岩心渗透率计算公式（岩心渗透率计算公式）

大家好！今天让创意岭的小编来大家介绍下关于岩心渗透率计算公式的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

创意岭作为行业内优秀的企业，服务客户遍布全球各地，相关业务请拨打电话：175-8598-2043，或添加微信：1454722008

本文目录:

• 1、油、水相对渗透率（K_ro,K_rw）的计算

• 2、孔渗随压力变化的关系

• 3、储层评价常规分析项目

• 4、钻井液、完井液引起储层损害评价新方法——高温高压岩心动态损害评价系统的研究

一、油、水相对渗透率（K_ro,K_rw）的计算

计算油、水相对渗透率是产层评价的重要一环，这一问题的解决，有别于测井分析从定量方面确定地层的流体性质，从而对储集层的性质作出比较完整的评价，实验室测定的结果表明，相对渗透率是地层含水饱和度和束缚水饱和度的函数，而且与岩石的润湿性及流体粘度比有关，由测井资料计算相对渗透率的方程为^[60-63]：

储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例

式中：S_or——残余油饱和度；

m,n,h— 与—地层的岩性和固结程度有关的经验系数，一般取m =3～4,n=1～2,h=1～2。

实际应用中，由于这两个方程中的经验系数m,n,h影响因素较多，且变化范围较大，因而影响了相对渗透率的计算精度。因此，通常采用岩心实测数据，通过拟合的经验性方程计算的相对渗透率的精度则更高一些。

二、孔渗随压力变化的关系

5.6.2.1 渗透率随压力变化的关系

根据覆压孔渗实验数据，采用非线性回归分析，建立岩心净覆压与渗透率的关系为：

低渗透油藏渗流机理及应用

在净覆压很高时，渗透率与净覆压成直线关系，用下面的表达式表示：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：σ——上覆岩层的压力，MP a；

a、b、a₁、b₁——实验值拟合常数。

应力敏感实验是在内压为常压、通过不断改变外压测得的，测试沿着不断增大外压的方向进行，也可以沿着不断减小外压的方向进行。由测试曲线可以得到实验室条件下渗透率与外压的关系方程，如式 (5.3a)和式 (5.3b)。如果按照土壤力学的观点，有效应力等于外压和内压之差，当内压为常压时，式 (5.3 a)和式 (5.3 b)中的有效应力就等于外压。若内压实际不为常压且变化时，式 (5.3 a)和 (5.3 b)就变成下面的表达式：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：p——孔隙流体压力，MP a；其他字母意义同上。

原始条件下地层压力若为p_i，则在原始地层压力条件下的渗透率为：

低渗透油藏渗流机理及应用

或在净覆压很高时，有：

K_i=a(σ-p_i)+b (5.5b)

上式中的K_i是原始地层压力条件下的气测渗透率，可以理解成原始地层压力条件下岩石的绝对渗透率，因此，原始地层压力和某一地层压力条件下的渗透率可以表示成以下形式：

低渗透油藏渗流机理及应用

或在净覆压很高时，有：

低渗透油藏渗流机理及应用

上覆岩层的压力σ和原始地层中孔隙流体压力p_i的计算表达式分别为：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：p_air——大气压力，MPa；

ρ_r——岩石密度，g/cm³；

ρ_f——流体密度，g/cm³；

h——深度，m；

g——重力加速度，m/s²。

应用式 (5.4)，不仅能计算原始地层压力下的的渗透率，而且还可以计算不同地层压力下测试岩心的渗透率。随地层压力的下降，K值会降低，降低的幅度可以用储层应力敏感指数表示，其定义式是：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：K_i——原始地层压力下的渗透率，10^-3μm²；

K——任一压力下的渗透率，10^-3μm²。

结合式 (5.4 a)和式 (5.5 a)，得储层应力敏感指数计算公式：

低渗透油藏渗流机理及应用

低渗透油藏渗流机理及应用

储层的敏感性评价标准为：当SI<0 时，为负敏感；当SI<0.1 时，为弱敏感；当SI=0.1～0.3 时，为中等敏感；当SI>0.3 时，为强敏感；当SI>0.5 时，为超强敏感。

上面公式是建立在土壤力学基础上推导出的。按照多孔介质双重有效应力的观点，地下岩石以岩石骨架颗粒的本体 (弹性)变形为主，而岩石颗粒与颗粒之间在上覆岩层的压实作用下呈紧凑排列，一般不会发生颗粒与颗粒间的相对位移，即塑性变形。在这种情况下，作用在岩石骨架颗粒上的有效应力，不能简单地表示为外压和内压之差，而是等于外压减去孔隙度与内压的乘积之差，将式 (5.7)代入式 (5.3)就有：

低渗透油藏渗流机理及应用

或在净覆压很高时，用下面表达式表示：

低渗透油藏渗流机理及应用

原始条件下地层压力若为p_i，则在原始地层压力条件下的渗透率为：

低渗透油藏渗流机理及应用

或在净覆压很高时，原始地层压力条件下的渗透率用下式表示：

低渗透油藏渗流机理及应用

上式中的K_i是原始地层压力条件下的气测渗透率，可以理解成原始地层压力条件下岩石的绝对渗透率，因此，原始地层压力和某一地层压力条件下的渗透率可以表示成下面形式：

低渗透油藏渗流机理及应用

或表示成：

低渗透油藏渗流机理及应用

按照应力敏感指数的定义，有：

低渗透油藏渗流机理及应用

或有关系式：

低渗透油藏渗流机理及应用

式 (5.15a)与式 (5.7a)的差别十分显著。由于式(5.15a)中在孔隙流体压力前乘上了一个孔隙度，因此，随孔隙流体压力的下降，有效应力却不会有明显的增加。因此，用(5.15a)计算的渗透率在地层压力下降过程中降低的幅度比用式 (5.7a)计算的结果要小得多。同样，用应力敏感计算式 (5.16a)计算的敏感指数比用式 (5.11a)计算的结果要小，因此，用多孔介质有效应力理论得到的结论是大多数低渗透岩石不存在应力敏感性，而用原来的模型得到的结论却是有应力敏感性的。虽然用多孔介质有效应力评价的结果是在大多数情况下岩石对应力不敏感，但也有特殊的情况，就是异常高压油气藏存在应力敏感性，因为虽然式 (5.16a)中在孔隙流体压力前乘上了一个孔隙度，但对原始地层压力非常高的异常高压油气藏而言，当孔隙流体压力下降很大时，原始地层压力与孔隙流体压力的差值非常大，与孔隙度相乘后数据仍很大，这时仍会有应力敏感发生。也就是说，用多孔介质有效应力理论评价储层岩石的敏感性，会得出异常高压油气藏储层的岩石具应力敏感性，而大多数的情况下低渗透储层岩石不具敏感性。

