巖心滲透率計算公式（巖心滲透率計算公式）

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于巖心滲透率計算公式的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

• 1、油、水相對滲透率（K_ro,K_rw）的計算

• 2、孔滲隨壓力變化的關(guān)系

• 3、儲層評價常規(guī)分析項目

• 4、鉆井液、完井液引起儲層損害評價新方法——高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)的研究

一、油、水相對滲透率（K_ro,K_rw）的計算

計算油、水相對滲透率是產(chǎn)層評價的重要一環(huán)，這一問題的解決，有別于測井分析從定量方面確定地層的流體性質(zhì)，從而對儲集層的性質(zhì)作出比較完整的評價，實驗室測定的結(jié)果表明，相對滲透率是地層含水飽和度和束縛水飽和度的函數(shù)，而且與巖石的潤濕性及流體粘度比有關(guān)，由測井資料計算相對滲透率的方程為^[60-63]：

儲層特征及精細油藏描述:以老河口油田老451區(qū)塊為例

式中：S_or——殘余油飽和度；

m,n,h— 與—地層的巖性和固結(jié)程度有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，一般取m =3～4,n=1～2,h=1～2。

實際應(yīng)用中，由于這兩個方程中的經(jīng)驗系數(shù)m,n,h影響因素較多，且變化范圍較大，因而影響了相對滲透率的計算精度。因此，通常采用巖心實測數(shù)據(jù)，通過擬合的經(jīng)驗性方程計算的相對滲透率的精度則更高一些。

二、孔滲隨壓力變化的關(guān)系

5.6.2.1 滲透率隨壓力變化的關(guān)系

根據(jù)覆壓孔滲實驗數(shù)據(jù)，采用非線性回歸分析，建立巖心凈覆壓與滲透率的關(guān)系為：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

在凈覆壓很高時，滲透率與凈覆壓成直線關(guān)系，用下面的表達式表示：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：σ——上覆巖層的壓力，MP a；

a、b、a₁、b₁——實驗值擬合常數(shù)。

應(yīng)力敏感實驗是在內(nèi)壓為常壓、通過不斷改變外壓測得的，測試沿著不斷增大外壓的方向進行，也可以沿著不斷減小外壓的方向進行。由測試曲線可以得到實驗室條件下滲透率與外壓的關(guān)系方程，如式 (5.3a)和式 (5.3b)。如果按照土壤力學(xué)的觀點，有效應(yīng)力等于外壓和內(nèi)壓之差，當(dāng)內(nèi)壓為常壓時，式 (5.3 a)和式 (5.3 b)中的有效應(yīng)力就等于外壓。若內(nèi)壓實際不為常壓且變化時，式 (5.3 a)和 (5.3 b)就變成下面的表達式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：p——孔隙流體壓力，MP a；其他字母意義同上。

原始條件下地層壓力若為p_i，則在原始地層壓力條件下的滲透率為：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或在凈覆壓很高時，有：

K_i=a(σ-p_i)+b (5.5b)

上式中的K_i是原始地層壓力條件下的氣測滲透率，可以理解成原始地層壓力條件下巖石的絕對滲透率，因此，原始地層壓力和某一地層壓力條件下的滲透率可以表示成以下形式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或在凈覆壓很高時，有：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

上覆巖層的壓力σ和原始地層中孔隙流體壓力p_i的計算表達式分別為：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：p_air——大氣壓力，MPa；

ρ_r——巖石密度，g/cm³；

ρ_f——流體密度，g/cm³；

h——深度，m；

g——重力加速度，m/s²。

應(yīng)用式 (5.4)，不僅能計算原始地層壓力下的的滲透率，而且還可以計算不同地層壓力下測試巖心的滲透率。隨地層壓力的下降，K值會降低，降低的幅度可以用儲層應(yīng)力敏感指數(shù)表示，其定義式是：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：K_i——原始地層壓力下的滲透率，10^-3μm²；

K——任一壓力下的滲透率，10^-3μm²。

結(jié)合式 (5.4 a)和式 (5.5 a)，得儲層應(yīng)力敏感指數(shù)計算公式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

儲層的敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)SI<0 時，為負敏感；當(dāng)SI<0.1 時，為弱敏感；當(dāng)SI=0.1～0.3 時，為中等敏感；當(dāng)SI>0.3 時，為強敏感；當(dāng)SI>0.5 時，為超強敏感。

上面公式是建立在土壤力學(xué)基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的。按照多孔介質(zhì)雙重有效應(yīng)力的觀點，地下巖石以巖石骨架顆粒的本體 (彈性)變形為主，而巖石顆粒與顆粒之間在上覆巖層的壓實作用下呈緊湊排列，一般不會發(fā)生顆粒與顆粒間的相對位移，即塑性變形。在這種情況下，作用在巖石骨架顆粒上的有效應(yīng)力，不能簡單地表示為外壓和內(nèi)壓之差，而是等于外壓減去孔隙度與內(nèi)壓的乘積之差，將式 (5.7)代入式 (5.3)就有：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或在凈覆壓很高時，用下面表達式表示：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

原始條件下地層壓力若為p_i，則在原始地層壓力條件下的滲透率為：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或在凈覆壓很高時，原始地層壓力條件下的滲透率用下式表示：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

上式中的K_i是原始地層壓力條件下的氣測滲透率，可以理解成原始地層壓力條件下巖石的絕對滲透率，因此，原始地層壓力和某一地層壓力條件下的滲透率可以表示成下面形式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或表示成：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

按照應(yīng)力敏感指數(shù)的定義，有：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

或有關(guān)系式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式 (5.15a)與式 (5.7a)的差別十分顯著。由于式(5.15a)中在孔隙流體壓力前乘上了一個孔隙度，因此，隨孔隙流體壓力的下降，有效應(yīng)力卻不會有明顯的增加。因此，用(5.15a)計算的滲透率在地層壓力下降過程中降低的幅度比用式 (5.7a)計算的結(jié)果要小得多。同樣，用應(yīng)力敏感計算式 (5.16a)計算的敏感指數(shù)比用式 (5.11a)計算的結(jié)果要小，因此，用多孔介質(zhì)有效應(yīng)力理論得到的結(jié)論是大多數(shù)低滲透巖石不存在應(yīng)力敏感性，而用原來的模型得到的結(jié)論卻是有應(yīng)力敏感性的。雖然用多孔介質(zhì)有效應(yīng)力評價的結(jié)果是在大多數(shù)情況下巖石對應(yīng)力不敏感，但也有特殊的情況，就是異常高壓油氣藏存在應(yīng)力敏感性，因為雖然式 (5.16a)中在孔隙流體壓力前乘上了一個孔隙度，但對原始地層壓力非常高的異常高壓油氣藏而言，當(dāng)孔隙流體壓力下降很大時，原始地層壓力與孔隙流體壓力的差值非常大，與孔隙度相乘后數(shù)據(jù)仍很大，這時仍會有應(yīng)力敏感發(fā)生。也就是說，用多孔介質(zhì)有效應(yīng)力理論評價儲層巖石的敏感性，會得出異常高壓油氣藏儲層的巖石具應(yīng)力敏感性，而大多數(shù)的情況下低滲透儲層巖石不具敏感性。

