壓力變化對巖心參數的作用

孫永紅 劉鳳霞

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院巖芯資料室，黑龍江 大慶 163712）

1 巖心滲透率隨壓力的變化情況

巖心滲透牢隨壓力增大而呈指數規律下降，尤其在低滲透率的情況下規律性比較好，在較高滲透翠時。隨壓力增大滲透率也下降，但是出現了無規律性的擺動。出現擺動究其原因可能是：由于目前儀器的發展水平所限，對于較高滲透率參數的測量。重復性和穩定性難于達到百分之百的一致。所以測量點之間表現了一定的離散性。另外，當巖心在受到2MPa梯度壓力的擠壓時。由于巖心顆粒聞、顆粒和膠結物間受力點的不同，顆粒組成、膠結的不均勻性等，造成了它們之間微小位移變化的滯后和無序性，影響巖心的孔喉半徑和曲折度的變化進而影響了滲透牢的無規律性。使流體阻力呈非線性變化。這也可能是促使各點離散原因之一。需要特別指出的是：對于同一塊巖心平行層理方向和垂直層理方向的滲透率差別比孔隙度的差別要大的多。巖心平行層理時滲透率變化在440~380mD。而且數值的擺動幅度也比較大，而垂直層理時。滲透率在220～165roD且擺動幅度也比較小，這說明平行層理方向的巖心層間顆粒排列比垂直層理方向的顆粒排列較松散，或者說致密程度小于后者，也就是垂直方向的巖心由于層的阻擋其壓實程度高于前者后者造成孔喉半徑的減小。彎曲度增大流通阻力增加，致使滲透率降低。這證明，平行層理方向的巖心有效孔隙度和滲透率往往比垂直層理方向的巖心有效孔隙度和滲透率要高。巖心的方向性影響它的物性變化，從而也影響它的電性。這里要特別指出：本文討論巖心的方向性時。認為取心井垂直目的層面，是一種理想化情況。實際情況缺少資料，可能有誤差，但這不應防礙討論巖心方向性影響物性變化的事實。

2 壓力變化對電阻率測量的影響

為了方便討論和對比，用gl0a、gl0b同一對巖心為例。電阻率隨壓力升高而呈非線性規律增長。這是因為巖心在受到擠壓后，巖心的孔隙度減小，滲透率也降低，使導電液體在巖心內重新分布，部分導電液體被排除體外。致使電阻率升高。巖心在受到擠壓的最初階段(20MPa以下)電阻率增高的比較快，這是因為在這個階段的孔隙度和滲透率都降低得比較快，排除體外導電液體比較多有關，隨壓力的增長，孔隙度、滲透率降低幅度減小，排除體外導電液體量漸漸減小。電阻宰增大的幅度漸漸減小。當壓力再繼續增大時，孔隙度和滲透率降低趨于平緩，排除體外液體量也趨平緩，因而電阻率增加也趨于平緩，這里有幾點值得討論：

對于平行層理取的巖心gl0a和垂直層理取的巖心壓力.兩者變化趨勢相同，但電阻率數值不同。前者高于后者，分別為四極法和兩極法，這個差異可能是因為滲透率不同造成的。雖然這兩塊巖心孔隙度有差別，g10a大于gl0b，但差別很小，而滲透率差別較大，前者大于后者1.3倍。

