專項岩心實驗裝置

① 考慮鐵離子影響的元素硫沉積傷害實驗

水力壓裂技術和酸化技術是目前改造低滲透油氣儲層的主要手段，對於含硫氣藏，水力壓裂技術和酸化酸壓技術都面臨著重大的挑戰［74］。針對高含硫儲層的酸液配方還值得深入研究和評價，也面臨單質硫沉積和硫化亞鐵沉澱對儲層的二次傷害。

有效解決儲層改造中的控硫控鐵難點問題，必須立足於對含硫化氫氣藏儲層特性和硫化氫特定理化性質的系統研究，弄清高溫、高壓、高含硫條件下Fe（Ⅱ）—H₂S、Fe（Ⅲ）— H₂S的反應特性、儲層酸—岩反應機理及酸蝕裂縫導流能力的影響因素，提出針對性強的酸液體系與酸壓工藝。對含硫化氫氣井的處理，主要集中在控鐵沉積上以及相應的溶劑研究方面^［75］。但對於實際儲層高溫高壓的情況，特別是對於沒及時返排出地層的殘余酸液中鐵離子對儲層產生的傷害及傷害程度還缺乏相應的實驗研究。

為更好地模擬施工結束後殘余酸液中鐵離子對儲層產生的傷害，利用溶解有飽和元素硫的天然氣通過含鐵離子的露頭砂壓制的人造岩心，建立並模擬完成了儲層元素硫沉積衰竭式傷害滲流實驗。

3.2.1 酸液中鐵離子對高含硫氣藏儲層產生的傷害

作為酸壓工作液的工業級鹽酸，本身含有相當數量的Fe3＋，這是硫化氫油氣井酸壓作業中三價鐵的主要來源。從而酸壓作業過程中不可避免地會產生一定量的鐵離子（Fe^3＋，Fe^2＋），在H₂S存在的條件下，Fe^3＋和Fe^2＋的沉澱行為會發生很大的改變（與常規條件相比），極易形成硫化亞鐵沉澱，引起嚴重的地層傷害。與不含硫化氫的情況相比，鐵沉積的控制變得更加復雜和困難。外來流體中只要存在Fe^3＋，便立即與H₂S發生氧化—還原反應，Fe^3＋被還原成Fe^2＋，同時S^2-被氧化成S⁰從溶液中析出：

圖3.5 平均壓力與滲透率之間的關系

整個實驗傷害來源於兩部分組成，一部分來源於鐵離子與硫化氫發生化學反應，其次則是隨著溫度壓力的降低，元素硫沉降所產生的傷害。從圖3.5中可以看出，初期斜率普遍較大，主要以化學反應為主，後期曲線偏向平緩，這更加說明了化學反應的產生對儲層傷害的嚴重性。

② 特殊岩心分析實驗是指什麼

這類儲層物性描述要靠一些特殊實驗取得認識，通常包括：上覆岩石壓力、潤濕性、表面與界面張力、毛細管壓力、相對滲透率。這些岩石物理數據直接影響著對烴類物質的數量和分布的計算，它是研究某一油藏流體的流動狀態的重要參數。

（1）上覆岩石壓力：埋藏在地下幾千米的油藏承受著上覆巨厚地層的重量，即上覆壓力，這個上覆壓力是對儲層施加的一種擠壓力，通常岩石的孔隙壓力接近於上覆壓力。如果岩石的顆粒膠結得很好，典型的孔隙壓力大約是每10米深度增大0.1兆帕，上覆壓力與內部孔隙壓力之間的壓力差稱為有效上覆壓力。我們鑽開油層採油，如果不補充能量，就像在一個大皮球上戳一個洞放氣，在球內氣體壓力衰減過程中，大皮球就會扁下去，同樣道理，在壓力衰竭過程中，油層內部孔隙壓力要降低，有效上覆壓力會增大，這將使儲層總體積減小，同時，孔隙間的顆粒膨脹。這兩種變化都使孔隙空間減小，也就是減小了岩石孔隙度。通過特殊岩心分析實驗我們就可以建立孔隙度或滲透率與有效上覆壓力間存在的某種關系。

