《岩心分析方法》PPT课件.ppt

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1、岩心分析方法,岩心分析方法,SY/T,53362006,提,纲,一、标准说明,二、岩心分析方法SY/T,5336-2006,宣,贯,一、标准说明,任务来源,API RP 40 1998,等同采用API RP40：1998并代替SY/T5336-1996,岩心常规分析标准国内外现状对比及对策研究,2003年,SY/T 6131-1995SY/T 5336-1996SY/T 5434-1999SY/T 6385-1999SY/T 6437-2000SY/T 6439-2000,油气田开发专标委研究决定,胜利油田地质科学研究院中国石油勘探开发研究院负责采标,2005年3月,根据油气田开发专业 标准化

2、委员会下达的 计划要求,一、标准说明采用国际标准的一致性程度,等同（IDT）,修改（MOD）,非等效（NEQ）,即国家标准与相应国际标准在技术内容和 文本结构上不同，它们之间的差异也没有 进行清楚的标适。,即允许国家标准与国际标准之间存在技术性 差异，并对技术差异进行清楚地标识和解 释。国家标准在结构上与相应国际标准相 同，但不影响对两个标准的内容进行比较，允许改变文本结构，允许包含编辑性修改。,即国家标准与国际标准在技术内容和文本结 构上完全相同，或者国家标准与国际标准在 技术内容上相同，只存在少量编辑性修改。,一、标准说明编辑修改的内容1、将标准名称改为：岩心分析方法；2、删除了APIRP

3、 40：1998的封面、前言和政策性声明；3、删除了美国石油学会的环境、健康、安全使命及其指导原则；4、按照GB/T 20000.2-2001编写了本标准的前言；5、将API标准的“范围”转化为本标准的引言；6、对英制的数据按国际单位进行了转换，并在括号内标注了原英制单位,；,7、删除了APIRP 40：1998中图、表的编排，按从小到大的顺序重新进行了编排，删除了每章中的目次；8、删除了APIRP 40：1998表8-9和表8-10岩性描述的标准缩写；9、按照GB/T 1.1-2000的规定对章节及原文中出现的编辑性错误进行了修 改。,岩心分析方法,SY/T,53362006,提,纲,一、标

4、准说明,二、岩心分析方法SY/T,5336-2006,宣,贯,二、岩心分析方法SY/T,5336-2006,宣贯,1,设计取心程序,井场岩心处理和保存,2,3,岩心扫描及制备,4,流体饱和度测定,孔隙度测定,5,渗透率测定,6,补充试验,7,编写报告,8,1、设计取心程序地质、油层物常性规和岩油心藏筒工程,岩保心压筒取衬心筒筒,取心目的,搜集资料常规取心系统 特殊取心系统 井壁取心系统 取心钻头岩心爪岩心筒,一海次绵性衬取岩管心心取筒心液筒,密闭取心系统,橡胶套筒取心筒 电缆回收取心筒 射孔井壁取心、钻井井壁取心,目的,取心方法,应用、适用范围和注意事项,用途,取心设备,2、井场岩心处理规程及

5、保存井场岩心处理,报告,立即从岩心筒取出,常规取心系统,尽可能减少取心液的侵入,取心目的岩石 类型,产生原因影响结果,处理失误,意外故障,特殊取心系统,处理方法不同,针对不同取心方法,2、井场岩心处理规程及保存,井场岩心保存,机械固定法环境控制法热密封塑料薄膜 包装法塑料袋包装法浸液涂层法一次性内筒、衬 筒及钢管密封法厌氧容器法,岩石组成,胶结程度,选取合适的方法最大程度保持岩心的原始状态,结构特征,分析要求运输方式 路途长短,原标准中的保存方法：容器密 封法、冷冻法、蜡封法。,3、岩心筛选及制备,钻切,包封,描述,清洗,烘干,岩心筛,选制备,3、岩心筛选及制备,岩性、颜色、层理、结构、沉积特

6、征、组成、孔隙类型、成岩及构造特征、深度、含油性等,X-射线技术荧光检测技术CT技术,伽马测量岩心成像 核磁共振,描述,钻切,新标准与原标准基本一致，新标准中无立方 体岩样的取样标准。,3、岩心筛选及制备,疏松岩样的包封,管子收缩，岩样有可能发,时，有可能贴和不好,差，有可能渗入到岩样中,铅套筒,具可延展性，与岩样贴和 的比较紧密,与汞及某些盐水有反应,聚四氟乙烯带,不起化学反应,难施加作用力,热缩性聚四氟乙烯管,不起化学反应，容易使用,低围压下，与样品贴和的 不好，加热和径向加压使生变化。,铝套筒,有可延展性，能与岩样很 好的贴和,与某些盐水作用，低围压,环氧树脂涂料或其它涂 料,廉价，容易

