渗透率测定方法_渗透率测试步骤

钻井液、完井液引起储层损害评价新方法——高温高压岩心动态损害评价系统的研究

余维初1，2，3　苏长明1　鄢捷年2

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油大学（北京），北京102249；3.长江大学，荆州434023）

摘要 高温高压岩心动态损害评价系统是石油勘探开发中评价储层损害深度与程度的新的评价实验方法与实验仪器，它可以测量岩心受入井流体损害前各分段的原始渗透率值，然后不需取出岩心，就可以直接在模拟储层温度、压力及流速条件下，用泥浆泵驱替高压液体罐中的入井流体，在岩心端面进行动态剪切损害。损害过程完成后，也不需取出岩心，而是通过换向阀门改变流体的流动方向，再由平流泵驱替液体，测量储层岩心受损害后各段的渗透率值。通过对比岩心各分段的渗透率变化情况，即可确定岩心受入井流体损害的深度和程度，从而优选出满足保护油气层需要的钻井液与完井液。目前“评价系统”及配套智能化软件已在多个油田企业投入使用，并取得了良好的应用效果。

关键词 岩心 储层保护 动态损害 评价系统 钻井液与完井液

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-chu1，2，3，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

随着世界石油生产的不断扩大与发展，油层伤害与保护的问题日益为各国石油工程师们所关注。油层伤害一旦产生，其补救措施需要付出昂贵的代价。因此，国外早在20世纪40～50年代就开始了油层伤害与保护的室内试验研究。我国也在20世纪70～80年代开始着手研究油层伤害问题，并建立了相应的储层损害评价实验方法及相关仪器。然而随着油气田勘探与开发逐步转向深层，原有的储层损害评价方法已不能适应。因此，要想在油气层保护技术领域取得突破性成果，有必要建立一套完整的、能够适应更深的地层勘探开发的储层损害评价新方法和与之相配套的评价手段，既可以测量岩心各段的原始和损害后渗透率，又能模拟储层温度、压力及泥浆上返速度等条件对岩心进行动态损害评价的新方法、新仪器。

本文主要介绍了该“评价系统”的设计思路、设计原理、技术性能指标、实验参数计算方法及其应用情况。

1 “评价系统” 的设计思路和工作原理

1.1 设计思路

（1）该“评价系统”首先要能够测量岩心各段的原始渗透率（Koi）和受损害后渗透率（Kdi）。根据本项目组的专利技术渗透率梯度仪（专利号：91226407.1）的工作原理和设计思路，由达西定理公式便可很方便地计算出岩心各段损害前后的渗透率参数。

（2）根据本项目组专利技术新型智能高温高压岩心动态失水仪（专利号：ZL200420017823.7）的工作原理和设计思路，在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆上返速率的条件下对岩心某个端面进行动态剪切污染损害实验。

（3）根据本项目组专利技术高温高压岩心动态损害评价实验仪（专利号：200410030637.1，ZL200420047524.8）在渗透率测量完成后，不需取出岩心，而是在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆返速的条件下对岩心进行动态污染实验。在对岩心进行动态损害时，利用相关阀门，关闭岩心多段渗透率的测量机构，采用特制泥浆泵，在模拟地层温度、压力和井眼环空泥浆上返速度的条件下，对岩心的某个端面进行动态剪切污染，动态污染采用端面循环剪切式结构。实现一次装入岩心就可以在模拟地层温度、压力、井眼环空泥浆返速的条件下对岩心进行动态污染，以及污染前后岩心多项渗透率参数测试的评价实验研究。

（4）在多段渗透率测试过程中“评价系统”的重要组成部分使用了本项目组的专利技术高压精密平流泵（专利号：ZL02278357.1）首次实现恒流、恒压以及无脉动微量液体的输送技术。

（5）“评价系统”的核心部分使用了本项目组的专利技术岩心夹持器（专利号：ZL93216048.4）首次采用金属骨架硫化技术、“O”型密封圈技术以及橡胶的自封原理，打破了老型产品的挤压式密封结构，顺利地实现了沿岩心轴向建立多测点技术。

该“评价系统”的一个突出特点是将岩心损害前后各段渗透率变化测试和对岩心端面的动态污染损害机构有机地结合起来，从而顺利地实现了设计目的。

1.2 仪器的组成结构及工作原理

为了实现在同一台仪器上完成岩心的多段渗透率测试和模拟井下条件对岩心的动态损害，从而准确高效地评价钻井液保护油气层的效果，根据钻井工艺要求和上述设计思路，把高温高压岩心动态损害评价系统设计成如图1所示的工艺流程，它主要由精密平流泵、泥浆泵、液体罐、端面动循环并带多个测压点的岩心夹持器、流量计、电子天平、气源、压力传感器、温度传感器、环压泵、回压控制器、加热系统、数据采集与处理系统等部分组成。

图1 高温高压岩心动态损害评价系统流程

1—气源；2—高压减压阀；3—高压液体罐；4—泥浆泵；5—流量计；6—电子天平；7—回压控制器；8—环压泵；9—端面循环的多测点岩心夹持器；10—阀门；11—压力传感器；12—精密平流泵；13—排污阀；14—数据采集器；15—数据处理系统（计算机、打印机）；16—加热体

其主要工作原理是：当关闭泥浆泵及相关阀门时，由精密平流泵驱替可进行岩心损害前后渗透率的测试；而当打开泥浆泵、流体管路及相关阀门时，可对液体罐中的钻井液或完井液在实际储层条件下进行循环，从而实现对储层岩心端面进行动态损害模拟。软件界面如图2右上角所示。