如果敏感指数用式 (5.16b)评价，则储层为应力不敏感储层。原因是，孔隙度非常小，而式中a₁是直线的斜率，渗透率与净覆压关系曲线基本平行于x轴，数据也非常小。它们与孔隙流体压力的差值乘积自然非常小，应力敏感指数接近于零。

图5.10 就是压力敏感实验的典型曲线。

图5.11 是6块岩心围压由5MPa升到25MPa后再恢复到5MPa时不同渗透率岩心对应的渗透率伤害率半对数曲线，对比可以发现，岩心的渗透率伤害程度都有不同程度的恢复，渗透率越高，恢复程度越大，最终的渗透率伤害率就越小；渗透率越低，恢复程度越小，最终的渗透率伤害率就越大。

图5.10 样品 13-23/60 (2)的围压与渗透率关系

图5.11 围压为25MPa 时的渗透率与渗透率伤害率关系曲线

5.6.2.2 孔隙度随压力变化的关系

通常可以在测定应力敏感实验时测定、计算得到岩石的孔隙度。孔隙度定义为岩石的孔隙体积与外表体积的比值：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：V_p——岩石孔隙体积，cm³；

V_b——岩石的外表体积，cm³。

应力敏感实验在加载的过程中，岩石的孔隙体积变为V_p-ΔV_p，其中ΔV_p是孔隙体积的变化量。实验室是通过测量岩石样品排出的流体体积来确定的。按土壤力学的认识，岩石颗粒骨架本身的变形可以不考虑，则其外观体积的变化等于孔隙中流体的体积变化量，即V_b-ΔV_p。

目前，岩石孔隙度的计算式是：

低渗透油藏渗流机理及应用

实际的孔隙度计算式应该是：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：ΔV_s——岩石颗粒骨架本身的变形体积，cm³；其他字母意义同前。

不存在内压时，孔隙度随净覆压的变化可以用下面指数式表示：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：σ——地层净覆压，MP a；

a、b——计算常数。

若存在内压，按照双重有效应力理论，则式 (5.20)就变成下面的表达式：

低渗透油藏渗流机理及应用

用原始地层压力p_i代替孔隙流体压力p，得到原始地层压力条件下的孔隙度：

低渗透油藏渗流机理及应用

式中：φ_i——原始地层压力下的孔隙度。

深层的多孔介质在巨大的上覆压力作用下已经发生了塑性变形 (结构变形)，颗粒与颗粒之间呈紧凑排列，以紧凑方式排列的颗粒一般不会再发生相对位移，塑性变形 (结构变形)基本没有。变形除结构变形外，还有岩石骨架颗粒本身的变形，这部分变形同岩石的结构变形不同，是弹性变形，弹性变形是可以恢复的。从地下取出的岩心在应力释放后会产生变形，加载也会产生变形，整个过程中一般不会见到岩石产生结构的破坏，是弹性变形。

式 (5.18)中，由于借用了土壤力学的观点没有考虑岩石骨架颗粒的变形，因此，外观体积的变化就比实际外观体积的变化量小，造成测定加载过程中的孔隙度变小。

地表土壤多孔介质的变形以塑性变形为主，而地下多孔介质岩石的变形以岩石骨架颗粒的弹性变形为主，所以孔隙度变化幅度非常小。

三、储层评价常规分析项目

储层评价的常规分析项目包括薄片鉴定，孔、渗、饱测定，粒度分析和重矿分析等。它们是储层评价中必不可少的基本测试项目。相对应的石油天然气行业标准为:SY/T5913—2004“岩石制片方法”、SY/T5368—2000“岩石薄片鉴定”、SY/T5336—2000“岩心常规分析方法”、SY/T5434—1999“砂岩粒度分析方法”，以及SY/T6336—1997“沉积岩重矿物分离与鉴定方法”。

72.9.1.1 薄片鉴定

方法提要

试样经切片、胶固，和粗、细、精磨平面以后，粘在载物片上，然后再进行粗、细、精磨片。盖好盖片，置于岩石偏光显微镜下，观察鉴定，进行分类和命名。

仪器和设备

切片机、自动磨片机、磨片机、抛光机。

偏光显微镜:配备机械台、主数器、照相系统。

电炉、低温(45～100℃)电烘箱、热水器。

Ф25mm聚乙烯模具。

试剂和材料

黏合剂“501”、不发光的“502”、固体冷杉胶、环氧树脂。

染色剂茜素红、铁氰化钾、氢氟酸、亚硝酸钴钠，氯化钡、玫棕酸钾盐。

岩石薄片制片

每块试样至少切取25mm×25mm×5mm或Ф25mm×5mm的岩样两块，一块磨制薄片，另一块做手工标本。岩屑试样必须选取3个以上岩样。将需要胶固的岩样用电炉在温度50～60℃加热，除掉轻质油及水分。将胶固好的岩样在磨片机上用100号碳化硅金刚砂与水混合粗磨，然后进行第二次胶固。第二次固前的岩样，放在磨片机上用W28号碳化硅金刚砂与水混合细磨，磨至平面光滑。然后将细磨好平面的岩样用W7号白色刚玉金刚砂与水混合在玻璃板上精磨，磨至平面光亮为止。将固体冷杉胶涂在载物片的中尖部位和岩样平面上，使岩样与载物片胶合。将粘好在载物片上的岩样，在磨片机或调好厚度的自动磨片机上粗磨，至厚度为0.28～0.40mm，岩片不脱胶，将粗磨好的岩片，在磨片机上磨至0.12～0.18mm，岩片保持完整。将细磨好的岩片，在玻璃板上用W20号白色刚玉金刚砂与水混合精磨，至0.04～0.05mm。偏光显微镜下，石英干涉色为一级黄色，无掉砂现象。然后用W7号白色刚玉金刚砂与水混合在玻璃板上磨至0.03mm。偏光显微镜下，石英干涉色为一级灰白色。如为碳酸盐岩，则磨至0.04mm，偏光显微镜下，结构清晰，干涉色为高级白。

