油层物理学-渗透率课件.ppt

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1、第三章储油（气）岩石的渗透率概念在一定的压差下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。从数量上度量岩石渗透性的参数就叫岩石的渗透率。渗透率就是岩石允许流体通过的能力。基本知识孔隙度-----度量岩石储存能力的参数，它是一个没有方向性的标量。渗透率-----度量岩石渗透能力的参数，是一个具有方向性的向量。渗透率又可分为：绝对渗透率、相渗透率与相对渗透率。本章着重讨论绝对渗透率，相渗透率与相对渗透率将在第三篇中介绍。岩石中只有一种流体通过时，岩石允许该流体通过的能力称为单相渗透率。绝对渗透率是指当岩石中只有一种流体通过，且流体不与岩石发生任何物理和化学反应时，岩石允许该流体通过

2、的能力。实质上任何一种流体都会或多或少地与岩石发生物理和化学反应。绝对渗透率只是一个理论值。在实际应用中，只能选用一种与岩石反应非常少的流体的单相渗透率来近似代替绝对渗透率。通常采用气体，氩气、氮气、空气，的渗透率作为绝对渗透率。绝对渗透率是岩石本身具有的固有性质，它只与岩石的孔隙结构有关，与通过岩石的流体性质无关。严格说，自然界中任何物质均具有一定渗透性。如致密钢板，在超高压条件下，也可以让气体通过。但实际上自然界达不到那样高的压力，一些粘土岩、页岩和致密的碳酸盐岩等由于孔喉直径太小（微毛细管孔隙），即使有部分流体进入，也由于颗粒表面张力作用而被牢固地吸附在颗粒表面，从而堵

3、塞微毛细管，使流体无法通过。渗透性与非渗透性是个相对的概念§1达西定律及其表达式一、达西定律及其表达式达西定律是1856年法国亨利·达西在解决城市供水问题时，用直立均质未胶结砂柱做水流渗滤试验，得出的一个经验公式，后人为纪念他，把这一公式命名为达西公式或称达西定律。在砂柱中，顶底分别用渗透性铁丝网封住，紧靠砂柱顶底分别与测压管相连接，当水流通过砂柱时，水在测压管内分别上升到相对于任一基准面以上h1和h2的高度，实验中发现，无论砂柱中砂层类型如何改变，流量总是与测压管水柱高差、及砂柱横截面积成正比，而与砂柱的长度成反比。式中；Q——总流量；A——截面积；v——渗流速度，可以理解

4、为单位时间内单位截面积的注入量（cm/s）；△h——相对于某个基准面压力计的液面高差（cm）；k——比例常数，也叫介质的渗流系数（cm2）。1）渗流的液体是均质的、不可压缩的水，水的粘度不变，因此没有考虑粘度对渗流规律的影响；2）均质砂柱由极细小的细砂组成，具微小的连通孔隙通道，(达西改变砂子类型，实际上仅改变了k的大小)；3）渗流速度较小，且变化不大；4）试验装置始终保持在垂直条件下；在该项实验中，其边界条件如下：之后，曾有他人在改变边界条件4（即将实验装置摆放成各种角度的倾斜位置）重复进行达西实验，结果发现不管装置倾斜程度如何，只要测验管水头差（h1-h2）相同，则流量相

5、同，从而证明达西实验定律在地球重力场中与流动方向无关，其主要影响力是重力，是一种势能。另外，人们通过改变边界条件2，用实际岩心代替砂柱进行实验，证明达西定律是成立的，但介质特性（k）对流量有影响；当在改变边界条件1时，即用各种液体而不仅仅是水作实验时达定律仍成立，但发现流体粘度对流量有影响；因此达西公式进一步表示为：上述实验表明，不管如何改变边界条件，达西定律是成立的。改变不同介质与流体所导致的对流量的影响主要是因为渗流系数发生了改变。因此原始达西公式中的k只代表了某种特定流体在特定介质条件下的渗流能力。由此可看出，不同的流体、不同的介质条件，其渗流系数是不同的。达西公式中的

6、h1和h2代表了渗流液体液面相对于某一基准面水柱的高度。h1h2Z1Z2我们可将水头高h1、h2分别折算成液面h高度时的压力Pr1和Pr2（称为折算压力），即：Pr1=ρgh1Pr2=ρgh2将上述折算压力代入达西公式，即：注：Pr的大小与选用的基准面有关，称为基准压力或折算压力该公式实际上是以压力形式表示油层中各点液体所具有的总能量）h1=Pr1/ρgh2=Pr2/ρg达西公式设k=KρgK=k/ρg，则此公式即为达西公式的折算压力表达式由于总水压头（总能量）Pr＝ρgh＝P（压力计压能）+ρgZ（势能）故Pr1＝ρgh1＝P1＋ρgZ1Pr2＝ρgh2＝P2＋ρgZ2h1

7、h2Z1Z2代入达西折算压力公式：当ΔZ=0时，即流体为水平流动时达西定律的一般表达式h1h2Z1Z2变换上式，得：K—即为岩石的渗透率（cm2）当流体性质不变情况下，岩石渗透率仅仅是与多孔介质（岩石性质）有关的参数。上述达西公式是均质孔隙介质中单相流体在作直线稳定渗流情况下推导出来的一个平均关系式。如不满足上述条件，岩石的渗透率就会降低。实际上，孔隙介质是不均匀的，流体在孔隙介质中的渗流也常常表现为非稳定的线性渗流。但经大量实验证明，很多渗流是符合达西定律的。但对于高速流动的液体，以及速度极低或极高的