“评价系统”由两大部分组成：钻井过程的动态损害仿真系统和多段渗透率测试系统。在动态损害仿真系统中（如图2左边部分），氮气瓶给泥浆罐加压，泥浆循环泵控制流量，使钻井液以一定的压力和流量从泥浆罐里泵出，通过岩心夹持器与岩心的端面接触，对岩心端面进行高温高压动态损害评价实验，最后流回泥浆罐，形成密闭循环。在压力作用下，泥浆中的液体经过岩心而滤失，其动态失水经过管线流到电子天平称重，就可以测量出岩心的动失水速率等多项实验参数。

在渗透率测试部分（如图2右边部分），精密平流泵驱动实验液体进入岩心，经过岩心流至电子天平。另外，多个压力传感器实时采集岩心各测压点的压力值，根据达西定理进而可以算出岩心损害前后各分段的渗透率参数。

图2 高温高压岩心动态损害评价系统软件界面

1.3 数据采集与控制原理

1.3.1 硬件设计的总体思路

该“评价系统”控制部分硬件设计应具备以下主要功能：①温度控制，模拟井下高温工况；②流量控制，能够根据流量设定值准确地控制磁力泵的排量，从而控制岩心端面钻井液的流速，以模拟钻井作业过程中实际泥浆环空返速；③围压监测，岩心夹持器围压通过步进电机控制，仪器能够根据设定值自动控制并监测压力，实时显示在人机交互界面上；④仪器工作压力监测，泥浆循环的工作压力由气源调节给定，同时受泥浆温度的影响，软件仪器自动检测压力参数；⑤动滤失量计量，钻井液对岩心的损害是否已经完成，主要是看动滤失速率，当损害已充分时，动滤失速率曲线上升趋于平衡，不再变化或变化微小，说明钻井液对岩心的动态损害实验已经完成，这个过程一般需要150min，滤纸的动静滤失速率道理也是一样。

1.3.2 软件部分

该“评价系统”控制软件的人机交互、数据处理等功能由PC机完成，借助PC机强大的绘图、数据处理功能为用户提供一个实时性好、稳定性强、界面直观、使用方便的操作管理平台。用户可通过计算机软件非常清晰地掌握整个仪器运行的情况，可方便、及时地对实验过程中的各项参数进行调整，并对数据进行分析。为研究人员提供友好、便捷的人机交互全中文界面及数据处理环境，同时实现数据的存储，实验曲线的绘制，数据报表的输出和历史数据的查询等功能，其中包括流体通过岩心的孔隙体积倍数，岩心各段的渗透率、渗透率损害率、渗透率恢复率、钻井液与完井液通过岩心时的动滤失速率等实验参数，并且由计算机直接打印出实验数据报表，“评价系统”控制软件的人机交互主界面见图2所示。

1.4 主要技术指标

该“评价系统”的主要技术性能指标如下：（1）钻井液与完井液污染压力：0～10MPa，测量岩心渗透率流动压力最大可达60MPa；（2）工作温度：室温～150℃（最大可达230℃）；（3）岩心端面流体线速度：0～1.8m/s；（4）实验岩心规格：人造或天然储层岩心，其尺寸为φ25×25-90；（5）测压精度：±2‰；（6）钻井液用量：2～3L；（7）渗透率测量范围：（1～5000）×10-3μm2；（8）电源：220V，50Hz（要求使用稳压电源）。

与其他油气层损害评价实验装置相比，该“评价系统”无论在工作压力和工作温度方面，还是在岩心的渗透率测量范围方面，均具有明显优势。不难看出，它适用于各种渗透性储层，以及出现异常高压或异常低压的储层，还适用于在井底温度超过150℃的深井中应用。

2 实验参数及计算方法

2.1 V返的计算

在钻井过程中，钻杆和钻铤处的环空返速可用下式进行计算：

油气成藏理论与勘探开发技术

式中：Q为钻井现场泥浆泵排量（L/s）；D1，R分别为钻头直径和半径（in）；D2，r分别为钻杆或钻铤的直径和半径（in）；

为泥浆在环空处的上返速度（m/s）。

岩心端面处剪切速率的大小通过使用变频器调节泥浆泵的转速来实现，选择合理排量的泥浆泵就可以任意模拟钻井现场泥浆泵的排量。在钻井过程中，根据泥浆环空水力学计算结果，当钻杆或钻铤处环形空间泥浆的上返速度

推荐值为0.5～0.6m/s时，才能形成平板型层流，从而满足钻井工艺的要求［4］。

2.2 岩心动滤失速率的计算

根据钻井液动滤失方程，钻井液或完井液通过岩心时的动滤失速率可使用下式计算：

油气成藏理论与勘探开发技术

式中：fd为动滤失速率（mL/cm2·min）；Δθ为Δt时间内的动滤失量（mL）；Δt为渗滤时间（s）；A为岩心端面渗滤面积（cm2）。

2.3 动态污染损害前后岩心各段渗透率的计算

在一定压差的作用下，流体可在多孔介质中发生渗流。一般情况下，其流动规律可用达西定律来描述。因此，在动态污染前后，岩心各段渗透率参数的计算可通过应用达西定律公式来实现。由于是多点测试，可以将达西定律公式写成：

。

3 实施效果

该项目技术产品已在江汉、江苏、大庆、大港、吉林、中原、南方勘探公司、克拉玛依、塔里木等各油田单位推广了五十多台套，大量的实验研究表明，使用效果良好，它可以测量出岩心沿长度方向的非均质性，并能判断同一岩心在受钻井、完井液损害前后各段渗透率和损害深度程度，也可评价各种增产措施的效果，优选钻井、完井液体系配方、优化增产措施，达到保护油气层的目的，并认识了油气层特性，提高了油气田的勘探和开发效率。上述各油田通过该“评价系统”筛选出的优质钻井、完井液，起到了保护油气层的效果，既降低了生产成本，又提高了油气井产量，已经取得了巨大的经济效益和社会效益。该成果的推广应用为保护油气层技术研究和油气田评价工作的开展提供了全新的评价手段和评价方法，还使得其在理论和实验技术上获得了重大突破，其实验研究结果对油气田勘探与开发方案的科学决策、油气田的发现、提高油气井产量、延长油田的开发周期以及保护油气层领域的科学研究将起到十分重要的指导作用。

该评价新方法以及相关技术产品使科研成果及时转化为生产力，填补了我国在相关实验技术领域装备制造上的空白，具有同类技术的国际先进水平。

参考文献

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［8］Appartus and method for measuring relative permeability and capillary pressure of porous rock.US5297420，1994.3～29.