如果敏感指數(shù)用式 (5.16b)評價，則儲層為應(yīng)力不敏感儲層。原因是，孔隙度非常小，而式中a₁是直線的斜率，滲透率與凈覆壓關(guān)系曲線基本平行于x軸，數(shù)據(jù)也非常小。它們與孔隙流體壓力的差值乘積自然非常小，應(yīng)力敏感指數(shù)接近于零。

圖5.10 就是壓力敏感實驗的典型曲線。

圖5.11 是6塊巖心圍壓由5MPa升到25MPa后再恢復(fù)到5MPa時不同滲透率巖心對應(yīng)的滲透率傷害率半對數(shù)曲線，對比可以發(fā)現(xiàn)，巖心的滲透率傷害程度都有不同程度的恢復(fù)，滲透率越高，恢復(fù)程度越大，最終的滲透率傷害率就越??；滲透率越低，恢復(fù)程度越小，最終的滲透率傷害率就越大。

圖5.10 樣品 13-23/60 (2)的圍壓與滲透率關(guān)系

圖5.11 圍壓為25MPa 時的滲透率與滲透率傷害率關(guān)系曲線

5.6.2.2 孔隙度隨壓力變化的關(guān)系

通?？梢栽跍y定應(yīng)力敏感實驗時測定、計算得到巖石的孔隙度?？紫抖榷x為巖石的孔隙體積與外表體積的比值：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：V_p——巖石孔隙體積，cm³；

V_b——巖石的外表體積，cm³。

應(yīng)力敏感實驗在加載的過程中，巖石的孔隙體積變?yōu)閂_p-ΔV_p，其中ΔV_p是孔隙體積的變化量。實驗室是通過測量巖石樣品排出的流體體積來確定的。按土壤力學(xué)的認識，巖石顆粒骨架本身的變形可以不考慮，則其外觀體積的變化等于孔隙中流體的體積變化量，即V_b-ΔV_p。

目前，巖石孔隙度的計算式是：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

實際的孔隙度計算式應(yīng)該是：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：ΔV_s——巖石顆粒骨架本身的變形體積，cm³；其他字母意義同前。

不存在內(nèi)壓時，孔隙度隨凈覆壓的變化可以用下面指數(shù)式表示：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：σ——地層凈覆壓，MP a；

a、b——計算常數(shù)。

若存在內(nèi)壓，按照雙重有效應(yīng)力理論，則式 (5.20)就變成下面的表達式：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

用原始地層壓力p_i代替孔隙流體壓力p，得到原始地層壓力條件下的孔隙度：

低滲透油藏滲流機理及應(yīng)用

式中：φ_i——原始地層壓力下的孔隙度。

深層的多孔介質(zhì)在巨大的上覆壓力作用下已經(jīng)發(fā)生了塑性變形 (結(jié)構(gòu)變形)，顆粒與顆粒之間呈緊湊排列，以緊湊方式排列的顆粒一般不會再發(fā)生相對位移，塑性變形 (結(jié)構(gòu)變形)基本沒有。變形除結(jié)構(gòu)變形外，還有巖石骨架顆粒本身的變形，這部分變形同巖石的結(jié)構(gòu)變形不同，是彈性變形，彈性變形是可以恢復(fù)的。從地下取出的巖心在應(yīng)力釋放后會產(chǎn)生變形，加載也會產(chǎn)生變形，整個過程中一般不會見到巖石產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的破壞，是彈性變形。

式 (5.18)中，由于借用了土壤力學(xué)的觀點沒有考慮巖石骨架顆粒的變形，因此，外觀體積的變化就比實際外觀體積的變化量小，造成測定加載過程中的孔隙度變小。

地表土壤多孔介質(zhì)的變形以塑性變形為主，而地下多孔介質(zhì)巖石的變形以巖石骨架顆粒的彈性變形為主，所以孔隙度變化幅度非常小。

三、儲層評價常規(guī)分析項目

儲層評價的常規(guī)分析項目包括薄片鑒定，孔、滲、飽測定，粒度分析和重礦分析等。它們是儲層評價中必不可少的基本測試項目。相對應(yīng)的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為:SY/T5913—2004“巖石制片方法”、SY/T5368—2000“巖石薄片鑒定”、SY/T5336—2000“巖心常規(guī)分析方法”、SY/T5434—1999“砂巖粒度分析方法”，以及SY/T6336—1997“沉積巖重礦物分離與鑒定方法”。

72.9.1.1 薄片鑒定

方法提要

試樣經(jīng)切片、膠固，和粗、細、精磨平面以后，粘在載物片上，然后再進行粗、細、精磨片。蓋好蓋片，置于巖石偏光顯微鏡下，觀察鑒定，進行分類和命名。

儀器和設(shè)備

切片機、自動磨片機、磨片機、拋光機。

偏光顯微鏡:配備機械臺、主數(shù)器、照相系統(tǒng)。

電爐、低溫(45～100℃)電烘箱、熱水器。

Ф25mm聚乙烯模具。

試劑和材料

黏合劑“501”、不發(fā)光的“502”、固體冷杉膠、環(huán)氧樹脂。

染色劑茜素紅、鐵氰化鉀、氫氟酸、亞硝酸鈷鈉，氯化鋇、玫棕酸鉀鹽。

巖石薄片制片

每塊試樣至少切取25mm×25mm×5mm或Ф25mm×5mm的巖樣兩塊，一塊磨制薄片，另一塊做手工標(biāo)本。巖屑試樣必須選取3個以上巖樣。將需要膠固的巖樣用電爐在溫度50～60℃加熱，除掉輕質(zhì)油及水分。將膠固好的巖樣在磨片機上用100號碳化硅金剛砂與水混合粗磨，然后進行第二次膠固。第二次固前的巖樣，放在磨片機上用W28號碳化硅金剛砂與水混合細磨，磨至平面光滑。然后將細磨好平面的巖樣用W7號白色剛玉金剛砂與水混合在玻璃板上精磨，磨至平面光亮為止。將固體冷杉膠涂在載物片的中尖部位和巖樣平面上，使巖樣與載物片膠合。將粘好在載物片上的巖樣，在磨片機或調(diào)好厚度的自動磨片機上粗磨，至厚度為0.28～0.40mm，巖片不脫膠，將粗磨好的巖片，在磨片機上磨至0.12～0.18mm，巖片保持完整。將細磨好的巖片，在玻璃板上用W20號白色剛玉金剛砂與水混合精磨，至0.04～0.05mm。偏光顯微鏡下，石英干涉色為一級黃色，無掉砂現(xiàn)象。然后用W7號白色剛玉金剛砂與水混合在玻璃板上磨至0.03mm。偏光顯微鏡下，石英干涉色為一級灰白色。如為碳酸鹽巖，則磨至0.04mm，偏光顯微鏡下，結(jié)構(gòu)清晰，干涉色為高級白。