7、使用,与溶剂作用，机械强度,锡皮,有可延展性，与岩样能很 好地贴和,与汞及某些盐水作用,原标准中只推荐了铅锡合 金套筒、聚四氟乙烯带。,3、岩心筛选及制备清洗方法,压力驱替法通过在室温下 加压将一种或 几种溶剂注入 岩样来清洗岩 样中的油和 盐。,离心驱替法利用带有特殊转 头的离心机向岩 样喷射清洁热溶 剂（从蒸馏容 器），离心力使 溶剂流过岩样，驱替并洗去油、水。,蒸馏抽提法用索氏抽提 器及合适的 溶剂来溶解 和抽提油和 盐水。,液化气抽提法是一个用加压 溶剂在低温状 况来清洗岩心 的蒸馏抽提过 程，该方法适 用于热敏感岩 心，如含石膏 岩心。,气驱溶剂抽提法在一定的压力 下，使含有溶解 气

8、的溶剂包围岩 心，再次降压，重复进行，用溶 解气驱除掉岩样 中的油。,原标准只有两种清洗方 法：蒸馏抽提和热解除 油，蒸馏抽提法两标准 规定的基本一致，新标 准中无热解除油法。,3、岩心筛选及制备溶剂选择及应用,丙酮,56.5,油，水，盐。,氯仿/甲醇 苯与醇的混合 物（65/35）,53.5,油，水，盐。,环己烷,81.4,油。,氯化乙烯,83.5,油，少量水。,己烷,49.7 68.7,油。,甲醇,64.7,水，盐。,二氯甲烷,40.1,油，少量水。,石脑油,160.0,油。,四氯乙烯,121.0,油。,氧杂环戊烷,65.0,油，水，盐。,甲苯,110.6,油。,三氯乙烯,87.0,油，少

9、量水。,二甲苯,138.0 144.4,油。,3、岩心筛选及制备,烘,干,90,90,注：每块岩样应该烘干至恒重为止，烘干的时间会变化很大，但是一般应超过4h。,砂岩（粘土含量低）,常规烘箱 真空烘箱,116,砂岩（粘土含量高）,可控干湿度烘箱，相对湿度40%。,63,碳酸盐岩,常规烘箱 真空烘箱,116,含石膏岩石,可控干湿度烘箱，相对湿度40%。,60,页岩或者其它高含粘土岩石,可控干湿度烘箱，相对湿度40%。常规、真空烘箱,60,与原标准推荐的恒温烘箱和恒温恒湿 烘干法，基本方法一致。,4、流体饱和度的测定测试方法,岩石类型,胶结碎屑岩、碳酸盐岩疏松砂岩（含轻质油）疏松砂岩（含重油）溶洞

10、性碳酸盐岩裂缝性岩石含粘土岩石 低渗透岩石页岩、油页岩 蒸发岩硅藻土煤,常压干馏法蒸馏抽提法 溶剂冲洗法 扫描法 煤样分析法 油页岩分析法 含石膏岩心分析,有针对性的选择,原标准推荐了5种方法：蒸馏抽提法、常 压干馏法、库仑法、色谱法、微波加热法,4、流体饱和度测定,岩石类型,推荐的测定方法,胶结的碎屑岩、碳酸盐岩,a，b，c，d，e，f,疏松岩石（含轻油）,c，d，e,疏松岩石（含重油）,c，c（*），e,溶洞性碳酸盐岩,b，d，e，f,裂缝性岩石,a，b，d,含粘土的岩石,a，c（*），e,蒸发岩,g，e,低渗透岩石,a，b，c，d，e，f,煤,h,页岩,a，b，c,油页岩,a（*）,硅藻

11、土,c，e,图例：a 常压干馏法；b 蒸馏抽提法（全直径岩样）；c 蒸馏抽提法（柱塞岩样）；d 保压岩心分析法；e 溶剂冲洗法/Karl Fisher；f 海绵取心法；g 含石膏的岩心分析方法；h 煤样分析法；（*）修改的方法。,4、流体饱和度测定两标准基本一致,常压干馏法,热电偶,恒温箱加热组 件样品杯 筛网,测试原理,通过高温干馏过程获得油、水饱和度。在高温干馏过程中，存在于粉碎的新鲜岩样中的油水首先变成蒸汽，然后冷凝并收集到集液管中。把相邻的、岩性相似的岩样放入水银泵中，计量注入到含有油和/或水的新鲜岩样中的水银量，从而确定气体饱和度。,冷凝管水浴,水入口,捕集器,控温器,常压干馏不锈钢

12、干馏仪和水浴,4、流体饱和度测定常压干馏法：,高温下析出水，那么含水饱和度（与孔,度偏低；,类（比如页岩），那么分析得到的油饱,会导致含水饱和度偏低；,d）需另一块岩样用来确定岩心的总体积、,性上必须和粉碎的岩心（用来测油、水,a）具有较好的代表性，增加了 测定的精度；b）分析过程迅速，在几个小时 内就可提供所需的数据。如 果有足够多的样品杯，以及恒温箱内有足够的空间，在 较短的时间内，就可以分析 多块样品；C）与其它靠质量差而获得流体 体积的分析方法相比，干馏 法是直接测定流体的体积。,a）如果岩样中含有大量蒙脱石或石膏，在隙度）就会偏高。同样会导致含油饱和 b）如果岩样中含有在高温下裂解的

