储集层敏感性及五敏试验
1．基本概念
所谓储集层敏感性，是指储集层岩石的物性参数随环境条件（温度，压力）和流动条件（流速，酸，碱，盐，水等）而变化的性质。岩石的物性参数，我们主要研究孔隙度和渗透率。衡量储集层岩石的敏感程度我们常用敏感指数来，敏感指数被定义为在条件参数变化一定数值时，岩石物性减小的百分数，习惯上用SI 来表示。我们以渗透率这个物性参数为例，给出其一个基本公式：
SI p =k K i -K
K i （1-1）
上标表示岩石物性参数，用下标表示条件参数。
上式定义的是渗透率对地层压力的敏感指数。
敏感指数的物理含义是指条件参数变化一定数值以后，岩石物性参数损失的百分数（主要是孔隙度和渗透率）。所以我们要想了解油藏的敏感指数就必须了解条件参数的变化幅度，从而我们可以求出敏感指数。
在实际矿场中，渗透率比孔隙度更能影响储集层产能。因此渗透率的研究尤为重要。储集层渗透率因为地层压力的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的压力敏感，压力敏感指数用符号SI P 表示。
由以上可以知道下面的概念。
储集层渗透率因为地层温度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用SI T 表示。
储集层渗透率因为渗流速度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用SI v 表示。
储集层渗透率因为注入液体的盐度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的盐度敏感，简称盐敏，用SI sal 表示。
储集层渗透率因为注入液体的酸度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的酸度敏感，简称酸敏，用SI aci 表示。
储集层渗透率因为注入液体的碱度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的碱度敏感，简称酸敏，用SI alk 表示。
储集层渗透率因为注入淡水而呈现出的敏感性质，称作储集层的水敏性质，简称水敏，用SI w 表示。
其中我们最常用的就是五敏：速敏，水敏，盐敏，酸敏，碱敏，实验室常做五敏实验来判断油藏性质。如果一个油藏水敏，那么我们一定要对其做盐敏实验。通过做五敏实验，我们可以有选择的去选择钻井液和射孔液，以防止对储层造成伤害。
2．储集层敏感机理
储集层岩石是由固体骨架颗粒和粒间孔隙构成的，储集层渗透率的大小反映了岩石孔隙的性质，而孔隙又主要受到骨架颗粒尺度及排列方式的影响。如果在条件改变时，骨架颗粒的尺度和排列方式没有发生变化，岩石的渗透率一定不会发生变化，即储集层不会敏感；如果在条件改变时，骨架颗粒尺度及排列方式发生了变化，进而改变了岩石的孔隙性质，岩石的渗透率一定会发生变化，即储层出现了敏感。储集层的敏感机制大概有以下几种类型：
2.1速敏
速敏是岩石骨架颗粒排列方式的改变由此导致油田储集层渗透率改变的情
形。在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们杂乱无章的分布在岩石的空隙中，它们在流体低速流动时并不会有明显的改变，对储集层的渗透率产生太大的影响。但是，如果流速增大，这些颗粒的排列方式将发生显著改变，颗粒将发生运移，从而堵塞流体运动的通道，致使岩石的渗透率降低。从而影响油井的产量，这就是速敏的原则。产生速敏的固体颗粒往往是一些特定的粘土矿物成分，如高岭石等。
高岭石英文名为kaolinite ，是长石和其它硅酸岩矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸岩。它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。
此外，一些外来颗粒随液体侵入地层，也会造成机械堵塞，如钻井，完井过程中工作液的虑失作用。
2.2水敏（颗粒膨胀）
在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们往往都是一些粘土矿物成分。其中一些粘土矿物成分，比如蒙脱石，这类具有特殊的物质结构，这部分粘土矿物在原始状态下于高矿物地层水处于一种平衡状态，它们的存在并不影响孔隙中流体的流动。但是，如果外来流体进入改变了地层水原来的矿度及其化学成分，这些粘土矿物将打破原来的平衡，通过阳离子交换进行吸水或排水，从而使自身体积发生膨胀或萎缩。颗粒膨胀将减少流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率降低；颗粒萎缩将增大流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率升高。由于地层水的环境所致，而外来流体的矿化度通常很低，因此层中粘土颗粒吸水发生膨胀，使储层造成伤害的概率比较大。
蒙脱石，又名微晶高岭石，是一种层状结构，片状结构的硅酸岩晶体，因其最初发现于法国的蒙脱域而著名。当温度达到100-200摄氏度时，蒙脱石的水分子
会逐渐跑掉，失水后的蒙脱石可以重新吸收水分子，并且膨胀超过原体积的几倍。