鏡下觀察和鑒定內(nèi)容

在手標(biāo)本肉眼觀察鑒定的基礎(chǔ)上，制好的巖薄片都要置于偏光顯微鏡下觀察，系統(tǒng)描述鑒定巖石薄片鑒定內(nèi)容，視不同巖性而有差異。

1)砂巖。

a.礦物成分及含量。碎屑顆粒，雜質(zhì)和膠結(jié)物的成分及含量。

b.結(jié)構(gòu)。是指各組分的形態(tài)特征，包括碎屑顆粒本身的特點、膠結(jié)物的特點，以及碎屑與膠結(jié)物之間的關(guān)系。

c.顯微構(gòu)造。描述鏡下可見的構(gòu)造，如顆粒排列方式、結(jié)核構(gòu)造、顯微粒序?qū)永?、微細紋理、微沖刷面、同生變形及生物擾動構(gòu)造等。

d.儲集空間類型。按大小形態(tài)分為孔、洞、縫3大類，并按成因分類13個亞類，見表72.23。

表72.23 孔隙類型表

e.巖石定名。采用顏色+構(gòu)造+粒度+成分方式進行巖石定名，如灰白色塊狀中粒石英砂巖。一般砂巖類型可分為純石英砂巖、石英砂巖、次巖屑長石砂巖或次長石巖屑砂巖、長石巖屑砂巖或巖屑長石砂巖、長石砂巖、巖屑砂巖等，見表72.24。

表72.24 砂巖分類表(SY/T5368—2000)

2)碳酸鹽巖。

a.礦物成分及含量。

碳酸鹽礦物主要是方解石、白云石，其次是鐵白云石、鐵方解石、菱鐵礦和菱鎂礦等。還有自生的非碳酸鹽礦物，如石膏; 以及陸源碎屑混合物，如黏土礦物等。

礦物含量鏡下面積百分比統(tǒng)計。凡屬交代礦物，都應(yīng)計入礦物百分比中，但裂縫或空洞內(nèi)的任何填充物，均不計入。

b.結(jié)構(gòu)組分和結(jié)構(gòu)類型。

碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)在一定程度上反映了巖石的成因，它是巖石的重要鑒定標(biāo)志，也是巖石分類命名的依據(jù)。

① 具顆粒結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖。顆粒類型包括內(nèi)碎屑、鮞粒、生物顆粒、球粒、藻粒等;填隙物由化學(xué)沉淀物 (亮晶膠結(jié)物) 、泥晶基質(zhì)及少量陸原雜基及滲流粉砂組成; 注意它們的膠結(jié)類型。② 具晶粒結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖。注意晶粒的大小，自形程度。③ 具生物格架的碳酸鹽巖。描述造礁生物種類、骨架的顯微結(jié)構(gòu)、礦物成分，大小分布等特點。

c.沉積構(gòu)造。包括顯微層理、微型沖刷、充填構(gòu)造、結(jié)核構(gòu)造、縫合線及成巖收縮縫等，烏眼及示底構(gòu)造、生物鉆孔、潛穴生物擾動等。

d.成巖作用。主要有溶解作用、礦物的轉(zhuǎn)化作用和重結(jié)晶作用、膠結(jié)作用、交代作用、壓實作用和壓溶作用。注意觀察這些成巖階段 (同生期、早成巖期、晚成巖期、表生期) 、不同成巖環(huán)境 (海底成巖環(huán)境和大氣淡水成巖環(huán)境，淺—中埋藏成巖環(huán)境、深埋藏成巖環(huán)境、表生成巖環(huán)境) 中的特點和識別標(biāo)志。

e.孔隙和裂縫。用鑄體薄片觀察原生及次生孔隙，以次生孔隙發(fā)育為特征的儲層還包括構(gòu)造裂縫描述與觀察。從孔隙結(jié)構(gòu)類型來講，主要有粒內(nèi)、粒間、晶間、生物格架、遮蔽、鳥眼、鑄模等孔隙，還有溶孔、溶縫、溶溝、溶洞等。

f.巖石綜合定名 (表72.25) 。附加巖石名稱 (顏色 + 成巖作用類型 + 特殊礦物 + 特殊結(jié)構(gòu)) + 巖石基本名稱 (結(jié)構(gòu)命名 + 礦物成分) 命名，主要巖石類型有: 泥晶灰?guī)r或白云巖、粒屑泥晶灰?guī)r或白云巖、泥晶粒屑灰?guī)r或白云巖、亮晶粒屑灰?guī)r或白云巖。表72.25 碳酸鹽巖組構(gòu)分類命名

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

3) 巖漿巖。

a.結(jié)構(gòu)。① 巖漿巖結(jié)構(gòu)按晶粒大小可分粗粒大于 5mm、中粒 1～ 5mm、細粒 0.1～1mm。② 按結(jié)晶程度可分全晶質(zhì)、隱晶質(zhì)。③ 按礦物關(guān)系可分花崗結(jié)構(gòu)、交織結(jié)構(gòu)、輝綠結(jié)構(gòu)等。

b.構(gòu)造。有流紋構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造及珍珠構(gòu)造等。

c.巖漿巖巖石類型。見表72.26。

表72.26 巖漿巖巖石類型及特征

d.命名原則。巖漿巖的名稱包括基本名和附加名稱兩部分，基本名稱在后，附加名稱在前?；久Q根據(jù)主要造巖礦物確定，附加名稱要反映巖石的特殊性，可以是次生變化、結(jié)構(gòu)或構(gòu)造等。