13、固态烃 和度（和孔隙度）可能会偏高。同样，c）需要油体积校准曲线；岩石密度以及气体体积。这块岩心在岩饱和度）一致；e）蒸馏出来的液体可能会乳化。,4、流体饱和度测定两标准基本一致,蒸馏抽提法,测试原理,将称量后的岩样放入岩心室中，加热溶剂使岩样中的水蒸发，将水蒸汽冷凝下来收集在一个校准的集液管里，利用溶剂把油抽提出来。然后将岩心放在烘箱里烘干，称重，通过质量差来确定油的含量。,冷凝器,水分捕集器,接头,支撑篮,砂芯滤杯,长颈瓶,加热罩,测定水体积的Dean,Stark 装置,测定水质量的Dean,Stark 抽提装置,4、流体饱和度测定,柱塞岩样全直径岩心 保压取心分析 海绵取心分析 产油页岩

14、分析 焦油砂分析 滤液侵入分析,蒸馏抽提法,4、流体饱和度测定蒸馏抽提法的计算公式：,（水的质量）100,水的质量百分含量（质量分析法）=,岩心样品的原始质量,（水的体积）（水的密度）100,水的质量百分含量（质量分析法）=,岩心样品的原始质量,干岩心样品的质量,100,固体的质量百分含量（质量分析法）=,岩心样品的原始质量,油的质量百分含量（质量分析法）（=,岩心样品的原始质量 干岩心样品的质量 水的质量）100,岩心样品的原始质量,水体积100,水的百分含量=,孔隙体积,（油质量/油密度）100,油的百分含量,=,孔隙体积,4、流体饱和度测定,蒸馏抽提法：,a）水量测定很准确；b）岩样不会

15、损坏，可以进行下一 步的实验。c）所用的温度相对较低，因此只 有少量粘土中的水出来了；d）操作较为简单。,4、流体饱和度测定,蒸馏抽提法：,1）当空气的湿度较大时，空气中的水会冷凝到冷凝器里。2）当抽提仪与冷凝器的水循环系统没有立即组装好时，岩样中的水分 可能会在室温下就开始蒸发；3）冷凝器不清洁水滴会粘到侧管或者玻璃壁上；4）地层水（含盐的孔隙水）中的盐会沉淀在岩心中，导致孔隙度和/或 渗透率发生很大的变化，可以用甲醇把盐清洗掉；5）当总矿化度超过20000mg/l时，应该对高密度的盐水进行校准；6）没有完全烘干样品；7）长颈瓶接头处不严，或者蒸馏的温度太高，也可能循环水流动得不 充分，都会

16、引起水损失；8）只有岩样的质量接近0.1mg时，才考虑由空气引起的浮力的影响；9）蒸馏时间可能不充分；,4、流体饱和度测定,蒸馏抽提法：,10）如果岩样中含有大量的石膏或蒙脱石，测得的含水饱和度就会过 高.如果油藏中存在水化水，在蒸馏和烘干的过程中被除掉了，那 么渗透率、孔隙度数据就会发生改变（在烘干样品时可以使用湿度 烘箱）；11)如果不知道油的密度，那么在计算中会导致误差，因为在计算中假 定了一个油密度值；12）岩心颗粒损失；13）岩心油清洗得不彻底；14）烘干时的温度高于蒸馏时的温度，这样有可能会把结晶水除掉，从 而增大了油体积；15）岩石润湿性可能会改变；16）粘土的结构可能会改变，从

17、而使渗透率的测定不准确；17）对分析的准确性没有检测。,4、流体饱和度测定,溶剂冲洗法,测试原理,仪器设备,计算公式,wb1,Swb2=,100,V,So=,PV,含水饱和度：S PV含油饱和度：o 100,岩心驱替系统 库仑滴定仪 岩心夹持器组件 溶剂供给装置 相关硬件电子天平,将岩样称量后装入岩 心夹持器，用不同溶剂按 一定顺序通过动态混相驱 替方法清洗岩样，并用 Karl Fischer滴定法分析 流出物中水的含量，岩样 清洗、烘干后称量，得 到油的质量。,4、流体饱和度测定,溶剂冲洗法：,a）可以测定任意范围的饱和度；b）Karl Fischer 滴定法较为精 确；c）对敏感矿物的伤害

18、较小；d）该方法可从岩样中除去盐；e）因为试验过程中不用卸下岩 样，从而避免了压力滞后的影响，所以可以用于专项岩 心试验中确定饱和度。,a）甲醇易从周围空气中吸收分；b）该方法的准确度取决于溶剂的 处理和储存方法；c）要进行分析的样品必须具有代 表性；d）与蒸馏抽提法相比，该方法更 复杂，成本更高；e）含油饱和度只能间接确定。含油饱和度是假设岩样无颗粒损 失，用质量差确定；f）该方法不适合于含有岩盐，硫化物或含有能溶于甲醇的矿物 的岩样饱和度测定。,4、流体饱和度测定,扫描法,线性X射线吸收法微波吸收法 CT法 线性伽马射线吸收法 核磁共振法 无线电波共振技术中子衰减成像技术,扫描法,4、流体

19、饱和度测定,扫描法,测试原理,X-射线、CT和伽马射线技术是通过测定流 体对高能电磁放射物的吸收量，来确定流体饱 和度；微波吸收法是基于水分子吸收的微波能来 确定流体饱和度；NMR方法是将样品置于磁场中，通过改变 射频场，检测流体中的质子(1H)、碳(13C)、钠(23Na)、磷(31P)和氟(19F)的含量来测定饱和 度。,4、流体饱和度测定,扫描法：,显著优点是能提供流体饱和度空间分布 的资料，其次是测量时没有流体侵入和非破 坏性。利用该方法，在试验过程中可以监测 饱和度的变化。CT和NMR成像技术的优点是能够提供三维 流体饱和度分布。微波和NMR方法的优点是能够确定未加任 何示踪剂的岩心