在矿场上，粘土颗粒膨胀对储层的影响程度与岩石的粘土含量有很大关系。当粘土含量较低是，并不会对储层造成较大的伤害，而较高的粘土含量，则是储层伤害的潜在因素。当粘土含量小于5%时，储层受到伤害的可能性较小；当粘土含量超过5%时，储层受伤害的可能性也随之増大。
2.3化学反应
化学反应导致储层敏感性变化的方式很多，并且反应原理不同。有些化学反应生成了沉淀，随着流体的流动，堵塞了岩石孔隙，从而降低了岩石渗透率；而有些化学反应则溶蚀了骨架颗粒，扩大了岩石孔隙，从而提高储层渗透率。
现场上比较注重的酸敏和碱敏实验，皆属于这种情况。所谓的酸敏，就是酸液就入储层后与酸敏物质发生反应，产生沉淀或释放颗粒，使储层渗透率下降的可能性及其程度。所谓的碱敏，就是碱液进入储层后与碱敏物质发生反应，产生沉淀，从而使储层渗透率降低的情况。
下面我们举例来说明。在岩石孔隙中，地层水溶解了大量物质，若外来流体（钻井液或注入水）与地层水不配伍，则发生化学反应，生成的沉淀就会都会堵塞孔隙，从而降低储集层渗透率。注水开发过程中，常会因为携带的二氧化碳与地层水发生反应，生成不溶解的碳酸钙在底层中甚至管线中结构，从而影响油气生产。一些含铁的粘土矿物(如绿泥石) ，遇酸沉淀，也会导致储层敏感。
此外，有些化学反应可以提高储层渗透率。若外来流体与岩石中的固体矿物发生化学反应，并将其溶解，结果使储层孔隙变大，从而提高了储层渗透率。比如我们提高采收率常常会采用的酸化方法，就是利用化学反应提高储层渗透率。
2.4机械变形
岩石中的固体骨架颗粒，受到应力作用即产生变形。如果应力作用变大，储层岩石就会被压缩；如果应力作用减少，储层岩石就会膨胀。储层岩石的上覆地层压力通常不会发生变化。但是，孔隙中流体压力则随着流体的采出而降低，随着流体的注入而升高。 根据应力平衡方程，地层压力等于流体压力与孔隙压力之和。如果流体压力降低，骨架应力就增大，骨架颗粒因此而压缩，孔隙度因此而减小，储层渗透率因此而降低。若流体压力升高，骨架应力则减小，骨架颗粒因此而膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。（所谓的应变，是指在外力作用下，骨架不能产生位移，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。骨架发生形变是，在其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力，把分布内力在一点的集度称为应力。）
温度对储层敏感性的影响，也是通过骨架颗粒的机械变形作用来实现的。温度升高，骨架颗粒膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。温度降低，骨架颗粒压缩，孔隙度减小，储层渗透率因此而降低。当然，在温度变化过程中，岩石中的粘土矿物也可能发生一些物理或化学变化，如脱水等，进而影响储集层
渗透率。
3．储层伤害常见来源。
储层伤害原因主要是由储层本身的岩性，物性及油气水流体性质等内在因素和在井下施工作业时，引起储层微观结构原始状态发生改变，而是得储层原始渗透率降低。它的内因是储层的潜在伤害因素。因此外来流体与储层的岩石以及地层流体之间的配伍性决定伤害类型和伤害程度。
储层伤害主要包括两大方面：一是由于外来流体与储层岩石不配伍造成的伤害，包括：外来固相颗粒的堵塞与侵入；敏感性伤害；储层内部微粒运移造成的伤害；出砂；细菌堵塞。二是外来流体与地层流体不配伍造成的伤害，包括：乳化堵塞；无机垢堵塞；有机垢堵塞；铁锈与腐蚀产物的堵塞；地层内部固相沉淀的堵塞。凡是受外界条件影响而导致储层渗透率降低的储层特性均属储层本身潜在的伤害因素，它包括岩石骨架颗粒成分，胶结类型，孔隙结构，储层敏感性矿物，岩石表面性质以及储层流体性质等。
4．储层岩石敏感性评价实验
4.1速敏评价实验
由于岩石孔隙中的微小固体颗粒会附着在骨架的颗粒，在流速极低时，流体的冲力不足不足以将它们脱落并使其移动，因此储层岩石在极低流速时并不敏感。但是，随着流速的增加，流体的冲力也不断增大。当流速超过一定限度时，流体的冲力超过了其附着力，颗粒脱落下来并开始移动，最后在孔隙吼道停留下来并堵塞孔隙，从而降低岩石渗透率，致使储层产生敏感。
在矿场上，我们把储层开始产生敏感的最小流速，称作储集层敏感的临界流速，用V e 表示。
速敏评价实验的目的是确定临界流量，避免颗粒运移对地层造成的伤害，在有助于保护油气层的同时确定合理的注采速度。
4.2. 水敏评价实验
水敏评价的目的是为了了解外来流体的矿化的与储层中粘土物质不配伍时，引起粘土矿物水化膨胀，分散，运移而导致储层渗透率下降的现象及其程度。水敏实验是通过粘土膨胀实验阳离子交换量来测定来实现的。
粘土膨胀实验是测量储层敏感性的评价实验的一项辅助实验，它是通过测定岩样水化后的线膨胀率来评价岩石的膨胀性及膨胀程度，可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。岩石中膨胀性粘土含量越高，表现出膨胀性越强，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。
阳离子交换容量是粘土矿物的重要性质之一，不同粘土矿物的阳离子交换容量不同。膨胀行粘土矿物含量越高，其阳离子交换容量越大。阳离子容量测定试验也是储层敏感性评价试验的一项辅助试验，通通过测定岩样阳离子交换容量，也可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。岩石中膨胀性粘土含量越高，
