巖心上游壓力，MPa；P2一巖心下游壓力，MPa；K一氣體滲透率， m2。用氣驅(qū)水法測(cè)量滲過巖芯的氣體流量的測(cè)量裝置，其示意圖如圖3-2所示。氣體進(jìn)人 巖芯夾持器（1）滲過巖芯（2）進(jìn)入盛滿水的密封集氣罐（3）氣驅(qū)動(dòng)水流入天平（5） 上的容器內(nèi)（4）。若實(shí)驗(yàn)過程中溫度變化不大，則可用式（3-3）把天平稱量的質(zhì)量流量 換算成為氣驅(qū)水的體積流量（式 3-3）式中，-.

20、氣驅(qū)出水的體積流量，ml/s；_、-一天平兩次稱量的氣驅(qū)出水的質(zhì)量，g;d一水的密度，g/cm3；T一兩次稱量的時(shí)間間隔，s。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可以得出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下相應(yīng)氣體的體積流量為（式 3-4）圖3-2測(cè)量裝置示意圖若選用電子天平的感量為10mg，則可分辨出1/81/3滴水的質(zhì)量，按式（3-3）、（3-4）計(jì)算出的對(duì)應(yīng)的氣體體積流量是非常小的。因此，對(duì)巖芯的低滲透率的測(cè)量可以獲得滿 意的精度。若電子天平的稱量為1000g，穩(wěn)定讀數(shù)時(shí)間為1s，說明對(duì)高滲透率的測(cè)量也 能滿足。3.2.2實(shí)驗(yàn)流程利用氣驅(qū)水法測(cè)量巖芯氣體滲透率的實(shí)驗(yàn)流程如圖3-3所示。圖3-3氣驅(qū)水法測(cè)巖心滲透率實(shí)驗(yàn)流程其測(cè)試

21、過程是：氣體進(jìn)入巖芯夾持器，滲過巖芯，進(jìn)入盛滿水的密封集氣罐，氣體 驅(qū)動(dòng)水流入放在電子天平上的容器中；兩個(gè)壓力傳感器分別用來測(cè)量巖芯的上游壓力和 下游壓力，其壓力的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送至數(shù)據(jù)處理單元；天平 稱量的信號(hào)，以二進(jìn)制代碼的形式經(jīng)數(shù)字量輸入/輸出板，送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處 理單元在專用軟件控制下，實(shí)時(shí)采集壓力信號(hào)和流程信號(hào)，并根據(jù)式（3-2）、（3-3）、（3-4）， 計(jì)算巖芯的氣體滲透率值；顯示器（CRT）和鍵盤（KB）用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，打印繪圖 儀用來輸出測(cè)試報(bào)告。3.3巖石滲透率與應(yīng)力關(guān)系巖石在成巖過程中，隨著所受壓力的增加，當(dāng)巖石不可壓縮時(shí)，顆粒之間越來越緊

22、密， 孔隙空間越來越小，孔隙之間的連通性越來越差，當(dāng)壓力增加到一定程度時(shí)，上述變化 要顯著減慢。這一事實(shí)表明，當(dāng)壓力較小時(shí),巖石的孔隙度、滲透率受壓力的影響較大。 這時(shí)，當(dāng)壓力增加時(shí)，二者的降低較為明顯。而壓力較大時(shí)，孔隙度、滲透率受壓力的 影響較小，壓力即使增加，二者的變化卻不那么顯著。在壓力的作用下，巖石內(nèi)部產(chǎn)生 應(yīng)力。通常，從三個(gè)方向研究應(yīng)力：垂向應(yīng)力和水平應(yīng)力。垂向應(yīng)力有隨深度增加的趨 勢(shì)，這里暫不研究。另一方面，孔隙內(nèi)部的流體有承接和分散上覆巖石壓力的作用，從 而改變巖石的應(yīng)力，并且隨著“分散”作用的增加，巖石的應(yīng)力減小?？紫读黧w這種作 用的大小顯然取決于孔隙空間的特征，如孔隙的大小