孔隙壓力的變化會影響岩石孔隙體積的變化，也影響著孔隙內流體的飽和度變化，我們往往採用一個壓縮系數的概念來表述這一特性，孔隙壓縮系數（數學符號記為CP）也就是單位壓力變化時的孔隙體積的相對變化值。

對大多數油藏，基岩和岩石體積壓縮系數相對於孔隙壓縮系數CP都很小，因此通常用地層壓縮系數Cf來描述地層的總壓縮系數，並讓Cf=CP 。在油田開發中，油藏總壓縮系數被廣泛應用於瞬變的流動公式和物質平衡方程，它就像我們高中時學的物理學用容變模量的倒數來表徵一個彈性體瞬變過程一個道理。油藏總壓縮系數數學符號記為Ct，它包括了原油、束縛水、天然氣和岩石的壓縮系數，掌握了這個參數很有用，一個封閉性的油藏，如果我們已經計算出它的地質儲量，想了解在彈性開采階段能采多少油，我們只要將儲量乘上總壓縮系數（Ct）再乘上彈性期壓力降數值就可以計算出它能采出多少油來，反過來，如果我們掌握了開采過程中油藏壓力下降的情況和實際生產量，也可以反求出這個油藏應該有多少彈性儲量。

（2）岩石潤濕性：任何一種液體與另一種固體表面相接觸，液體就會在固體表面產生擴散或附著的趨勢。例如，將汞、石油、水滴在一塊干凈的玻璃板上，你可以看到水滴很容易散布在玻璃板上，石油大約呈半圓珠狀，水銀則保持圓珠狀，這種特性就叫潤濕性。這種擴散的趨勢可以通過液固表面的接觸角來表示，接觸角度小，液體的潤濕性就強，零度接觸角表示完全不潤濕，180°則表示完全潤濕。

油、水相對滲透率曲線

③ 驅替實驗

（一）實驗簡介

實驗用油為現場脫水原油，黏度為4.19mPa·s。為避免產生水敏，飽和岩心以及水驅油過程均用礦化度為30×10⁴mg/L的NaCl水溶液。實驗溫度為70℃。實驗岩心取自東濮凹陷深層高壓低滲砂岩油藏。實驗方法及實驗裝置採用岩石中兩相相對滲透率測定方法（SY/T 5345-2007）中的非穩態法測定油水相對滲透率及開展水（氣）驅油驅替實驗^[153]。按模擬條件，在油藏岩石上進行恆速（水驅）或恆壓（氣驅）驅油實驗。水驅油實驗中，驅替速度分別為0.5,0.8,1.0,1.2mL/min，凈覆壓分別為2,10,20MPa。岩樣出口端記錄每種流體的產量和岩樣兩端壓力差隨時間的變化，整理實驗數據、繪制相對滲透率曲線、計算驅油效率和採收率。實驗過程如下：①將岩心抽真空飽和NaCl水溶液，計算飽和水量及孔隙體積。②用原油驅替含水岩心，不再出水時計量驅出的水量，計算束縛水飽和度和油相滲透率。③水（氮氣）驅油，用NaCl水溶液（氮氣）驅替含油岩心，驅替時以恆速（水驅）或恆壓（氣驅）的方式進行。驅替開始前，在岩樣入口建立一定的壓力（壓差值小於測油相滲透率時的壓差值）。記錄見水（氣）前的油、水量（油、氣量）以及注入壓差和驅替時間，記錄見水（氣）時的累積產油量、累積產液量，岩樣兩端的壓力差及驅替時間。④當不再出油時，測定水相（氣相）滲透率，結束實驗。

氣驅油過程及相對滲透率的計算方法與水驅油類似。相對於水驅油，氣驅中氮氣開始流動的端點意義不同，氣體開始流動前達到的最小飽和度值稱為氣體平衡飽和度，氣體飽和度大於此平衡飽和度時開始流動。氣驅油採用氣驅完畢後的氣體滲透率作為基準滲透率，水驅油採用束縛水狀態下的油相滲透率作為基準滲透率。