硅胶的水汽渗透率怎么测

目前所使用的药用干燥剂主要是硅胶干燥剂；无色透明状球形颗粒，一般要求其含水量＜2%，室温条件下，空气相对湿度≥90时，其吸附量要≥35%根据行业标准的规定，硅胶干燥剂的吸附量（也可以理解为吸水率，但不完全正确。硅胶不仅仅吸水，还可以吸附气体。但由于在一般环境下吸附气体的量非常少，基本忽略不计了）的测定法有两种：静态吸附法、动态吸附法。由于行业标准中将静态吸附法定为仲裁法，所以我只给你介绍这一种方法。静态吸附法（仲裁法）：将一定量硅胶粉碎，用850pm试验筛(5.2.1)过筛，均匀混合，在170℃一190℃的烘箱中加热2小时。取约0.3g~0.5g迅速地置于称量瓶中，并尽量摊平均匀，立刻盖紧瓶塞，放于干燥器中，冷却至室温，准确称量m，精确至0.0002g，分别放入一定空气湿度（分别为RH=20%,RH=50%,RH=90%)的密闭容器中，并在(25士2.5)℃条件下保持48小时，之后取出立刻盖紧瓶塞并称量n，精确至0.0002g，然后按照以下公式计算，得出吸附量。吸附量=（m-n）/m%需要注意的是，不同的空气相关湿度是用配制不同浓度的硫酸水溶液而制得的。如果没有条件制得，可以用简单的空气湿度表测得当前空气的湿度，然后依照上述法操作，也可获得在当前空气湿度条件下的吸附量，当然，结果不是很准确。

氧气渗透率是什么意思

氧气渗透率是针对一些包装物或者材料检测中涉及到的概念，如“GB/T 19789 包装材料塑料薄膜和薄片氧气透过性试验库仑计检测法”中规定，氧气渗透率采用等压法测试原理，将透气室分成两部分，试样的一侧通氧气，另一侧通氮气载气，透过试样的氧气随氮气载气一起进入库仑计中进行化学反应并产生电压，该电压与单位时间内通过库仑计的氧气数量成正比。我们单位用的兰光OX2/231，说明书中提到将预先处理好的试样夹紧于测试腔之间，氧气或空气在薄膜的一侧流动，高纯氮气在薄膜的另一侧流动。氧气分子穿过薄膜扩散到另一侧中的高纯氮气中，被流动的氮气携带至传感器。通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析，从而计算出氧气透过率等参数。对于包装容器而言，高纯氮气在容器内流动，空气或高纯氧气包围在容器的外侧。希望能够帮到你

裂缝参数与测量方法

（一） 裂缝的基本参数

对于一个裂缝组系来说，裂缝的基本参数是指裂缝的宽度、大小、产状、间距、密度、充填性质等。这些参数可在野外露头和岩心上直接测量，也可以利用测井资料间接求取。

1. 裂缝宽度 （张开度）

裂缝宽度，也叫张开度 （或叫开度），是指裂缝壁之间的距离。这个参数是定量描述裂缝的重要参数，它与裂缝孔隙度和渗透率，特别是渗透率的关系很大。裂缝宽度可以在露头表面、岩心及铸体薄片上直接测得，也可以通过测井间接求取。

斯伦贝谢公司A. M. Sibbitt et al. （1985） 仅对最简单的一条裂缝 （水平或垂直） 用二维有限元法进行了数值计算，得出双侧向测井解释方法。他们没有考虑不同角度、多组裂缝的情况，得到了计算一条裂缝宽度的公式。

垂直裂缝：

油气田开发地质学

水平裂缝：

油气田开发地质学

式中：b——裂缝宽度，mm；CLLD，CLLS——深、浅双侧向电导率，S/m；Cm——泥浆电导率，S/m；Cb——基质电导率，S/m。

周文 （1998） 提出了垂直 （近垂直） 裂缝的双侧向测井计算公式：

油气田开发地质学

式中：b——裂缝宽度，μm；gd，gs——深、浅双侧向几何因子；α——裂缝平均倾角，（°）；Dd，Ds——深、浅双侧向电极探测深度 （根据测量仪系列选定），m；r——井筒半径，m；H——侧向测井聚集电流层厚度，m；RLLD，RLLS——深、浅双侧向电阻率，Ω·m；Rm——泥浆电阻率，Ω·m。

2. 裂缝的间距

裂缝间距是指两条裂缝之间的距离。对于岩石中同一组系的裂缝，应对其间距进行测量。所谓同一组系裂缝，是指那些具有成因联系、产状相近的多条裂缝的组合。裂缝间距变化较大，由几毫米可变化到几十米。

裂缝间距小于井径时，要在岩心上进行观测，并统计裂缝的间距。观测过程中要注意不同岩性中裂缝间距的变化和裂缝间距的级别。

裂缝间距大于井径时，在岩心上是无法直接观测裂缝间距的，因而至今尚无一种较好的估算裂缝间距的方法。Narr （1994） 提出了根据岩心资料估算地下裂缝间距的概率统计方法，称为裂缝间距指数法。

