基于Kozeny-Carman方程的水相相对渗透率计算方法

岩石孔隙中流体的相对渗透率是储层评价、油气田开发的关键参数之一,与流体性质、岩石的润湿性、孔隙结构等有关。一般通过稳态法与非稳态法实验获得。由于相渗实验的周期长、成本高,且条件较为苛刻,难以在现场中进行大量的应用。以Kozeny–Carman方程和阿尔奇公式为基础,将复杂的孔隙结构及流体分布进行简化,得到了毛管渗流中外油内水和外水内油状态下水相的相对渗透率模型。并通过G油田4块岩心的实验数据对模型进行了分析。研究表明:外油内水状态下的水相相对渗透率模型与孔隙中油水渗流规律相符,用该模型计算的水相相对渗透率与实测数据较为吻合。     

胜坨油田岩石水洗前后物性变化的试验研究

研究了胜油田的油藏岩石用大量水冲刷前后岩石渗透率、毛细管压力及油水相对渗透率曲线的变化。试验结果表明，岩石水洗前后气体渗透率增加、孔隙半径增大的居多；气体渗透率减小、平均孔隙半径减小者也有之，另外还有气体渗透率、平均孔隙半径变化不大的情况。总之，油水相对渗透率变化情况比较复杂。     

胜坨油田岩石水洗前后物性变化的试验研究

研究了胜坨油田的油藏岩石用大量水冲刷前后岩石渗透率、毛细管压力及油水相对渗透率曲线的变化、试验结果表明，岩石水洗前后气体渗透率增加，孔隙半径增大的居多；气体渗透率减小，平均孔隙半径减小者也有之，另外还有气体渗透率，平均孔隙半径变化不大的情况，总之，油水相对渗透率变化情况比较复杂。     

应力敏感储层相对渗透率计算方法研究

对于存在应力敏感的储层,地层压力的变化造成孔隙度及渗透率的降低,影响流体渗流规律及特征,导致相对渗透率曲线形态发生变化。孔隙网络技术是计算相对渗透率的有效手段。在该技术的基础上,考虑储层应力敏感,建立孔隙微观结构特征参数动态模型,计算地层压力变化下的相对渗透率,研究相对渗透率曲线的动态变化规律,并拟合实验数据,拟合精度在误差范围之内,拟合结果良好。结果表明:该方法能用于计算应力敏感储层相对渗透率,为油气藏工程及数值模拟研究提供必要参数。     

离心毛管压力曲线表征及应用

回眸了利用离心毛管压力曲线实验数据,确定岩石的孔隙大小分布,分析岩石的单相流体流动特性,在室内快速评价油井工作液对储层的损害,确定润湿性和驱替能量,计算绝对渗透率和相对渗透率方法。用三参数双曲线方程拟合离心毛管压力实验数据,采用最小二乘法求解,获得毛管压力曲线解析表达式及其积分表达式和微分表达式,可拟合各类毛管压力曲线整个数据范围,便于曲线微分、积分、,准确计算岩心的入口饱和度,光滑实验数据、进行曲线外推求阈压。     

相对渗透率与含水饱和度关系微观机理

经验表明大多数岩石的相对渗透率随饱和度变化曲线具有中间段为直线但两端弯曲的特征。然而,目前对于相对渗透率比值变化规律的微观机理及原因不清楚。岩石多孔介质可以认为由一束束弯曲毛细管束组成,因此岩石多孔介质渗流规律是毛细管孔隙微观渗流的宏观反映。基于毛细管孔隙的两相渗流规律,在毛细管两相流流型分析基础上,研究了毛细管不同流态的微观渗流机理,建立了相对渗透率比值和流体饱和度关系的微观机理模型,从理论上阐述了岩石相对渗透率比值随流体饱和度变化的微观机理。研究表明:相对渗透率变化的微观机理模型与多孔介质渗流的经验规律相一致;液滴流及环状流分别导致了相对渗透率曲线的上翘及下翘;弹状流流态下相对渗透率变化的微观模型与经验公式拟合曲线基本一致;弹状流是曲线出现直线规律的根本原因,也是经验公式的理论基础。     