镜下观察和鉴定内容

在手标本肉眼观察鉴定的基础上，制好的岩薄片都要置于偏光显微镜下观察，系统描述鉴定岩石薄片鉴定内容，视不同岩性而有差异。

1)砂岩。

a.矿物成分及含量。碎屑颗粒，杂质和胶结物的成分及含量。

b.结构。是指各组分的形态特征，包括碎屑颗粒本身的特点、胶结物的特点，以及碎屑与胶结物之间的关系。

c.显微构造。描述镜下可见的构造，如颗粒排列方式、结核构造、显微粒序层理、微细纹理、微冲刷面、同生变形及生物扰动构造等。

d.储集空间类型。按大小形态分为孔、洞、缝3大类，并按成因分类13个亚类，见表72.23。

表72.23 孔隙类型表

e.岩石定名。采用颜色+构造+粒度+成分方式进行岩石定名，如灰白色块状中粒石英砂岩。一般砂岩类型可分为纯石英砂岩、石英砂岩、次岩屑长石砂岩或次长石岩屑砂岩、长石岩屑砂岩或岩屑长石砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩等，见表72.24。

表72.24 砂岩分类表(SY/T5368—2000)

2)碳酸盐岩。

a.矿物成分及含量。

碳酸盐矿物主要是方解石、白云石，其次是铁白云石、铁方解石、菱铁矿和菱镁矿等。还有自生的非碳酸盐矿物，如石膏; 以及陆源碎屑混合物，如黏土矿物等。

矿物含量镜下面积百分比统计。凡属交代矿物，都应计入矿物百分比中，但裂缝或空洞内的任何填充物，均不计入。

b.结构组分和结构类型。

碳酸盐岩的结构在一定程度上反映了岩石的成因，它是岩石的重要鉴定标志，也是岩石分类命名的依据。

① 具颗粒结构的碳酸盐岩。颗粒类型包括内碎屑、鲕粒、生物颗粒、球粒、藻粒等;填隙物由化学沉淀物 (亮晶胶结物) 、泥晶基质及少量陆原杂基及渗流粉砂组成; 注意它们的胶结类型。② 具晶粒结构的碳酸盐岩。注意晶粒的大小，自形程度。③ 具生物格架的碳酸盐岩。描述造礁生物种类、骨架的显微结构、矿物成分，大小分布等特点。

c.沉积构造。包括显微层理、微型冲刷、充填构造、结核构造、缝合线及成岩收缩缝等，乌眼及示底构造、生物钻孔、潜穴生物扰动等。

d.成岩作用。主要有溶解作用、矿物的转化作用和重结晶作用、胶结作用、交代作用、压实作用和压溶作用。注意观察这些成岩阶段 (同生期、早成岩期、晚成岩期、表生期) 、不同成岩环境 (海底成岩环境和大气淡水成岩环境，浅—中埋藏成岩环境、深埋藏成岩环境、表生成岩环境) 中的特点和识别标志。

e.孔隙和裂缝。用铸体薄片观察原生及次生孔隙，以次生孔隙发育为特征的储层还包括构造裂缝描述与观察。从孔隙结构类型来讲，主要有粒内、粒间、晶间、生物格架、遮蔽、鸟眼、铸模等孔隙，还有溶孔、溶缝、溶沟、溶洞等。

f.岩石综合定名 (表72.25) 。附加岩石名称 (颜色 + 成岩作用类型 + 特殊矿物 + 特殊结构) + 岩石基本名称 (结构命名 + 矿物成分) 命名，主要岩石类型有: 泥晶灰岩或白云岩、粒屑泥晶灰岩或白云岩、泥晶粒屑灰岩或白云岩、亮晶粒屑灰岩或白云岩。表72.25 碳酸盐岩组构分类命名

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

3) 岩浆岩。

a.结构。① 岩浆岩结构按晶粒大小可分粗粒大于 5mm、中粒 1～ 5mm、细粒 0.1～1mm。② 按结晶程度可分全晶质、隐晶质。③ 按矿物关系可分花岗结构、交织结构、辉绿结构等。

b.构造。有流纹构造、气孔构造、杏仁构造及珍珠构造等。

c.岩浆岩岩石类型。见表72.26。

表72.26 岩浆岩岩石类型及特征

d.命名原则。岩浆岩的名称包括基本名和附加名称两部分，基本名称在后，附加名称在前。基本名称根据主要造岩矿物确定，附加名称要反映岩石的特殊性，可以是次生变化、结构或构造等。

4) 变质岩。

a.矿物成分。

主要矿物，石英、方解石、钾长石、角闪石、辉石、磷灰石等。次要矿物，绿泥石、白云母、钠长石、刚玉等。特征矿物，红柱石、矽线石、董青石、蓝晶石、符山石等。

b.岩石类型。变质岩所分类型见表72.27。

表72.27 变质岩岩石类型及特征

① 区域变质岩，板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、长英质粒岩类、角闪质岩类、麻粒岩类、榴辉岩类和大理岩类。② 混合岩类，注入混合岩、混合片麻岩、混合花岗岩。③ 接触变质岩。④ 动力变质岩，包括构造角砾岩、压碎岩、糜棱岩、构造片状岩类等。

c.命名原则。特征矿物加主要的片状或柱状矿物 (长石种类) 加片麻岩。

5) 火山碎屑岩。火山碎屑岩是火山作用产生的各种碎屑物，沉积后，经熔结、压结、水化学胶结等作用形成的岩石。

成分、主要类型特征。火山碎屑岩主要由火山碎屑物和火山填隙物两部分物质组成。根据成因、组分含量、成岩方式及碎屑粒度可将火山碎屑岩分为 3 大类 5 个亚类，见表72.28。