大量野外露头观测表明，在一套岩石性质相同的岩层中，裂缝间距（S）与裂缝所在层的层厚（T）呈线性关系。Narr定义裂缝所在层的层厚与裂缝间距之比为裂缝间距指数 （I）：

I＝T/S

对于同一种岩性，I是常数。缝所在层愈厚，裂缝间距愈大；缝所在层愈薄，裂缝间距愈小。对于不同的岩性，若层厚相同，则I愈大，裂缝间距愈小，裂缝愈发育，或者密集；I愈小，裂缝间距愈大，裂缝愈不发育或者稀疏。

Narr认为，可利用岩心上一套岩性大致相同的岩层中各层 （出现裂缝的和未出现裂缝的层） 的层厚和出现裂缝层的层数计算裂缝间距，这就是裂缝间距指数法（图4-36）。

图4-36 钻孔穿透4层岩性大致相同、层厚不同的岩层裂缝分布示意图

裂缝间距指数法的具体步骤是：

（1） 在研究区，根据几口井岩心观测到的同一层位、岩性大致相同、同一方向裂缝的层厚、裂缝发育层数、岩心直径、岩心轴与层面和裂缝的夹角等编制E-I关系曲线（图4-37）。这条曲线是依据一系列裂缝层数、层厚及计算出的相应裂缝间距指数而得到的，也称为理论曲线。应该对研究区常见的每种岩石类型和不同方位的裂缝分别编制E-I曲线，因为裂缝间距指数法计算裂缝间距指数或裂缝间距时是对每种岩性、每组裂缝单独进行的。

（2） 只要确定岩心上裂缝层数 （E） 投到E-I理论曲线上，就可得到相应的裂缝间距指数。

应用裂缝间距指数法对同一地区多口井同一层位 （岩性） 的分析，可作出研究区裂缝间距指数等值线图，根据该图可预测研究区裂缝的发育程度，并做出地质解释。对同一井裂缝间距指数的分析可以判断裂缝的发育程度与岩性和裂缝方位的关系。这对裂缝的定量描述和预测都有十分重要的意义。

裂缝间距指数法的优点在于：(1)在可分辨裂缝方位的情况下，可分组分岩性确定裂缝间距；(2)考虑了影响裂缝间距的两个主要因素，即岩性和层厚；(3)能较客观地反映裂缝的发育程度。

图4-37 E-I关系曲线 （据Narr，1984）D—井径；θ和β—岩心轴与层面和裂缝的夹角；T—不同力学性质的层厚

3. 裂缝密度

裂缝密度反映了裂缝的发育程度，是十分重要的裂缝参数。它与裂缝孔隙度和渗透率直接相关。根据测量的参照系的不同，可分为3种密度类型。

（1） 线性裂缝密度 （LfD，简称线密度）

指与一条直线 （垂直于流动方向的直线或岩心中线） 相交的裂缝条数与该直线长度的比值：

油气田开发地质学

式中：LfD——线性裂缝密度，也称为裂缝频率或裂缝率，m-1；LB——所作直线的长度，m；nf——与所作直线相交的裂缝数目，条。

（2） 面积裂缝密度 （AfD，简称面密度）

指流动横截面上裂缝累计长度 （L） 与该横截面积 （SB） 的比值：

油气田开发地质学

式中：AfD——面积裂缝密度，m-1；L——裂缝总长度，m；nf——裂缝总条数，条；l——裂缝平均长度，m：SB——流动横截面积. m2。

（3）体积裂缝密度 （VfD，简称体密度）

指裂缝总表面积 （S） 与岩石总体积 （VB） 的比值：

油气田开发地质学

式中：VfD——体积裂缝密度，m-1；S——裂缝总表面积，m2；VB——岩石总体积，m3。

上述3种裂缝密度的单位均为长度的倒数，常以m-1来表示。裂缝体积密度是静态参数，而面积密度和线性密度都与流体流动的方向有关。

在油田，也常把每米岩心上见到的裂缝条数或长度定义为裂缝密度。

影响裂缝密度的因素很多，其中地质因素有岩石成分、粒度、孔隙度、层厚及构造位置等。总的来说，相对坚硬、致密、层薄的岩层，在应力集中或曲率大的构造部位具有较高的裂缝密度。

利用岩心是计算油田裂缝密度的主要途径。T·D·范高尔夫-拉特 （1989） 推导了基于理想模型的裂缝密度和基于岩心模型的裂缝密度计算方法。后一种方法更符合油田实际，介绍如下。

体积裂缝密度的表达式为：

油气田开发地质学

式中：Si——单一裂缝表面积，可由裂缝参数通过计算获得，m2；Vt——计算单元内岩心柱体积，其值等于πD2H/4，其中，H——计算单元内岩心长度，通常为0.5m，与侧向测井分辨率相匹配，D——岩心直径，m。

