高温覆压下孔隙度和渗透率变化
目录
前言 (1)
第1章孔隙度和渗透率的测量原理 (2)
1.1孔隙度的概念 (2)
1.2孔隙度的基本类型及关系 (3)
1.3渗透率的基本概念 (4)
1.4达西直线渗流定律 (7)
第2章岩心的预处理及处理规则 (9)
2.1岩心的预处理流程 (9)
2.2岩心的处理规则 (9)
第3章孔隙度和渗透率的实验室测量 (12)
3.1实验仪器简介 (12)
3.2实验软件操作步骤说明 (15)
第4章孔渗数据表及其高温覆压下的变化曲线 (24)
前言
目前，油田勘探开发技术围绕着提高油田综合采收率这个目标不断发展。提高采收率所面临的最重要的挑战之一就是提高油藏描述水平, 建立精细地质模型,精确认识油气在地层的分布特征，而岩石的孔隙度和渗透率是岩石最重要的物性参数，它们的测量和解释是油藏描述的关键。
孔隙度和渗透率是描述储集层特征最常用也是最重要的两个参数，它们和储层所含流体数量及流体流动能力有关。地球物理人员的主要任务，就是利用各种测井方法发现油气资源，并且帮助采油工程师最大限度地把油气开采出来。当前油气勘探开发不断向低孔、低渗、薄互层和深、浅层方向发展，勘探工作的难度越来越大，对我们地球物理工作者的要求也越来越高，岩石物理参数的测量研究，是各种测井方法和解释方法的基础，它是改进现有的勘探方法，发展新的测井方法，构思新的测井仪器和提出完善、合理的解释模型，综合利用测井资料、地质资料的重要依据。
一般岩石孔隙度和渗透率测量是在常温常压下完成的，但这并不能代表油藏储层物性的真实特征。温度和压力的环境因素对岩石孔、渗的测定有着重要的影响。测井所获得是在地层条件下的物性参数，为了在地面上测得的参数能够真实反映原始地层的情况，这就要求我们在实验室内模拟一定压力和温度，形成类似井下真实的环境，才能比较真实的反映地层情况。另外在测量前，岩石的制备工作，如取心尺寸的选择、烘干、饱和、加温、加压等每一道工序，都要特别谨慎，不能破坏岩心原始状态的结构本项目就是利用实验室的相应仪器模拟地下温度压力条件，完成在高温覆压情况下测量岩心孔隙度和渗透率，并分析岩心孔渗参数随温度、压力的变化规律，为油田储集层解释提供参考的依据，提高解释复合率。
第1章孔隙度和渗透率的测量原理
1.1孔隙度的概念
岩石的孔隙性是衡量岩石孔隙空间储集油气能力的一个重要度量，岩石的孔隙性一般用孔隙度来表示。几乎所有的岩层都具有孔隙性，但是他们的孔隙度的大小在很大的范围内变化。在深部岩浆岩层和变质岩层中未经历构造运动破碎或风化的孔隙的总体积只占岩层的总体积的百分之一或百分之零点一。大多数沉积岩层，特别是碎屑岩的孔隙总体积占岩层总体积的达到百分之四十，甚至更多。
地壳中所有的岩石多少都有一些孔隙。按孔隙的生成及形成过程分原生和次生两类。原生孔隙包括碎屑沉积（如砂岩，砾岩，生物碎屑灰岩等等）。颗粒之间的粒间孔隙，岩层层理，层面间的层间孔隙和喷发岩中的气体等。决定原生孔隙形状和大小的因素是颗粒的形状，分选程度，排列性质，紧密程度和胶结程度等等。岩石生成以后由于次生作用形成的孔隙称为次生孔隙度。决定次生孔隙度的诸因素是：溶解的过程，盐类和胶结物重新沉淀以及岩石的白云化等等。例如，在岩石的白云化过程中，由于碳酸钙为碳酸镁所取代，使得石灰岩的体积缩小百分之十二，这就产生了裂缝和孔洞。这些裂隙和孔洞都属于次生孔隙。所有这些孔洞和裂缝都可能成为油气储存的场所和流动通道。为了衡量岩石中孔隙总体积的大小，以表征岩石孔隙的发育程度，提出了孔隙度的概念。岩石孔隙度就是岩样中所有孔隙空间总体积与该岩样的体积的比值（用百分数表示）。
在自然条件下，岩石中不同大小的孔隙，以及孔隙之间的连通程度的不同，对流体的储存和流动所起的作用是不相同的。实践表明，储集层的储集性质，在很大程度上是由于孔隙孔道大小来决定的。按孔隙的大小和它们对流体的作用可以把岩石孔隙分为三类：
（1）超毛细管孔隙孔隙直径尺寸大于0.5毫米，裂缝宽度大于0.25毫米者。在自然条件下，在这类孔隙中，除岩石颗粒表面有一层不能流动的束缚水以外，在重力作用下其它的流体油水和气沿着毛细管孔道运动是很自由的。一些胶结不好的砂岩或未胶结的岩层中的孔隙，大部分都属于这类孔隙。
（2）毛细管孔隙孔隙直径尺寸在0.5～0.0002毫米，裂缝宽度介于0.25～0.0001毫米之间者。在这类孔隙中，除了颗粒表面的束缚水不能流动以外，在某些毛细管弯曲度较大的地方，还会有不能流动的毛细管滞水。油，水和气沿着毛细管孔道运动时，受到毛细管阻滞作用很大，而不能自由流动。在由一般的孔隙
形成的毛细管中，由于毛细管力随毛细管变细而增加，故只有在加上的比阻挠液体运动的毛细管力还要大的力时，油，气，水才能沿着这些管道运动。一般的砂岩孔隙，大都属于这一类。
（3）微毛细管孔隙 孔隙直径尺寸小于0.0002毫米，裂缝宽度小于0.0001毫米者。由于这类孔隙极其微小，孔壁表面对分子的作用力可以到达孔隙孔道的中心，故在通常压力条件下，流体在其中是不能流动的。这类孔隙中的流体一般是成岩过程中形成的地层水，其它地层生成的油气不可能进入这类孔隙。一般的粘土层和泥岩的孔隙均属于这一类。
岩石孔隙主要为微毛细管时，不管其孔隙度的大小如何，此岩层对液体和气体是不渗透的。如岩石的孔隙主要是那些断面足够大的毛细管和超毛细管孔隙组成的，那该岩层就是好的储集层。从实际出发，只有那些互相连通的超毛细管孔隙和毛细管孔隙才具有实际意义，因为它不仅能储存油气，且可以允许油气渗滤；而那些孤立的互不连通的孔隙和微毛细管孔隙，即使其中储存有油和气，实际上没有太大的意义。
综上所述可得出结论；在自然条件下，当有压差存在时，不是所有的孔隙里的液体和气体都能流动的。
1. 2孔隙度的基本类型及关系
岩石的孔隙度大致可以分为三类：
（1）岩石的绝对孔隙度φa ：是指岩石的总孔隙体积V a 与岩石外表体积V b 之比，即：
%100?=
b a
a V V φ （2—1）
（2）岩石的有效孔隙度φe ：是指岩石中有效孔隙的体积V e 与岩石外表体积V b 之比。有效孔隙体积是指在一定压差下被油气饱和并参与渗流的连通孔隙体积，即：
%100?=
b e
e V V φ （2—
2）
需要注意的是：有些孔隙虽然彼此连通但未必都能让流体通过，如在亲水岩石孔壁表面常存在着水膜，相应缩小了油流孔隙通道。因此，从油田开发实际出发，又在上述孔隙度基础上，进一步划分出流动孔隙度的概念来。
（3）岩石的流动孔隙度φ
f
：是指在含油岩石中，由能在其内流动的孔隙体积
V f 与岩石外表体积V b 之比。即：
%100?=
b
f f V V φ （2—3）