兩極法測得電阻率大于四極法測的電阻率。這為多數統計資料所證實，但也有個別例外，四極法測的電阻率大于兩極法測得電阻率，而且隨壓力增大兩者電阻率呈平行線增長。我們仔細觀察巖心發現。這是一塊泥質膠結的粉細砂巖，泥質含量較大，淺褐色，較硬巖心的軸向層理發育。從巖心的端面看有平行條文，清晰可見。在巖心的軸向可看到清晰可見的條文垂直端面。它的孔隙度隨壓力的變化范圍在l1.3～9.4。滲透率隨壓力的變化范圍在0.61～0.23roD，由于軸向層理較發育，由此可推斷出導電流體積存在層面內相對較多，當用兩極法測量時，整個巖心和層面流體與層面呈并聯狀態.因此宏觀上看電阻率較低，當用四極法測量時，由于測量電極MN繞在巖心中部表面，電板距為2cm。巖心長為3o68cm，直徑為2.5cm，當巖心受到軸向壓力擠壓時，從巖心端面到中部壓力呈遞減趨勢，但是在巖心中部橫向壓力作用大于軸向壓力作用效果。另外平行層理方向的彈性形變小于垂直層理方向的彈性形變，在等值壓力作用下，中部橫向形變較大擠壓出的液體較多的排向巖心的兩端，中部就比較干燥，因而測出電阻率高于兩極法的端面測量的電阻率。隨壓力增大出巖心體外的液體與壓力呈某種線性關系，所以造成壓力與電阻率呈線性關系增長。

3 頻率、壓力的變化對電阻率測量的影響

還是用gl0a、gl0b同一對巖心為例，這次測量條件與前邊測量條件略有不同，前面測量時，在巖心的兩端都留有2mm通路，當巖心受到擠壓時，由于受到擠壓力和重力的共同作用下，導電液體基本在巖心的底部排出，上部排出可能性較小。為了增加兩端濕潤性，這次實驗時把電極的底端堵死，僅在上端留有2ram通路，這佯當巖心受到擠壓時，導電掖體只能向上擠出，因而上端濕潤度較高。下端由于重力作用也保持一定濕潤度。這樣兩端的濕潤度比以前要高，試圖減小接觸電阻的影響。先討論兩極法測量的情況，gl0a2是平行層理方向取的巖心，用兩極法在不同頻率情況下，測得壓力與電阻率的關系曲線。從上 到 下 依 次 為 2OHz、100Hz、lkHz、10kHz、100kHz頻率時電阻率與壓力的變化關系。隨壓力增高電阻率量線性增長，隨頻率增高電阻率下降，為何隨壓力增大電阻率呈線性增高?這是因為巖心是平行層理方向。如前所述巖心的孔隙度和滲透性都比較好，巖心受到擠壓力與排出的液體星某種線性關系，所以測的電阻率也呈線性關系這是不難理解的。

巖心是按垂直層理方向取的，巖心號為gl0b，用兩極法測量時的電阻率與壓力、頻率關系。隨頻率增高電阻率下降，與上面相同。但隨壓力增高電阻率呈現有規律性渡動。垂直層理的巖心，可以假設為由若干等圓墊子重疊起來。所以軸向方向應變力較大，在壓力作用下可產生較大形變，徑向方向應變力較小可承受較大壓力，產生形變較小。由于軸向的滲透率較低流通阻力較大，層間導電液體與層面呈串聯狀態，所以電阻率比平行層理的巖心要高些。當巖心受到擠壓力時，可理解為巖心的端面到巖心的中部受力的程度，由強一較強一較弱一弱的過程。

4 結束語

模擬地層環境下研究巖心的各項參數的變化，具有現實意義，但難度也較大巖心的孔隙度和滲透宰隨壓力增大呈近指數規律下降。孔隙度和低滲透率隨壓力變化的關系較好，高滲透率離散性大些，但總的趨勢還是有規律性的下降。這就要求我們在測量這兩個參數時，要有個壓力條件，對外提供服務時也要有在某個壓力條件下的孔隙度和滲透率，這樣更合理些更能接近地下情況。

從實驗提供的資料表明，巖心的物性具有各向異性，因而巖心的孔隙度和滲透率也具有各向異性。尤其是滲透率參數各向異性影響更太。也就是平行層理的巖心的滲透率和孔隙度高于垂直層理巖心。研究巖心的各向異性具有重要意義。因為在一口井打完以后，有效的參數取向也就定下來了，平行層理的巖心滲透率高于垂直層理的巖心滲透率50以上。滲透率這個參數在油田開發中起到重要作用。

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