20、含水饱和度。因而在标准岩心分析中，可用于确定饱和度，并在岩心清 洗和重新饱和后建立校准曲线。,x-射线、CT和伽马 射线技术的应用限制是 只能测定由含示踪剂流 体饱和的岩心饱和度。因此这些方法不适于基 本岩心分析。NMR法的限制是不 能测定含有大量磁性物 质、粘土或气体的岩 心。,5、孔隙度测定,孔隙度概述,总体积测试方法,孔隙体积测试方法,颗粒体积测试方法,富含有机物岩石孔隙度的测试方法,5、孔隙度测定总体积、颗粒体积、孔隙体积测定方法,阿基米德（浮力）汞浸没法,测定总体积,汞驱替法,测定总体积,卡尺测量法,测定总体积,用流体，而非汞的阿基米德法（浮力）,测定总体积,颗粒体积与孔隙体积求和得

21、到总体积,测定总体积,由分散岩样的颗粒密度求总孔隙体积,颗粒体积测定,波义尔定律双室法,颗粒体积测定,波义尔定律单室法,直接测定孔隙体积,流体孔隙度求和法,大略的测定总体积与孔隙体积,液体饱和度法,直接测定孔隙体积,富含有机物的岩石,孔隙体积和吸附气,5、孔隙度测定,汞浸没法,汞驱替法,计算法,总体积测量方法,卡尺丈量法,流体饱和法,原标准中推荐了4种方 法：水银置换法、液体饱 和法、丈量法和加和法。,5、孔隙度测定新标准与原标准的对比,测试方法,新标准,原标准,汞浸没法,根据阿基米德定律原理，将岩 样浸入汞中，测量岩样排开的 那部分汞的质量，即可得到岩 心的总体积。,无,汞驱替法,设备：高压

22、汞体积驱替泵，样 品室内体25cm3。测试过程：样品浸入汞以下50mm，要求对样品顶端施加1psi（6.9kPa）压力，操作步骤和校准体积泵的具体操作不详细，未说明校准的依据。,设备：带岩心室的水银柱塞泵，标尺最小分度值为0.01cm 3。测试过程：不需加压。操作步骤和校准体积泵的具体操 作很详细，校准时测定值与标准 值之间的相对误差不超过0.3%，同时要求每测10个样品必须调校 一次。,计算法,用直接测量的颗粒体积与孔隙 体积相加来计算,用直接测量的颗粒体积与孔隙体 积相加来计算,5、孔隙度测定新标准与原标准的对比,抽空1小时，在常压下浸泡4h。,测试 方法,新标准,原标准,液 体 饱 和

23、法,饱和液：盐水，轻质精制油，高沸点溶 剂。测试程序：抽空约8小时，在抽空期间注入 C O 2，为了置换出吸附在样品上的空气，低 渗的样品抽空时间需加长到1218h，或一 昼夜。饱和后继续抽空30min 1h，加压13.820.7MPa至少4h。密度测试：比重计，有数字显示的密度计，不同测量范围的专用天平，标准硅。,饱和液：过滤煤油或其他液体。测试程序：极限真空度133.3Pa，抽空 约28h，渗透率低于110-3m2的样 品，抽空时间需1824h。饱和后继续对于致密岩样采用高压液体饱和法，加 压20MPa,并继续饱和岩样12h以上。密度测试：密度计。,丈 量 法,设备：有数字卡尺，测试速度快

24、，排除了 人为读数的误差，测试更准确。测试步骤：测量直径时，沿长度方向将样 品平均地分成五段，在每一段较均匀的部 位测量，求出平均值；测量长度时，沿圆 周方向的五个位置测量，求出平均值。,设备：无数字卡尺 测试步骤：测量直径，在垂直岩心柱轴 向上，在柱体两个端面上，各互相垂直 量两次，取4次测量的算术平均值；测 量长度，在圆柱的周边，每隔1/4周长 量一次长度，量4次，取其测量的算术 平均值。,5、孔隙度测定,汞浸没法,可调节支架,温度计,原 理,参考标记,把岩样浸没在水银中，称量岩样排开的水银的质量，求得总体积。,柱塞岩样,汞容器,加重基座,阿基米德汞浸没装置,单盘天平0.01g,5、孔隙度

25、测定,汞浸没法：,a）如果无水银渗入，岩样 还可用于以后的测试；b）该方法具有很高的精度。,a）岩样外表圈闭的空气会引起误 差，得出的总体积偏高；b）表面有溶洞或有开放裂缝的岩 样，不用汞浸没法测定总体积。但如果必须用该方法分析这种岩样，岩样表面必须用涂料密封或堵上表面溶洞，以免水银渗入。,5、孔隙度测定,汞驱替法,体积读数,数字压力计,原 理,样品室,利用连接有不锈钢样品室的体积驱替泵，用汞驱替法测定岩样总体积。,驱替柱塞,水银体积驱替泵,5、孔隙度测定,汞驱替法的优点：,a）测试速度快；b）该方法可以作 为流体求和法 测定孔隙度的组成部分；c）如果不发生汞 渗入或吸附，该样品还可以 在以后