23、、形狀，孔隙表面的粗糙程度，孔道 的連通等等。根據(jù)對(duì)巖石滲透率的認(rèn)識(shí)，它們都是巖石滲透率的主要影響因素?？偠灾趲r層重量和孔隙流體的綜合作用下，巖石的滲透率有隨應(yīng)力增加而降 低的趨勢(shì)，并且在應(yīng)力較小時(shí)，降低更快,反之則慢一些。3.4利用MP-401微孔滲儀測(cè)量滲透率傳統(tǒng)的測(cè)量方法基本都是利用巖心在封閉的夾持器中進(jìn)行測(cè)量。良好的封閉性是實(shí) 驗(yàn)?zāi)芊駵?zhǔn)確完成的關(guān)鍵所在。然而，在實(shí)驗(yàn)中所用的夾持器存在以下缺點(diǎn)：(1)需要有良好 的封閉性，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，而由于試驗(yàn)條件的限制，這往往難以實(shí)現(xiàn)。(2)傳統(tǒng)的實(shí) 驗(yàn)方法要模擬地下壓力，這要求夾持器能耐高壓。(3)傳統(tǒng)夾持器橡膠筒材料的穩(wěn)定性、 耐溫

24、耐油性不好,不能滿足進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)的要求。使用MP-401微孔滲測(cè)量?jī)x可以在巖心 不需要封閉的條件下測(cè)量巖心的滲透率。3.4.1 MP-401微孔滲儀簡(jiǎn)介MP-401微孔滲儀包括設(shè)備控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)計(jì)算系統(tǒng)。次要的元件有探測(cè)探頭和氣 瓶。設(shè)備控制系統(tǒng)是微孔滲儀的主要組成和控制元件，包括流量計(jì)流量和壓力轉(zhuǎn)換器、 流速控制閥、氣體穩(wěn)定器、開關(guān)電池組等。和TEMCO公司生產(chǎn)的滲透率測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行連接的是TEMCO公司開發(fā)的軟件包，該軟 件自動(dòng)獲取并記錄測(cè)試結(jié)果。測(cè)量探頭有兩個(gè)氣體連接裝置，其中一個(gè)與微孔滲儀的氣流相連，另一個(gè)與變壓器相 連。單獨(dú)連接壓力監(jiān)測(cè)管就不存在氣體，因?yàn)闆]有氣體就沒有因摩擦而產(chǎn)生的

25、壓力，因此 就可以準(zhǔn)確地測(cè)量。容易移動(dòng)且容易安裝的氣瓶，容量為1 000 cc。氣瓶的開關(guān)上有一個(gè)顯示壓力的壓力 表，當(dāng)充滿氮?dú)鈺r(shí),其壓力可達(dá)到1 800絕對(duì)壓強(qiáng)。氣瓶開關(guān)處的壓力表只是表示氣瓶氣 體是否充滿,并不代表實(shí)驗(yàn)過程中的氣體壓力。3.4.2測(cè)量原理及方法氣體通過探測(cè)器垂直壓在巖石表面而射入巖樣中。氣體從接觸點(diǎn)以下的內(nèi)徑流入和 通過孔滲體的很小的一個(gè)體積。在各個(gè)方向上，包括從接觸點(diǎn)的外徑的方向上返回。通過 注射壓力、流速、巖石和接觸點(diǎn)的幾何形態(tài)，可以計(jì)算出孔滲率，如圖3-4所示。圖3-4氣體入射原理啟動(dòng)軟件，打開氣流閥，調(diào)整到合適的位置，即可進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)達(dá) 到平衡時(shí)點(diǎn)擊鼠

26、標(biāo)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果將生成Excel表格，以便進(jìn)行 分析、計(jì)算、成圖等。3.5核磁共振弛豫法傳統(tǒng)的有效孔隙度測(cè)定方法是將飽和進(jìn)巖芯的全部煤油的體積除以巖芯體積得出， 這一值總是比實(shí)際的有效孔隙度的值偏大，其原因是因?yàn)閹r芯孔隙中的液體總有一層是 被緊緊吸附在巖芯壁上幾乎不能流動(dòng)的,這一層液體使得巖芯實(shí)際有效孔隙度變小。這層 液體的核磁共振自旋-晶格弛豫時(shí)間很短，因此計(jì)算巖芯“有效孔隙度”時(shí)應(yīng)當(dāng)除去弛 豫時(shí)間小于某個(gè)數(shù)值（這個(gè)數(shù)值應(yīng)由大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出）那部分煤油的體積，用剩余煤 油的體積除以巖芯的體積得出有效孔隙度，這樣會(huì)更接近于實(shí)際巖芯的孔隙度，而且從 較短的弛豫時(shí)間大小和其成