表现出阳离子交换容量也就越大，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。
4.3. 盐敏评价实验
储集层岩石孔隙中的地层水，不仅矿化度非常高，其中的矿物成分也非常复杂。当注入流体的盐度与地层水十分接近时，储层岩石就不会产生敏感，即储层渗透率不会因为注入流体而有所降低。但是，当注入流体的盐度与地层水差别较大时，储层岩石就会产生敏感，即储层岩石渗透率会因注入外来流体而有所降低。把储集层开始产生敏感的最大盐度，称作储集层敏感的临界盐度。我们在实验室做盐敏评价实验就是要找到临界盐度，已使在实际油气生产过程中，将注入流体的盐度控制在临界盐度之上，以免是储集层产生降低油气生产的能力。
储集层水敏性质与储集层盐敏的性质是联系在一起的，如果储层水敏，那么下一步我们一定要做盐敏实验。
4.4酸敏性评价实验
酸敏性评价的目的在于了解酸化液与储层岩石的配伍性，即反映它是改善地层还是伤害地层，了解其对地层的改善程度或伤害程度，以便优选酸液配方，提高酸化效果，减小对储层伤害度。
4.5. 碱敏性评价实验
碱敏性评价的目的是了解岩心渗透率随流体PH 值变化而变化的现象，找出使渗透率明显下降的临界PH 值。
油气层保护自始至中贯穿于油气勘探，开发，生产和作业过程中。油气田开发过程中所采取的增产措施均可能造成油气储层的伤害。如果造成储层伤害后，不仅仅会增加各类井下作业的工作量和成本，而且还会影响增产效果，甚至还会影响此油区的最终采收率。因此，研究储层岩石特征，分析和评价潜在敏感性，找出储层存在的各种敏感性特征以及评价敏感性程度，根据实验结果，提出防止和减少伤害的可行性措施，对指导油田的开发和增产措施的实施，保护油层必要的，这也是本文目的之所在。
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储层孔隙结构
前言
孔隙结构是指岩石内的孔隙和喉道类型，大小，分布以及相互联通关系。孔隙为岩石颗粒包围着的较大空间，喉道为两个较大孔隙空间之间的连通部分。孔隙是流体存在于岩石的基本储集空间，而喉道则是控制流体在岩石中渗流的重要的通道。流体在自然界复杂的孔隙系统中流动时，都要经历一系列交替着的孔隙和喉道。无论是油气在二次运移过程中油气驱替孔隙介质中所充满的水时，还是在开采过程中油气从孔隙介质中被驱替出来时，都受流动通道中最小断面（即喉道直径）所控制。所以研究储层孔隙结构，对油气田的开采，开发都具有重大意义。
1. 储层岩石的孔隙及其类型
岩石颗粒间未被胶结物质或其他固体物质占据的空间统称为空隙。地球上没有空隙的岩石是不存在的，只是不同岩石的孔隙大小，形状和发育程度不同而已；除砂岩颗粒间存在空隙外，碳酸盐岩中可溶成分受地下水溶蚀后形成空隙；火成岩由于成岩时气体占据而形成孔隙；各种岩石在地应力，构造应力及地质作用后产生裂缝（微裂缝）形成另一类形式的孔隙。空隙按照几何尺寸大小或现状可分为孔隙（一般指砂岩），空洞（一般指碳酸盐），和裂缝。由于孔隙是最普遍的形式，所以常笼统地将空隙统称为孔隙。
岩石颗粒间未被胶结物质充满或未被固体物质占据的空间统称为孔隙。所谓的胶结是指将沉积物压在一起的过程中，受压力的作用，岩石的一些矿物慢慢溶解在水里，于是含有矿物的水溶液就会渗入沉积物颗粒间的孔隙中。当含有矿物的水溶液中的矿物结晶时，沉积物颗粒被晶体粘在一起就叫做胶结。胶结物就是指成岩期在岩石颗粒之间起粘连作用的化学沉淀物。
根据不同研究目的，孔隙分类方案也有所不同。归纳起来大体有三种分类方案：（1）按孔隙成因的分类，将孔隙分为原生，次生两大类，每一类型又进一步细分为若干次一级类型；（2）按孔隙产状分类（所谓产状是指岩石结构面的空间几何形态，包括走向，倾向和倾角三个要素），如将碎屑岩孔隙分为粒间孔隙，粒内孔隙，微孔隙；（3）按孔隙大小分类，将孔隙分为超毛细管孔隙，毛细管孔隙和微毛细管孔隙等。其中，按孔隙成因分类有利于研究孔隙分布规律和孔隙预测，按产状和孔隙大小分类则有利于研究岩石的渗流性能。
由于我们的专业是油气田开发，对地质方面了解较少，需要补充这方面的相关知识。根据导师建议，这篇文章着重从地质方面介绍孔隙类型。考虑到不同岩类的孔隙特征有较大差异，在此分岩类进行介绍。
1.1碎屑岩孔隙产状与成因类型
按碎屑岩孔隙的产状，可将其分为两大类，即狭义的孔隙和裂缝。进一步分
为四小类：粒间孔隙，粒内孔隙，填隙物内孔隙和裂缝。按成因将其分为原生孔隙和次生孔隙两大类，然后按产状和几何形状进一部分类。
（1）粒间孔隙
粒间孔隙为颗粒之间的孔隙，包括原生粒间孔隙，粒间溶孔，铸模孔和超粒孔等。
原生粒间孔隙：指在沉淀时期形成的颗粒之间的孔隙。在成岩演化过程中，原生粒间孔隙由于正常压实和胶结作用会减少。为此，岩石中的原生孔隙可分为两类：正常粒间孔隙空间（由于压实作用而缩小但无任何填充物的孔隙），残余粒间孔隙（受到胶结但未完全堵塞的原始粒间孔隙）。
粒间溶孔：指颗粒之间的溶蚀再生孔隙，主要是颗粒边缘以及粒间胶结物和杂基大部溶解所形成的分布于颗粒之间的孔隙。所谓的溶蚀是指，地表水和地下水相结合，对以碳酸盐为主的可溶性岩石化学溶解和侵蚀作用。这种溶孔，形态多种多样，有港湾状，伸长状等。粒间溶孔往往是在原生粒间孔隙或其他孔隙的基础上发展起来的。因此，广义的讲，岩石中所见的粒间溶孔均是原生和次生的混合孔隙。一般的，若粒间溶孔中次生溶蚀部分大于原生孔部分，则称之为次生粒间溶孔。