体积裂缝密度的定量计算关键在于裂缝面积的定量计算。根据裂缝与岩心的交切关系，推导计算裂缝面积的数学表达式如下：

当裂缝倾角0°≤αi 90°，且裂缝与岩心的交切较为规则时（图4-38A）：

油气田开发地质学

式中：αi——裂缝倾角， Li——裂缝倾向长度，m；D——岩心直径，m。

当裂缝倾角为0°≤αi 90°，且裂缝与岩心交切不规则时（图4-38B），设裂缝切割岩心的弧长为M，则

油气田开发地质学

式中：M——裂缝切割岩心的弧长，m；其他参数同上。

当裂缝倾角为αi＝90°时 （图4-38 C）：

Si＝LiCi

式中：Ci——裂缝走向长度；其他参数同上。

由上3式可计算出各种情况下的裂缝面积，由此计算出岩心裂缝体积密度。

图4-38 裂缝切入岩心的几种方式

4. 裂缝产状

裂缝产状指裂缝的走向、倾向及倾角。在岩心描述中，根据裂缝与岩心横截面的夹角将裂缝分为4个类别：

◎水平缝：夹角为0°～15°。

◎低角度斜交缝：夹角为15°～45°。

◎高角度斜交缝：夹角45°～75°。

◎垂直缝：夹角为75°～90°。

裂缝产状有助于裂缝的预测，且在油藏开采过程中对流体流动有很大的影响，因此准确测定裂缝产状 （走向、倾向和倾角） 对于注采井排方向选择具有十分重要的意义。

确定裂缝产状的方法主要有如下：(1)直接露头测量；(2)定向岩心测量；(3)古地磁定向测量。

古地磁确定裂缝走向的方法如下 （图4-39）：

（1） 在岩心上，垂直于裂缝方向画平行的标志线，并在每块岩心上钻取2～3个古地磁样 （直径25 mm，高22mm）。

（2） 测出岩石原生剩磁方向，并取平均值，把平均剩磁走向标在岩心截面上，量出它与标志线的夹角θ。

（3） 根据剩磁走向与标志线的关系，可分别确定裂缝相对于剩磁的走向为 （90°-θ）或 （90°＋θ）。

图4-39 裂缝走向确定示意图

（4） 侧向测井。用双侧向测井识别产状：

r=(RLLD-RLLS)/(RLLDRLLS)1/2

式中：r——裂缝倾角指数；RLLD，RLLS——深、浅双侧向电阻率，Ω·m。r0.1时裂缝产状为垂直，r0时裂缝产状为低角度，r＝0～0.1时裂缝产状为高角度。

（5） 成像测井。在井壁成像图上（FMS） 可以清楚看见深黑色的裂缝，也可以看到地层的层理和地层倾角。当选定某一裂缝 （或地层层面） 时，只要读出成果图中任意一组3个点的数据就可以得到裂缝的产状和方位 （图4-40）。

图4-40 FMS确定裂缝产状

斜交裂缝在图像上出现类似正弦状的弯曲界面，只要量出正弦曲线的高度差H（极大值与极小值之间的高程差）与该深度点的井径值d，就可以按下式计算裂缝视倾角：

油气田开发地质学

5. 裂缝的性质

裂缝的性质主要涉及裂缝张开与闭合性质、裂缝充填情况和裂缝壁特性等。根据裂缝的张开与闭合性质及充填情况，可将裂缝分为4类。

◎张开缝：缝宽较大，基本无充填物，为有效裂缝，流体可在其中流动。

◎闭合缝：基本闭合，基本无充填物。对这类裂缝的有效性要慎重分析。在油藏条件下充满流体的张开裂缝，当取心至地面或因构造运动抬升至地面时，由于孔隙压力被释放，裂缝宽度可能变小甚至闭合。因此，在岩心和地面露头上观察到的闭合裂缝在油藏条件下有可能是张开的，即有效的。另外，即使在地下条件下为闭合的裂缝，当油田注水开发或在压裂过程中，这些裂缝可能会被启动而张开。

◎半充填缝：裂缝间隙被充填物部分地充填。常见的充填矿物有石英、方解石和泥质。实际的有效裂缝为未被矿物充填的部分空间。这类裂缝也是有效缝。

◎全充填缝：裂缝完全被充填物质充填，有效缝宽为零，为无效缝。实际上，这种裂缝是流体渗流的隔板。

对于裂缝的开启和闭合，或者说影响裂缝开启、闭合的因素，过去没有进行过系统的、定量的研究。一般认为裂缝的开启和闭合与裂缝的力学性质、裂缝的埋深、裂缝面上的正应力以及岩石力学性质有关。Nelson曾指出，裂缝的开启和闭合与岩石的强度、脆性和塑性有关，这些性质又由深度、应变率、应力大小、岩性及结构等因素所决定。Nelson认为，在强度较大、脆性较大的岩石中趋向于产生擦痕面裂缝；而形成开启裂缝的岩石应比具擦痕裂缝的岩石具有更大的强度和相对高的脆性。

6. 裂缝的延伸长度和切层深度

裂缝的延伸长度和切层深度是研究程度最低的参数。因为即使在露头区，对级别较大的裂缝也无法直接观测到这两个参数。至于在地下，延伸长度和缓倾角裂缝的切层深度目前还无法观测和探测。

目前只有一些有关延伸长度、切层深度、间距等参数之间的经验统计关系，根据它们以及裂缝间距推测裂缝的延伸长度和切层深度。这些经验统计关系大多适用于某一特定地区，一般无普遍意义，但也说明它们之间确实存在一定的关系，有待于今后深入研究。

Narr （1984，1991） 曾指出裂缝间距与裂缝发育层的层厚呈线性关系。这里的层厚即裂缝的切层深度。应强调指出，裂缝发育层是指力学层，而不是岩性层。力学层是依据岩石力学性质划分的，它可能与岩性层一致，也可能不一致，裂缝终止于力学层，而不一定终止于岩性层。可以看出，裂缝切层深度受力学层或岩石力学性质所控制，或者说受岩性组合控制。

Nar（1990） 还指出，裂缝延伸长度可能还与层厚 （切穿深度） 有关，认为裂缝延伸长度的中值 （Lmed） 与层厚中值 （Tmed） 之间大致存在以下关系：

Lmed＝100Tmed

陈然 （1985） 曾得出某地区不同性质裂缝长度与裂缝间距的经验公式：

对于张裂缝，L＝1.89D＋0.56 （L/D＝2～2.5）；

对于剪裂缝，L＝2.94D＋1.17 （L/D＝3.5～10）。

式中：L——裂缝长度，m；D——裂缝间距，m。

（二） 裂缝孔隙度

裂缝性储集岩一般具有两种孔隙度系统，即双重孔隙介质。一种为基质岩块的孔隙介质，一种为裂缝和 （或） 溶洞的孔隙介质。基岩孔隙分布比较均匀，而裂缝与溶洞孔隙分布则很不均匀，这就造成了裂缝性储集岩的孔隙分布的非均质性。