流动孔隙度与有效孔隙度的区别在于：它不仅排除了死孔隙，亦排除了那些为毛管力所束缚的液体所占有效体积，还排除了岩石颗粒表面上液体薄膜的体积。此外，流动孔隙度还随地层中的压力梯度和液体的物理—化学性质如粘度等而变化。因此，岩石流动孔隙度在数值上是不确定的。尽管如此，在油田开发分析中，流动孔隙度仍具有一定的实际价值。
由上述分析不难理解，绝对孔隙度a φ有效孔隙度e φ及流动孔隙度f φ间的关系应该是：
φa >φe >φf 。
1.3渗透率的基本概念
岩石的渗透性是指岩石允许流体通过的能力，一般用渗透率来表示。渗透率就是衡量流体通过相互连通的岩石空隙空间难易程度的尺度。不言而喻，岩石具有连通的孔隙（孔隙、孔洞、毛细管或裂缝）是形成渗透性的必要条件。岩层渗透率是评价油层好坏的重要指标之一，也是编制油田开发方案分析油田动态的一个基本参数。确定岩层渗透率，是测井资料定量解释的重要任务之一。目前，测井确定岩层渗透率的方法很多，但精度都不高，其中比较有效的一种方法，是以孔隙度和束缚水饱和度为基础的统计方法。这种方法是从油田的实际资料（包括岩层的物性分析资料和测井资料）出发，通过数学统计分析建立起来的计算方法。理论与实践都标明：渗透率和孔隙度及束缚水饱和度存在着较好的相关性，一般情况下渗透率随孔隙度的增加而增加，随束缚水饱和度的增加而减小。
在油田开采过程中，正是由于储油岩石具有这种性质，储存于其中的油、气才能从油层流向井内。岩石渗透性的好坏反映着流体在多孔介质内流动时阻力的大小，它与岩石的孔隙结构有密切的关系，由于岩石孔隙很小，结构十分复杂，我们不可能也没有必要从微观上求得每个孔隙通道中的流动阻力的大小（当然，从事微观驱油机理研究者例外），我们可以在一定条件下，根据流体流量的大小，以宏观上来定量研究岩石结构对流体流动阻力的影响及其渗透性的好坏。通常是对一定大小和形状的油层岩芯进行渗滤试验来研究岩石的渗透性。
通常，渗透率是根据在已知条件下，使流体通过岩样来确定的。若流体和岩
石不发生相互作用，岩样的几何形态又不因岩样制备方法和渗透率测试方法而改变，则对于一定的均质流体来说，所测得的渗透率与流体无关，只取决于岩石本身的骨架特性。因此，对于给定的岩样，其渗透率是一个常数。这种均质流体的渗透率叫做绝对渗透率（K）。
渗透率的单位是达西。它相当于压力梯度为1大气压/厘米的条件下，岩石允许粘度为1厘泊、体积为1立方厘米的流体，在1秒钟内通过截面积为1立方厘米岩石的能力。这个单位太大，通常采用千分之一达西（毫达西）作为渗透率的单位。
产层的渗透率有很大的变化范围，从小于0.1毫达西到5000毫达西左右。工业油气井的渗透率下限主要取决于产层的有效厚度、油气比、地层压力、和水饱和度和埋藏深度。
渗透率不仅取决于岩石的性质，还取决于流体的性质。它对于气体的渗透率较大而对液体的较小。它分为绝对渗透率，有效渗透率和相对渗透率。与所实验的岩石不发生任何物理和化学的作用的均一流体的渗透率被称为绝对渗透率，也叫物理渗透率。在实际工作中用空气求出的渗透率作为绝对渗透率。它反映了岩石本身的性质及岩石孔隙空间形态。岩石绝对渗透率大小只与岩石本身的性质及岩石孔隙结构有关，与流体性质无关，如果岩石被其他流体饱和并实验时，岩石的绝对渗透率不改变。当有两种或两种以上的不能混合的流体（如油和水）通过岩石时。对其中每一种流体测得的渗透率称为流体的有效渗透率。它对岩石储集性质的评价具有重要的意义。有效渗透率由于液体恶化气体不同，以及随测定温度和压力的不同而变化。因此石油地质工作者把岩样送给实验室，必须提出测定的有效渗透率的那些条件或者给出在任何情况下，同一岩石测定出的有效渗透率发生变化取决定性因素的解释。例如由于石油的性质它的温度以及采用的压力差；其他流体是否存在某因素的影响；其数值是会发生变化的。
由于不同的流体在岩石内流动时，必然会发生相互作用，一种流体的存在减少了另一种流体流动的通道，其结果就会使有效渗透率小于绝对渗透率。因此，有效渗透率除了与岩石孔隙结构有关外，而且还取决于孔隙内各种流体的相对含量。
有效渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。用百分数表示。所有岩层按渗透率的大小可以分为六个等级：
1、渗透性很好，渗透率大于1达西；
2、渗透性好，0.1达西小于渗透率小于1达西；
3、渗透性中等，0.01达西小于渗透率小于0.1达西；
4、渗透性弱，0.001达西小于渗透率小于0.01达西；
5、渗透性很弱，0.1毫达西小于渗透率小于1毫达西；
6、实际上不渗透，渗透率小于0.1毫达西。
当多种流体同时流过岩石时，相对渗透率的大小是对每种流体通过岩石难易程度的量度。因此，如果把相对渗透率表示为饱和度的函数，那么，所绘制的相对渗透率曲线便可反映岩石产出某种流体的能力，
透率曲线便可反映岩石产出某种流体的能力，
图3.1相对渗透率与饱和度的关系图
图3.1是亲水地层内仅含油和水的相对渗透率曲线示意图。同种横坐标为含水饱和度Sw和含油饱和度So的互补刻度。曲线表明，含油饱和度高时，油的相对渗透率Kro大，而水的相对渗透率Krw小，原油易流动而水不易流动。含水饱和度Sw高时，Kro小而Krw大，水易流动而油不易流动。
图3.1中油的相对渗透率曲线（Kro）趋于零的饱和度值相当于地层的残余油饱和度（Sor）。在这种情况下，油在孔隙内不能流动。同样，当Sw=（Sw）min 时，Krw曲线趋于零，产层产油而不产水。这部分水或者被毛细管力保留于产层的微小孔隙内或者被亲水地层岩石颗粒表面的分子力所吸附。因此，油气层之所以不出水，并非不含水，而在于这部分水的相对渗透率极小，不能流动，或者说，油气层只含“油气水”不含“可动水”。已经证明，砂岩地层中的束缚水饱和度Swi 经常可表示为孔隙度和颗粒中值的函数，碳酸盐岩地层Swi则是孔隙度与渗透率的函数。经验表明，油气层的束缚水饱和度的变化范围很大，可由10-70%。这意味着，油气层的含油饱和度也可由30-90%。
1.4 达西直线渗流定律
1856年法国工程师达西研究了水通过砂滤器的流动问题，由试验方法得到流体通过多孔岩石的关系式：
L
h h KF
Q 2
1-= (3-1) 式中：Q-通过截面积为F 高为L 的圆柱形充砂管子水向下流动的体积速率;
h 1和h 2 - 相对于某个基准面，压力计中水柱高度; K - 比例常数。
达西实验装置图示于图3.2中。
后来人们发现，达西定律也可以用于其它流体，比例常数K 应以K/μ来表示。这样，达西定律就可以表达为：单位时间，通过岩心的流体体积（Q ）与岩心两端压差（ΔP=P1-P2）及 岩心横截面积（F ）成正比；与岩心长度（L ）及流体粘度（μ）成反比，即：
L
P F K Q ???