铸模孔：指颗粒，碎屑，或胶结物等被完全溶解而形成的孔隙，其外形与原组分外形特征相同。（碎屑是指陆源区的母岩经过物理风化作用或机械破碎所形成的碎屑物质）。
超粒孔：指孔径超过相邻颗粒直径的溶孔。在超粒孔范围内，颗粒，胶结物均被溶解，一般是在原生粒间孔隙的基础上形成的，其次生部分多于原生部分。
（2）粒内孔隙
颗粒内部的孔隙包括原生粒内孔，矿物解理缝，粒内溶孔。
原生粒内孔：主要为岩屑内的粒间微孔或喷出岩屑内的气孔。
粒内溶孔：颗粒内部由于溶解作用而形成的溶蚀孔隙，常沿解理缝发生溶解作用。（所谓的解理是指矿物晶体受力后常沿一定方向的平面破裂，这种现象称为解理。）
（3）填隙物内孔隙
填隙物内孔隙包括杂基内微孔隙，胶结物内溶孔等。（所谓杂基是碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，它们是机械沉积产物而不是化学沉淀成分。粒度小于0.05mm ，不同的岩类其粒度不同。碎屑岩中杂基的粒度要比砂岩粒度大。）
杂基内微孔隙：为粘土杂基和碳酸盐泥中存在的微孔隙。这种孔隙极为细小，在所有的碎屑岩储集岩中都或多或少存在这种微孔隙。这种孔隙虽可形成百分之几十的孔隙度，但由于孔隙半径小，渗透率往往很低。这类孔隙的成因有两类：其一为沉积杂基内的原始微孔隙；其二为杂基遭受部分溶解作用形成的溶孔。
胶结物内溶孔及晶间孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。
（4）裂缝
裂缝包括沉积成因的层面缝以及成岩和构造作用形成的裂缝。
1.2碳酸岩盐孔隙产状与成因类型
与碎屑岩相比，碳酸岩盐的储集空间更为复杂，不仅有狭义的孔隙，而且还有裂缝和溶洞，储集空间的大小和变化很大，既可以和岩石组构有关，又可以与岩石组构无关。下面依次介绍。
（1）粒间孔隙
碳酸盐岩的粒间孔隙是指碳酸岩颗粒之间的孔隙。包括：
原生粒间孔隙:在颗粒含量高，颗粒呈支撑状时粒间未被灰泥和胶结物填充的部分。灰泥，又称灰泥基质，是碳酸盐岩基本组成成分之一。
粒间溶孔：由于颗粒之间的灰泥或胶结物受溶解和颗粒边缘被选择性溶解所形成的孔隙。
（2）粒内孔隙
碳酸盐岩的粒内孔隙指碳酸盐岩颗粒内部的原生孔隙和粒内溶孔。
原生粒内孔隙：通常指生物体腔孔隙，即生物死亡后，软体部分腐烂溶解，体腔未被全部填充而保存下来的孔隙。张力孔隙连通性差，有效孔隙度不高，但常与生物碎屑粒间孔隙伴生，形成较好的储层。
粒内溶孔：粒内溶孔是指各种碳酸盐岩颗粒内部由于选择性溶解，颗粒被局部溶蚀而形成的孔隙。当溶蚀作用扩展到整个颗粒，形成与原颗粒形状，大小完全一致的铸模时，可称为颗粒铸模孔隙。
（3）基质内孔隙
所谓基质，是指有些岩石的矿物颗粒大小悬殊，大的颗粒散布在小的颗粒之中，地质学中把大的矿物叫斑晶，小的矿物叫基质。
基质内孔隙包括灰泥内孔隙，胶结物孔隙等。
灰泥内孔隙：为碳酸盐灰泥中存在的微孔隙。这种孔隙极为细小，由于孔隙半径中，渗透率往往很低。
胶结物内溶孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。
（4）晶间孔隙
晶间孔隙是指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙，大部分是由于白云岩成岩作用形成的。白云岩是一种沉积碳酸盐岩，主要是由白云石组成，呈灰白色，性脆，硬度小。主要是由白云石构成的岩石，但其中也含有方解石及粘土矿，具有晶粒结构，残余结构和碎屑结构，由于其孔隙度较大，常为石油或地下水的理想储层。白云岩中晶间孔隙的发育主要是白云岩晶体之间未被置换的碳酸钙或石膏溶解所
致。
（5）晶内溶孔和晶体铸模孔隙
晶内溶孔为晶体内部被溶蚀而形成的孔隙。若整个晶体被溶蚀，形成了与原晶粒形状，大小相同的铸模时，则称为晶体铸模孔隙。若整个晶体被溶蚀，形成了与原晶粒形状，大小相同的铸模时，则称为晶体铸模孔隙。
（6）通道孔隙
通道孔隙是指横向连续好且呈板状或扁平状通道的孔隙，为溶解作用成因。
（7）裂缝
裂缝是指碳酸盐岩中十分重要的一类储集空间，同时也是沟通碳酸盐岩中各种孔隙，溶洞的通道。
（8）溶洞
溶洞是指不受岩石组构控制有溶解作用形成的较大的储集空间，这类孔隙形态不规则，大小不一，连通性各异。下面详细说明。
晶洞：也称孔洞，为直径小于1cm 的溶洞。
小洞：为大于1cm 但小于1m 的溶洞。
大洞：为大于1m 的溶洞。有的溶洞可以很大，可达1.5-2m 甚至更大。
2喉道类型
喉道为连通两个孔隙的狭窄通道。每一个喉道可以连通两个孔隙，而每一个孔隙则可以和三个以上的喉道相连接，有的甚至和6-8个喉道相连接。影响储层渗透能力的主要是喉道。而喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系，胶结类型以及颗粒本身的形状和大小。下面说明喉道类型：
2.1孔隙缩小型喉道
喉道为孔隙的缩小部分，这种喉道类型往往发育于以粒间孔隙为主的储集层岩石中，其孔隙和喉道较难区分。岩石结构多以颗粒支撑，胶结物较少甚至没有。孔隙结构属于大孔粗喉，孔喉直径必接近与1。岩石孔隙基本为有效孔隙。
2.2缩颈型喉道
喉道为颗粒间可变断面的收缩部分。当颗粒被压实而排列比较紧密或颗粒边缘被衬边式胶结是，虽保留下来孔隙可以比较大，但颗粒间喉道却大大变窄。此时，储集岩可能有较高的孔隙度，但渗透率却可能较低。