岩石裂缝孔隙度定义为裂缝孔隙体积与岩石体积之比。用下式表示：

油气田开发地质学

式中：φf——裂缝孔隙度，％；Vf——裂缝孔隙体积，m3；V——岩石体积，m3。

裂缝孔隙度一般较小，大都小于0.5％。因此，当基岩孔隙度较大时，评价φf的精确度无多大意义，而只有当岩石孔隙度很小时 （φ5％），评价φf才是重要的。裂缝孔隙度可通过裂缝宽度与密度、特殊岩心分析、三维岩心试验等方法求得，亦可用测井方法间接求取。

1. 利用岩心和野外露头观测的裂缝宽度和密度求取裂缝孔隙度的方法

如果通过岩心和野外露头观测获得了裂缝的平均宽度和体积密度资料，则可直接计算裂缝孔隙度。因为体积裂缝密度 （VfD） 为：

油气田开发地质学

而裂缝总体积为裂缝总表面积与平均裂缝宽度的乘积，即 因此：

油气田开发地质学

实际上，体积裂缝密度并不容易测得，而测定面积裂缝密度则较容易，因此常用面积裂缝密度和裂缝平均宽度来求取裂缝的面孔率：

油气田开发地质学

式中：φ′f——裂缝面孔率，小数；Sf——裂缝面积，m2；S——测量截面积，m2； ——裂缝平均宽度，m；L——测量截面积上裂缝总长度，m。

由此可见，裂缝孔隙度的大小与裂缝宽度和密度成正比。

2. 根据岩心和野外露头观测的裂缝宽度、间距等参数计算宏观裂缝孔隙度

裂缝孔隙度可用裂缝宽度 和间距 （D） 表示为：

油气田开发地质学

可根据研究区裂缝宽度 和间距 （D） 的取值范围和分布频率，按上式计算裂缝孔隙度。也可用图解的方法 （Nelson，1985） 求取，如图4-41所示。若有相似露头区，也可用露头得到的裂缝间距值代入上式计算φf。

图4-41 裂缝孔隙度与裂缝宽度和裂缝间距的关系

3. 实验室岩心测试方法求裂缝孔隙度

用岩心测试方法求出的是总孔隙度，即裂缝孔隙度和基质孔隙度之和。通常先用流体饱和法求取岩样的总孔隙度，然后再用压汞和铸体薄片法计算裂缝孔隙度。

除上述方法外，还可使含裂缝岩块吸入有色染料流体，然后用全息摄影方法求裂缝孔隙度。此外，CT扫描也是一种求裂缝孔隙度的精确而有效的手段。

4. 根据薄片观测的裂缝参数计算裂缝微观孔隙度

微观裂缝孔隙度可采用薄片面积法在镜下进行统计和计算，计算公式为：

油气田开发地质学

式中：bi——第i条裂缝的宽度，m；li——第i条裂缝的长度，m；n——为裂缝条数；S——薄片面积，m2。

5. 双侧向测井裂缝孔隙度解释模型

四川油气田在20世纪80年代初开展了双侧向测井在裂缝性石灰岩与裂缝模型井 （水槽模型） 的应用和研究，证实了垂直裂缝具有双侧向正差异 （RLLD RLLS），水平裂缝则为负差异 （RLLD RLLS）。针对四川油气田碳酸盐岩裂缝以垂直裂缝为主，提出了利用双侧向测井计算裂缝孔隙度的公式 （廖明书，1980）：

油气田开发地质学

式中：RLLD，RLLS——深、浅双侧向电阻率，Ω·m；Rmf——泥浆滤液电阻率，Ω·m；a——经验系数。

1985年A.M.Sibbit用数值模拟获得了裂缝孔隙度值公式：

油气田开发地质学

式中：mf——裂缝的孔隙度指数，数值为1～1.5，一般取1.3；Kr——裂缝畸变系数，数值为1～1.3，水平缝为1.3，垂直缝为1；RLb——岩块 （无裂缝层） 电阻率，Ω·m；RLLS——浅双侧向电阻率，Ω·m。

哥伦比亚大学P. A.Pezard et al.（1990） 介绍了两条平行裂缝条件下宏观各向异性电性质的计算，即电导率张量矩阵。他们按二维模型简化计算，考察了不同倾角裂缝的双侧向测井响应，并得出计算裂缝孔隙度的模型：

垂直裂缝

油气田开发地质学

水平裂缝

油气田开发地质学

式中：CLLD，CLLS——深浅双侧向电导率，S/m；Cm——泥浆电导率，S/m。

1990年，塔指设立了双侧向测井物理模拟、数值模拟及解释研究课题。1990～1992年开展了大量应用研究，观测与研究岩心裂缝孔隙度，并用它刻度双侧向测井。1992～1996年完成双侧向测井的三维实体物理模拟、三维有限元与三维电导率张量矩阵数值计算、二维电导率张量矩阵数值计算。经对任意角度、任意裂缝宽度、多组裂缝数值计算、岩心观测与实际测井、测试应用研究，建立了正演的简化测井解释方法：