致密砂岩气藏气水相对渗透率曲线

以分形几何原理为基础,考虑流体润湿性及毛细管内气水两相流动,建立致密砂岩气水相对渗透率计算模型,通过求解得到气水相对渗透率解析计算公式。研究结果表明:本文模型计算结果与文献实验结果吻合度较高,从而验证了本文模型正确性。气水相对渗透率受到束缚水膜厚度、孔隙结构参数(孔隙分形维数、迂曲度分形维数)和气水黏度比影响。气水相对渗透率曲线随着束缚水膜厚度增大而向右平移。孔隙分形维数越大,气水相对渗透率越大,而迂曲度分形维数越大,气水相对渗透率越低。随着气水黏度比的增大,水相相对渗透率曲线几乎不发生变化,而气相相对渗透率曲线向右上方平移。     

相对渗透率比值和饱和度关系的微观机理

经验表明大多数岩石的相对渗透率比值随饱和度变化曲线具有中间段为直线但两端弯曲的特征。然而,目前对于相对渗透率比值变化规律的微观机理及原因不清楚。岩石多孔介质可以认为是由一束束弯曲毛细管束组成的,因此岩石多孔介质渗流规律是毛细管孔隙微观渗流的宏观反映。本文基于毛细管孔隙的两相渗流规律,在毛细管两相流流型分析基础上,研究了毛细管不同流态的微观渗流机理,建立了相对渗透率比值和流体饱和度关系的微观机理模型,从理论上阐述了岩石相对渗透率比值随流体饱和度变化的微观机理。研究表明：相对渗透率比值变化的微观机理模型与多孔介质渗流的经验规律相一致;液滴流及环状流分别导致了相对渗透率比值曲线的上翘及下翘;弹状流流态下相对渗透率比值变化的微观模型与经验公式（1）拟合曲线基本一致;弹状流是曲线出现直线规律的根本原因,也是经验公式（1）的理论基础。     

低渗透岩石声学特征及在含气性预测中的应用

针对低渗透储层含气性定性识别、定量预测困难等问题,开展了模拟地层条件下的声学岩石物理实验,定量 研究了围压、孔隙压力、有效应力和孔隙流体等对纵、横波速度的影响。系统分析了纵横波速度、弹性参数等与含气饱 和度的关系,并基于Krief 弹性参数预测方法对实验结果进行了验证分析。实验和数值模拟结果表明,岩石的声学性 质受孔隙度、压力、孔隙流体性质等因素的综合影响,纵横波速度比波阻抗交会和纵横波平方交会截距对孔隙流体 性质较为敏感,可用于含气储层的识别与评价,对利用声波测井资料进行储层流体性质识别具有重要指导意义。     

裂缝发育程度对低孔隙度岩石渗流特性的影响

低孔隙度岩石中的裂缝对储层渗透率具有重要影响,但裂缝的存在导致岩心代表性样品选取和高精度岩石物理参数测量困难。为研究裂缝对低孔隙度岩石渗透率的影响,通过高精度电子计算机断层扫描(computed tomography, CT)实验构建了低孔隙度岩石的三维数字岩心模型,采用添加平板裂缝的方法构建了不同裂缝参数的低孔隙度岩石数字岩心,并利用格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann method, LBM)方法计算了不同裂缝参数数字岩心模型的渗流场分布和绝对渗透率。结果表明,尽管低孔隙度岩石的数字岩心模型基质渗透率低,但裂缝的存在对岩石渗透率有一定程度的提高。然而,裂缝发育程度对渗透率影响规律不同：当单条裂缝孔隙度在0～0.4%时,裂缝对模型渗透率影响不明显;当单条裂缝孔隙度大于0.4%时,裂缝对模型渗透率具有显著影响;模型渗透率随裂缝开度增大而增大,随裂缝倾角增大而减小,随裂缝数量增加而增大。另外,裂缝与基质存在耦合作用,与裂缝相连的孔隙中流体流速明显提高,显示裂缝对基质孔隙的强连通作用。本研究结果对含裂缝的低孔隙度储层渗透率精确计算及储层压裂后的油气产能评价有指导意义。     