2.3片状喉道
片状喉道呈片状或弯片状，为颗粒之间的长条状通道，可分为窄片状和宽片状两种类型。这种孔隙结构变化较大，可以是小孔极细喉道，受溶解改造作用也可以是大孔粗喉型。
2.4管状喉道
孔隙与孔隙之间由细而长的管子相连，其断面接近圆形，一般是由溶蚀作用而形成的，在缝洞性碳酸盐岩中也可发育此类喉道。
2.5裂缝
在裂缝性储层中，裂缝相当于较长的板状通道，连接孔隙或溶洞。
3孔喉的大小和分布
3.1孔隙和喉道的大小
（1）超毛细管孔隙或喉道
孔隙半径或喉道半径大于250um 。流体在其中可自由流动，受毛细管力的影响很小。
（2）毛细管孔隙或喉道
孔隙半径（喉道半径）介于250——0.1um 。流体在孔隙内受毛细管力的影响。因此，只有在外力克服本身的毛细管力时，流体才能在其中流动，并遵循渗流力学一般规律。
（3）微毛细管孔隙或喉道
孔隙半径(喉道半径) 小于0.1um ，可称为微孔，微喉。孔隙内分子间引力（毛细管力）很大，在正常地层条件下，流体难于克服这种力而在其中发生流动。因此，对于油气运移和开采而言，微毛细管孔隙为无效孔隙。泥岩，砂岩杂基，碳酸盐岩基质内一般发育这种孔隙。
3.2孔隙和喉道分布
(1)峰型或模态
a. 单峰型
单峰型在孔喉半径频率分布曲线上只有一个峰值，孔喉半径呈近正态分布。 b ．双峰或多峰型
双峰型或多峰型在孔喉半径频率分布曲线上有两个或多个峰，反应岩石具
有两个或多个峰值。
(2)分选型
分选性反应孔喉大小偏离某一标准值（中值或最大值）的程度。偏离越小，孔喉分布越均一；反之，偏离越大，孔喉分布越不均一。孔喉分选性越好，越有利于流体渗流。
3.3孔喉连通性
(1)孔喉配位数
孔喉配位数是连接每一个孔隙的喉道数量，通常以统计结果的平均数来表
示。这是反应孔隙联通状况的重要参数.
(2)孔喉平均直径比
孔喉平均直径比为孔隙平均直径与喉道平均直径的比值，反映孔隙和喉道之间的大小差别，也是孔隙连通程度的一种反映。
本文粗浅谈论了储层孔隙结构方面的知识，主要从地质的角度，从岩石分类来分析储层孔隙结构，这是这一阶段以来学习的一个汇报，如有不足，恳请指正。
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浅谈非牛顿流体的渗流理论
一．基本概念
服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿流体，所有气体和大多数液体都属于这一类。水，酒精等大多数纯液体，轻质油，低分子化合物溶液以及低速流动的气体均是牛顿流体。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液一般是非牛顿流体。从流体力学的角度，凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。所谓服从牛顿内摩擦定律是指在温度不变的情况下，随着流体梯度的变化， 值始终保持是常数。 度量液体粘滞性大小的物理量，简称为粘度。物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体，而且非牛顿流体在化工方面宜属常见。
牛顿粘性定律的表达式为：
τ=μd μ （1-1） dy
其中μ为牛顿粘度 τ为在剪切平面平行于流动平面的剪切应力，d μ垂直于剪切平面的剪切速率。 dy
二．非牛顿流体的分类
下面是牛顿流体与非牛顿流体的流变图。
图 牛顿流体与非牛顿流体的流变图
根据流体的流变方程式，将非牛顿流体分类为：
下面做扼要的介绍。
1. 与时间无关的流体，在流变图上来看τ对 d μ的曲线或是通过原点的dy
曲线，或是不通过原点的直线，如图中b ，c ，d 图线所示。对于b ，c 这样的曲线来讲，斜率是变化的。因此，对与时间无关的粘性流体来讲，粘度一词便失去了意义。但是这些特定的曲线在任一特定点上都有一定的斜率，故与时间无关的粘性流体来讲，指在特定的剪切速率下，有一个表观粘度值。即 μapp =。 表观粘度是剪切速率的函数，不依赖时间的非牛顿液的τr
流变特性只依赖于剪切应力的大小而不依赖于剪切应力的持续时间。这样的流体可分为：
（1） 假塑性流体。这种流体的表观粘度随剪切速率的增大而
减小，其中的曲线关系为一下降的曲线，该曲线可用指
数方程式表示：
d μτ=-K () （1-2） dy
大多数与时间无关的粘性流体都属于此类型，其中包括
聚合物溶液，油脂，淀粉悬浮液，油漆等。
（2） 涨塑性流体。这种流体与假塑性流体相反，这种流体的
表观粘度随剪切速率的增加而增大，其关系曲线为一上
升的曲线。如曲线c 所示。涨塑性流体比假塑性流体少
的多，如玉米粉，糖溶液，湿沙和某些高浓度的粉末悬
浮液等均属此类流体。
（3） 宾汉流体。这种流体的曲线关系如d 所示，它的斜率固
定，但不通过原点. 该线的截距τ0为屈服应力。这种流体
的特性是当剪切力超过屈服应力之后才开始流动，开始
流动之后其性能象牛顿流体一样。属于此类的流体有纸
浆，牙膏，肥皂等。塑性流体的流变特性为： n
τ=τ0+η0d μ （1-3） dy
2. 与时间有关的粘性流体在一定的剪切速率，表观粘度随剪切力作用时间延长而较大或升高的流体。可分为两类：
（1）触变性流体：