26、的分析 测试中使用。,a）岩样表面圈闭的空气将会使总体积变大；b）带有溶洞或具有极高渗透率的岩样，由于水银 的渗入而导致总体积变小，所以这种样品不再 适合进行下一步的测试；c）多数水银驱替泵，岩样浸没到水银以下大约50mm。这个水银高度导致了到柱塞顶部约有6.9kPa(1psi)的压力。由于汞对粗糙微观表面的波及，或汞侵入到大的孔隙，这有可能造成总体积系统地降低；d）由于铅水银的汞齐作用，该方法不适合于包 封在铅筒中的疏松岩样。在包封材料与岩样之间也可能捕集水银。因此，建议装在包封材料 中的岩样不用这种方法。,5、孔隙度测定,液体饱和法,A,B,提升机构,原 理,容器,容器,放在液体里的物体受

27、到的浮力，等于排开液体的重量。,液体,液体,镫形吊环和托盘,镫形吊环和托盘,代替汞的其他流体的阿基米德（浮力）法装置,天平,天平,5、孔隙度测定,液体饱和法：,a）如果使用的方法 得当，能获得精 确的数值；b）完全饱和了液体 的岩样还可以用 于其它测试；c）测量总体积前，如果岩样用一种液体100%饱和，就可以由读出的 质量计算孔隙体积、颗粒体积和 颗粒密度。,a）岩样中的液体可能不适合以后的试验，因此必须除去；b）用这种方法不适合测量含有溶洞的岩样；c）不能用有可能引起岩样中可溶物溶解或岩石胶结物膨 胀的液体；d）渗透率极高的样品含有溶洞或大孔隙，浸没在液体中时，液体会填满这些孔洞，结果减小了

28、总体积。测定 总体积前先填满孔洞，就可用浸入法直接测量总体积；e）对于装入包封材料内的疏松岩样，由于在岩样柱塞表面与包封材料之间可能捕集多余的流体，最好不用这 种方法。,5、孔隙度测定,颗粒体积的测定方法,氦气注入法,5、孔隙度测定,颗粒体积的测定,油蜡的岩样的质,测试方法,新标准,原标准,氦气注入法,设备：双室法装 置，有一个基准 室，一个岩心室 测试程序：充气压 力0.691.38MPa,设备：氦孔隙仪，有三个标准室，一 个岩心室 测试程序：充气压 力0.7MPa,称量法,无,根据阿基米德定 律，分别在空气中 和煤油中称量除过量，即可求出岩样 的颗粒体积,5、孔隙度测定,孔隙体积的测定方法

29、,粉碎法,液体饱和法,氦气注入法,5、孔隙度测定,孔隙体积的测定,样的体积样品总重量/粉碎样,仪,液相同，其他同利用其他,出的岩样中的油、气和水,测试方法,新标准,原标准,粉碎法（总孔隙体积）,孔隙体积等于岩样的总体积减 去颗粒体积，而颗粒体积=粉碎总重量,无,氦气注入法（有效孔隙体积）,设备：氦孔隙仪和单室法装 置，有一个基准室，一个岩心 夹持器 测试方法：测试压力6901380kPa样品准备：矿化度超过100000mg/l时要用甲醇洗盐。,设备：氦孔隙仪，有三个 标准室，一个岩心夹持 器；CMS系列岩心自动分析测试方法：测试压力0.7Mpa，,液体饱和法（有效孔隙体积）,饱和液：盐水，精制

30、实验室 油，癸烷，甲苯 测试程序：饱和液与浸入液可 以不同，其他同利用其他流体（除了汞）的阿基米德法。,饱和液：过滤煤油 测试程序：饱和液与浸入流体（除了汞）的阿基米 德法。,流体孔隙度求和法（有效孔隙体积）,孔隙体积由常压干馏法测出的 岩样中的油、气和水的体积相 加求得。,孔隙体积由常压干馏法测的体积相加求得。,5、孔隙度测定,覆压孔隙度的测定,波义尔定律单室法,高围压由样品深度确定,低围压2.758MPa以下,5、孔隙度测定覆压孔隙度的测定,单轴向应 力加载又是双轴向应力加载的一个特例在平行轴向的应力增加时，这个力可以使样品所受的径向应力不变，应变只发生在圆柱样品的轴向上。,样品,单轴向应

31、力,5、孔隙度测定,双轴应力加载是三轴应力加载的一个特例。在双轴应力作用下的圆柱体，其平行轴向上的应力与样品周边所受到的应力是不同的，在轴向和径向均发生应变。,双轴向应力,5、孔隙度测定,在三轴向应力作用下，样品在三个主轴向的受力是不等的，每一个轴向发生的应变也不同。通常使用正方体或矩形棱柱体样品。,三轴向应力,5、孔隙度测定,在均匀应力作用下，样品在各个方向上受到的应力均相等，在轴向上发生的形变也相等。当施加的应力等于油藏垂向应力时（即上覆压力），孔隙度降低。,均匀应力,6,、渗透率的测定,渗透率测定概述,渗透率测定理论,渗透率测定的实际应用,渗透率测定的准确度和精度,渗透率测定概述,基本概