=μ （3-2） 或写成：
dL
dp K V ?-
=μ （3-3）
式中 V - 在单位时间内通过岩心单位面积沿渗流方向的体积（渗流速度）；
dL
dp
- 沿渗流方向的压力梯度。
其中K 为比例系数。如果当岩心中全部为单相流体所充满，岩石与流体不发生化学和物理化学作用的层流条件下，它是与流体性质无关的常数，在这种条件下它是仅取决于岩心结构的参数，称为岩石的绝对渗透率。
将（1-19）式改写成：
P
F L
Q K ?=
μ （3-4） 就可以计算岩石的渗透率。
如果我们用L 、M 和T 来相应表示长度质量和时间的因次，那么，Q 的因次为L 3/T ；μ的因次为M / LT ；F 的因次为L 2，P 的因次为M / L T 2；则K 的因次为L 2，所以在厘米、克、秒单位制中渗透率单位应为平方厘米。如果以它作单位，其数值大小了使用起来很不方便，所以在石油工业常用达西作为渗透率的单位，它是这样定义的：以粘度为1厘泊的流体完全饱和岩石孔隙，在1大气压的压差下以层流方式通过截面1平方厘米长1厘米的岩样时，若其流体流量为1厘米3/ 秒，则该岩石的渗透率为1达西。
1D = 1.02*108-cm 2 = 1.02μm 2
绝对渗透率是岩石的自身性质，它取决于岩石孔隙结构：在层流、岩石与流体不起反应和100%为流动流体饱和的条件下，演示的绝对渗透率与所通过的流体性质无关，这一点通过下面的例题可以看得更清楚。
设有一块砂岩岩心，长度L = 3cm 2,截面积A = 2cm 2,其中只有粘度μ = 1cp 的盐水通过，在压差?p = 2大气压下通过岩心的流量Q = 0.5cm 3/s,根据下式算得：
D P A L Q K 375.02
23
15.0=???=?=
μ 如果上面这块岩心不是用盐水通过，而是用粘度μ = 3cp 的油通过，在同样压差?P = 2大气压下，它的流量Q = 0.167cm 3/s ，同理算得： D P A L Q Q 375.02
233167.0=???=?=μ
显见，岩石的绝对渗透率K 并不因为通过的是水还是油而有所改变，即岩石的渗透率是一常数。但实际上用液体测得的渗透率往往不是一个常数，或是因为天然岩心中含有的粘土遇水膨胀而使渗透率减小，或是由于油的吸附而使得渗透率降低。
第2章岩心的预处理及处理规则
（原因）
2.1 岩心的预处理流程
1、选样
2、编号
3、洗油
4、烘干
5、洗盐
6、烘干
7、岩心试样的高度与直径测量
2.2 岩心的处理规则
2.2.1岩心试样选取规则
岩心试样的选取应根据研究对象，研究内容，项目，根据选取的研究油田区域，区块，地层，选取具有代表性的岩心。选取规则一般选择岩层横向变化不大的岩心试样若干块（通过取心资料进行钻取），每块取心资料钻取的试样沿水平层理加工成直径1英寸，1.5英寸，2英寸，长度25厘米-80厘米的圆柱体，按要求要事先测出岩心的规格，每一数值要在岩心试样选取三个不同测量点用千分卡尺测出，分别按顺序计入数据统计表内，并计算出每块岩心的平均高度和平均直径。
2.2.2 岩心处理流程
1.岩心试样编号
将选取好的岩心试样，同时按钻取的井号，深度顺序编号。将编号用记号在岩心试样上面，要清晰（为防止字迹脱掉，标记时可在岩心试样的两个不同的位置注两遍编号）。
2.岩心试样洗油
孔隙度和渗透率是岩石本身的属性，如果有油和盐附于岩石孔隙的喉道中，就会影响有关参数的测量。因此，在测试前要首先对被测岩心试样进行洗油，洗盐工作。岩芯洗油目前大都采用脂的抽提器、脂肪抽提器，装置见附录，下面对其组成进行一下简介：
烧瓶：加热洗涤溶剂；
岩心室：装岩心试样进行清洗；
冷凝管：冷却溶剂蒸气；
加热采用电加热套加热。
洗涤溶剂常用的有：
三氯甲烷，四氯甲化碳，二甲苯，丙酮，二氯乙烯，四氯乙烯，石脑油，乙烷，石油醚，溶剂汽油等。
选用溶剂需要注意的是：任何溶剂都会不同程度的改变岩石的湿润性。因此，选用溶剂提取岩心时应尽量选那些适合的溶剂。如对油样岩心选用溶剂汽油，四氯化碳或石油醚。而对亲水岩心试样则选用1：2或1；3的酒精-苯。如果提取含沥青基原油的样品，则选用甲苯或70%氯烷加上30%甲醇清洗。
清洗：将岩心试样放入蒸馏提取岩心瓶中，将溶解原油能力较强的有机溶剂加入到烧瓶中（以液面达到烧瓶的2/3处为好）。将蒸发提取器的进出管线连接好，接口处扎紧防止工作时漏水，再将各接口处密封好后，对岩心进行冲刷，浸泡，使岩芯内的有机溶质在溶剂油中。当溶剂滴满岩心室时，靠虹吸作用，使含有有机质的溶剂回流到烧瓶中继续加热蒸发，这样循环清洗，直到把岩心试样中的原油，有机质清洗干净为止。
在加热，蒸馏，浸泡岩心的循环过程中，当岩心室内内的溶剂达到无色透明的时候停止加热。控制好浸泡岩心室岩心的液面，再经48小时以上的浸泡，当岩心室内的溶剂仍为无色透明的时候，即为岩心试样洗油完毕。
3.岩心试样洗盐，
岩心试样洗盐也可以采用蒸气提取器进行，一般地层水矿化度>30000mg/L的岩心，洗油后还必须进行用甲醇或其他溶解盐的溶剂洗盐。我们进行岩心试样洗盐通常采用常规的蒸馏水浸泡法，将洗过油且经过烘干的岩心试样用纯净的蒸馏水浸泡，每间隔4-6小时更换一次溶液，在洗盐过程中可以给溶液加温，以加快离子的运移速度（加快洗盐）。判断洗盐结果，可以采用电导仪测定清洗溶液的水电导率和通过测量被清洗岩样的电阻值来进行判断。
4.岩心试样烘干
将经过洗油，洗盐的岩心试样中的水分完全蒸发掉，可以采用自然挥发法或将岩样放进烘干箱内，在50度左右的温度下将其内的水分蒸发掉。
对于含粘土及石膏较少的砂岩试样，为使隙间水逸出而不改变矿物成分的性质，一般将温度控制在105左右，烘8小时以上，到岩样恒重为止。
对于一些粘土及石膏较多的岩样，一般采用恒温恒湿法。将岩样放入恒温恒湿干燥箱中，该烘箱能保持一定的温度，对于蒙脱石，伊利石等水敏性粘土含量高的样品，一般温度控制在61~93，温度控制在45，烘干时间控制在48小时。。
5.岩心试样的高度和直径测量
将干燥好的岩心用千分卡尺分别测出岩心试样的高度和直径，分别测三次转换角度，以减小误差提高准确率。将测量好的高度和直径的值按顺序号登记到数据统计表上。
第3章 孔隙度和渗透率的实验室测量
3.1 实验仪器简介
本次实验所使用的仪器是由江苏海安石油仪器厂生产的FYKS-2高温覆压孔渗测定仪，测量孔隙度和渗透率都通过使用氮气来完成，所有的数据的采集和记录以及孔隙度和渗透率的计算都通过计算机来完成，最后，该软件将以表格和图表的形式生成最后实验数据。FYKS-2高温覆压孔渗测定仪及其气路图见附录。
3.1.1方法原理
㈠．孔隙度
高温高压孔隙度的测量，系气体法测定，测量介质为氮气，原理基于波义耳定律，即用已知体积的标准体，在设定的初始压力下，使气体向处于常压下的岩心室作等温膨胀，气体扩散到岩心孔隙之中，利用压力的变化和已知体积，依据气态方程，即可求出被测岩样的有效孔隙体积和颗粒体积，则可算出岩样孔隙度。
φ＝
V 孔V 孔+V 颗
×100%
㈡．渗透率
以氮气为标准测试气体，当氮气在一定的压力作用下流过被测样品时，样品两端建立压差△Pc ，流过被测样品的气体直接进入出口已知容积的定容器里（容器的容积与通过岩样气量多少相匹配），当定容器内压力达到某一值（△Pt ≤5%△Pc ）时，由微机控制电磁阀打开，使定容器内压力与大气平衡，同时微机记录气体充满容器所需时间t 和容器充满氮气时的压力△Pt ，利用下式可计算出岩心的气体渗透率。
2μL△P t
Ka ＝
A｛P i -（P 0+ △Pt） ｝2
1
2
2
×
t
V t
×10
5
或：
μL·△P t V t
Ka＝
A·△P·t(P i-△P c/2)
×
×10510 μm
-32
式中：L —岩心长度，cm;
△Pt —容器压力，Kpa；
Vt —容器容积，cm3；
A —岩心截面积，cm2；
△Pc—岩心两端压差，Kpa；
t —容器充气时间，S；
Pi —岩心入口压力，Kpa；
μ—氮气粘度，mpa.s
Ka—渗透率，10-3μm2；
3.1.2重要性能
1．渗透率
测量范围：0.001×10-3μm2～8000×10-3μm2；
相对误差：K＜1×10-3μm2，20%
1×10-3μm2＜K＜40×10-3μm2，10%
K＜40×10-3μm2，5%
2．孔隙度
测量范围：≤50%
绝对偏差：0.5%
3．仪器工作条件
温度：常温～150℃
压力：轴压0～70MPa
环压0～70MPa
3.1.3组成仪器的各部件技术规范
1．调压阀1
型号：YT—5型，入口压力：0～32MPa、出口压力：0～4MPa 2．调压阀2
型号：YT—5型，入口压力：0～32MPa、出口压力：0～10MPa，提供压力倍增器的增压。
3．调压阀3
型号：YT—5型，入口压力：0～32MPa、出口压力：0～4MPa，提供渗透率测量压力。
4．调压阀4、调压阀5
入口压力：0～1MPa、出口压力：0～0.8MPa，提供孔隙度的测量压力，渗透率的测量压力。
5．压力倍增器
增压比1﹕15，最大增加70MPa，提供夹持器轴向环向压力。
6．储液罐
容积600mL，压力70MPa
7．三轴夹持器
最大轴压、环压：70MPa，适用岩心规格：φ25×25～80mm、φ38×25～80，最大耐温：180℃
8．模型杯
配有4种规格的标准块，通过模型杯、标准室夹持器可测定岩心的颗粒体积和孔隙体积。
9．定容器
定容器有10、100、1000cm3三种规格，用于与不同渗透率的样品相匹配。10．轴向、环向压力传感器
量程：80MPa、精度：0.5%F·S
11．差压传感器
量程：200KPa、精度：0.25%F·S