这种流体的表观粘度随剪切力作用时间的延长而降低，属于此类流体如某些高聚物溶液，某些食品和油漆等。从流体力学的角度上看，在一定剪切速度下，随时间增加而切应力下降，即粘度降低，由稠变稀，到达某一时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。
(2)震凝性流体：
这种流体的表观粘度随剪切力作用时间的延长而增高，此类流体有某些溶胶和石膏悬浮液等。从流体力学的角度分析，在一定剪切速度下，随时间增加而切应力上升，即粘度增大，由稀变稠，到达某时刻后，切应力不再发生变化，形成动态平衡。
3. 粘弹性流体。
粘弹性流体即具有粘性，又有弹性。此类流体介于粘性流体和弹性流体之间，它们同时表现出弹性和粘性。在不超过屈服强度的情况下剪切力去除以后，其变形能部分的复原。属于此类流体的有面粉团，凝固汽油和沥青等。
4．幂律流体。
如图中a ，b ，c 这样的流体。为了模拟和计算的目的，大部分描述剪切稀释或剪切增稠特性的幂律流变模型都是用Ostwald-dewaele 幂律模型，这两个参数对于拟合流变数据是有用的，因为大量的剪切增稠和剪切稀释流动是表示为如下形式：
τ=H r (1-6)
H 粘度指数；
n 无量纲流动特性指数。
上式方程是“大概是所有流变学中最广泛的使用的方程”，幂律的号召力是明显的，当n =1，方程14-4就表示粘度为H 的牛顿流体，对于0＜n ＜1，方程表示的是拟塑性液体的流变特征; 对于n ＞1，方程表示的是涨塑性流体。因此，指数n 是液体的非牛顿特性程度的度量。由此，我们可以给出幂律液体的“表观粘度”
τ=H r
幂律模型是简单的经验曲线拟合的一个尝试，甚至方程（1-6）可能不适合一些液体的剪切速率的整个范围，但是在剪切速率的更. n -1. n
广泛的范围内，表达式对于两个参数的流变数据的拟合是非常有用的。
三．非牛顿流体的研究方法
非牛顿流体的研究方法与牛顿流体的研究方法类似，在管流中连续性方程，伯努利方程，动量方程以及划分流动状态的依据都一样在分析时应用力学分析方法也是一样的。区别仅在于所依据流变方程式各有不同，雷诺数也不相同。
四．宾汉流体
1. 宾汉流体具有一下特点：
（1） 宾汉流体的流变性与牛顿流体不同，受力后，不能立即
必须流动；
（2） 流动初期切应力与速度梯度之间呈曲线关系，粘度随剪
切力的增加而降低，随速度梯度的增大，切应力逐渐减
弱，最后接近牛顿流体，呈直线关系，流体的粘度不在
随切应力的增加而变化，称为塑性粘度。
（3） 塑性流体存在两个极限应力
极限静切应力:使塑性流体开始流动的最小切应力。
极限动切应力：塑性流体流变曲线直线段的延长线与横坐标轴的交点对应的切应力，是塑性流体流动时经常克服的与粘度和速度梯度无关的定值切应力。
2. 宾汉流体由静止到流动，随着流速的由小变大。有四种流动状态： 塞流，结构流，层流和湍流。
塞流：当塑性流体半径R 处的推动力超过了由极限静切应力所引起的阻力时，流体整体象活塞一样在管内流动，称为流核。
结构流：随两端压差增大，小于半径R 处的各流层依次开始流动，形成塞流的流核半径逐渐缩小，而流核以外部分各流层间速度不同，形成流速梯度为梯度区。
层流和湍流：两端的压差再增大，流核全部消失，梯度区扩大形成层流；随两端压差进一步增大，则会由层流变为湍流。
五．非牛顿流体的各种渗流模型
1. 幂律流体的数学模型。
设长度为L 的均质地层饱和着牛顿型原油，将非牛顿型化学
溶液注入到地层以驱替原油，从而在孔隙介质中形成两种流体分界面流动。
（1）原油是牛顿流体，其渗流服从线性渗流定律：
v 0=-k 0∂p （1-4） μ0∂x
（2）化学溶液是非牛顿流体，其渗流服从非线性幂律规律：
k ∂p c n v c =(-c ) μc ∂x 1 (1-5)
其中n 〈1 假塑性流体 n =1 牛顿流体 n >1 涨塑性流体
非牛顿流体驱替牛顿流体是活塞式的，在相界面上压力连续和流量连续
（4） 不考虑重力和毛管力 我们可以得到非牛顿流体驱替牛顿流体的相界面一维运动方程：
ds ds +λs () n =1 d τd τ
k (p -p ) k μn -1v t x 式中s = τ=0 , v 0=012, λ=0c v 0 L P φL μ0L k c μ0(1-s )
相应的初值条件为s (0) =0
2. 广义达西定律
牛顿液体通过均质多孔介质层流理论是基于达西的经典实验，对于一维幂律流体通过多孔介质的流动使用改进的Blake-Kozeny 方程，表面流动速度表示为：
（1-6） K ∆p u =[]0μeff 1n L
式中有效粘度为：
μeff H =(9+3/n ) n (150K ϕ) 12(1-n ) 2
对于（1-6）式，我们可以清楚的看出，当n =1时，有效粘度等于牛顿粘度，由方程（1-6）可知，对于幂律流忽略地心引力，类似于达西定律的形式可以表达为：
u n
r =-K ∂p 其中u r 是径向的表面速度。 μeff ∂r
3. 非牛顿松弛粘弹性液体不稳定渗流模型
一般具有松弛特性的重质高粘原油，呈现出非牛顿液体流变学基本特征：在渗流过程中 r 与剪切应力τ呈非线性关系。当压力梯度较小时，因原油内部结构未被破坏具有很高的表观粘度：但当压力逐渐增大，原油内部结构遭到局部乃至全局破坏，表观粘度急剧降低为某个不变值。
在常规原油（近似用牛顿液模型）条件下，原油通过多孔基质时速度梯度和压力梯度之间的平衡关系几乎是瞬间达到的，因此严格遵守达西定律规定的线性关系。但在稠油渗流时却出现特有的弛张现象，其运动方程： .