32、念,渗透率的单位,术,语,渗透率测定概述,达西定律,Forchheimer惯性阻力,基本概念,Klinkenberg气体滑脱效应,围压关系,渗透率测定概述,注：数据由Jones提供18),增加净水压力时的渗透率降低,渗透率测定概述,渗透率的单位,水文学方面的典型单位,SI单位标准国际单位,惯用单位,流动势差与压力差绝对渗透率,水力传导率传递系数,渗透率测定概述,术,语,有效渗透率相对渗透率,特定渗透率,6,、渗透率的测定,渗透率测定概述,渗透率测定理论,渗透率测定的实际应用,渗透率测定的准确度和精度,s,渗透率测定理论,单相渗透率测定的主要类型,气体稳态渗透率方程,液测稳态渗透率方程,渗透率测

33、定理论,液体在稳态条件下测定,气体在稳态条件下测定,单相渗透率测定主要类型,液体在非稳态（瞬态）条件下测定,气体在非稳态（瞬态）条件下测定,渗透率测定理论气体渗透率测定的快速选择和参考指南,校准；需检验惯阻力,高,和kg,投资高,轴向流，岩心 柱塞稳态法,0.110000,带有压力 计，真空流 量计的低压 仪器,投资低，操作系 统简单；便于比 较的大数据,劳动强度大，操作费 用高；低压；无滑脱,轴向流，岩心 柱塞稳态法,0.1 10000,仪器带有电 子传感器，高压岩心夹 持器,自动化强；模拟 地层压力；准确 度和精度高,为了校准气体滑脱，需多次测定；必须检 验确保惯性阻力忽略 不计,轴向流，

34、岩心 柱塞压力降落 法,0.00130000,测试范围 广；用系数b 和进行高 压测试校 准。,完全自动化；不 需要流量计；能 获得油层条件下 的渗透率（k）,由于带有高精度的压 力传感器和自动数据 采集系统，因而投资,轴向流，岩心 柱塞脉冲衰减 法,0.000010.1,用于渗透率 极低的高压 仪器,是测定超低渗透 率的唯一方法；完全适合自动 化；用同一台仪 器可测孔隙度,需要高压，带有精密 传感器，严格防泄漏 的和数据采集系统，,渗透率测定理论气体渗透率测定的快速选择和参考指南,的下限较高；测定范,较高的倾向,定范围的下限较高；,速；可自动测,校准,大；不能多参数测g,max,90*,于中

35、心“井筒“的条件,全直径岩 心点式渗 透率法,110000,零压力，高密 度，用于非均质 岩心的定位测量,不需制备柱塞（建议用切片岩心）；相对快速；可自动测量或制成便携式设备,零压力，无滑脱校准 的渗透率在测定范围围的上限有惯性阻力,全直径岩 心的点式 渗透率，压力降落 法,0.00130000,零压力，高密 度，用于非均质 岩心的定位测量,不需制备柱塞（建议用切片岩心）；相当快定；b，系数,零压力，渗透率在测自动化系统的投资高,全直径岩 心的横向 渗透率,0.02500,全直径岩心（或 柱塞）的横向渗 透率，k 和k,能测定各个方向 的水平渗透率；用整个岩样获得 平均值,清洗和制备岩样花费量

36、，只得到k,全直径岩 心的径向 渗透率,0.01250,全直径岩心各方 向的平均渗透率,大岩样上测定平 均“水平”渗透率,岩样制备困难；无径 向压力；渗透率取决,渗透率测定理论,气体渗透率测定的快速选择和参考指南,1.容易应用，不需要专门的饱 和技术；2.与岩石无反应；对设备无腐 蚀；3.重复测试无需清洗；4.岩心中的微粒迁移倾向比液 体小。,1.需要进行气体滑脱校准特别是对于低 渗样；2.测定高渗透率岩样时，有明显的高速惯 性阻力的倾向；3.与液体相比，必须用更严格防漏的夹持 器；4.某些情况下，渗透率对油层的代表性较 差。,渗透率测定理论,液体测定渗透率的快速选择和参考指南,和数据采集系统

37、投,和t计算,率取决于中心”井筒”,用液头的柱 塞轴向流,1000 40000,液体通过高 渗透率圆柱 形岩样的重 力流,简单，低成本（且测定流速时不需要电子天平）,低回压难于保证岩 心柱塞中无残余气体,轴向流，岩 心柱塞稳态 法,0.120000,带有电子传 感器，高压 岩心夹持器 的仪器,能自动测量；能 模拟油层压力；渗透率对油层最 具代表性,需要高压，严格防 漏，带有精密传感器资高,全直径岩心 的横向流,0.005500,全直径岩心 的横向渗透 率，kmax和 k90*,能测定各个方向 的“水平”渗透 率；不需要流量 计：速度由P,与以上的轴向流相 同；岩心的清洗，制 备和处理花费非常大