4) 變質(zhì)巖。

a.礦物成分。

主要礦物，石英、方解石、鉀長石、角閃石、輝石、磷灰石等。次要礦物，綠泥石、白云母、鈉長石、剛玉等。特征礦物，紅柱石、矽線石、董青石、藍晶石、符山石等。

b.巖石類型。變質(zhì)巖所分類型見表72.27。

表72.27 變質(zhì)巖巖石類型及特征

① 區(qū)域變質(zhì)巖，板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、長英質(zhì)粒巖類、角閃質(zhì)巖類、麻粒巖類、榴輝巖類和大理巖類。② 混合巖類，注入混合巖、混合片麻巖、混合花崗巖。③ 接觸變質(zhì)巖。④ 動力變質(zhì)巖，包括構(gòu)造角礫巖、壓碎巖、糜棱巖、構(gòu)造片狀巖類等。

c.命名原則。特征礦物加主要的片狀或柱狀礦物 (長石種類) 加片麻巖。

5) 火山碎屑巖?；鹕剿樾紟r是火山作用產(chǎn)生的各種碎屑物，沉積后，經(jīng)熔結(jié)、壓結(jié)、水化學(xué)膠結(jié)等作用形成的巖石。

成分、主要類型特征。火山碎屑巖主要由火山碎屑物和火山填隙物兩部分物質(zhì)組成。根據(jù)成因、組分含量、成巖方式及碎屑粒度可將火山碎屑巖分為 3 大類 5 個亞類，見表72.28。

表72.28 火山碎屑巖分類

72.9.1.2 流體飽和度、孔隙率和滲透率測定

流體飽和度、孔隙率和滲透率是儲層孔隙特征的 3 個最基本的參數(shù)，它對儲層的認識與評價、油氣層產(chǎn)能的預(yù)測、油水在油層中的運動、水驅(qū)油效率以及提高采收率均具有實際意義。我國目前采用的測定方法是 SY/T 5336—2000 “常規(guī)巖心分析方法”。

(1) 常規(guī)巖心分析試樣的取樣與保存

選擇時，要根據(jù)儲層巖性變化、非均質(zhì)特性及其代表的深度，選取有代表性的巖樣，并及時快速包裝，使巖樣中的流體盡可能保持原狀。

井場取樣與保存

井場取樣主要是取分析油水飽和度的巖樣或有特殊性要求的巖樣。凡為其他分析項目所用的巖樣，可在巖心送到實驗室后再取。

進場取樣順序是: 巖心出筒，清除巖心表面鉆井液，立即按順序排列好，進行巖心描述，標(biāo)明井號、深度、筒次和塊號。

井場取樣每米最少應(yīng)取 3 塊樣，取樣長度 10cm 左右。井場取得的試樣，根據(jù)測試項目要求，儲存時間長短及巖性的不同，選用不同包裝和保存方式。分析油水飽和度的巖樣，采用避免液體蒸發(fā)及防止流體在巖樣內(nèi)移動的保存方式，常用容器密封法; 對于疏松或膠結(jié)差的巖樣，采用內(nèi)徑與巖樣外徑相近的容器或鋁箔加適當(dāng)支撐措施的保存方法。

實驗室取樣

將從巖心中心部位取來的巖樣分作 2 份，一份供取孔隙率、滲透率試樣; 另一份取40 左右，打成碎塊，放入已稱重的燒杯中，再將燒杯及巖樣一起稱重，供測定巖樣中水量樣。作滲透率測定的試樣，是用金剛石取心鉆頭及鋸片把巖心鉆切成圓柱形。對疏松巖心，冷凍的可用鉆床取樣，未冷凍的則用手工或?qū)Ｓ霉ぞ呷印ＰA柱巖樣的外徑為1.9～ 3.8cm，最小長度與直徑比為 1。作孔隙度測定試樣的取樣方式與作滲透率試樣的取樣方式相同，也可與測滲透率試樣共用 1 塊巖樣。

(2) 常規(guī)巖心流體飽和度測定

方法提要

將稱重的巖樣放油水飽和度測定儀的巖心室中。利用沸點高于水的溶劑蒸餾出巖樣中的水分，并將巖樣清洗干凈，供干瓶稱重。用抽提前后巖樣的質(zhì)量差減去水量，即得到含油量。

儀器設(shè)備

油水飽和度測定儀見圖72.16。

測定步驟

在抽提巖樣前，先將所用溶劑預(yù)蒸一遍，至少連續(xù)蒸 8h，保證其中無水分。把稱量后的巖樣放入抽提器的巖心杯中，加熱抽提到水量不再增加為止。規(guī)定每小時讀取 1 次水量，連續(xù)3 次，讀數(shù)變化不超過 0.1mL 即可。疏松砂巖需抽提 2～3h; 膠結(jié)好的需6～8h; 致密而又含高黏度原油的巖樣，需更長時間。抽提及烘樣完畢后稱量巖樣。用巖樣抽提前后的質(zhì)量之差減去水量 (設(shè)水的密度為1g/cm³) ，可得到油的質(zhì)量，再除以油密度，得到油體積。

計算公式

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:S_o為油飽和度，%;S_w為水飽和度，%;V_o為油體積，cm³;V_w為水體積，蒸出水量的讀數(shù)，mL;m₁為巖心杯重+巖樣重，g;m₂為巖心杯重+干巖樣重，g;m₃為巖心杯重，g;ρ_o為油密度，g/cm³;ρ_w為水密度，g/cm³;ρ_a為巖樣視密度，g/cm³;!_o為巖樣的有效孔隙度。

(3)常規(guī)巖心孔隙度測定(液體飽和法)

方法提要

將用液體(已知密度)飽和了的巖樣，懸掛于飽和用的液體中稱量。再將巖樣表面上的液體擦掉，在空氣中稱量。巖樣在空氣中與液體中兩次稱量之差，除以液體的密度就得到巖樣的總體積?？紫扼w積與總體積之比即為巖樣的孔隙度。

儀器設(shè)備

液體飽和儀裝置。

圖72.16 油水飽和度測定儀

測定步驟

將抽提烘干的已知質(zhì)量的巖樣放入真空干燥器中，抽空 2～8h，真空度低于 133.3Pa(1mmHg) 。對滲透率很低的巖樣，抽真空時間需要 18～ 24h。將事先經(jīng)過濾和抽空處理飽和用的液體引入真空干燥器中，繼續(xù)抽空 1h。隨后在常壓下浸泡 4h 以上。巖樣飽和后，將巖樣懸掛在盛有飽和液體的燒杯中，使巖樣全部浸入液體中稱量。迅速擦去巖樣表面的液體并稱量。巖樣在空氣中與液體中兩次稱量之差，除以液體的密度就得到巖樣的總體積。巖樣中油、氣、水體積可由流體飽和度測定法測得。巖樣中油、氣、水體積之和即為孔隙體積。由此可計算得到巖樣的孔隙度。計算中的顆粒體積可用氦孔隙計法測得。

孔隙度計算公式:

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:!為孔隙度;V_p為孔隙體積，cm³;V_G為顆粒體積，cm³;V_t為總體積，cm³。