∂q r K ∂p ∂2p q r +λv =-(+λp ) ∂t μ∂r ∂r ∂t 其中λv λp 分别为速度弛张时间和压力张弛时间。
储集层敏感性及五敏试验
1．基本概念
所谓储集层敏感性，是指储集层岩石的物性参数随环境条件（温度，压力）和流动条件（流速，酸，碱，盐，水等）而变化的性质。岩石的物性参数，我们主要研究孔隙度和渗透率。衡量储集层岩石的敏感程度我们常用敏感指数来，敏感指数被定义为在条件参数变化一定数值时，岩石物性减小的百分数，习惯上用SI 来表示。我们以渗透率这个物性参数为例，给出其一个基本公式：
SI p =k K i -K
K i （1-1）
上标表示岩石物性参数，用下标表示条件参数。
上式定义的是渗透率对地层压力的敏感指数。
敏感指数的物理含义是指条件参数变化一定数值以后，岩石物性参数损失的百分数（主要是孔隙度和渗透率）。所以我们要想了解油藏的敏感指数就必须了解条件参数的变化幅度，从而我们可以求出敏感指数。
在实际矿场中，渗透率比孔隙度更能影响储集层产能。因此渗透率的研究尤为重要。储集层渗透率因为地层压力的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的压力敏感，压力敏感指数用符号SI P 表示。
由以上可以知道下面的概念。
储集层渗透率因为地层温度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用SI T 表示。
储集层渗透率因为渗流速度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用SI v 表示。
储集层渗透率因为注入液体的盐度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的盐度敏感，简称盐敏，用SI sal 表示。
储集层渗透率因为注入液体的酸度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的酸度敏感，简称酸敏，用SI aci 表示。
储集层渗透率因为注入液体的碱度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的碱度敏感，简称酸敏，用SI alk 表示。
储集层渗透率因为注入淡水而呈现出的敏感性质，称作储集层的水敏性质，简称水敏，用SI w 表示。
其中我们最常用的就是五敏：速敏，水敏，盐敏，酸敏，碱敏，实验室常做五敏实验来判断油藏性质。如果一个油藏水敏，那么我们一定要对其做盐敏实验。通过做五敏实验，我们可以有选择的去选择钻井液和射孔液，以防止对储层造成伤害。
2．储集层敏感机理
储集层岩石是由固体骨架颗粒和粒间孔隙构成的，储集层渗透率的大小反映了岩石孔隙的性质，而孔隙又主要受到骨架颗粒尺度及排列方式的影响。如果在条件改变时，骨架颗粒的尺度和排列方式没有发生变化，岩石的渗透率一定不会发生变化，即储集层不会敏感；如果在条件改变时，骨架颗粒尺度及排列方式发生了变化，进而改变了岩石的孔隙性质，岩石的渗透率一定会发生变化，即储层出现了敏感。储集层的敏感机制大概有以下几种类型：
2.1速敏
速敏是岩石骨架颗粒排列方式的改变由此导致油田储集层渗透率改变的情
形。在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们杂乱无章的分布在岩石的空隙中，它们在流体低速流动时并不会有明显的改变，对储集层的渗透率产生太大的影响。但是，如果流速增大，这些颗粒的排列方式将发生显著改变，颗粒将发生运移，从而堵塞流体运动的通道，致使岩石的渗透率降低。从而影响油井的产量，这就是速敏的原则。产生速敏的固体颗粒往往是一些特定的粘土矿物成分，如高岭石等。
高岭石英文名为kaolinite ，是长石和其它硅酸岩矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸岩。它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。
此外，一些外来颗粒随液体侵入地层，也会造成机械堵塞，如钻井，完井过程中工作液的虑失作用。
2.2水敏（颗粒膨胀）
在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们往往都是一些粘土矿物成分。其中一些粘土矿物成分，比如蒙脱石，这类具有特殊的物质结构，这部分粘土矿物在原始状态下于高矿物地层水处于一种平衡状态，它们的存在并不影响孔隙中流体的流动。但是，如果外来流体进入改变了地层水原来的矿度及其化学成分，这些粘土矿物将打破原来的平衡，通过阳离子交换进行吸水或排水，从而使自身体积发生膨胀或萎缩。颗粒膨胀将减少流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率降低；颗粒萎缩将增大流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率升高。由于地层水的环境所致，而外来流体的矿化度通常很低，因此层中粘土颗粒吸水发生膨胀，使储层造成伤害的概率比较大。
蒙脱石，又名微晶高岭石，是一种层状结构，片状结构的硅酸岩晶体，因其最初发现于法国的蒙脱域而著名。当温度达到100-200摄氏度时，蒙脱石的水分子
会逐渐跑掉，失水后的蒙脱石可以重新吸收水分子，并且膨胀超过原体积的几倍。
在矿场上，粘土颗粒膨胀对储层的影响程度与岩石的粘土含量有很大关系。当粘土含量较低是，并不会对储层造成较大的伤害，而较高的粘土含量，则是储层伤害的潜在因素。当粘土含量小于5%时，储层受到伤害的可能性较小；当粘土含量超过5%时，储层受伤害的可能性也随之増大。
2.3化学反应