12．定容器压力传感器
量程：20KPa、精度：0.1%F·S
13．孔隙度测量压力传感器
量程：150psi、精度：0.1%F·S
14．岩心进口压力传感器
量程：5000KPa、精度：0.1%F·S
15．恒温箱
工作温度：150℃、控温精度：±1℃
16．真空泵
2XZ—0.5型
17．电磁阀
工作压力：0.8MPa
18．数据采集控制
C104HPCI数据采集板，PCI1711采集板，PCLD－8710端子板
19．计算机、打印机
DELL P4，2.0G硬盘80G，内存256M，HP1000激光打印机20．气体质量流量计
量程10sccm、300sccm、3000sccm，精度±1%F·S
3.2实验软件操作步骤说明
FYKS系列高温覆压孔渗测定仪软件分以下六大功能:
1)系统设置
2)参数录入
3)系统测定
4)数据报表
5)数据管理
6)退出系统
一、启动FYKS系列高温覆压孔渗测定仪软件
点击【开始】【程序】【FYKS系列高温覆压孔渗测定仪】【FYKS系列高温覆压孔渗测定仪】将会出现如下画面：
在上面的窗口上点击鼠标或按键盘任意键后，将会出现下面软件主屏幕。
二、系统设置
本功能用于设置系统参数。
点击【系统设置】菜单，程序出现如下画面：
1、点击【C104H卡设置】菜单，程序出现如下画面：
本窗口用于设置覆压孔仪器中各个压力表的采集端口。修改各参数后点击【设置】按钮后设置的各参数生效。
2、点击【1711卡设置】菜单，程序出现如下画面：
本窗口用于设置覆压孔仪器中各个流量表和温度表的采集端口。修改各参数后点击【确定】按钮后设置的各参数生效。
3、点击【标准体积设置】菜单，程序出现如下画面：
本窗口用于设置覆压孔仪器中孔隙度测定的各标准块体积进行设置。修改各参数后点击【确定】按钮后设置的各参数生效。
三、参数录入
本功能用于设置样品参数录入。
点击【系统设置】菜单，程序出现如下画面：
1、[添加(A)]按钮用于添加一个井号和该井号所对应的样品数据。
2、[编辑(E)]按钮用于编辑一个井号和该井号所对应的样品数据。
3、[删除(D)]按钮用于删除一个井号和该井号所对应的样品数据。
4、[增加(I)]按钮用于增加一个样品。
5、[删除(R)]按钮用于删除一个样品
6、[更新(U)]按钮用于保存以前所作的修改。
7、[取消(C)]按钮用于取消以前所作的修改。
8、[关闭(X)]按钮用于关闭本功能。
四、系统测定
本功能用于孔隙度和渗透率的测定。
点击【系统测定】菜单，程序出现如下画面：
点击【渗透率测定】菜单，程序出现如下画面：
点击【气体流量计法】菜单，程序出现如下画面：
选择井号、样品、压力变送器、流量计后，点击[采集]按钮将生成一条渗透率数据；点击[重集]按钮将覆盖当前的渗透率数据。
在下面的Grid控件中点击后将选择该行采集数据，按键盘上{Delete}键将删除该行采集数据。
为了孔隙度和渗透率测定的方便，程序特别制作了切换按钮。点击[切换到孔隙度测定]将程序切换到当前采集状态下的（孔隙度测定程序）。
点击【气体定容器法】菜单，程序出现如下画面：
吕荣值和渗透系数K之间关系
吕荣值和渗透系数K之 间关系 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
吕荣值（q）表示使用灌浆材料作为试验流体时地层的渗透系数。吕荣(Lugeon)，1吕荣为1MPa作用下1米试段内每分钟注入1L水量。（在100m的水柱压力下，每米长度标准钻孔内，历时10min，平均每分钟压入岩石裂隙中的水量。）定义公式，q=Q/PL，其中，Q为压入流量，单位L/min；P为作用于试段内的全部压力，单位M P a；L为试段长度，单位m。 渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大，岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数〉10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<米/昼夜.据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。 地下水流速的确定：在地下水等水位图上的地下水流向上，求出相邻两等水位线间的水力梯度，然后利用公式计算地下水的流速V=kI 。式中：V---地下水的渗流速度（m/d）K---渗透系数（m/d）I----水力梯度 表示岩土透水性能的数量指标。亦称水力传导度。可由达西定律求得：q＝ＫI，式中q为单位渗流量，也称渗透速度（米/日）；K为渗透系数（米/日）；I 为水力坡度,无量纲。可见,当I＝1时，q＝K，表明渗透系数在数值上等于水力坡度为 1时，通过单位面积的渗流量。岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。
透水率和渗透性之间的区别----谢克
透水率和渗透性之间的区别 很多人把透水率和渗透性等同看待，也没有太在乎试验方法之间的差别。 （1）透水率的概念 也叫单位吸水率，是压水试验过程过程中，每分钟（min）每米(m)试段在每米(m)压头下的注入水量(L)。单位国际标准采用吕荣Lu。 压水试验规范中说透水率“表达岩体透水性的指标”，个人感觉欠妥，把大家搞糊涂了。正确的说法是“反映岩体可灌性的指标”，尽管和岩石渗透系数K有相关关系，甚至很好的相关关系，是不同的概念和机理。希望将来哪位把它改过来。下面再仔细讨论“透水率”和“渗透性”的恩恩怨怨！ （2）透水率的工程意义 首先，要把压水试验和常规的抽水、注水试验区别一下，目前认为它是为灌浆目的而进行的水文地质试验，就足够。透水率是反映岩体可灌性的指标，其大小直接影响设计的方案。 比如基础防渗设计标准是3Lu，目前基础一下50米很多岩体透水率是5Lu，那么防渗设计一般要求做到（a）相对隔水层[封闭帷幕]或（b）足够深度[悬挂帷幕，要进行渗透计算确定]显然，如果是交钥匙工程，投标时资料不权，估计透水率比较小，结果中标后，补充勘察发现有大面积透水性很强的岩层。工程意义就是，你的帷幕防渗工作量包不住，赔钱！意义重大。 （3）透水率吕荣Lu和渗透系数K的关系 上面也提到了，数值上有很好的关系，工程中老总会用1Lu≈1.0E-7m/s来把透水率转化成渗透性。这也是把大家搞糊涂的原因。也不反对这个简化转换，确实有这个近似数值关系。哈哈 （4）两者的区别也是明显的： （a）两者不是线性关系 层流状态可以用以上简化关系，如果是非稳定流，就不适合了。规范说小于10Lu可以直接数值转换，也有公式。接触了Christin Kutzner德国岩土大坝专家的一本书，上面就有两者的曲线。绝对不是线性的。因此，大家要理解实践简化和真实解的区别。 （b）试验状态不一样 常规渗透试验，如抽水、常水头、降水头渗透试验，都是利用稳定地下水位随时间的变化来确定的岩石的渗透系数的，关键的一条，对岩石本身的扰动很小，降落漏斗的形成、发展和水位恢复时间很长，是一个很“温柔”的试验过程。 再看压水试验，都用很大的压力水头，在钻孔周围迅速形成水位压力差，虚拟反漏斗。并不需要原来地下水的参与，干孔照样可以试验。对岩石裂隙张开度、充填物的影响是肯定的，是一个“急暴”的试验过程。 因此，也有大师提出这个问题，在这本书里有介绍。《水利水电工程灌浆与地下水排水》
高温覆压下孔隙度和渗透率变化
目录 前言 (1) 第1章孔隙度和渗透率的测量原理 (2) 1.1孔隙度的概念 (2) 1.2孔隙度的基本类型及关系 (3) 1.3渗透率的基本概念 (4) 1.4达西直线渗流定律 (7) 第2章岩心的预处理及处理规则 (9) 2.1岩心的预处理流程 (9) 2.2岩心的处理规则 (9) 第3章孔隙度和渗透率的实验室测量 (12) 3.1实验仪器简介 (12) 3.2实验软件操作步骤说明 (15) 第4章孔渗数据表及其高温覆压下的变化曲线 (24)
前言 目前，油田勘探开发技术围绕着提高油田综合采收率这个目标不断发展。提高采收率所面临的最重要的挑战之一就是提高油藏描述水平, 建立精细地质模型,精确认识油气在地层的分布特征，而岩石的孔隙度和渗透率是岩石最重要的物性参数，它们的测量和解释是油藏描述的关键。 孔隙度和渗透率是描述储集层特征最常用也是最重要的两个参数，它们和储层所含流体数量及流体流动能力有关。地球物理人员的主要任务，就是利用各种测井方法发现油气资源，并且帮助采油工程师最大限度地把油气开采出来。当前油气勘探开发不断向低孔、低渗、薄互层和深、浅层方向发展，勘探工作的难度越来越大，对我们地球物理工作者的要求也越来越高，岩石物理参数的测量研究，是各种测井方法和解释方法的基础，它是改进现有的勘探方法，发展新的测井方法，构思新的测井仪器和提出完善、合理的解释模型，综合利用测井资料、地质资料的重要依据。 一般岩石孔隙度和渗透率测量是在常温常压下完成的，但这并不能代表油藏储层物性的真实特征。温度和压力的环境因素对岩石孔、渗的测定有着重要的影响。测井所获得是在地层条件下的物性参数，为了在地面上测得的参数能够真实反映原始地层的情况，这就要求我们在实验室内模拟一定压力和温度，形成类似井下真实的环境，才能比较真实的反映地层情况。另外在测量前，岩石的制备工作，如取心尺寸的选择、烘干、饱和、加温、加压等每一道工序，都要特别谨慎，不能破坏岩心原始状态的结构本项目就是利用实验室的相应仪器模拟地下温度压力条件，完成在高温覆压情况下测量岩心孔隙度和渗透率，并分析岩心孔渗参数随温度、压力的变化规律，为油田储集层解释提供参考的依据，提高解释复合率。