（二）實驗結果

選擇低滲、特低滲岩心樣品共5塊，按上述方法進行水（氣）驅油實驗。實驗數據整理如表6-3-1，表6-3-2所示。

表6-3-1 氣驅綜合數據表

表6-3-2 水驅綜合數據表

④ 岩心及其實驗分析資料

岩心及其實驗分析資料是認識儲層最直接的信息，也是儲層評價必不可少的基礎資料。因此，盡早盡可能地進行系統取心，取得一個所研究儲層的完整岩心剖面，是開發儲層評價很關鍵的一環。

系統取心井點在平面上分布應考慮儲層平面上、縱向上相變的程度，保證所取岩心能覆蓋各類微相和岩相，以利於建立測井相和各類微相、岩相與物性關系。

常規岩心分析的取樣應滿足一定的密度要求，滿足測井的岩石物性解釋需要。儲層非均質性愈嚴重，要求取樣密度愈大。

應有一定數量的代表性岩心樣品，在同一塊岩樣上測定幾項關鍵參數，以求得各項參數間合理的相關關系，如孔隙度與滲透率、水平滲透率與垂直滲透率、不同方向上水平滲透率的差異等。

要有一定的特殊岩心分析，了解儲層的滲流特徵，求取相對滲透率、水驅油效率、儲層的敏感性。

評價水體部分儲層，是開發地質工作中一個必不可少的組成部分。由於含油區和含水區間常常會存在成岩作用差異，兩者參數經常不能互相替代。而水層性質往往對油層開發有很大影響，所以取得一定量的水層岩心並進行分析研究是十分必要的。

油基鑽井液取心、密閉取心等特殊技術取心是直接取得准確的油、氣、水飽和度資料和潤濕性資料等的專門手段，應視需要和條件適當安排。

⑤ 常規岩心分析實驗是指什麼

這類岩心分析實驗主要是描述岩石本身孔隙空間大小；各種流體在孔隙空間內佔有多大比例；各種流體在儲層內發生流動時，它的流動速度與流體性質及岩石特性之間的關系。

（1）岩石孔隙度（數學符號記為Φ）：它是對岩石儲存流體的儲集能力的度量。定量地說，孔隙度是孔隙體積與岩石總體積的比率。孔隙體積如果是總孔隙體積（連通的孔隙體積加上不連通的孔隙體積），這個比率就叫絕對孔隙度；孔隙體積如果是相互連通的孔隙體積，這個比率就叫有效孔隙度。有效孔隙度是指互相連通的孔隙體積占岩石總體積的比率，那些不連通的孔隙稱為死孔隙，對開發是沒有意義的。因此，有效孔隙度是表徵岩石物性的一個非常重要的參數。

（2）岩心流體飽和度：為某特定流體（油、氣或水）在地層中占據孔隙體積的分數或百分比。油的飽和度數學符號記為So；氣的飽和度數學符號記為Sg；水的飽和度數學符號記為Sw。

所有流體的飽和度之和是100%，所以，So+Sg+Sw=1.0。一般認為，油藏中的流體從運移到聚集經歷了漫長的地質年代，流體已達到了一種過平衡狀態，按密度的不同進行了分離，油的上面是天然氣，下面是水。除了底水和邊水外，儲層中由於毛管力的作用，孔隙中還分布著最低限度的原生水，原生含水飽和度（Swc）也很重要，因為它占據了油氣之間的空間。它在整個油藏中不是均勻分布的，隨岩性孔隙緻密程度及離自由水面的高度而變化，最低限度的原生水通常呈水膜狀附著在岩石的孔隙周圍，通常也稱之為束縛水飽和度。油藏一旦投入開發，油相要流動，其飽和度必須超過某一個特定值才能流動，這個值就是臨界含油飽和度（Soc），低於這個值油相在孔隙中是不流動的。如果我們用一種驅替劑將油驅替出來，在這個過程中，就有一個殘余油飽和度（Sor）的概念，殘余油飽和度總是大於臨界油飽和度。我們經常感興趣的飽和度是可流動油的飽和度（Som），也就是可動油占據孔隙體積的分數或百分比，用公式表達為Som=1.0-Swc-Sor。