φf=(A1CLLS+A2CLLD+A3)Rmf

对低角度缝，A1＝-0.992417，A2＝1.97247，A3＝0.000318291；

对倾斜裂缝，A1＝-17.6332，A2＝20.36451，A3＝0.00093177；

对高角度缝，A1＝8.52253，A2＝-8.242788，A3＝0.00071236。

式中：Rmf——泥浆滤液电阻率，Ω·m；CLLD，CLLS——深、浅双侧向电导率，S/m。

6. 孔隙度测井计算裂缝孔隙度

对于裂缝性油气藏，油气储藏在裂缝孔隙 （包括与裂缝连通的溶洞孔隙） 与岩块孔隙中。储层总孔隙体积等于裂缝孔隙体积与岩块孔隙体积之和。并可表示为：

Vt ＝Vf＋Vb

式中：Vt——储层总孔隙体积，m3；Vf——裂缝孔隙体积，m3；Vb——岩块孔隙体积，m3。

等式两边除以储层体积，可获得储层总孔隙度 （φt）、裂缝孔隙度 （φf） 及岩块孔隙度 （φb） 的关系：

φ1＝φf＋φb

（1） 总孔隙度计算

具有CSU系列和3700测井系列时，总孔隙度可应用补偿中子、密度资料根据Schlumberger图版或各种解释软件计算。但在一些老油田，孔隙度系列为中子伽马和声波时差，总孔隙度必须根据中子伽马计算，而计算图版是根据岩心分析结果确定。

（2） 岩块孔隙度计算

声波测井在水平裂缝处一般出现曲线的跳跃，不反映地层的孔隙特征，但在高角度裂缝和网状裂缝发育段，声波测井曲线反映地层的基质孔隙，即岩块孔隙。因此，岩块孔隙度可根据声波测井曲线确定。

（3） 裂缝孔隙度计算

根据体积模型，裂缝孔隙度可根据下式计算：

φf＝φt-φb

（三） 裂缝渗透率

裂缝性储集岩由裂缝和基质岩块组成，具有双重孔隙介质，因此存在两种渗透率，即裂缝渗透率和基岩渗透率。岩石总渗透率是这两种渗透率之和。通常，裂缝渗透率很高，而基岩渗透率相对较低，裂缝渗透率往往要高于基岩渗透率数百倍至数千倍以上。裂缝性储层的孔隙度与渗透率之间没有任何唯一的正比关系。例如，裂缝孔隙度很小，但由于裂缝连通性很好，因而渗透率很高；而基岩孔隙度虽然比裂缝孔隙度大，但它的孔隙连通性相对较差，因此基岩渗透率较低。

1. 裂缝渗透率

裂缝渗透率具有两种含义，即固有裂缝渗透率和岩石裂缝渗透率。

（1） 固有裂缝渗透率 （Kff）

固有裂缝渗透率是流体沿单一裂缝或单一裂缝组系流动而与其周围基岩无关的裂缝渗透率。流体流动截面积只是裂缝孔隙面积。

图4-42给出了一个计算固有裂缝渗透率的简单模型。对于图中的裂缝(1)来说，裂缝平行于流动方向，根据流体驱动力与粘滞力的平衡方程，可知通过该裂缝的单位时间的流量 （Qf）：

油气田开发地质学

式中：Qf——通过裂缝的单位时间的流量，m3/s；a——岩块宽度，m；L——岩块长度，m；b——裂缝宽度，μm；p1，p2——上游和下游的压力，MPa；μ——流体粘度，mPa·s。

另一方面，根据达西定律，流经截面a·b的流量可表达为：

油气田开发地质学

式中：Kff——固有裂缝渗透率，μm2；其他参数同上。

对比上述两式，则可求得固有裂缝渗透率 （Kff）：

油气田开发地质学

对于裂缝(2)来说，裂缝与流动方向有一夹角α，则裂缝(2)的固有裂缝渗透率 （Kff）：

油气田开发地质学

从上可知，固有裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝与流动方向的夹角有关。

图4-42 计算裂缝渗透率的简单地质模型

（2） 岩石裂缝渗透率

固有裂缝渗透率只与裂缝本身有关而与基质岩块没有关系。在常规计算渗透率时（根据达西方程），是将孔隙空间与岩石骨架作为统一的流体动力学单元来考虑的，因此，在以岩石为单元计算裂缝渗透率时，应将裂缝与基质岩块作为统一的流体动力学单元。这时所计算的裂缝渗透率为岩石裂缝渗透率。常用的裂缝渗透率即为岩石裂缝渗透率。

在用达西方程计算流体流量时，流动截面积就不是a·b了，而是a·h（h为岩石厚度），因此，有：

油气田开发地质学

式中：Kf——岩石裂缝渗透率，μm2；h——岩块厚度，m；其他参数同上。

将上式与前述Qf公式对比，则可求得岩石裂缝渗透率Kf：

油气田开发地质学

即对于图4-42中的裂缝(1)来说，岩石裂缝渗透率可表达为

对于裂缝(2)来说，岩石裂缝渗透率Kf：

油气田开发地质学

岩石裂缝渗透率与固有裂缝渗透率的关系为：

Kf＝φf·Kff

前面介绍的是单一裂缝的渗透率。对于具多条裂缝的岩石，裂缝渗透率则为所有单一裂缝渗透率之和。如对于一个由两组裂缝组系 （以A组、B组表示） 构成的裂缝网络来说，岩石裂缝渗透率为：

油气田开发地质学

式中：Kf——岩石裂缝渗透率，μm2；h——岩层流动截面的高度，m；α——裂缝组系A与流动方向的夹角，度；bi——裂缝组系A中第i（i＝1，2，…，n） 条裂缝的宽度，μm；β——裂缝组系B与流动方向的夹角，度；bj——裂缝组系B中第j （j＝1，2，…，m） 条裂缝的宽度，μm。