(4)常規(guī)巖心氣體滲透率測定

滲透率是衡量流體在壓力差下通過多孔隙巖石能力的一種度量，單位常用10^-3μm²。

方法提要

待測試樣用游標(biāo)卡尺和其他方法相結(jié)合，測得其平均橫截面積。將此干凈巖樣置于氣體滲透率測定儀的巖心夾持器中。開通干燥氣體使之通過巖樣，測量氣體的流速，通過調(diào)節(jié)氣體的流速來調(diào)節(jié)巖樣兩端的壓差，記錄進出口壓力及氣體流速。根據(jù)氣體一維穩(wěn)定滲濾達西定律計算滲透率。

儀器設(shè)備

氣體滲透率測定儀。

測定流程

測定流程有2個，分別如圖72.17和圖72.18所示。

圖72.17 測定氣體滲透率流程之一

圖72.18 測定氣體滲透率流程之二

測定步驟

對形狀規(guī)則的巖樣，可用游標(biāo)卡尺測量其尺寸;如巖樣需用其他材料包封的，則應(yīng)在包封前測定巖樣尺寸，包封后再次測量。對兩端平行而形狀不規(guī)則的巖樣，用游標(biāo)尺測其長度，用其他方法測其總體積，用總體積除以長度就可得到巖樣的平均橫截面積。將所測干凈的巖樣置于合適的巖心夾持器中，調(diào)整好氣體滲透率測定儀。干燥氣體通過巖樣時，測量氣體的流速，通過調(diào)節(jié)氣體的流速來調(diào)節(jié)巖樣兩端的壓差。記錄進出口壓力及氣體流速。計算巖樣的氣體滲透率。

滲透率計算

氣體在巖樣中流動時，由氣體一維穩(wěn)定滲濾達西定律可得到下列計算滲透率的公式:

流程之一:

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

或流程之二:

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:k為滲透率，10^-3μm²;Q₀為絕對大氣壓時氣體流量，cm³/s;p_a為大氣壓力，MPa;μ為氣體黏度，mPa·s;L為巖樣長度，cm;A為巖樣截面積，cm²;p₁為進口壓力，MPa;p₂為出口壓力，MPa;C為儀器上直讀出的換算系數(shù) ;Q為節(jié)流器的流量值，cm³/s;h_w為節(jié)流器水柱高度，mm。

72.9.1.3 砂巖粒度分析

測定碎屑沉積物中不同粗細顆粒含量的方法稱粒度分析。粒度是碎屑沉積物的重要結(jié)構(gòu)特征，是其分類命名(如礫、砂、粉砂、黏土等)的基礎(chǔ)，是用來研究其儲油性能的重要參數(shù)(如粒度中值、分選系數(shù)等)，有時也可用粒度資料作為地層對比的輔助手段。粒度分析更廣泛地應(yīng)用于沉積學(xué)的研究，近幾年來已成為沉積環(huán)境研究的重要標(biāo)志。

方法提要

粒度分析一般有3種分析方法，即篩析法、沉降法和薄片粒度分析法。

a.篩析法。有機械篩析及音波振動式全自動篩分粒度儀自動篩析，用1/3～1/4#間距的不同孔徑的篩網(wǎng)將碎屑顆粒從粗至細逐級過篩分開，求得各粒級的質(zhì)量分數(shù)(%)。

b.沉降法。利用顆粒在水中沉降速度來劃分粒級。

c.薄片粒度分析。對于固結(jié)緊密，難于松散的砂巖或粉砂巖只能用薄片進行粒度分析。測得的是一定粒度的顆粒百分數(shù)，要把這數(shù)值換算成各粒級的質(zhì)量分數(shù)，與其他方法所得數(shù)據(jù)一致，以便對比與繪圖應(yīng)用。目前已發(fā)展成圖像法及顆粒計數(shù)法來取代人工薄片顆粒計數(shù)法。

本文僅涉及前兩種方法，相對應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T5434/T1999“砂巖粒度分析方法”。

儀器和裝置

電烘箱。

電動振篩機。

分析天平感量10mg。

分析天平感量0.1mg。

遠紅外干燥箱。

標(biāo)準(zhǔn)套篩。

濕篩0.053mm或0.034mm。

研缽或研磨機。

燒杯1000mL。

量筒1000mL。

蒸發(fā)皿50mL。

試劑

鹽酸。

硝酸。

乙醇。

六偏磷酸鈉。

分析步驟

1)巖樣處理。將巖樣粉碎或小于5mm的小塊，用溶劑抽提法和熱解法除去巖樣中的原油。不同類巖樣采取下列處理方法。

方解石膠結(jié)物，先將巖樣放入容器中，注入!=10%～15%的HCl，攪拌，至反應(yīng)完全，倒出殘酸，用水反復(fù)沖洗至中性為止;在酸洗過程中，防止倒掉極細的顆粒，將酸洗后的巖樣置于烘箱內(nèi)烘干。

白云石膠結(jié)物，用!=10%～15%的熱HCl溶解。

赤鐵礦、褐鐵礦膠結(jié)物，用(1+4)HCl煮沸。

黃鐵礦膠結(jié)物，用!=50%～10%的HNO₃煮沸。

黏土礦物膠結(jié)物，用水浸泡，置于水浴鍋稍加熱。

膏鹽膠結(jié)物，用水浸泡并加熱，如為硬石膏膠結(jié)，可用鹽酸加熱處理。

2)鹽酸加熱處理。處理好的巖樣用四分法或均分器取樣。稱取10～50g(精確至0.1g)試樣，放入燒杯內(nèi)，加適量清水，再加20mL0.0833mol/L六偏磷酸鈉溶液，浸泡12h，使巖石顆粒全部分散開，不破壞顆粒大小及形狀，然后用小于0.063nm的篩網(wǎng)，置于1000mL量筒上的漏斗中，用細而急的蒸餾水反復(fù)沖洗，至細顆粒全部沖入量筒內(nèi)。此懸浮液留作沉降分析，用水量不能超過95mL，留在濕篩上的試樣，用水沖洗到原先盛樣的燒杯里，放入干燥箱內(nèi)烘干，作篩析分析用。

3)篩析分析。粒徑大于0.0625mm的試樣作篩析分析。用分析天平稱樣，按!0.25組成的套篩，依序套好，振篩10min，將篩后的砂粒分別倒入器皿內(nèi)，逐個稱量，底盤中的砂粒倒入該樣的懸浮液中，作沉降分析。

4)沉降分析。將盛有懸浮液的量筒，加1000mL水，根據(jù)當(dāng)天的水溫及采樣深度，列出各顆粒級的采樣時間表，用攪拌器在量筒內(nèi)均勻攪拌1min(60次)。在某粒級的采樣時間到達前30s，平穩(wěn)地將吸液管放下至預(yù)定深度處，準(zhǔn)時吸取25mL，放入已編號并稱量的蒸發(fā)皿內(nèi)，吸液時間控制在20s左右。在烘箱中烘干懸浮液，再移入干燥箱，在105℃下恒溫2h，取出放入干燥器中，冷卻后稱量。