（3）岩石滲透率（數學符號記為K）：岩石滲透率是一個非常重要的表徵岩石特性的參數。主要是用它度量地層傳送流體的能力，它控制著地層中流體的流速和運動方向。1856年，亨利·達西（Henry Darcy）總結了他利用水通過自製鐵管砂子的驅替實驗，第一次用數學公式定義了這一岩石特性，這就是有名的達西定律。在流體流動計算中應用傳統的線性流方程表達為：

某油田孔隙度和滲透率的關系從達西定律中可以明顯看出，通過多孔岩石流體的流速q與岩石的滲透率及兩端的壓差成正比，與流體的黏度和流過的距離成反比。這就好比我們以相同的壓力差來驅趕那些地下的油、氣，地下的「房子」越大（Ф越大）、房子的「門窗」越多（孔隙結構的喉道配位數越多）、行走越暢通的地方（高滲透儲層），油或氣就越容易被趕出來，而對那些房子小、門窗小、行走阻力大的地方（低滲透儲層），油、氣就比較難於被趕出來。除非加大驅動壓力差，或者把「門窗」改造大一些（通過壓裂、酸化等改造措施）才能把更多的氣、油趕出來。如果地層構造都一樣，可以肯定說，氣最容易跑出來，因為氣的黏度低，流動起來阻力小，油黏度比氣高，流動起來就比氣遲緩。同是油，那些黏度低的也就比那些黏度高的容易流動，一些黏度極高的重油簡直就像狗皮膏葯，黏糊糊的，很難把它們從地下「拽」出來。

⑥ 實驗原理及裝置

油田開發最直接的結果是儲層中油氣量減少，水量增加。最為關心的問題是儲層最終可采量的多少，當前剩餘油是如何分布的。解決這些問題的關鍵是如何正確確定儲層中的各種飽和度。眾所周知，儲層中流體飽和度遵循下式：

圖4-1實驗裝置流程圖

⑦ 求助 模擬岩心驅替實驗 操作方法

很難說清楚，最好找個有類似儀器的實驗室去學習一下，如果閱讀能力比較強的話好好看一下使用說明書。好像比較簡單的原理是岩芯夾持器利用一個橡皮襯套加壓把岩芯夾緊，從岩芯的一側用泵柱液體，穿過岩芯從另一側流出。

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⑨ 岩心裂縫觀測與破裂實驗分析

（一）岩心裂縫觀測

儲層的定量分析與預測，立足於裂縫觀察與測量資料的基礎上。通過岩心觀察描述，可以大體了解儲層裂縫的性質與特徵、裂縫的產狀與填充情況，定性確定裂縫形成的機制和成因，為建立三維地質模型和數值模型打下基礎。

岩心裂縫觀測方法包括全岩心裂縫觀測和切片岩心裂縫觀測。不同的觀測方法，描述內容有所不同。全岩心裂縫觀測與統計內容如下。

1.岩心裂縫幾何參數

1）裂縫類型，包括張裂縫、張剪縫、剪切縫、縫合線、溶蝕縫、風化縫等。

2）裂縫的幾何參數，包括裂縫的長度與寬度。

3）裂縫產狀，包括傾角與方位。

4）裂縫形狀，即裂縫的規則程度。

5）裂縫充填情況，包括充填物及充填程度。

6）裂縫面特徵，包括鏡面、擦痕、鋸齒等。

7）裂縫間的交切關系及連通性。

切片岩心裂縫觀測，著重描述裂縫寬度、裂縫充填物、裂縫間距、裂縫交切關系、裂縫充填程度等。

2.岩心裂縫密度的統計與分析

裂縫密度表示岩石破裂的程度。體積裂縫密度指裂縫總表面積與基質總體積的比值，計算公式如下：

地球物理測井

式中：V_t為統一尺度的岩心柱體積；≈表示用岩心柱總體積代替基質總體積，在基質孔隙度比較低的情況下，可以近似代替；S_i為第i條裂縫表面積；N為岩心柱體積內觀測到的裂縫總條數。