流体饱和岩石超声速度频散的特性研究

给出在实验超声频率下储层砂岩样品“局部流”模型理论频散、Biot理论频散与实验总频散的定量关系。在低压情况下,实验总频散与Biot理论频散差异较大,Biot理论频散不足以解释实际频散结果;而作者所用“局部流”模型理论频散（已包括Biot理论频散）与实际结果符合较好;压力较高时,“局部流”模型频散以及总频散均会下降,这时Biot理论可以解释流体饱和速度变化。孔隙度较大样品在加压的过程中会出现主导频散机制的转换。造成以上现象的根本原因是,岩石中低面率塑性孔隙随压力的变化,而孔隙刚度的差异是“局部流”作用存在的基础。研究了不同孔隙流体对岩石速度频散的影响。流体粘度增加,实验总频散与“局部流”模型频散均有较大增加,而Biot理论频散变化不大。流体的粘度,以及岩石的渗透率在两种频散机制中所起的作用是相反的。     

应用数字岩心对砂岩绝对渗透率研究

岩石渗透率作为岩石固有的物性参数,对于研究流体在岩石中的渗流过程具有重要意义;然而传统的研究方法只是在数值方面的计算,并未结合流体的实际流线。通过结合传统计算方法与数字岩心技术,使用Avizo三维重建软件对渗透率的计算结果与流线结合可视化结合处理,可清晰观察到流体流动流线及流体渗透压力分布;并得到渗透率张量的计算结果。可从流线观察得到岩石渗透率的各向异向。通过与实验室岩心所测量结果相对比,发现二者误差极小,说明重建结果可信,可用于工程实际计算。通过对数字岩心进行三维模拟,可以使研究者得到更为直观的结果,有利于进行更加客观的分析,为油藏工作者分析岩石物性参数时提供了一种新的方法。     

应用恒速压汞实验数据计算相对渗透率曲线

截取一段实际储层岩样 ,利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布 ,并拟合成连续分布函数 ,该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数 ,利用孔隙网络模型计算了油、水相对渗透率。计算结果与利用JBN法处理的实测结果对比表明 ,恒速压汞实验是确定岩石微观孔喉分布的一种非常有效的实验手段 ,可直接为孔隙网络模型提供主要的输入参数 ,能够得到反映微观孔隙结构特征的较合理的相对渗透率曲线 ,这对于用JBN法不满足或者处理结果不理想的实验具有重要的意义。     

一种碳酸盐岩流体替换新方法

针对碳酸盐岩的基质矿物类型非单一且孔隙结构复杂多变的特点,提出一种适用于碳酸盐岩的流体替换方法。以常规Gassmann方程为基础,采用流体因子分析的基质矿物体积模量反演方法和碳酸盐岩岩石物理模型的孔隙结构反演方法,得到岩石基质矿物的体积模量,并考察复杂孔隙结构的影响,实现碳酸盐岩的流体替换。岩石物理测试分析数据和实际测井资料的计算结果均证明了新方法的正确性和有效性。     

砂岩储层渗透率与压汞曲线特征参数间的关系

通过对大量岩样毛管压力数据的分析研究发现,在双对数坐标下储层岩石毛管压力曲线呈现明显的双曲线特征,且可用双曲线的两条渐近线Pd和Sb及孔喉几何因子Fg三个参数唯一确定,双曲线的顶点代表了非润湿相在岩石系统中完全占据能有效控制流体流动的那部分有效孔隙空间时的状态。且双曲线的位置形状参数或顶点参数决定了岩石绝对渗透率的大小。分别用位置形状参数和顶点参数成功建立了岩石绝对渗透率的估算模型,并用大量实测数据验证了估算模型的可靠性。     