表72.28 火山碎屑岩分类

72.9.1.2 流体饱和度、孔隙率和渗透率测定

流体饱和度、孔隙率和渗透率是储层孔隙特征的 3 个最基本的参数，它对储层的认识与评价、油气层产能的预测、油水在油层中的运动、水驱油效率以及提高采收率均具有实际意义。我国目前采用的测定方法是 SY/T 5336—2000 “常规岩心分析方法”。

(1) 常规岩心分析试样的取样与保存

选择时，要根据储层岩性变化、非均质特性及其代表的深度，选取有代表性的岩样，并及时快速包装，使岩样中的流体尽可能保持原状。

井场取样与保存

井场取样主要是取分析油水饱和度的岩样或有特殊性要求的岩样。凡为其他分析项目所用的岩样，可在岩心送到实验室后再取。

进场取样顺序是: 岩心出筒，清除岩心表面钻井液，立即按顺序排列好，进行岩心描述，标明井号、深度、筒次和块号。

井场取样每米最少应取 3 块样，取样长度 10cm 左右。井场取得的试样，根据测试项目要求，储存时间长短及岩性的不同，选用不同包装和保存方式。分析油水饱和度的岩样，采用避免液体蒸发及防止流体在岩样内移动的保存方式，常用容器密封法; 对于疏松或胶结差的岩样，采用内径与岩样外径相近的容器或铝箔加适当支撑措施的保存方法。

实验室取样

将从岩心中心部位取来的岩样分作 2 份，一份供取孔隙率、渗透率试样; 另一份取40 左右，打成碎块，放入已称重的烧杯中，再将烧杯及岩样一起称重，供测定岩样中水量样。作渗透率测定的试样，是用金刚石取心钻头及锯片把岩心钻切成圆柱形。对疏松岩心，冷冻的可用钻床取样，未冷冻的则用手工或专用工具取样。小圆柱岩样的外径为1.9～ 3.8cm，最小长度与直径比为 1。作孔隙度测定试样的取样方式与作渗透率试样的取样方式相同，也可与测渗透率试样共用 1 块岩样。

(2) 常规岩心流体饱和度测定

方法提要

将称重的岩样放油水饱和度测定仪的岩心室中。利用沸点高于水的溶剂蒸馏出岩样中的水分，并将岩样清洗干净，供干瓶称重。用抽提前后岩样的质量差减去水量，即得到含油量。

仪器设备

油水饱和度测定仪见图72.16。

测定步骤

在抽提岩样前，先将所用溶剂预蒸一遍，至少连续蒸 8h，保证其中无水分。把称量后的岩样放入抽提器的岩心杯中，加热抽提到水量不再增加为止。规定每小时读取 1 次水量，连续3 次，读数变化不超过 0.1mL 即可。疏松砂岩需抽提 2～3h; 胶结好的需6～8h; 致密而又含高黏度原油的岩样，需更长时间。抽提及烘样完毕后称量岩样。用岩样抽提前后的质量之差减去水量 (设水的密度为1g/cm³) ，可得到油的质量，再除以油密度，得到油体积。

计算公式

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:S_o为油饱和度，%;S_w为水饱和度，%;V_o为油体积，cm³;V_w为水体积，蒸出水量的读数，mL;m₁为岩心杯重+岩样重，g;m₂为岩心杯重+干岩样重，g;m₃为岩心杯重，g;ρ_o为油密度，g/cm³;ρ_w为水密度，g/cm³;ρ_a为岩样视密度，g/cm³;!_o为岩样的有效孔隙度。

(3)常规岩心孔隙度测定(液体饱和法)

方法提要

将用液体(已知密度)饱和了的岩样，悬挂于饱和用的液体中称量。再将岩样表面上的液体擦掉，在空气中称量。岩样在空气中与液体中两次称量之差，除以液体的密度就得到岩样的总体积。孔隙体积与总体积之比即为岩样的孔隙度。

仪器设备

液体饱和仪装置。

图72.16 油水饱和度测定仪

测定步骤

将抽提烘干的已知质量的岩样放入真空干燥器中，抽空 2～8h，真空度低于 133.3Pa(1mmHg) 。对渗透率很低的岩样，抽真空时间需要 18～ 24h。将事先经过滤和抽空处理饱和用的液体引入真空干燥器中，继续抽空 1h。随后在常压下浸泡 4h 以上。岩样饱和后，将岩样悬挂在盛有饱和液体的烧杯中，使岩样全部浸入液体中称量。迅速擦去岩样表面的液体并称量。岩样在空气中与液体中两次称量之差，除以液体的密度就得到岩样的总体积。岩样中油、气、水体积可由流体饱和度测定法测得。岩样中油、气、水体积之和即为孔隙体积。由此可计算得到岩样的孔隙度。计算中的颗粒体积可用氦孔隙计法测得。

孔隙度计算公式:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:!为孔隙度;V_p为孔隙体积，cm³;V_G为颗粒体积，cm³;V_t为总体积，cm³。

(4)常规岩心气体渗透率测定

渗透率是衡量流体在压力差下通过多孔隙岩石能力的一种度量，单位常用10^-3μm²。

方法提要

待测试样用游标卡尺和其他方法相结合，测得其平均横截面积。将此干净岩样置于气体渗透率测定仪的岩心夹持器中。开通干燥气体使之通过岩样，测量气体的流速，通过调节气体的流速来调节岩样两端的压差，记录进出口压力及气体流速。根据气体一维稳定渗滤达西定律计算渗透率。