27、分的相對(duì)含量，我們可以了解到巖芯對(duì)該液體吸附力的強(qiáng) 弱。要建立用核磁共振手段確定儲(chǔ)油巖芯滲透率的方法，須找出傳統(tǒng)方法測(cè)定的滲透率 K與核磁觀察量之間的聯(lián)系。依據(jù)我們對(duì)儲(chǔ)油巖芯的系列研究結(jié)果，可以合理的認(rèn)為附 著在孔壁上與孔壁結(jié)合程度高的液體，其核磁共振自旋一晶格弛豫時(shí)間短，而遠(yuǎn)離孔壁， 與孔壁結(jié)合程度低的液體則向自由液體的自旋-晶格弛豫行為逼近。盡管離孔壁距離不 同的液體的本征弛豫時(shí)間可能是接近連續(xù)變化的，但在大量實(shí)測(cè)NMR數(shù)據(jù)處理的過程 中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)處于一定孔隙中液體的核磁共振弛豫行為作分析，分解得到的幾個(gè)表觀 弛豫時(shí)間是相對(duì)穩(wěn)定的，因此我們就可以不同的表觀弛豫時(shí)間T1來將受束縛液體劃分為

28、 不同層。對(duì)飽和某一液體的巖芯，如果忽略層間的交互作用和液體表面張力的影響（本 實(shí)驗(yàn)中我們用的液體為煤油其表面張力較水的表面張力小得多而且煤油的層間的交互 作用也很?。浜舜殴舱裥盘?hào)總強(qiáng)度與各層束縛液體相對(duì)應(yīng)的孔隙空間部分的信號(hào)強(qiáng) 度之和成正比：mI（t） PC m fi exp （F）i = 123,n（式 3-5）式中m一巖心的總孔隙度，是弛豫時(shí)間為組份的相對(duì)強(qiáng)度?？偪紫抖瓤梢杂猛ǔ５娘柡鸵后w稱重法來測(cè)定，自旋一晶格弛豫時(shí)間和.可用反 轉(zhuǎn)恢復(fù)法或飽和恢復(fù)等方法來測(cè)定，再用計(jì)算機(jī)在時(shí)域空間進(jìn)行T1弛豫時(shí)間剝離得到。我們通過對(duì)儲(chǔ)油巖芯單相及多相液體吸附特性的研究認(rèn)為確定儲(chǔ)油巖芯的有效滲 透率

29、時(shí)，具有較長(zhǎng)弛豫時(shí)間T1的液體部分起主要作用，對(duì)砂巖的滲透率我們可以用下列 公式表示：工二二日（式3-6）式中系數(shù)W是一個(gè)取決于許多巖芯孔隙性質(zhì)的參數(shù)，如孔隙渠道的彎曲性、巖石顆粒 礦物成分、孔隙中液體的性質(zhì)等。所以該參數(shù)應(yīng)根據(jù)油田同一區(qū)塊的巖芯對(duì)系數(shù)W進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)性確定。參數(shù)a與自旋一晶格弛豫時(shí)間T1的關(guān)系式為：（式 3-7）T10為位于孔隙以外時(shí)（即自由液體）該液體的自旋一晶格弛豫時(shí)間，叫為對(duì)應(yīng)弛豫時(shí)間 為j的那部分液體所占的孔隙度。= . -（式 3-8）其中.是弛豫時(shí)間為的成分的各相對(duì)含量。所以（式 3-9）上式即描述了滲透率K與核磁共振弛豫參數(shù)之間的聯(lián)系。4總結(jié)油藏巖石和流體的物性參數(shù)是油田開發(fā)和油藏工程研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是編制油 氣田開發(fā)方案和計(jì)算儲(chǔ)量、研究?jī)?chǔ)層性質(zhì)、進(jìn)行油層對(duì)比、分析油田動(dòng)態(tài)的重要依