研究岩心裂縫體密度有兩個重要意義：一是用於計算裂縫孔隙度；二是用於建立儲層裂縫預測模型和檢驗裂縫預測的可靠性。關於裂縫體密度觀測統計公式如下：

地球物理測井

式中：H為岩心柱高；N為岩心柱內觀測的總裂縫條數。

（二）破裂實驗

岩心裂縫觀測是指地質時期的構造運動遺留下來的破裂痕跡，試件裂縫是指室內岩石力學實驗後在試件上形成和保留的裂縫軌跡。試件是指從鑽井岩心上選取的岩石樣品，在不同的溫度壓力條件下（模擬地殼深度環境條件）進行岩石力學實驗，保留試件在實驗過程中的破裂痕跡，觀測裂縫特徵。根據裂縫的力學成因，通過試件裂縫分析，掌握天然裂縫的形成機制，為建立裂縫預測模型打下基礎。實驗內容如下：

1）裂縫性質隨圍壓增加，裂縫由張裂縫向剪切縫過渡。

2）裂縫張開度、裂縫長度及裂縫傾角。

3）裂縫面粗糙、光滑、凹凸不平等裂縫面特徵。

4）試件裂縫體密度與應變能密度的關系。統計分析試件裂縫體密度與應變能密度之間的關系發現，裂縫體密度與圍壓、岩性及結構有關。不同試件之間的對應關系不同。

（三）裂縫統計與分析

岩心裂縫統計與分析結果具有兩種意義。一是了解儲層裂縫的大致情況；二是為數值模擬提供基本數據及驗證資料。統計與分析內容主要包括如下內容。

1）裂縫幾何參數之間的相互關系。

2）裂縫發育程度與深度的關系。

3）裂縫密度與裂縫孔隙度的關系。

4）裂縫與構造的關系。

5）裂縫與岩性的關系。

⑩ 實驗室岩心測定及結果

地層條件下岩石力學參數的確定，最好採用實際目的層的地質力學環境，實驗室內進行不同岩性、物性樣品的三軸模擬試驗實測得到的岩石力學參數。目前，對於含油氣盆地中沉積岩通常測定的是通過單軸壓力下的抗張、抗壓及抗剪實驗所得的值，部分情況下測定的三軸（圍壓）應力下的岩石變形、破裂參數十分明顯，單軸應力條件下的岩石力學參數不代表地層條件下岩石真實值。因而有必要盡可能根據實際地質條件進行校正，逐步得到接近地層條件下的岩石力學參數。

研究中採用抗壓實驗測定岩心樣品的抗壓強度和其他力學參數，採用劈裂法測定岩石的抗張強度。

主要儀器設備：載入設備：YTD-200型電子式壓力試驗機、國產WEW-600E萬能材料實驗機；記錄設備：西德產5噸、國產100噸壓力感測器，日產7V07程序控制記錄儀；數據處理設備：PC9801計算機及HUEI繪圖機，列印機。

岩石的抗張、壓強度定義為岩石破壞時的單位面積上的應力值。定義式如下：

σ_p、σ_t=P_max/A （2-1）

式中：σ_p、σ_t——單軸抗壓、抗張強度，MPa；P_max——岩石試件最大破壞載荷，kN；A——試件受壓面積，mm²。

抗剪強度（內聚力，τ_p）採用不同圍壓下抗壓實驗的應力、應變曲線，採用包絡線法計算。

一般的規律是，岩石的抗壓強度大於抗剪強度，抗剪強度大於抗拉強度。因此岩石更容易產生張破裂。

岩石的彈性模量為抗壓實驗，樣品的軸向應力與軸向應變的比值，泊松比可為橫向應變與軸向應變的比值。彈性模量E、泊松比μ計算公式：

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

式中：E——試件彈性模量，MPa；σ_p（50）——試件單軸抗壓強度的50%，MPa；ε_h（50）、ε_d（50）——分別為σ_p（50）處對應的軸向壓縮應變和徑向拉伸應變；μ——泊松比。