38、,全直径岩心 的径向稳态 流,0.002250,全直径岩样 各个径向方 向的平均渗 透率,在全直径岩样上 测定平均“水平”渗透率,与上相同;难于制备样 品;无径向压力；渗透条件,s,渗透率测定理论,气体稳态渗透率方程,2,C2 qs,C 3s,dP,=,+,2,ds,C1 Akg,C1 A,方程包括防止气体滑脱和惯性阻力的措施;S=沿流动方向的距离。qs=单位时间气体通过A面积的体积流速。A=与气体流动方向垂直的面积。,dP,=沿S的压力梯度。,ds,=气体动力粘度。,kg=介质对特定气体的表观渗透率。=惯性阻力系数。s=气体密度。C1，C2，和C3是使单位一致的常数。,渗透率测定理论,砂岩碳

39、酸盐岩 疏松砂岩,注：数据由Jones和Geertsma提供17),惯性阻力与渗透率的关系,渗透率测定理论,为求得计算气体滑脱因子所用的b值，在多次不同的平均孔 隙压力下测定的视气体渗透率，kg。每个渗透率由下式计算：,拟和最好直线的斜率,b,kg=k 1+,P,依照Klinkenberg的关系，截距为k，其斜率等于bk。,用于获得Klinkenberg气体滑脱因子b的图,渗透率测定理论液测稳态渗透率方程,g,q,C1kdp,dz,vs=,=,C 2,A,ds,C 4,ds,该方程考虑了重力对层流影响。液体的水平流因为无垂向分量，故dz/ds=o，对方程积分得:,C2 q,k=,C1Gf2 p

40、,Gf为含长度量纲的几何因子,6,、渗透率的测定,渗透率测定概述,渗透率测定理论,渗透率测定的实际应用,渗透率测定的准确度和精度,s,渗透率测定的实际应用,渗透率测定的实际应用,稳态渗透率测定,非稳态渗透率测定,低压测试流程装置,脉冲衰减法,压力降落法,点式渗透率探测仪,液测渗透率装置,液柱测高渗岩心,渗透率测定的实际应用,稳态渗透率测定,当入口和出口压力以及流速随时间不发生变化时即达到了稳态。稳态时，通过岩样的质量 流速为常数，并且不会随时间改变，此时即测定 气体或液体的稳态渗透率。,稳态渗透率测定的实际应用,液柱测高渗岩心,稳态渗透率测定的主要方法,低压测试流程装置,点式渗透率探测仪,液测

41、渗透率装置,稳态渗透率测定的实际应用,低压测试流程装置,水压表,水银压力计,水压表,气源,低压测试流程装置与我们现在所 用的皂膜法渗透率 测试基本相同，但 围压为一固定值2.76MPa，而原标准给出的是一个范 围值1.42.8MPa。,孔板,干燥管,岩心夹持器,压力调节器,低压测量轴向渗透率的简化流动图,稳态渗透率测定的实际应用,低压测试流程装置,确确定是否达到了层流状态；,名称,优点,应用限制,低压测试 流程装置,1.实验方法简单，有很多 的历史数据便于直接比 较；2.气体与岩石不会发生反应，保持样品干净；3.适应设备范围广，投资较低；4.流量计和压力传感器容易更换，扩大了渗透率的测定范围。

42、,1.测定低渗透率岩石达到稳定状态所 需时间长，且流量测定不准确；2.低压测定的非滑脱校准过高估算了原油藏的渗透率，致密岩样尤甚；3.高渗透率岩样进行单点测量很难准4.岩心柱塞的端面必须钻切地非常 规则，否则会因受压不均衡而压碎 岩样。,稳态渗透率测定的实际应用,气体的横向稳态流,金属塞,入口,筛网,筛网,岩心,低压空气流,密 封（岩心两 端也密封）,高压空气或液体,真空,胶皮盘,出口,至流量计,气体的横向流形态,横向渗透率测量的Hassler型岩心夹持器,稳态渗透率测定的实际应用,气体的横向稳态流,名称,优点,应用限制,气体的横向 稳态流,1.在全直径岩心上测量 时，由于岩样体积较大，因此所

43、测渗透率相对平 均，这就降低了小尺寸岩 样非均质的影响；2.在全直径岩样上，可进行正交测量来确定侧向渗 透率。,1.全直径岩样很难精确地切 割成正规形状；2.由于岩样较大，要花费相当长的时间来清洗、干燥和 达到稳定状态；3.与气体滑脱及惯性阻力有关的注意事项和轴向流的相 同。,稳态渗透率测定的实际应用,气体的径向稳态流,胶皮垫,校 准 的 气 体 计 量管,弹簧,水银压差计,支点球,调节器,活塞,空气源,内径向流示意图,全直径径向流渗透率仪,稳态渗透率测定的实际应用,气体的径向稳态流,名称,优点,应用限制,气体的径向 稳态流,渗透率测量值 是在整个岩样 长度和径向上 的平均值。,1.渗透率值的

44、准确关键取决于内井眼半 径的大小。2.样品制备难，与其它方法相比费用较高。3.由于径向小孔的存在使得轴向压力无法平衡。该方法不适于高压下模拟实际 油层的渗透率测定。4.由于中心需要钻孔使得岩样一般不能再作其它实验。,稳态渗透率测定的实际应用,液柱测高渗岩心,入口高度可调节的水箱和固定出 口水箱均装有溢流排出管。液体由水箱出口流入装在电 子天平上的称量容器中。由于毛细管力的作用，出口容 器的溢流孔可使水 压差的变化最小。,液柱测高渗岩心示意图,稳态渗透率测定的实际应用,液柱测高渗岩心,名称,优点,应用限制,液柱测高渗 岩心,1.层流中液测Stokes流比气测压 差高，也更容易测定；2.不需校准气