仪器设备

气体渗透率测定仪。

测定流程

测定流程有2个，分别如图72.17和图72.18所示。

图72.17 测定气体渗透率流程之一

图72.18 测定气体渗透率流程之二

测定步骤

对形状规则的岩样，可用游标卡尺测量其尺寸;如岩样需用其他材料包封的，则应在包封前测定岩样尺寸，包封后再次测量。对两端平行而形状不规则的岩样，用游标尺测其长度，用其他方法测其总体积，用总体积除以长度就可得到岩样的平均横截面积。将所测干净的岩样置于合适的岩心夹持器中，调整好气体渗透率测定仪。干燥气体通过岩样时，测量气体的流速，通过调节气体的流速来调节岩样两端的压差。记录进出口压力及气体流速。计算岩样的气体渗透率。

渗透率计算

气体在岩样中流动时，由气体一维稳定渗滤达西定律可得到下列计算渗透率的公式:

流程之一:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

或流程之二:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:k为渗透率，10^-3μm²;Q₀为绝对大气压时气体流量，cm³/s;p_a为大气压力，MPa;μ为气体黏度，mPa·s;L为岩样长度，cm;A为岩样截面积，cm²;p₁为进口压力，MPa;p₂为出口压力，MPa;C为仪器上直读出的换算系数 ;Q为节流器的流量值，cm³/s;h_w为节流器水柱高度，mm。

72.9.1.3 砂岩粒度分析

测定碎屑沉积物中不同粗细颗粒含量的方法称粒度分析。粒度是碎屑沉积物的重要结构特征，是其分类命名(如砾、砂、粉砂、黏土等)的基础，是用来研究其储油性能的重要参数(如粒度中值、分选系数等)，有时也可用粒度资料作为地层对比的辅助手段。粒度分析更广泛地应用于沉积学的研究，近几年来已成为沉积环境研究的重要标志。

方法提要

粒度分析一般有3种分析方法，即筛析法、沉降法和薄片粒度分析法。

a.筛析法。有机械筛析及音波振动式全自动筛分粒度仪自动筛析，用1/3～1/4#间距的不同孔径的筛网将碎屑颗粒从粗至细逐级过筛分开，求得各粒级的质量分数(%)。

b.沉降法。利用颗粒在水中沉降速度来划分粒级。

c.薄片粒度分析。对于固结紧密，难于松散的砂岩或粉砂岩只能用薄片进行粒度分析。测得的是一定粒度的颗粒百分数，要把这数值换算成各粒级的质量分数，与其他方法所得数据一致，以便对比与绘图应用。目前已发展成图像法及颗粒计数法来取代人工薄片颗粒计数法。

本文仅涉及前两种方法，相对应的行业标准为SY/T5434/T1999“砂岩粒度分析方法”。

仪器和装置

电烘箱。

电动振筛机。

分析天平感量10mg。

分析天平感量0.1mg。

远红外干燥箱。

标准套筛。

湿筛0.053mm或0.034mm。

研钵或研磨机。

烧杯1000mL。

量筒1000mL。

蒸发皿50mL。

试剂

盐酸。

硝酸。

乙醇。

六偏磷酸钠。

分析步骤

1)岩样处理。将岩样粉碎或小于5mm的小块，用溶剂抽提法和热解法除去岩样中的原油。不同类岩样采取下列处理方法。

方解石胶结物，先将岩样放入容器中，注入!=10%～15%的HCl，搅拌，至反应完全，倒出残酸，用水反复冲洗至中性为止;在酸洗过程中，防止倒掉极细的颗粒，将酸洗后的岩样置于烘箱内烘干。

白云石胶结物，用!=10%～15%的热HCl溶解。

赤铁矿、褐铁矿胶结物，用(1+4)HCl煮沸。

黄铁矿胶结物，用!=50%～10%的HNO₃煮沸。

黏土矿物胶结物，用水浸泡，置于水浴锅稍加热。

膏盐胶结物，用水浸泡并加热，如为硬石膏胶结，可用盐酸加热处理。

2)盐酸加热处理。处理好的岩样用四分法或均分器取样。称取10～50g(精确至0.1g)试样，放入烧杯内，加适量清水，再加20mL0.0833mol/L六偏磷酸钠溶液，浸泡12h，使岩石颗粒全部分散开，不破坏颗粒大小及形状，然后用小于0.063nm的筛网，置于1000mL量筒上的漏斗中，用细而急的蒸馏水反复冲洗，至细颗粒全部冲入量筒内。此悬浮液留作沉降分析，用水量不能超过95mL，留在湿筛上的试样，用水冲洗到原先盛样的烧杯里，放入干燥箱内烘干，作筛析分析用。

3)筛析分析。粒径大于0.0625mm的试样作筛析分析。用分析天平称样，按!0.25组成的套筛，依序套好，振筛10min，将筛后的砂粒分别倒入器皿内，逐个称量，底盘中的砂粒倒入该样的悬浮液中，作沉降分析。

4)沉降分析。将盛有悬浮液的量筒，加1000mL水，根据当天的水温及采样深度，列出各颗粒级的采样时间表，用搅拌器在量筒内均匀搅拌1min(60次)。在某粒级的采样时间到达前30s，平稳地将吸液管放下至预定深度处，准时吸取25mL，放入已编号并称量的蒸发皿内，吸液时间控制在20s左右。在烘箱中烘干悬浮液，再移入干燥箱，在105℃下恒温2h，取出放入干燥器中，冷却后称量。

5)计算。筛析结果计算:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:k₁为校正系数;m₁为筛前砂粒总质量，g;m₂为筛后各粒级总质量，g;m₃为各粒级砂质量，g;m₄为校正后各粒级砂质量，g;x₁为各粒级含量，%;m₅为称取试样质量，g。

沉降分析结果计算:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:m₆为某粒级干砂质量，g;m₇为器皿质量，g;m₈为分散剂溶质质量，g;m₉为器皿与分散剂溶质及干砂的总质量，g;V为量筒内悬浮液总体积，mL;V₁为吸液体积，mL;x₂为占试样含量，%;x₃为大于某粒级含量，%;x″₃、x'₃为大于某粗、细粒级含量，%;x₄为各粒级含量，%;∑x为累积含量，%。