5)計算。篩析結(jié)果計算:

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:k₁為校正系數(shù);m₁為篩前砂粒總質(zhì)量，g;m₂為篩后各粒級總質(zhì)量，g;m₃為各粒級砂質(zhì)量，g;m₄為校正后各粒級砂質(zhì)量，g;x₁為各粒級含量，%;m₅為稱取試樣質(zhì)量，g。

沉降分析結(jié)果計算:

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

式中:m₆為某粒級干砂質(zhì)量，g;m₇為器皿質(zhì)量，g;m₈為分散劑溶質(zhì)質(zhì)量，g;m₉為器皿與分散劑溶質(zhì)及干砂的總質(zhì)量，g;V為量筒內(nèi)懸浮液總體積，mL;V₁為吸液體積，mL;x₂為占試樣含量，%;x₃為大于某粒級含量，%;x″₃、x'₃為大于某粗、細粒級含量，%;x₄為各粒級含量，%;∑x為累積含量，%。

72.9.1.4 重礦物分析

重礦物是指砂巖中密度大于2.86g/cm³的礦物。

方法提要

試樣置于相對密度大于2.86的重液中。利用重液和礦物相對密度差，使礦物沉浮而分離，在偏光顯微鏡下進行各種重礦物的鑒定和顆粒統(tǒng)計。計算各種重礦物的含量。

儀器和裝置

偏光顯微鏡。

雙目實體顯微鏡。

阿貝折射儀。

投射照明儀燈12V，50W。

巖石破碎機。

電熱干燥箱。

分析天平感量1mg和10mg。

標(biāo)準(zhǔn)分析篩孔徑0.25mm、0.063mm。

量杯1000mL。

燒杯1000mL。

蒸發(fā)皿50mL。

分液漏斗1000mL。

瓷研缽。

密度瓶。

棕色磨口瓶2500mL。

試劑和材料

三溴甲烷(ρ2.86～2.89g/mL)。

無水乙醇。

液體石蠟。

Α-溴代萘。

鹽酸。

二碘甲烷。

鑒定步驟

1)試樣的分離。經(jīng)過粗碎的試樣，放入1000mL燒杯中，加入500mL(5+95)HCl浸泡。每隔1h攪拌1次。若碳酸鹽膠結(jié)物多時，需要再加酸。試樣一般用鹽酸浸泡8h。浸泡后的試樣，用瓷研磨錘將試樣磨成單獨顆粒，倒入1000mL量杯中，放水沖泥，大于0.01mm的顆粒不要被沖走，每隔30min攪拌1次，直至量杯內(nèi)溶液全部透明為止。烘干試樣，用孔徑0.063mm和0.25mm的篩子過篩，取0.063～0.25mm的顆粒作重礦物分離。

用三溴甲烷配置密度2.86～2.89g/cm³的重液進行重礦物分離。稱取5g干燥的試樣，倒入裝有重液的分液漏斗，每隔15min用玻璃棒攪拌一次，共4次。最后一次攪拌后靜置30min。分出重礦物，用無水乙醇洗凈，放入烘箱中在105℃恒溫1h，取出，放在干燥器中30min后，用感量0.1mg的分析天平稱量，待用。

2)鏡下鑒定。置樣片于顯微鏡下，觀察一遍，大致了解重礦物種類和分布情況。然后從載玻片一端開始，按順序向另一端移動，選取有代表性的視域進行各種重礦物鑒定和顆粒統(tǒng)計，分別填入原始記錄表中。透明重礦物在透光下鑒定統(tǒng)計。不透明重礦物在反射光下鑒定統(tǒng)計。統(tǒng)計礦物時，要求陸源礦物總數(shù)在400顆以上，不足者，將礦物全部數(shù)完。自生礦物大于70%時，應(yīng)數(shù)出全部陸源礦物，自生礦物含量可數(shù)出一個或部分視域按統(tǒng)計陸源礦物的視域數(shù)加倍即可。礦物統(tǒng)計完后，將片子全面檢查一遍，補充遺漏礦物并記錄。

3)含量統(tǒng)計。將各視域的相同礦物顆粒相加，得出各礦物累計顆粒數(shù)，將各陸源礦物累計顆粒數(shù)相加，得出陸源礦區(qū)顆?？倲?shù)，將各自生礦物累計顆粒數(shù)相加，得出自生礦物顆?？倲?shù)。將陸源礦物顆?？倲?shù)和自生礦物顆?？倲?shù)相加，得出礦物顆?？倲?shù)。

巖石礦物分析第四分冊資源與環(huán)境調(diào)查分析技術(shù)

四、鉆井液、完井液引起儲層損害評價新方法——高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)的研究

余維初^{1，2，3}　蘇長明¹　鄢捷年²

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油大學(xué)（北京），北京102249；3.長江大學(xué)，荊州434023）

摘要 高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)是石油勘探開發(fā)中評價儲層損害深度與程度的新的評價實驗方法與實驗儀器，它可以測量巖心受入井流體損害前各分段的原始滲透率值，然后不需取出巖心，就可以直接在模擬儲層溫度、壓力及流速條件下，用泥漿泵驅(qū)替高壓液體罐中的入井流體，在巖心端面進行動態(tài)剪切損害。損害過程完成后，也不需取出巖心，而是通過換向閥門改變流體的流動方向，再由平流泵驅(qū)替液體，測量儲層巖心受損害后各段的滲透率值。通過對比巖心各分段的滲透率變化情況，即可確定巖心受入井流體損害的深度和程度，從而優(yōu)選出滿足保護油氣層需要的鉆井液與完井液。目前“評價系統(tǒng)”及配套智能化軟件已在多個油田企業(yè)投入使用，并取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞 巖心 儲層保護 動態(tài)損害 評價系統(tǒng) 鉆井液與完井液

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

隨著世界石油生產(chǎn)的不斷擴大與發(fā)展，油層傷害與保護的問題日益為各國石油工程師們所關(guān)注。油層傷害一旦產(chǎn)生，其補救措施需要付出昂貴的代價。因此，國外早在20世紀(jì)40～50年代就開始了油層傷害與保護的室內(nèi)試驗研究。我國也在20世紀(jì)70～80年代開始著手研究油層傷害問題，并建立了相應(yīng)的儲層損害評價實驗方法及相關(guān)儀器。然而隨著油氣田勘探與開發(fā)逐步轉(zhuǎn)向深層，原有的儲層損害評價方法已不能適應(yīng)。因此，要想在油氣層保護技術(shù)領(lǐng)域取得突破性成果，有必要建立一套完整的、能夠適應(yīng)更深的地層勘探開發(fā)的儲層損害評價新方法和與之相配套的評價手段，既可以測量巖心各段的原始和損害后滲透率，又能模擬儲層溫度、壓力及泥漿上返速度等條件對巖心進行動態(tài)損害評價的新方法、新儀器。

