第四章岩石的特殊物理性质.docVIP

第四章 岩石特殊物理性质 岩石物理性质的分析测试已是一项成熟的技术，其分析测试结果已广泛应用于油气田的勘探开发计算中。由于常规分析测试是在实验室常温常压下进行，因此所测得参数与实际情况是有差距的，有的参数甚至是无法测得的。为适应科学研究水平不断提高对资料精度的需求，模拟地层条件下岩石物理性质的研究和测试则显得尤为重要。本章就地层条件下的物理性质及其分析测试技术进行介绍。 第一节 地层条件下的孔隙度 一、概念 油田开发前，产层上覆岩石和流体自重所产生的应力（外压）、产层中的流体压力（孔隙内压）以及岩石骨架所承受的压力（外压与内压的差值）处于平衡状态。油田投入开发后，随着产层中的流体被采出，油层压力不断下降，平衡遭到破坏，从而使外压与内压的差值（压差—有效应力）变大。此时，岩石颗粒被挤压变形，排列更加紧密而使孔隙体积缩小。 孔隙体积的减少（ΔVP）与地层岩石体积大小或实验岩样外表总体积（VT）的大小、地层压力的降低幅度（ΔP）以及岩石本身的弹性压缩系数Cf有关： 上式可改写成： （4-1） 式中,Cf——岩石的压缩系数，10-4MPa-1； VT——岩石总体积，cm3； ΔVP——油层压力降低ΔP时，孔隙体积减小值，cm3。 式（4-1）表示：当油层压力每降低单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积的减小值。正是由于压力降低表现出孔隙体积的缩小，才使油气不断地从产层流向井底。从驱油的角度而言，它驱使地层岩石孔隙内的流体流向井底。因此，岩石压缩系数的大小，也表示岩石弹性驱油能力的大小，所以，又称为岩石弹性压缩系数。 岩石压缩系数一般约为1~2×10-6MPa-1。尽管岩石的压缩系数很小，但考虑到还有流体的压缩系数，特别是当边水或底水水体很大时，岩石的压缩使孔隙体积缩小以及流体的压缩系数使流体发生膨胀，两者的共同作用，就可以从产层中将大量的流体驱替到生产井中去[1]。 地层压力下降，由于岩石孔隙体积的缩小和孔隙中原油的膨胀所产生的弹性驱油量可从下面的推导得到： 根据孔隙度概念 所以 （4-2） 式中，CL——液体压缩系数，MPa-1； j——岩石孔隙度； CP——岩石压缩系数。 设 （4-3） 则式4-2可写成： （4-4） C*为地层综合弹性压缩系数，其物理意义是：地层压力每降低单位压降时，单位体积岩石中孔隙和液体总的体积变化。它代表了岩石和流体弹性的综合影响，是考虑地层的弹性储量和弹性能量的一个重要参数。由此可以看出，岩石压缩性的大小，直接影响到岩石的储集能力的大小。 岩石压缩系数的概念，我国所用Cf=ΔVp/（VTΔp）与前苏联相同，而美国常定义岩石压缩系数Cf为油层每改变单位压降时，对单位孔隙体积而言的孔隙体积变化值，即 （4-5） 式中，VP——岩石孔隙体积，其他符号同前。 因此，两种压缩系数之间的关系为： 常规岩石孔隙度可通过测定岩石的压缩系数CP，采用В.Н.尼科拉耶夫斯基所推导的公式 （4-6） 即可将实验室条件下所测的孔隙度值转换为地层条件下的孔隙度。 在用物质平衡方法计算储量时要用到孔隙体积压缩系数，特别是对于不饱和油藏，这个系数更加重要。 二、实验室测定方法 1.测定装置 图4-1-1 图4-1-1 单轴压缩仪 1）单向压缩仪（图4-1-1） 单向压缩仪的岩心室是一个厚壁、刚性很好，底部开孔的金属园筒，岩样和筒的内壁粘合很好。当对岩样垂向加载时，实验装置能够有效地控制岩样不发生横向形变。因此，可通过垂向位移传感器测量不同压力条件下的岩石体积的变化量。岩样上下端面连接的孔隙流体管路与孔隙压力控制系统和计量装置相连，用以测量孔隙压力和相应的孔隙体积变化量。 这种加载方式与地层岩石受压状况非常相似：岩石只在垂向上发生形变，横向形变趋于零。因此，该装置可直接测量相应地