72.9.1.4 重矿物分析

重矿物是指砂岩中密度大于2.86g/cm³的矿物。

方法提要

试样置于相对密度大于2.86的重液中。利用重液和矿物相对密度差，使矿物沉浮而分离，在偏光显微镜下进行各种重矿物的鉴定和颗粒统计。计算各种重矿物的含量。

仪器和装置

偏光显微镜。

双目实体显微镜。

阿贝折射仪。

投射照明仪灯12V，50W。

岩石破碎机。

电热干燥箱。

分析天平感量1mg和10mg。

标准分析筛孔径0.25mm、0.063mm。

量杯1000mL。

烧杯1000mL。

蒸发皿50mL。

分液漏斗1000mL。

瓷研钵。

密度瓶。

棕色磨口瓶2500mL。

试剂和材料

三溴甲烷(ρ2.86～2.89g/mL)。

无水乙醇。

液体石蜡。

Α-溴代萘。

盐酸。

二碘甲烷。

鉴定步骤

1)试样的分离。经过粗碎的试样，放入1000mL烧杯中，加入500mL(5+95)HCl浸泡。每隔1h搅拌1次。若碳酸盐胶结物多时，需要再加酸。试样一般用盐酸浸泡8h。浸泡后的试样，用瓷研磨锤将试样磨成单独颗粒，倒入1000mL量杯中，放水冲泥，大于0.01mm的颗粒不要被冲走，每隔30min搅拌1次，直至量杯内溶液全部透明为止。烘干试样，用孔径0.063mm和0.25mm的筛子过筛，取0.063～0.25mm的颗粒作重矿物分离。

用三溴甲烷配置密度2.86～2.89g/cm³的重液进行重矿物分离。称取5g干燥的试样，倒入装有重液的分液漏斗，每隔15min用玻璃棒搅拌一次，共4次。最后一次搅拌后静置30min。分出重矿物，用无水乙醇洗净，放入烘箱中在105℃恒温1h，取出，放在干燥器中30min后，用感量0.1mg的分析天平称量，待用。

2)镜下鉴定。置样片于显微镜下，观察一遍，大致了解重矿物种类和分布情况。然后从载玻片一端开始，按顺序向另一端移动，选取有代表性的视域进行各种重矿物鉴定和颗粒统计，分别填入原始记录表中。透明重矿物在透光下鉴定统计。不透明重矿物在反射光下鉴定统计。统计矿物时，要求陆源矿物总数在400颗以上，不足者，将矿物全部数完。自生矿物大于70%时，应数出全部陆源矿物，自生矿物含量可数出一个或部分视域按统计陆源矿物的视域数加倍即可。矿物统计完后，将片子全面检查一遍，补充遗漏矿物并记录。

3)含量统计。将各视域的相同矿物颗粒相加，得出各矿物累计颗粒数，将各陆源矿物累计颗粒数相加，得出陆源矿区颗粒总数，将各自生矿物累计颗粒数相加，得出自生矿物颗粒总数。将陆源矿物颗粒总数和自生矿物颗粒总数相加，得出矿物颗粒总数。

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

四、钻井液、完井液引起储层损害评价新方法——高温高压岩心动态损害评价系统的研究

余维初^1，2，3　苏长明¹　鄢捷年²

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油大学（北京），北京102249；3.长江大学，荆州434023）

摘要 高温高压岩心动态损害评价系统是石油勘探开发中评价储层损害深度与程度的新的评价实验方法与实验仪器，它可以测量岩心受入井流体损害前各分段的原始渗透率值，然后不需取出岩心，就可以直接在模拟储层温度、压力及流速条件下，用泥浆泵驱替高压液体罐中的入井流体，在岩心端面进行动态剪切损害。损害过程完成后，也不需取出岩心，而是通过换向阀门改变流体的流动方向，再由平流泵驱替液体，测量储层岩心受损害后各段的渗透率值。通过对比岩心各分段的渗透率变化情况，即可确定岩心受入井流体损害的深度和程度，从而优选出满足保护油气层需要的钻井液与完井液。目前“评价系统”及配套智能化软件已在多个油田企业投入使用，并取得了良好的应用效果。

关键词 岩心 储层保护 动态损害 评价系统 钻井液与完井液

A New Method Used to Evaluate Formation Damage Caused by Drilling ＆ Completion Fluids——Investigation of the HTHP Core Dynamic Damage Evaluation Testing System

YU Wei-chu^1，2，3，SU Chang-ming¹，YAN Jie-nian²

（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Petroleum，Beijing102249；3.Yangtze University，Jingzhou434023）

Abstract The HTHP Core Dynamic Damage Evaluation Testing System is newly developed a new method and apparatus used for evaluation of the extent of formation damage caused by drilling and completion fluids in petroleum exploration and development.It can be used to measure the original permeability of each section of the core sample before contamination by the drilling or completion fluid.Then，the core does not need to be taken out and the process of dynamic damage can be directly conducted by flushing with the drilling or completion fluid using mud pump under the conditions of the simulated formation temperature，pressure and flow rate.After the damaged process is completed，the core is still kept in the holder and the permeability of each section of the core sample after damage can be measured by altering the flow direction with the reversal valve and flushing a fluid（cleaning water or kerosene）by the constant flow-rate pump.By comparing the permeability data that occur at each section of the core sample，the damage level and invasion depth can be determined，and the drilling and completion fluids that meet the requirements of formation protection can be selected.Currently，the new evaluation method，the testing system and associated software for formation damage induced by drilling fluid and completion fluids were applied in several oilfields widely，and favorable results have been obtained.