本文主要介紹了該“評價系統(tǒng)”的設(shè)計思路、設(shè)計原理、技術(shù)性能指標(biāo)、實驗參數(shù)計算方法及其應(yīng)用情況。

1 “評價系統(tǒng)” 的設(shè)計思路和工作原理

1.1 設(shè)計思路

（1）該“評價系統(tǒng)”首先要能夠測量巖心各段的原始滲透率（K_oi）和受損害后滲透率（K_di）。根據(jù)本項目組的專利技術(shù)滲透率梯度儀（專利號：91226407.1）的工作原理和設(shè)計思路，由達西定理公式便可很方便地計算出巖心各段損害前后的滲透率參數(shù)。

（2）根據(jù)本項目組專利技術(shù)新型智能高溫高壓巖心動態(tài)失水儀（專利號：ZL200420017823.7）的工作原理和設(shè)計思路，在模擬地層溫度、壓力、井眼環(huán)空泥漿上返速率的條件下對巖心某個端面進行動態(tài)剪切污染損害實驗。

（3）根據(jù)本項目組專利技術(shù)高溫高壓巖心動態(tài)損害評價實驗儀（專利號：200410030637.1，ZL200420047524.8）在滲透率測量完成后，不需取出巖心，而是在模擬地層溫度、壓力、井眼環(huán)空泥漿返速的條件下對巖心進行動態(tài)污染實驗。在對巖心進行動態(tài)損害時，利用相關(guān)閥門，關(guān)閉巖心多段滲透率的測量機構(gòu)，采用特制泥漿泵，在模擬地層溫度、壓力和井眼環(huán)空泥漿上返速度的條件下，對巖心的某個端面進行動態(tài)剪切污染，動態(tài)污染采用端面循環(huán)剪切式結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)一次裝入巖心就可以在模擬地層溫度、壓力、井眼環(huán)空泥漿返速的條件下對巖心進行動態(tài)污染，以及污染前后巖心多項滲透率參數(shù)測試的評價實驗研究。

（4）在多段滲透率測試過程中“評價系統(tǒng)”的重要組成部分使用了本項目組的專利技術(shù)高壓精密平流泵（專利號：ZL02278357.1）首次實現(xiàn)恒流、恒壓以及無脈動微量液體的輸送技術(shù)。

（5）“評價系統(tǒng)”的核心部分使用了本項目組的專利技術(shù)巖心夾持器（專利號：ZL93216048.4）首次采用金屬骨架硫化技術(shù)、“O”型密封圈技術(shù)以及橡膠的自封原理，打破了老型產(chǎn)品的擠壓式密封結(jié)構(gòu)，順利地實現(xiàn)了沿巖心軸向建立多測點技術(shù)。

該“評價系統(tǒng)”的一個突出特點是將巖心損害前后各段滲透率變化測試和對巖心端面的動態(tài)污染損害機構(gòu)有機地結(jié)合起來，從而順利地實現(xiàn)了設(shè)計目的。

1.2 儀器的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

為了實現(xiàn)在同一臺儀器上完成巖心的多段滲透率測試和模擬井下條件對巖心的動態(tài)損害，從而準(zhǔn)確高效地評價鉆井液保護油氣層的效果，根據(jù)鉆井工藝要求和上述設(shè)計思路，把高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)設(shè)計成如圖1所示的工藝流程，它主要由精密平流泵、泥漿泵、液體罐、端面動循環(huán)并帶多個測壓點的巖心夾持器、流量計、電子天平、氣源、壓力傳感器、溫度傳感器、環(huán)壓泵、回壓控制器、加熱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等部分組成。

圖1 高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)流程

1—氣源；2—高壓減壓閥；3—高壓液體罐；4—泥漿泵；5—流量計；6—電子天平；7—回壓控制器；8—環(huán)壓泵；9—端面循環(huán)的多測點巖心夾持器；10—閥門；11—壓力傳感器；12—精密平流泵；13—排污閥；14—數(shù)據(jù)采集器；15—數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（計算機、打印機）；16—加熱體

其主要工作原理是：當(dāng)關(guān)閉泥漿泵及相關(guān)閥門時，由精密平流泵驅(qū)替可進行巖心損害前后滲透率的測試；而當(dāng)打開泥漿泵、流體管路及相關(guān)閥門時，可對液體罐中的鉆井液或完井液在實際儲層條件下進行循環(huán)，從而實現(xiàn)對儲層巖心端面進行動態(tài)損害模擬。軟件界面如圖2右上角所示。

“評價系統(tǒng)”由兩大部分組成：鉆井過程的動態(tài)損害仿真系統(tǒng)和多段滲透率測試系統(tǒng)。在動態(tài)損害仿真系統(tǒng)中（如圖2左邊部分），氮氣瓶給泥漿罐加壓，泥漿循環(huán)泵控制流量，使鉆井液以一定的壓力和流量從泥漿罐里泵出，通過巖心夾持器與巖心的端面接觸，對巖心端面進行高溫高壓動態(tài)損害評價實驗，最后流回泥漿罐，形成密閉循環(huán)。在壓力作用下，泥漿中的液體經(jīng)過巖心而濾失，其動態(tài)失水經(jīng)過管線流到電子天平稱重，就可以測量出巖心的動失水速率等多項實驗參數(shù)。

在滲透率測試部分（如圖2右邊部分），精密平流泵驅(qū)動實驗液體進入巖心，經(jīng)過巖心流至電子天平。另外，多個壓力傳感器實時采集巖心各測壓點的壓力值，根據(jù)達西定理進而可以算出巖心損害前后各分段的滲透率參數(shù)。

圖2 高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng)軟件界面

1.3 數(shù)據(jù)采集與控制原理

1.3.1 硬件設(shè)計的總體思路

該“評價系統(tǒng)”控制部分硬件設(shè)計應(yīng)具備以下主要功能：①溫度控制，模擬井下高溫工況；②流量控制，能夠根據(jù)流量設(shè)定值準(zhǔn)確地控制磁力泵的排量，從而控制巖心端面鉆井液的流速，以模擬鉆井作業(yè)過程中實際泥漿環(huán)空返速；③圍壓監(jiān)測，巖心夾持器圍壓通過步進電機控制，儀器能夠根據(jù)設(shè)定值自動控制并監(jiān)測壓力，實時顯示在人機交互界面上；④儀器工作壓力監(jiān)測，泥漿循環(huán)的工作壓力由氣源調(diào)節(jié)給定，同時受泥漿溫度的影響，軟件儀器自動檢測壓力參數(shù)；⑤動濾失量計量，鉆井液對巖心的損害是否已經(jīng)完成，主要是看動濾失速率，當(dāng)損害已充分時，動濾失速率曲線上升趨于平衡，不再變化或變化微小，說明鉆井液對巖心的動態(tài)損害實驗已經(jīng)完成，這個過程一般需要150min，濾紙的動靜濾失速率道理也是一樣。