（3） 岩石总渗透率

裂缝性岩石的总渗透率为岩石裂缝渗透率与基质岩块渗透率之和，即：

Kt＝Kf＋Km

式中：Kt——岩石总渗透率，μm2；Kf——岩石裂缝渗透率，简称裂缝渗透率，μm2；Km——基质岩块渗透率，μm2。

由于裂缝渗透率与流动方向有关，因此岩石总渗透率亦取决于流动方向。在不同的流动方向上，具有不同的总渗透率值。

2. 裂缝渗透率测量方法

裂缝渗透率的确定方法主要有以下几种：

（1） 实验室岩心测试方法求裂缝渗透率

在实验室，可对同一深度的两块样品进行渗透率测定，其中一块样品有裂缝，一块没有裂缝，这时：

Kf＝K1-Km

（2） 利用岩心和野外露头观测的裂缝宽度和密度求取岩石裂缝渗透率

假设有一组裂缝，流动方向与裂缝平行，则：

油气田开发地质学

式中：Kf——裂缝渗透率，μm2 ；LfD——线性裂缝密度，条/m； ——裂缝平均宽度，μm。

在岩心和露头上测量出裂缝的线性密度和裂缝平均宽度，代入上式即得裂缝渗透率。

（3） 根据薄片观测的裂缝参数计算裂缝微观渗透率

微观裂缝渗透率 （Kf） 一般采用斯麦霍夫 （1969） 提出的薄片面积法在镜下统计和计算，计算公式为：

油气田开发地质学

式中：Kf——裂缝渗透率，μm2；bi——第i条裂缝的宽度，μm；li——第i条裂缝的长度，μm；S——薄片面积，μm2；n——为裂缝条数，C——比例系数。

C值取决于微裂缝的分布，不同裂缝系统的C值如表4-1所示。

表4-1 不同裂缝系统的C值 （据斯麦霍夫，1969）

（四） 裂缝性储层的分类

根据岩石裂缝孔隙度和渗透率的相对大小以及基质储能和产能特征，可将裂缝性储层分为3类。

1. 裂缝型储层

裂缝提供了基本的储层孔隙度和渗透率。岩石裂缝孔隙度和渗透率均大于基质岩块的孔隙度和渗透率 （φfφm，KfKm）。基质岩块既无储能，又无产能，而裂缝既作为储层的储集空间 （几乎全为裂缝） 又作为渗流通道。

裂缝性泥岩储层、变质岩储层、泥质灰岩储层大都属于此类。

2. 裂缝性特低渗一致密储层

裂缝提供了基本的渗透率，而基质岩块提供了基本的孔隙度。岩块有一定孔隙度（φmφf），具备储能。但由于渗透率低，因而基质岩块基本无产能，储层的产能主要依据裂缝的连通作用 （Kf≥Km）。因此，在这类储层中，裂缝主要作为渗透通道，而作为储集空间的意义不大。

3. 裂缝性常规储层

裂缝提高和改善了储层的渗透率。基质岩块为常规储层，其孔隙度较高 （φm φf），具有储能，同时本身具有渗流能力，即具有产能。裂缝的作用仅是加大了储层的渗流能力，即主要作为渗流通道，增加基质岩块本身已具有的产能。

这类储层在我国东部古近-新近系油田较多，而最为典型的当属中东地区古近-新近系的阿斯马利石灰岩储层，其石灰岩基岩孔隙度在7.5％左右，渗透率为10×10-3～20×10-3μm2，本身具有较低的产能。但在裂缝的影响下，其储层渗透率达5000×10-3μm2，从而使得储层具有很高的产能。

核磁共振可动流体测试

（一）核磁共振可动流体测试原理

储层岩石孔隙大小与氢核弛豫率的反比关系是核磁共振谱（T2谱）研究岩石孔隙结构的理论基础[71,90]。根据流体在岩石中分布的弛豫时间界限，可将赋集于岩石孔隙中的流体分为可动流体与束缚流体。可动流体饱和度（Sm）指受固液界面、孔喉结构和流体作用等影响，导致多孔介质中的流体在一定的流动压力梯度下可以流动的流体数量。

这里基于可动流体饱和度与孔隙度的油层物理含义定义可动流体孔隙度参数。可动流体孔隙度（φm）是指孔径大于截止孔径的孔隙体积占岩样总体积的百分数，即单位体积岩样的可动流体体积[91]。它综合了储层储集能力与流体赋存特征两方面的信息，更能确切反映低渗透砂岩储层特征。可动流体孔隙度参数将岩样内所有孔隙分为流体可流动孔隙体积与流体不可流动孔隙体积，其在数值上等于可动流体饱和度与孔隙度的乘积，即

φm=Sm×φ

（二）核磁共振可动流体测试步骤

核磁共振可动流体测试的步骤为：①从岩心上钻取直径为2.5cm规格的标准岩心；②标准岩心洗油后烘干；③气测渗透率；④岩心抽真空后饱和模拟地层水；⑤利用岩心湿重与干重之差计算岩心孔隙度；⑥对饱和模拟地层水状态的标准岩心进行核磁共振T2测量。

（三）核磁共振可动流体测试结果

实验中共进行了40块岩心样品的核磁共振可动流体测试，可动流体测试结果如表3-4-1，表3-4-2，表3-4-3。

表3-4-1 核磁共振可动流体测试样品取心资料及常规分析结果

续表

表3-4-2 核磁共振可动流体测试样品不同离心力离心后的含水饱和度

续表

表3-4-3 核磁共振可动流体测试样品不同喉道区间的可动流体饱和度

续表

如何用压汞实验数据评价渗透率好坏

答:压汞法，又称汞孔隙率法。是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。目前所用压汞仪使用压力最大约200MPa，可测孔范围：0.0064 - 950um（孔直径）。压汞法，又称汞孔隙率法。是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。目前所用压汞仪使用压力最大约200MPa，可测孔范围：0.0064 - 950um（孔直径）。