Keywords core formation protection dynamic damage testing system drilling and completion fluids

随着世界石油生产的不断扩大与发展，油层伤害与保护的问题日益为各国石油工程师们所关注。油层伤害一旦产生，其补救措施需要付出昂贵的代价。因此，国外早在20世纪40～50年代就开始了油层伤害与保护的室内试验研究。我国也在20世纪70～80年代开始着手研究油层伤害问题，并建立了相应的储层损害评价实验方法及相关仪器。然而随着油气田勘探与开发逐步转向深层，原有的储层损害评价方法已不能适应。因此，要想在油气层保护技术领域取得突破性成果，有必要建立一套完整的、能够适应更深的地层勘探开发的储层损害评价新方法和与之相配套的评价手段，既可以测量岩心各段的原始和损害后渗透率，又能模拟储层温度、压力及泥浆上返速度等条件对岩心进行动态损害评价的新方法、新仪器。

本文主要介绍了该“评价系统”的设计思路、设计原理、技术性能指标、实验参数计算方法及其应用情况。

1 “评价系统” 的设计思路和工作原理

1.1 设计思路

（1）该“评价系统”首先要能够测量岩心各段的原始渗透率（K_oi）和受损害后渗透率（K_di）。根据本项目组的专利技术渗透率梯度仪（专利号：91226407.1）的工作原理和设计思路，由达西定理公式便可很方便地计算出岩心各段损害前后的渗透率参数。

（2）根据本项目组专利技术新型智能高温高压岩心动态失水仪（专利号：ZL200420017823.7）的工作原理和设计思路，在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆上返速率的条件下对岩心某个端面进行动态剪切污染损害实验。

（3）根据本项目组专利技术高温高压岩心动态损害评价实验仪（专利号：200410030637.1，ZL200420047524.8）在渗透率测量完成后，不需取出岩心，而是在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆返速的条件下对岩心进行动态污染实验。在对岩心进行动态损害时，利用相关阀门，关闭岩心多段渗透率的测量机构，采用特制泥浆泵，在模拟地层温度、压力和井眼环空泥浆上返速度的条件下，对岩心的某个端面进行动态剪切污染，动态污染采用端面循环剪切式结构。实现一次装入岩心就可以在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆返速的条件下对岩心进行动态污染，以及污染前后岩心多项渗透率参数测试的评价实验研究。

（4）在多段渗透率测试过程中“评价系统”的重要组成部分使用了本项目组的专利技术高压精密平流泵（专利号：ZL02278357.1）首次实现恒流、恒压以及无脉动微量液体的输送技术。

（5）“评价系统”的核心部分使用了本项目组的专利技术岩心夹持器（专利号：ZL93216048.4）首次采用金属骨架硫化技术、“O”型密封圈技术以及橡胶的自封原理，打破了老型产品的挤压式密封结构，顺利地实现了沿岩心轴向建立多测点技术。

该“评价系统”的一个突出特点是将岩心损害前后各段渗透率变化测试和对岩心端面的动态污染损害机构有机地结合起来，从而顺利地实现了设计目的。

1.2 仪器的组成结构及工作原理

为了实现在同一台仪器上完成岩心的多段渗透率测试和模拟井下条件对岩心的动态损害，从而准确高效地评价钻井液保护油气层的效果，根据钻井工艺要求和上述设计思路，把高温高压岩心动态损害评价系统设计成如图1所示的工艺流程，它主要由精密平流泵、泥浆泵、液体罐、端面动循环并带多个测压点的岩心夹持器、流量计、电子天平、气源、压力传感器、温度传感器、环压泵、回压控制器、加热系统、数据采集与处理系统等部分组成。

图1 高温高压岩心动态损害评价系统流程

1—气源；2—高压减压阀；3—高压液体罐；4—泥浆泵；5—流量计；6—电子天平；7—回压控制器；8—环压泵；9—端面循环的多测点岩心夹持器；10—阀门；11—压力传感器；12—精密平流泵；13—排污阀；14—数据采集器；15—数据处理系统（计算机、打印机）；16—加热体

其主要工作原理是：当关闭泥浆泵及相关阀门时，由精密平流泵驱替可进行岩心损害前后渗透率的测试；而当打开泥浆泵、流体管路及相关阀门时，可对液体罐中的钻井液或完井液在实际储层条件下进行循环，从而实现对储层岩心端面进行动态损害模拟。软件界面如图2右上角所示。

“评价系统”由两大部分组成：钻井过程的动态损害仿真系统和多段渗透率测试系统。在动态损害仿真系统中（如图2左边部分），氮气瓶给泥浆罐加压，泥浆循环泵控制流量，使钻井液以一定的压力和流量从泥浆罐里泵出，通过岩心夹持器与岩心的端面接触，对岩心端面进行高温高压动态损害评价实验，最后流回泥浆罐，形成密闭循环。在压力作用下，泥浆中的液体经过岩心而滤失，其动态失水经过管线流到电子天平称重，就可以测量出岩心的动失水速率等多项实验参数。

在渗透率测试部分（如图2右边部分），精密平流泵驱动实验液体进入岩心，经过岩心流至电子天平。另外，多个压力传感器实时采集岩心各测压点的压力值，根据达西定理进而可以算出岩心损害前后各分段的渗透率参数。

图2 高温高压岩心动态损害评价系统软件界面

1.3 数据采集与控制原理

1.3.1 硬件设计的总体思路

该“评价系统”控制部分硬件设计应具备以下主要功能：①温度控制，模拟井下高温工况；②流量控制，能够根据流量设定值准确地控制磁力泵的排量，从而控制岩心端面钻井液的流速，以模拟钻井作业过程中实际泥浆环空返速；③围压监测，岩心夹持器围压通过步进电机控制，仪器能够根据设定值自动控制并监测压力，实时显示在人机交互界面上；④仪器工作压力监测，泥浆循环的工作压力由气源调节给定，同时受泥浆温度的影响，软件仪器自动检测压力参数；⑤动滤失量计量，钻井液对岩心的损害是否已经完成，主要是看动滤失速率，当损害已充分时，动滤失速率曲线上升趋于平衡，不再变化或变化微小，说明钻井液对岩心的动态损害实验已经完成，这个过程一般需要150min，滤纸的动静滤失速率道理也是一样。