吕荣值和渗透系数
吕荣值（q ）表示使用灌浆材料作为试验流体时地层的渗透系数。吕荣(Lugeon)，1吕荣为1MPa 作用下1米试段内每分钟注入1L 水量。（在100m 的水柱压力下，每米长度标准钻孔内，历时10min ，平均每分钟压入岩石裂隙中的水量。）定义公式，q=Q/PL ，其中，Q 为压入流量，单位L/min ；P 为作用于试段内的全部压力，单位MPa ；L 为试段长度，单位m 。 渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=k ρg/η，式中k 为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g 为重力加速度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大，岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数〉10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜.据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。 地下水流速的确定：在地下水等水位图上的地下水流向上，求出相邻两等水位线间的水力梯度，然后利用公式计算地下水的流速V=kI 。式中：V---地下水的渗流速度（m/d ） K---渗透系数（m/d ） I----水力梯度 表示岩土透水性能的数量指标。亦称水力传导度。可由达西定律求得：q ＝ＫI ，式中q 为单位渗流量，也称渗透速度（米/日）；K 为渗透系数（米/日）；I 为水力坡度,无量纲。可见,当I ＝1时，q ＝K ，表明渗透系数在数值上等于水力坡度为 1时，通过单位面积的渗流量。岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。 透水率q 和渗透系数K 之间不是简单的对应关系，各种条件下通过q 计算K 的公式也很多。SL 31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》推荐：当试段位于地下水位以下，透水率在10 Lu 以下，P—Q 曲线为A 型（层流型）时，可用下式求算渗透系数 r HL Q k 1ln 2π= 式中：K —地层渗透系数，m/d; Q —压水流量，m 3/d ；H—试验压力，以水头表示，m; L —试验段长度，m ; r —钻孔半径，m 。 按照上式，如假定压水试验的压力为1 MPa （即100 m 水头），每米试段的压人流量为 1 L/min （即1.44 m 3/d )，试段长度为5m 。即在透水率为1 Lu 的条件下，以孔径为56～150 mm
渗透系数经验值
毛昶熙主编《堤防工程手册》所给经验值： 土质类别K(cm/s) 土质类别K(cm/s) 粗砾1~0.5 黄土（砂质）1e-3~1e-4 砂质砾0.1~0.01 黄土（泥质）1e-5~1e-6 粗砂5e-2~1e-2 黏壤土1e-4~1e-6 细砂5e-3~1e-3 淤泥土1e-6~1e-7 黏质砂2e-3~1e-4 黏土1e-6~1e-8 沙壤土1e-3~1e-4 均匀肥黏土1e-8~1e-10 表2 岩石和岩体的渗透系数 岩块K（实验室测定，cm/s）岩体K（现场测定，cm/s）砂岩（白垩复理层）1e-8~1e-10 脉状混合岩 3.3e-3 粉岩（白垩复理层）1e-8~1e-9 绿泥石化脉状页岩0.7e-2 花岗岩2e-10~5e-11 片麻岩 1.2e-3~1.9e-3 板岩 1.6e-10~7e-11 伟晶花岗岩0.6e-3 角砾岩 4.6e-10 褐煤层 1.7e-2~2.39e-2 方解岩9.3e-8~7e-10 砂岩1e-2 灰岩 1.2e-7~7e-10 泥岩1e-4 白云岩 1.2e-8~4.6e-9 鳞状片岩1e-2~1e-4 砂岩 1.2e-5~1.6e-7 1个吕荣单位裂隙宽 度0.1mm间距1m和 不透水岩块的岩体 0.8e-4 砂泥岩2e-6~6e-7 细粒砂岩2e-7 蚀变花岗岩0.6e-5~1.5e-5 岩土类别渗透系数K（cm/s）孔隙率n 给水度资料来源砾240 0.371 0.354 瑞士工学研究所粗砾160 0.431 0.338 砂砾0.76 0.327 0.251 砂砾0.17 0.265 0.182 砂砾7.2e-2 0.335 0.161 中粗砂 4.8e-2 0.394 0.18 含黏土的砂 1.1e-4 0.397 0.0052 含黏土1%的砂砾 2.3e-5 0.394 0.0036 含黏土16%的砂砾 2.5e-6 0.342 0.0021 重粉质壤土d50=0.02mm 2e-4 0.442 0.007 南京水利科学研 究院 中细砂d50=0.2mm 1.7e-3~6.1e-4 0.438~0.392 0.074~0.039 粗砾d50=5mm 613 0.392 0.36 砂砾石料 2.4e-3 0.302 0.078
页岩气渗透率孔隙度测量方法
CSUG/SPE 138148 A New Method To Simultaneously Measure In-Situ Permeability and Porosity Under Reservoir Conditions: Implications for Characterization of Unconventional Gas Reservoirs X. Cui, SPE, CBM Solutions; R.M. Bustin, The University of British Columbia; R. Brezovski, B. Nassichuk, K. Glover, V. Pathi, CBM Solutions Copyright 2010, Society of Petroleum Engineers This paper was prepared for presentation at the Canadian Unconventional Resources & International Petroleum Conference held in Calgary, Alberta, Canada, 19–21 October 2010. This paper was selected for presentation by a CSUG/SPE program committee following review of information contained in an abstract submitted by the author(s). Contents of the paper have not been reviewed by the Society of Petroleum Engineers and are subject to correction by the author(s). The material does not necessarily reflect any position of the Society of Petroleum Engineers, its officers, or members. Electronic reproduction, distribution, or storage of any part of this paper without the written consent of the Society of Petroleum Engineers is prohibited. Permission to reproduce in print is restricted to an abstract of not more than 300 words; illustrations may not be copied. The abstract must contain conspicuous acknowledgment of SPE copyright. Abstract Accurate estimation of gas-in-place is crucial for successful evaluation and exploitation of unconventional gas reservoirs, such as shale gas, coalbed methane, and tight gas. However, gas effective porosity, one of the most important parameter in estimating gas in-place, is commonly measured on crushed samples of cores or cuttings at ambient pressure although many studies have shown that the porosity and permeability of reservoirs rocks decrease with increasing effective stress, and thus the pore volume/porosity measured on crushed samples at ambient (zero stress) conditions will be larger than porosity measured under in-situ reservoir stress conditions. Normally the stress-dependence of porosity is simply accounted for by a correction factor based on the linear poro-elastic deformation, which is likely an over-simplification. In present study, we developed a new protocol for simultaneously measuring stress-dependent In-Situ Permeability and Porosity (ISPP) that provides a method for routine characterization of effective porosity and permeability under simulated reservoir conditions. Our new method can significantly reduce the uncertainties of porosity introduced by testing crushed samples under ambient conditions, testing time, and the need for good quality core samples that are usually unavailable. Preliminary test results indicate that the stress dependence of porosity (or pore compressibility) of fine grained reservoir rocks follows a unique trend of each tested sample, which cannot be simply adjusted from ambient porosity by a universal factor. Physical and numerical sample tests suggest that our ISPP method can obtain permeability similar to the normal pressure Pulse-Decay Permeability (PDP) technique if samples are homogeneous or transversely layered along their axes. Otherwise, our ISPP method likely tests the geometrical average permeability of longitudinally layered samples instead of the weighted arithmetical average permeability tested by the PDP method. Overall, our approach of simultaneously measuring effective porosity and permeability under reservoir conditions offers intrinsically consistent porosity-permeability data to characterize unconventional reservoirs. Our study also reveals that utilization of different methods to test samples in different orientations and different sizes is necessary to rigorously characterize the hierarchical permeability and porosity of heterogeneous and microporous unconventional reservoir rocks. Introduction Tremendous natural gas resource exists in unconventional reservoirs including tight sands, coal seams, and gas shales. These unconventional reservoirs usually have low to extremely low permeability and their economical exploitation often requires drilling of long-leg horizontal wells and to stimulate the wells by multiple transverse hydraulic fractures. The high cost of drilling horizontal wells and multiple hydraulic fracturing makes it critical to optimally select zones for completion and drilling of laterals.
渗透系数
渗透系数 渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大，岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。 1.测定影响 渗透系数k 是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。不同种类的土，k 值差别很大。因此，准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。 2计算方法 渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方
法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。 3测定方法 渗透系数的测定方法主要分“实验室测定”和“野外现场测定“两大类。 常水头法测渗透系数k 1.实验室测定法 目前在实验室中测定渗透系数k 的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为”常水头法“和"变水头法"两种。 常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数，从而水头差也为常数。如图： 试验时，在透明塑料筒中装填截面为A，长度为L的饱和试样，打开水阀，使水自上而下流经试样，并自出水口处排出。待水头差△h
渗透系数经验值
毛昶熙主编《堤防工程手册》所给经验值： 土质类别 K(cm/s) 土质类别 K(cm/s) 粗砾 1~0.5 黄土（砂质） 1e-3~1e-4 砂质砾 0.1~0.01 黄土（泥质） 1e-5~1e-6 粗砂 5e-2~1e-2 黏壤土 1e-4~1e-6 细砂 5e-3~1e-3 淤泥土 1e-6~1e-7 黏质砂 2e-3~1e-4 黏土 1e-6~1e-8 沙壤土 1e-3~1e-4 均匀肥黏土 1e-8~1e-10 表2 岩石和岩体的渗透系数 岩块 K （实验室测定， cm/s ） 岩体 K （现场测定，cm/s ） 砂岩（白垩复理层） 1e-8~1e-10 脉状混合岩 3.3e-3 粉岩（白垩复理层） 1e-8~1e-9 绿泥石化脉状页岩 0.7e-2 花岗岩 2e-10~5e-11 片麻岩 1.2e-3~1.9e-3 板岩 1.6e-10~7e-11 伟晶花岗岩 0.6e-3 角砾岩 4.6e-10 褐煤层 1.7e-2~2.39e-2 方解岩 9.3e-8~7e-10 砂岩 1e-2 灰岩 1.2e-7~7e-10 泥岩 1e-4 白云岩 1.2e-8~4.6e-9 鳞状片岩 1e-2~1e-4 砂岩 1.2e-5~1.6e-7 1个吕荣单位裂隙宽度0.1mm 间距1m 和不透水岩块的岩体 0.8e-4 砂泥岩 2e-6~6e-7 细粒砂岩 2e-7 蚀变花岗岩 0.6e-5~1.5e-5 表3 各种岩土的给水度 岩土类别 渗透系数K （cm/s ） 孔隙率n 给水度 资料来源 砾 240 0.371 0.354 瑞士工学研究所 粗砾 160 0.431 0.338 砂砾 0.76 0.327 0.251 砂砾 0.17 0.265 0.182 砂砾 7.2e-2 0.335 0.161 中粗砂 4.8e-2 0.394 0.18 含黏土的砂 1.1e-4 0.397 0.0052 含黏土1%的砂砾 2.3e-5 0.394 0.0036 含黏土16%的砂砾 2.5e-6 0.342 0.0021 重粉质壤土d50=0.02mm 2e-4 0.442 0.007 南京水利科学研 中细砂d50=0.2mm 1.7e-3~6.1e-4 0.438~0.392 0.074~0.039 粗砾d50=5mm 613 0.392 0.36 砂砾石料 2.4e-3 0.302 0.078