应用恒速压汞实验数据计算相对渗透率曲线

截取一段实际储层岩样，利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布，并拟合成连续分布函数，该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数，利用孔隙网络模型计算了油、水相对渗透率。计算结果与利用JBN法处理的实测结果对比表明，恒速压汞实验是确定岩石微观孔喉分布的一种非常有效的实验手段，可直接为孔隙网络模型提供主要的输入参数，能够得到反映微观孔隙结构特征的较合理的相对渗透率曲线，这对于用JBN法不满足或者处理结果不理想的实验具有重要的意义。     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验.研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好.模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算.随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用.因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2％.     

基于连通导电理论和HB方程的骨架导电纯岩石电阻率模型

针对现有导电模型很难描述骨架含导电矿物黄铁矿的岩石导电规律的难题,利用骨架完全由导电颗粒组成的人造岩样以及骨架部分由导电颗粒组成的天然和人造岩样的岩电实验数据,研究水电阻率和导电颗粒体积分数变化对岩石导电规律的影响,得出骨架导电纯岩石的地层因素与孔隙度及电阻增大系数与含水饱和度在双对数坐标上为非线性关系,随水电导率减小或导电颗粒体积分数增大,地层因素和电阻增大系数值降低。根据骨架导电纯岩石的组成,结合连通导电理论特点,将骨架导电纯岩石分为不导电骨架相、导电骨架相和自由流体相。基于连通导电方程只能描述单一导电相的两相混合介质导电规律而HB方程能描述两相均导电的混合介质导电规律的特点,基于连通导电理和HB方程建立骨架导电纯岩石电阻率模型。结果表明,骨架导电纯岩石电阻率模型预测的地层因素与孔隙度以及电阻增大系数与含水饱和度的理论关系与实验规律相符且模型满足物理约束,该模型能够描述骨架完全和部分由导电矿物组成的纯岩石的导电规律,可用于定量评价骨架导电低阻油层的饱和度。     

温度、压力对莺-琼盆地储层岩石物性影响的实验研究

为探讨温度、压力的变化对储层岩石物性的影响,利用高温高压岩石物性参数测试系统对莺-琼盆地中深层砂岩储层岩样进行了气体介质的变温及高温变围压孔隙度和渗透率测试。实验结果表明,莺-琼盆地储层岩石在高温下的热膨胀会造成岩石的孔隙度和渗透率出现轻微下降,热膨胀效应对孔隙度影响很小(变化率3%),对渗透率的影响相对明显(平均变化率8%),且喉道越小,影响越大。在高温条件下(170℃),压力因素引起孔隙度和渗透率的下降幅度要大于单一温度的影响,岩石孔隙度的变化主要受初始孔隙空间大小及泥质含量的控制,而高温条件对岩石的渗透率降低有抑制作用。实验岩石表现出的温度及压力敏感特性主要受岩石刚性颗粒含量及胶结强度的控制。     

两种岩石的不同类型渗透特性实验及其机理分析

为研究岩石不同渗透特性,对石灰岩和闪长岩进行了瞬态渗透实验,研究了岩样全应力-应变过程中的渗透率演化规律以及孔隙压差与时间的关系,并建立了岩样变形破坏过程的应变-渗透率方程,最后分析了这两种不同类型岩石渗透机理.实验结果表明,闪长岩的渗透率在峰前很低且基本不变,在峰值强度时产生"突跳"现象,石灰岩的渗透率在岩石强度峰值前后随岩石变形逐渐增大.应变-渗透率曲线的拟合方程更能深刻描述岩石破裂过程的渗透规律,孔隙压差与时间的变化关系呈一元四次多项式的关系.岩石渗透性与岩石的应力状态和岩石内部结构及力学性质有关.