1.3.2 軟件部分

該“評價系統(tǒng)”控制軟件的人機交互、數(shù)據(jù)處理等功能由PC機完成，借助PC機強大的繪圖、數(shù)據(jù)處理功能為用戶提供一個實時性好、穩(wěn)定性強、界面直觀、使用方便的操作管理平臺。用戶可通過計算機軟件非常清晰地掌握整個儀器運行的情況，可方便、及時地對實驗過程中的各項參數(shù)進行調(diào)整，并對數(shù)據(jù)進行分析。為研究人員提供友好、便捷的人機交互全中文界面及數(shù)據(jù)處理環(huán)境，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，實驗曲線的繪制，數(shù)據(jù)報表的輸出和歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能，其中包括流體通過巖心的孔隙體積倍數(shù)，巖心各段的滲透率、滲透率損害率、滲透率恢復(fù)率、鉆井液與完井液通過巖心時的動濾失速率等實驗參數(shù)，并且由計算機直接打印出實驗數(shù)據(jù)報表，“評價系統(tǒng)”控制軟件的人機交互主界面見圖2所示。

1.4 主要技術(shù)指標(biāo)

該“評價系統(tǒng)”的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：（1）鉆井液與完井液污染壓力：0～10MPa，測量巖心滲透率流動壓力最大可達60MPa；（2）工作溫度：室溫～150℃（最大可達230℃）；（3）巖心端面流體線速度：0～1.8m/s；（4）實驗巖心規(guī)格：人造或天然儲層巖心，其尺寸為φ25×25-90；（5）測壓精度：±2‰；（6）鉆井液用量：2～3L；（7）滲透率測量范圍：（1～5000）×10^-3μm²；（8）電源：220V，50Hz（要求使用穩(wěn)壓電源）。

與其他油氣層損害評價實驗裝置相比，該“評價系統(tǒng)”無論在工作壓力和工作溫度方面，還是在巖心的滲透率測量范圍方面，均具有明顯優(yōu)勢。不難看出，它適用于各種滲透性儲層，以及出現(xiàn)異常高壓或異常低壓的儲層，還適用于在井底溫度超過150℃的深井中應(yīng)用。

2 實驗參數(shù)及計算方法

2.1 V_返的計算

在鉆井過程中，鉆桿和鉆鋌處的環(huán)空返速可用下式進行計算：

油氣成藏理論與勘探開發(fā)技術(shù)

式中：Q為鉆井現(xiàn)場泥漿泵排量（L/s）；D₁，R分別為鉆頭直徑和半徑（in）；D₂，r分別為鉆桿或鉆鋌的直徑和半徑（in）；

為泥漿在環(huán)空處的上返速度（m/s）。

巖心端面處剪切速率的大小通過使用變頻器調(diào)節(jié)泥漿泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，選擇合理排量的泥漿泵就可以任意模擬鉆井現(xiàn)場泥漿泵的排量。在鉆井過程中，根據(jù)泥漿環(huán)空水力學(xué)計算結(jié)果，當(dāng)鉆桿或鉆鋌處環(huán)形空間泥漿的上返速度

推薦值為0.5～0.6m/s時，才能形成平板型層流，從而滿足鉆井工藝的要求^［4］。

2.2 巖心動濾失速率的計算

根據(jù)鉆井液動濾失方程，鉆井液或完井液通過巖心時的動濾失速率可使用下式計算：

油氣成藏理論與勘探開發(fā)技術(shù)

式中：f_d為動濾失速率（mL/cm²·min）；Δθ為Δt時間內(nèi)的動濾失量（mL）；Δt為滲濾時間（s）；A為巖心端面滲濾面積（cm²）。

2.3 動態(tài)污染損害前后巖心各段滲透率的計算

在一定壓差的作用下，流體可在多孔介質(zhì)中發(fā)生滲流。一般情況下，其流動規(guī)律可用達西定律來描述。因此，在動態(tài)污染前后，巖心各段滲透率參數(shù)的計算可通過應(yīng)用達西定律公式來實現(xiàn)。由于是多點測試，可以將達西定律公式寫成：

。

3 實施效果

該項目技術(shù)產(chǎn)品已在江漢、江蘇、大慶、大港、吉林、中原、南方勘探公司、克拉瑪依、塔里木等各油田單位推廣了五十多臺套，大量的實驗研究表明，使用效果良好，它可以測量出巖心沿長度方向的非均質(zhì)性，并能判斷同一巖心在受鉆井、完井液損害前后各段滲透率和損害深度程度，也可評價各種增產(chǎn)措施的效果，優(yōu)選鉆井、完井液體系配方、優(yōu)化增產(chǎn)措施，達到保護油氣層的目的，并認識了油氣層特性，提高了油氣田的勘探和開發(fā)效率。上述各油田通過該“評價系統(tǒng)”篩選出的優(yōu)質(zhì)鉆井、完井液，起到了保護油氣層的效果，既降低了生產(chǎn)成本，又提高了油氣井產(chǎn)量，已經(jīng)取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。該成果的推廣應(yīng)用為保護油氣層技術(shù)研究和油氣田評價工作的開展提供了全新的評價手段和評價方法，還使得其在理論和實驗技術(shù)上獲得了重大突破，其實驗研究結(jié)果對油氣田勘探與開發(fā)方案的科學(xué)決策、油氣田的發(fā)現(xiàn)、提高油氣井產(chǎn)量、延長油田的開發(fā)周期以及保護油氣層領(lǐng)域的科學(xué)研究將起到十分重要的指導(dǎo)作用。

該評價新方法以及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品使科研成果及時轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，填補了我國在相關(guān)實驗技術(shù)領(lǐng)域裝備制造上的空白，具有同類技術(shù)的國際先進水平。

參考文獻

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［2］余維初，李淑廉等.滲透率梯度測試儀的研制.石油鉆采工藝［J］，1995，17（5）：82～86.

［3］樊世忠.《油氣層保護與評價》［M］.北京：石油工業(yè)出版社.1988.

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

［5］巖石物性滲數(shù)測試裝置CN2188205Y全文1995.1.25.

［6］一種巖心物性能自動檢測裝置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.

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