油层物理实验讲义(比面、孔隙度)
实验一 储层岩石比面的测定 一、实验目的 1．掌握储层岩石比面的概念及物理含义。 2．了解岩石比面的影响因素。 3．了解BMY-II 型岩石比面测定仪的测定原理。 4．加深理解岩石比面与孔隙度、渗透率的关系。 二、实验原理 由高才尼-卡尔曼方程 ()2 23 2231r s s s S S S S S S K φττφττφττφφ-'='='= 得： ()K S S s r 2 3 1φττφ-'= 经单位换算并代入管子形状系数（S '取平均值2.5）、颗粒形状校正系数（s τ取平均值1.4）、毛细管迂曲度（τ取平均值1.4）得比面的计算公式如下： () μφφ1 1142 3???-=Q H L A S r 式中 r S ──以岩石颗粒体积为基础的比面，32 cm cm ； φ──岩石的孔隙度，小数； A ──岩石的横截面积，2cm ； L ──岩石长度，cm ； Q ──通过岩芯的空气流量，s /cm 3 ； μ──室温下空气的粘度，s Pa 101??-； H ──岩芯两端的压差，厘米水柱。 由上式可以看出，当岩样的孔隙度为已知时，岩样的横截面积A 和长度L 可以用游标卡尺直接量出，而室温下空气的粘度μ可由表查得，只要计量通过岩芯的空气流量Q 和岩芯两端对应的压差 H 便可算出岩样的比面r S 。
三、实验仪器 1．比面测定仪：主要由岩芯夹持器、空气唧筒和压力计组成，其结构原理如图1-1所示：2．秒表。 3．量筒。 4．烧杯。 图1-1 岩石比面测定仪流程图 四、实验步骤 1．用游标卡尺量出干燥岩样的长度和直径（十字交叉法），并计算出岩样的横截面积。 2．将岩样放入岩芯夹持器，加环压0.7～1.0MPa（确保岩样与夹持器之间不发生窜流）。 3．打开进液阀门和排空阀门，向唧筒内灌水，大约2/3唧筒的体积为宜，关闭进液阀和排空阀。 4．检查仪器是否有漏气现象：打开排水阀，放出少量水后，关闭排水阀及岩芯夹持器进气阀，观察压力计的液面是否变化，若不变，则表示仪器不漏气，否则应进行检查直到不漏气为止。并打开夹持器的进气阀。 5．准备好秒表和量筒，打开排水阀，利用该阀的开度不同来控制流出水的流量，待压力计的压力稳定在某一高度H后，一手拿秒表，一手拿量筒，测量相应压力H下一定时间内所流出的水的体积，记录相应的时间，然后逐渐增大排水阀的排水量，用同样的方法至少测定三个水量和相应的H 值，最后关闭排水阀。 6．计算单位时间内流出的水量Q，将Q和相应的H带入公式，并根据其他已知量算出岩样比面。
吕荣值和渗透系数K之间关系
透水率q 和渗透系数K 之间不是简单的对应关系，各种条件下通过q 计算K 的公式也很多。SL 31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》推荐：当试段位于地下水位以下，透水率在10 Lu 以下，P —Q 曲线为A 型（层流型）时，可用下式求算渗透系数 r HL Q k 1ln 2π= 式中：K —地层渗透系数，m/d; Q —压水流量，m 3/d ；H —试验压力，以水头表示，m; L —试验段长度，m ; r —钻孔半径，m 。 按照上式，如假定压水试验的压力为1 MPa （即100 m 水头），每米试段的压人流量为1 L/min （即1.44 m 3/d )，试段长度为5m 。即在透水率为1 Lu 的条件下，以孔径为56～150 mm 计算得的渗透系数为(1.37～1.11)×10-5 cm/s 。由此可见，作为近似关系，1 Lu 相当于渗透系数为10-5 cm/s 。 严格地讲，渗透系数K 与单位吸水量w 间并无固定关系。但有时为设计计算方便起见，通过实践大致有以下几种认识： （1）K =（1.5～2）×w （K 的单位为m/d,w 的单位为L/min.m.m ） 例如：某大坝基岩透水性，单位吸水量w 平均值为0.08L/min.m.m ,试求其相应的渗透系数K 。 若采用K=2w 时，则K =2×0.08=0.16(m/d )=1.85×10-4cm/s 。 采用K =1.5w 时，则K =1.5×0.08=0.12(m/d )=1.39×10-4cm/s 。 （2）国外资料认为 1Lu =1.3×10-5cm/s 。 （3）国外有些学者和单位给出了渗透系数K 与吕荣值的相关关系图，见下图。由图中可以看出：当K =10-7m/s (即10-5cm/s )时，吕荣值大约为1～3；当K =10-5m/s (即10-3cm/s )时，各曲线的吕荣值均大于30。
碾压混凝土渗透系数的确定方法
碾压混凝土渗透系数的确定方法 碾压混凝土渗透系数的确定方法是怎样的呢，下面下面为大家带来相关内容介绍以供参考。 碾压混凝土坝的施工特点是通仓、薄层连续铺筑并碾压。碾压混凝土坝施工速度快在世界范围内得到广泛认可，但对碾压混凝土防渗性能又存在疑虚，这种疑虑来自碾压混凝土的施工方法及筑坝材料的特殊性。由于分层碾压施工，层面出现薄弱环节的机率要比常规混凝土大，这些薄弱环节对抗剪强度和渗透性影响是相当大的。大坝作为挡水建筑物，稳定性、渗透性是人们最关心的问题。在碾压混凝土坝施工技术日趋成熟，碾压混凝土坝施工质量不断提高的同时，如何正确测试碾压混凝土坝宏观渗透性，特别是碾压混凝土渗透性的现场精确测试，关系到对碾压混凝土坝的安全与耐久性。《水工碾压混凝土施工规范》[1]中把现场压水试验作为现场评定碾压混凝土抗渗性的方法[2]，其可靠性、准确性是至关重要的。反映混凝土渗透性指标有：透水率、渗透系数及抗渗标号。由于目前尚无水工碾压混凝土压水试验规程，只能套用《水利水电工程钻孔压水试验规程SL-25-92》进行操作。SL-25-92是针对裂隙岩体压水试验而编制的，裂隙岩体压水试验容易达到渗流量Q的恒定值，应特别提出的是，SL-25-92推荐采用如下公式计算渗透系数： K=Q/2πHLlnL/r0 式中：K—综合渗透系数，单位：cm/s；Q—试段内的压水恒定流量，单位：cm3/s；H—试验水头，单位：cm；L—压水段长，单位：
cm，r0—钻孔半径，单位：cm. 式是按照压水至恒定状态所求得的压水段岩体平均渗透系数，由于在压水试验前RCC内部存在未被水填满的孔隙，要达到恒定不变的压水流量需要极长的时间，这在实际上办不到的。因此，不能用式来确定其渗透系数。 1 混凝土试块快速渗透试验渗透系数分析 由于混凝土试件存有孔隙，压水试验只有试件孔隙全部被水填充后才能达到恒定渗流状态，即渗透流量达到一恒定值。由于混凝土渗透性很微小，混凝土渗透试验达到恒定流状态历时非常长，设备效率极低，且试验历时过长，发生意外试件的概率就越高。因此，这种正规试验方法必须有装备良好的试验室内进行，且不受时间的限制时才能进行。快速求得混凝土试件渗透系数，特别是在工地试验室条件下混凝土渗透试验常采用如下简易方法：即通过较短时间压水，不等待水将整个试件完全饱和就将试件劈开，测得饱和水上升高度Dm，即可求得渗透系数K. 混凝土试块如图1，由底面向上压水，压水的水头为设时间为t时，饱和水面上升高度为y，该处水力梯度为J=H/y.依达西定律水面上升速度为：v=KJ=KH/y，设时间增量dt，水面升高dy，混凝土孔隙率为m，则水量增量为：dq=mBdy=Bvdt，或mydy=KHdt.压水时间T时水面上升到Dm，通过积分，，积分后可求得：K=mD2m/2TH 混凝土孔隙率应通过试验求得，或根据经验可取m=0.03这就是
吕荣值与渗透系数关系
吕荣值与渗透系数关系 透水率q 和渗透系数K 之间不是简单的对应关系，各种条件下通过q 计算K 的公式也很多。SL 31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》推荐：当试段位于地下水位以下，透水率在10 Lu 以下，P —Q 曲线为A 型（层流型）时，可用下式求算渗透系数 r HL Q k 1ln 2π= 式中：K —地层渗透系数，m/d; Q —压水流量，m 3/d ；H —试验压力，以水头表示，m; L —试验段长度，m ; r —钻孔半径，m 。 按照上式，如假定压水试验的压力为1 MPa （即100 m 水头），每米试段的压人流量为1 L/min （即1.44 m 3/d )，试段长度为5m 。即在透水率为1 Lu 的条件下，以孔径为56～150 mm 计算得的渗透系数为(1.37～1.11)×10-5 cm/s 。由此可见，作为近似关系，1 Lu 相当于渗透系数为10-5 cm/s 。 严格地讲，渗透系数K 与单位吸水量w 间并无固定关系。但有时为设计计算方便起见，通过实践大致有以下几种认识： （1）K =（1.5～2）×w （K 的单位为m/d,w 的单位为L/min.m.m ） 例如：某大坝基岩透水性，单位吸水量w 平均值为0.08L/min.m.m ,试求其相应的渗透系数K 。 若采用K=2w 时，则K =2×0.08=0.16(m/d )=1.85×10-4cm/s 。 采用K =1.5w 时，则K =1.5×0.08=0.12(m/d )=1.39×10-4cm/s 。 （2）国外资料认为 1Lu =1.3×10-5cm/s 。 （3）国外有些学者和单位给出了渗透系数K 与吕荣值的相关关系图，见下图。由图中可以看出：当K =10-7m/s (即10-5cm/s )时，吕荣值大约为1～3；当K =10-5m/s (即10-3cm/s )时，各曲线的吕荣值均大于30。 W 值、Lu 值、K 值之间的关系 以前我国对压水试验的成果多是用单位吸水率w 值来表示，其含义是在每米水头作用下，每米钻孔长度内每分钟的吸水量。单位为L/(min ·m ·n)。计算公式为 Q w pl =