1.3.2 软件部分

该“评价系统”控制软件的人机交互、数据处理等功能由PC机完成，借助PC机强大的绘图、数据处理功能为用户提供一个实时性好、稳定性强、界面直观、使用方便的操作管理平台。用户可通过计算机软件非常清晰地掌握整个仪器运行的情况，可方便、及时地对实验过程中的各项参数进行调整，并对数据进行分析。为研究人员提供友好、便捷的人机交互全中文界面及数据处理环境，同时实现数据的存储，实验曲线的绘制，数据报表的输出和历史数据的查询等功能，其中包括流体通过岩心的孔隙体积倍数，岩心各段的渗透率、渗透率损害率、渗透率恢复率、钻井液与完井液通过岩心时的动滤失速率等实验参数，并且由计算机直接打印出实验数据报表，“评价系统”控制软件的人机交互主界面见图2所示。

1.4 主要技术指标

该“评价系统”的主要技术性能指标如下：（1）钻井液与完井液污染压力：0～10MPa，测量岩心渗透率流动压力最大可达60MPa；（2）工作温度：室温～150℃（最大可达230℃）；（3）岩心端面流体线速度：0～1.8m/s；（4）实验岩心规格：人造或天然储层岩心，其尺寸为φ25×25-90；（5）测压精度：±2‰；（6）钻井液用量：2～3L；（7）渗透率测量范围：（1～5000）×10^-3μm²；（8）电源：220V，50Hz（要求使用稳压电源）。

与其他油气层损害评价实验装置相比，该“评价系统”无论在工作压力和工作温度方面，还是在岩心的渗透率测量范围方面，均具有明显优势。不难看出，它适用于各种渗透性储层，以及出现异常高压或异常低压的储层，还适用于在井底温度超过150℃的深井中应用。

2 实验参数及计算方法

2.1 V_返的计算

在钻井过程中，钻杆和钻铤处的环空返速可用下式进行计算：

油气成藏理论与勘探开发技术

式中：Q为钻井现场泥浆泵排量（L/s）；D₁，R分别为钻头直径和半径（in）；D₂，r分别为钻杆或钻铤的直径和半径（in）；

为泥浆在环空处的上返速度（m/s）。

岩心端面处剪切速率的大小通过使用变频器调节泥浆泵的转速来实现，选择合理排量的泥浆泵就可以任意模拟钻井现场泥浆泵的排量。在钻井过程中，根据泥浆环空水力学计算结果，当钻杆或钻铤处环形空间泥浆的上返速度

推荐值为0.5～0.6m/s时，才能形成平板型层流，从而满足钻井工艺的要求^［4］。

2.2 岩心动滤失速率的计算

根据钻井液动滤失方程，钻井液或完井液通过岩心时的动滤失速率可使用下式计算：

油气成藏理论与勘探开发技术

式中：f_d为动滤失速率（mL/cm²·min）；Δθ为Δt时间内的动滤失量（mL）；Δt为渗滤时间（s）；A为岩心端面渗滤面积（cm²）。

2.3 动态污染损害前后岩心各段渗透率的计算

在一定压差的作用下，流体可在多孔介质中发生渗流。一般情况下，其流动规律可用达西定律来描述。因此，在动态污染前后，岩心各段渗透率参数的计算可通过应用达西定律公式来实现。由于是多点测试，可以将达西定律公式写成：

。

3 实施效果

该项目技术产品已在江汉、江苏、大庆、大港、吉林、中原、南方勘探公司、克拉玛依、塔里木等各油田单位推广了五十多台套，大量的实验研究表明，使用效果良好，它可以测量出岩心沿长度方向的非均质性，并能判断同一岩心在受钻井、完井液损害前后各段渗透率和损害深度程度，也可评价各种增产措施的效果，优选钻井、完井液体系配方、优化增产措施，达到保护油气层的目的，并认识了油气层特性，提高了油气田的勘探和开发效率。上述各油田通过该“评价系统”筛选出的优质钻井、完井液，起到了保护油气层的效果，既降低了生产成本，又提高了油气井产量，已经取得了巨大的经济效益和社会效益。该成果的推广应用为保护油气层技术研究和油气田评价工作的开展提供了全新的评价手段和评价方法，还使得其在理论和实验技术上获得了重大突破，其实验研究结果对油气田勘探与开发方案的科学决策、油气田的发现、提高油气井产量、延长油田的开发周期以及保护油气层领域的科学研究将起到十分重要的指导作用。

该评价新方法以及相关技术产品使科研成果及时转化为生产力，填补了我国在相关实验技术领域装备制造上的空白，具有同类技术的国际先进水平。

参考文献

［1］李淑廉等.JHDS-高温高压动失水仪的研制.江汉石油学院学报［J］，1988，10（1）：32～35.

［2］余维初，李淑廉等.渗透率梯度测试仪的研制.石油钻采工艺［J］，1995，17（5）：82～86.

［3］樊世忠.《油气层保护与评价》［M］.北京：石油工业出版社.1988.

［4］Bourgoyne A T，et al.，Applied Drilling Engineering.SPE Textbook，1991.

［5］岩石物性渗数测试装置CN2188205Y全文1995.1.25.

［6］一种岩心物性能自动检测装置CN2342371Y，1999.10.6.

［7］Joseph Shen J S，Brea，Calif Automated Steady State Relative Permeability Measurement System US4773254M1988.9～27.

［8］Appartus and method for measuring relative permeability and capillary pressure of porous rock.US5297420，1994.3～29.

以上就是关于岩心渗透率计算公式相关问题的回答。希望能帮到你，如有更多相关问题，您也可以联系我们的客服进行咨询，客服也会为您讲解更多精彩的知识和内容。

推荐阅读：

岩心渗透率计算公式（岩心渗透率计算公式）

国外院校景观设计专业（国外院校景观设计专业大学排名）

服装品牌风格怎么写（服装品牌风格怎么写文案）