45、体滑脱效应；3.液测渗透率对油层更具代表 性；4.不需进行有可能伤害岩样的干燥处理。,1.岩样饱和、液体准备和处理 比气测更困难，更费时；2.耐腐蚀的高压泵和控制设备价格昂贵；3.必须采取措施，避免流体与岩石组分反应；4.需很长时间才能达到稳定。,稳态渗透率测定的实际应用,点式渗透率探测仪,压力调节器,流量计,压力传感器,ri-探针密封圈内径ro-探针密封圈外径,稳态探针渗透率仪简图,稳态渗透率测定的实际应用,点式渗透率探测仪:,名称,优点,应用限制,点式渗透率 测定,1.无破坏性，无须钻样，速度 快，成本低，可以解决比较致 密岩心的测试，2.可以很好地解决岩心渗透率空间非均质强，包括层状（迭

46、层）和小范围的3.直接得到某处渗透率与周围岩石渗透率的不同。4.容易携带，适合野外使用，密封性好。5.测试范围大，适合测110000md范围内的岩石渗透率。,1.典型的探头密封顶端，岩样中 的最小流动路径长度范围是0.2 cm 0.4cm。大部分压力将在该 距离内损失；2.测量过程中施加到岩石上的压力几乎为零，渗透率趋于偏大；3.探头顶端密封垫侧向加压且基座很平整，其几何因子对施加到密封圈上的压力非常敏感；4.很难确保密封；5.岩心表面必须干燥；6.探头顶端的密封垫必须定期检查。,稳态渗透率测定的实际应用,液测渗透率装置,液测渗透率设备的液体流动动力是依靠是能产生恒速流动的可调节的恒压源。仪器

47、有三部分组件：即岩心夹持器、压力测量系统和液体传递 系统。除了耐腐蚀和具有与特殊液体相匹配的胶 皮筒外，岩心夹持器、输送管线及测量液体渗透 率的测压设备与气测系统没有区别。,稳态渗透率测定的实际应用,液测渗透率,3.必须避免流体与岩石组分反应；,名称,优点,应用限制,液测渗透率,1.层流中液测Stokes流比气测 压差高，更容易测 定；2.不需校准气体滑脱效应；3.液测渗透率对油层渗透率更具代表性；4.不需要进行有可能伤害岩样的干燥处理。,1.岩样的饱和、液体的准备和处理 比气测更困难，更费时；2.耐腐蚀的高压泵和控制设备价格昂贵；4.需要很长时间才能达到稳定。,非稳态渗透率测定应用,非稳态渗

48、透率测定,在很短的时间内、或者说是在流动状态不稳定条件下测定气体或液体的渗透率。具体就是在 岩样的两端（或某一端）加装固定体积的流体 室，在一定条件下使流体流过岩心，流体室流体 体积改变并导致压力的变化，瞬间流速的大小可 以通过体积与压力的改变计算而得，从而得到岩 样的渗透率数值。,非稳态渗透率测定应用,非稳态法渗透率测试主要类型,压力降落法,脉冲衰减法,非稳态渗透率测定应用,脉冲衰减法,是通过运用岩样前后端一个或两个体积比较小的流体室来实 现的。流体室和岩样内部都充满 着压力比较高的气体6.894MPa13.788MPa，这样可以降低气 体的滑脱效应和可压缩性所带来的影响。压力系统达到平衡后

49、，增加前端流体室压力，一般为初 始压力的23%。从而产生一压力脉冲通过岩心。压力变化范围 小以及样品的低渗透性大大消除 了流体的惯性阻力。,阀1,进气阀,阀2,液压控制装置,测定气体脉冲衰减仪器,非稳态渗透率测定应用,脉冲衰减法,名称,优点,应用限制,脉冲衰减法,1.可用于测量超低渗样品（0.1md0.01md），也可扩展测试范围；2.不需流量计，只测定时间-压力；3.更适用于油层压力条件下的测量，提供更具代表性的渗透率；4.在同一台仪器上可同时或单独测定岩心孔隙度。,1.仪器必需严格密封，同时严格控制周围环 境温度变化；2.所测渗透率也是未经气体滑脱校准，测量 值可能偏高。,非稳态渗透率测定

50、应用,压力降落法,该方法只有前端容器，样品的后端与空气 相通，前端流体室的压 力较小，在0.069 MPa1.72MPa之间（随样 品的渗透率不同而变化），通过瞬时压力的变化可得到不同的体积 流量和平均孔隙压力，从而计算出岩样的渗透 率值。,冲气,放空,静水围压,压力降落气体渗透率仪示意图,非稳态渗透率测定应用,压力衰减法,以避免与温度变化有关的气体膨,压力 衰减法,1.实测渗透率范围广（0.001md30000md）；2.测定时间范围为2s35s之间变化；3.不需流量计，只测量时间-压力；4.由一次压力下降试验可获得滑脱校准（k）和非滑脱校准的（kg）渗透率；5.对于微小压差变化和低渗透率岩