渗透系数经验值
毛昶熙主编《堤防工程手册》所给经验值: 土质类别K(cm/ｓ）土质类别Ｋ（cm/s）粗砾１~0。5黄土（砂质）1e—3~1ｅ-4 砂质砾０。1～0.01黄土(泥质)1e-5～1ｅ－6 粗砂5e-2～1ｅ—２黏壤土1ｅ-４～１e-6 细砂５e－3~1e—3淤泥土1e—6～１e—7 黏质砂2e-3～１e－４黏土1e－6~1e—8 沙壤土１ｅ—3~1e-4均匀肥黏土1ｅ-8~１e—10 表2 岩石和岩体的渗透系数 岩块K（实验室测定，cm/s)岩体K（现场测定,ｃm/ｓ)砂岩（白垩复理层)１ｅ－8~1e—1０脉状混合岩3。3e-3 粉岩(白垩复理层)1e-8~1ｅ-9绿泥石化脉状页岩0.7e-2花岗岩2e—１0～5ｅ—11片麻岩１.2e－3~1。9e—3板岩1．6e-１0～7e—11伟晶花岗岩0．６e－３ 角砾岩４．６ｅ－10褐煤层１.７e—2～2.３９ e—2方解岩9．3e-８~7e—10砂岩1ｅ-2 灰岩１.2ｅ—７～7ｅ —10 泥岩１e－4 白云岩1．2ｅ—8~４。６e- ９ 鳞状片岩１e—２～１e－4 砂岩1．２e—5～１。6e—7１个吕荣单位裂隙宽 度0。1ｍｍ间距１m 和不透水岩块的岩体 ０.８e-4砂泥岩2e－6～6e－7 细粒砂岩2e－7 蚀变花岗岩０.6e—5~１。5e-5 岩土类别渗透系数K(ｃ m/s） 孔隙率n给水度资料来源砾2400．３71０.354 瑞士工学研究所粗砾1600.4310．3３8 砂砾0.760．３270.25１ 砂砾0.170．2650。182 砂砾７。2ｅ－２０.３3５0.１61 中粗砂 4.8e-2０.39４0．1８ 含黏土的砂1。1e-40.3970．0052 含黏土１%的砂砾2。3ｅ—5０。３9４０.0036 含黏土16％的砂砾2．5e—60．34２0.0０21 重粉质壤土d５0=０.0 ２mm ２e-40.442０。007 中细砂d50=０。２m1．7ｅ－3~6。1e0．438~0．３9０.074～
岩石渗透性分级
第2章岩体的渗透特性 学习指导：本章讲述岩土体的渗透性，冻胀过程中土中水分的迁移与积聚，渗流方程及流网的概念，渗透变形产生的条件，坝基渗透稳定性分析，渗透变形的防治措施等内容。 重点：掌握岩土体的渗透性，渗透变形破坏的类型，渗透变形破坏的条件，动水压力的概念，临界水力坡降，渗透水力坡降的试验确定方法及坝基渗透稳定性分析等。了解冻胀过程中土中水分的迁移与积聚及渗透变形破坏的防治措施等内容。 2.1 概述 水在岩土 体孔隙中的流 动过程称为渗 透。岩土体具有 渗透的性质称 为岩土体的渗 透性。图2-1(a) 土石坝渗流的 例子，图2-1（b） 为隧洞开挖时，地下水的渗流。由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律。孔隙介质中的渗流场理论，基本上描述了水在孔隙介质中的渗透特性。水在裂隙介质中的渗透，目前的研究还很不完善。由于裂隙介质的复杂性，水在裂隙介质中的渗透无论在理论上或是试验方面都存在很多问题，在解决工程实际问题方面还很不成熟。岩土体的渗透性对工程设计、施工和安全运行都有重要的影响。 本章主要介绍岩土体的渗透性的基本概念及土体渗透变形破坏的类型、渗透变形破坏产生的条件及坝基渗透稳定性分析，其它内容请参考有关书籍。 2.2 岩土体的渗透性 2.2.2 岩石的透水性 在一定的水力梯度或压力作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。对孔隙介质岩体，一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律——达西定律，(见2-1式)。 渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙、裂隙的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。某些岩石的渗透系数如表2-2，由表可知，岩石的渗透性一般都很小，远小于相应岩体的透水性，新鲜致密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s量级。同一种岩石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大4～6个数量级，甚至更大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的。
渗透系数
渗透系数 简介 又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大，岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜.据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地. 编辑本段正文 表示岩土透水性能的数量指标。亦称水力传导度。可由达西定律求得：q=KI 式中q为单位渗流量，也称渗透速度（米/日）;K为渗透系数（米/日）；I为水力坡度,无量纲。可见,当I=1时，q=K，表明渗透系数在数值上等于水力坡度为1时，通过单位面积的渗流量。岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。 渗透系数的大小主要不取决于岩土空隙度的值，而取决于空隙的大小、形状和连通性，也取决于水的粘滞性和容量，因此，温度变化，水中有机物、无机物的成分和含量多少，均对渗透系数有影响。 在均质含水层中,不同地点具有相同的渗透系数;在非均质含水层中，渗透系数与水流方向无关，而在各向异性含水层中，同一地点当水流方向不同时，具有不同的渗透系数值。一般说来，对于同一性质的地下水饱和带中一定地点的渗透系数是常数；而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变，含水量减少时渗透系数急剧减少。 渗透系数是含水层的一个重要参数，当计算水井出水量、水库渗漏量时都要用到渗透系数数值。渗透系数的测定方法很多，可以归纳为野外测定和室内测定两类。室内测定法主要是对从现场取来的试样进行渗透试验。野外测定法是依据稳定流和非稳定流理论，通过抽水试验(在水井中抽水，并观测抽水量和井水位)等方法，求得渗透系数。 与渗透系数密切相关的另一参数为导水系数(coef-ficient of transmissivity)，它是渗透系数与含水层厚度的乘积，多用在地下水流的计算公式中。对某一垂直于地下水流向的断面来说，导水系数相当于水力坡度等于1时流经单位宽度含水层的地下水流量。导水系数大,表明在同样条件下，通过含水层断面的水量大,反之则小。导水系数只有当地下水二维流动时才有意义，对于三维流动是没有意义的。 编辑本段意义及计算方法 渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着
渗透系数和导水系数
>>教材>>专门水文地质学 §6.2渗透系数和导水系数 渗透系数又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。根据达西公式，渗透系数代表当水力坡度为1时，水在介质中的渗流速度，单位是m/d 或cm/s 。渗透系数大小与介质的结构（颗粒大小、排列、空隙充填等）和水的物理性质（液体的粘滞性、容重等）有关。 导水系数即含水层的渗透系数与其 厚度的乘积。其理论意义为水力梯度为1时，通过含水层的单宽流量，常用单位 是m 2/d 。导水系数只适用于平面二维流和一维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。 利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情况而定，下面就各种情况下的计算公式加以简述，其原理及具体计算步骤可参考地下水动力学相关教材。 一、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数 1. 当Q ～s （或2 h ?）关系曲线呈直线时， （1）承压水完整孔：r R sM Q K ln 2π= (6-9) （2）承压水非完整孔： 当M ﹥150r ，l /M ﹥0.1时， )12.1ln (ln 2r M l l M r R sM Q K ππ-+= (6-10) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时，)]2.01ln([ln 2r M l l M r R sM Q K +-+= π(6-11) （3）潜水完整孔：r R h H Q K ln )(22-=π (6-12) （4）潜水非完整孔： 当h ﹥150r ，l /h ﹥0.1时，)12.1ln (ln ) (22r h l l h r R h H Q K ππ?-+-= (6-13) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时，)]2.01ln([ln )(2 2r h l l h r R h H Q K +-+-= π 图6-2 土壤含水率变化曲线