岩心渗透率

一、基本概念

岩心渗透率是指在一定压差下，岩石允许流体（如油气、水等）通过的能力，是衡量储层岩石渗透性的核心参数，常用单位为达西（D）或毫达西。

它直接反映流体在储层中的流动效率，是油气勘探开发、地下水研究等领域的关键指标。

例如高渗透率储层更利于油气开采，而低渗透率储层需通过人工改造提升流体流动能力。

二、影响因素

岩心渗透率受岩石自身属性和外部环境共同影响：

岩石物理属性

孔隙结构：孔隙度、孔隙连通性及孔径大小起决定性作用。

例如，孔隙度高且连通性好的砂岩渗透率通常高于孔隙封闭的页岩；孔径较大的岩石喉道更畅通，渗流阻力更小。

岩石类型与结构：沉积岩中，碎屑颗粒分选性和磨圆度越好（如石英砂岩），渗透率越高；

碳酸盐岩若发育溶洞或裂缝，渗透率可显著提升。

变质岩和岩浆岩通常致密，渗透率较低，除非存在构造裂隙。

胶结物与充填物：黏土矿物、碳酸盐胶结物等会堵塞孔隙喉道。

例如，页岩中黏土含量高，常导致渗透率低于，属于典型的超低渗储层。

外部环境因素

有效应力：地层压力增加会压缩岩石孔隙，导致渗透率下降。

如油气藏开发过程中，随着流体采出，地层压力降低，岩石压实可能使渗透率进一步减小。

流体性质：流体黏度越高，渗流阻力越大。例如，稠油在岩石中的渗透率远低于稀油；

流体与岩石的相互作用（如地层水导致黏土水化膨胀）也会堵塞孔隙，降低渗透率。

温度与化学反应：高温可能引起矿物膨胀或流体性质变化；

化学作用（如酸化反应）可溶解岩石颗粒或胶结物，局部改善渗透率，但也可能因生成沉淀堵塞孔隙。

三、测量方法

实验室中测定岩心渗透率的常用方法包括：

稳态法（达西定律法）

适用场景：适用于渗透率较高的岩石（如常规砂岩），可测单相或多相流体（需考虑相渗透率），但测试低渗岩心时达到稳态耗时较长。

非稳态法（如脉冲衰减法）

原理：通过监测岩心两端压力差随时间的衰减规律计算渗透率，无需等待流动稳态，适合低渗或致密岩石（如页岩、致密砂岩）。

优势：测试效率高，尤其适用于渗透率低于的样品，减少了低渗岩心因长时间测试可能出现的流体吸附或化学反应干扰。

气测与液测渗透率

气测渗透率：以空气或氮气为流体，操作简便，但存在 “克氏效应”（气体滑脱效应），测得值通常高于液测渗透率，需校正后才能反映液体渗流情况。

液测渗透率：以水或油为流体，更贴近地层实际，但需考虑毛管力、黏土膨胀等因素对结果的影响。

四、分类与应用

渗透率分类（按储层类型）

高渗储层：如疏松砂岩、溶洞型碳酸盐岩，流体流动阻力小，常规开发即可实现高产。

中渗储层：如中砂岩、部分裂缝性碳酸盐岩，需优化开采工艺（如注水开发）以提高采收率。

低渗储层：如致密砂岩、粉砂岩，需通过压裂等增产措施改善渗流通道。

超低渗储层：如页岩、泥岩，依赖水平井与体积压裂技术建立人工裂缝网络，才能实现经济开发。

应用场景

油气勘探开发：评估储层产能，划分有效储层范围；设计井网密度与压裂方案。

地下水与环境研究：分析地下水流动速度、含水层供水能力或污染物迁移风险，低渗透率岩层（如黏土）常作为天然隔水层。

地质工程：判断岩石作为储层或盖层的可行性，如二氧化碳封存需选择低渗透率盖层防止泄漏，而地热开发需高渗透率热储层。

五、研究意义

资源评估核心参数：渗透率与孔隙度、含油饱和度共同决定油气储量计算和单井产量预测，是油气藏经济评价的基础。

开发方案优化依据：不同渗透率储层需匹配差异化开发技术 —— 高渗储层可采用常规井网，低渗储层则需人工改造（如压裂）或结合驱替技术（如 CO₂驱）。

提升采收率关键：通过研究渗透率在开发过程中的动态变化（如注水后黏土膨胀导致渗透率下降），可优化流体注入方案（如使用防膨剂），最大限度释放储层潜力。

总结：岩心渗透率是连接岩石物理特征与流体渗流行为的桥梁，其研究贯穿能源勘探、开发到环境保护的全链条。

随着非常规油气资源的大规模开发，针对低渗 / 超低渗岩心的高精度测试技术（如纳米 CT 扫描、压力瞬变测试）和多物理场耦合模型成为当前研究热点。

推动了渗透率理论与工程应用的持续创新。