化学反应导致储层敏感性变化的方式很多，并且反应原理不同。有些化学反应生成了沉淀，随着流体的流动，堵塞了岩石孔隙，从而降低了岩石渗透率；而有些化学反应则溶蚀了骨架颗粒，扩大了岩石孔隙，从而提高储层渗透率。
现场上比较注重的酸敏和碱敏实验，皆属于这种情况。所谓的酸敏，就是酸液就入储层后与酸敏物质发生反应，产生沉淀或释放颗粒，使储层渗透率下降的可能性及其程度。所谓的碱敏，就是碱液进入储层后与碱敏物质发生反应，产生沉淀，从而使储层渗透率降低的情况。
下面我们举例来说明。在岩石孔隙中，地层水溶解了大量物质，若外来流体（钻井液或注入水）与地层水不配伍，则发生化学反应，生成的沉淀就会都会堵塞孔隙，从而降低储集层渗透率。注水开发过程中，常会因为携带的二氧化碳与地层水发生反应，生成不溶解的碳酸钙在底层中甚至管线中结构，从而影响油气生产。一些含铁的粘土矿物(如绿泥石) ，遇酸沉淀，也会导致储层敏感。
此外，有些化学反应可以提高储层渗透率。若外来流体与岩石中的固体矿物发生化学反应，并将其溶解，结果使储层孔隙变大，从而提高了储层渗透率。比如我们提高采收率常常会采用的酸化方法，就是利用化学反应提高储层渗透率。
2.4机械变形
岩石中的固体骨架颗粒，受到应力作用即产生变形。如果应力作用变大，储层岩石就会被压缩；如果应力作用减少，储层岩石就会膨胀。储层岩石的上覆地层压力通常不会发生变化。但是，孔隙中流体压力则随着流体的采出而降低，随着流体的注入而升高。 根据应力平衡方程，地层压力等于流体压力与孔隙压力之和。如果流体压力降低，骨架应力就增大，骨架颗粒因此而压缩，孔隙度因此而减小，储层渗透率因此而降低。若流体压力升高，骨架应力则减小，骨架颗粒因此而膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。（所谓的应变，是指在外力作用下，骨架不能产生位移，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。骨架发生形变是，在其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力，把分布内力在一点的集度称为应力。）
温度对储层敏感性的影响，也是通过骨架颗粒的机械变形作用来实现的。温度升高，骨架颗粒膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。温度降低，骨架颗粒压缩，孔隙度减小，储层渗透率因此而降低。当然，在温度变化过程中，岩石中的粘土矿物也可能发生一些物理或化学变化，如脱水等，进而影响储集层
渗透率。
3．储层伤害常见来源。
储层伤害原因主要是由储层本身的岩性，物性及油气水流体性质等内在因素和在井下施工作业时，引起储层微观结构原始状态发生改变，而是得储层原始渗透率降低。它的内因是储层的潜在伤害因素。因此外来流体与储层的岩石以及地层流体之间的配伍性决定伤害类型和伤害程度。
储层伤害主要包括两大方面：一是由于外来流体与储层岩石不配伍造成的伤害，包括：外来固相颗粒的堵塞与侵入；敏感性伤害；储层内部微粒运移造成的伤害；出砂；细菌堵塞。二是外来流体与地层流体不配伍造成的伤害，包括：乳化堵塞；无机垢堵塞；有机垢堵塞；铁锈与腐蚀产物的堵塞；地层内部固相沉淀的堵塞。凡是受外界条件影响而导致储层渗透率降低的储层特性均属储层本身潜在的伤害因素，它包括岩石骨架颗粒成分，胶结类型，孔隙结构，储层敏感性矿物，岩石表面性质以及储层流体性质等。
4．储层岩石敏感性评价实验
4.1速敏评价实验
由于岩石孔隙中的微小固体颗粒会附着在骨架的颗粒，在流速极低时，流体的冲力不足不足以将它们脱落并使其移动，因此储层岩石在极低流速时并不敏感。但是，随着流速的增加，流体的冲力也不断增大。当流速超过一定限度时，流体的冲力超过了其附着力，颗粒脱落下来并开始移动，最后在孔隙吼道停留下来并堵塞孔隙，从而降低岩石渗透率，致使储层产生敏感。
在矿场上，我们把储层开始产生敏感的最小流速，称作储集层敏感的临界流速，用V e 表示。
速敏评价实验的目的是确定临界流量，避免颗粒运移对地层造成的伤害，在有助于保护油气层的同时确定合理的注采速度。
4.2. 水敏评价实验
水敏评价的目的是为了了解外来流体的矿化的与储层中粘土物质不配伍时，引起粘土矿物水化膨胀，分散，运移而导致储层渗透率下降的现象及其程度。水敏实验是通过粘土膨胀实验阳离子交换量来测定来实现的。
粘土膨胀实验是测量储层敏感性的评价实验的一项辅助实验，它是通过测定岩样水化后的线膨胀率来评价岩石的膨胀性及膨胀程度，可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。岩石中膨胀性粘土含量越高，表现出膨胀性越强，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。
阳离子交换容量是粘土矿物的重要性质之一，不同粘土矿物的阳离子交换容量不同。膨胀行粘土矿物含量越高，其阳离子交换容量越大。阳离子容量测定试验也是储层敏感性评价试验的一项辅助试验，通通过测定岩样阳离子交换容量，也可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。岩石中膨胀性粘土含量越高，
表现出阳离子交换容量也就越大，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。
4.3. 盐敏评价实验
储集层岩石孔隙中的地层水，不仅矿化度非常高，其中的矿物成分也非常复杂。当注入流体的盐度与地层水十分接近时，储层岩石就不会产生敏感，即储层渗透率不会因为注入流体而有所降低。但是，当注入流体的盐度与地层水差别较大时，储层岩石就会产生敏感，即储层岩石渗透率会因注入外来流体而有所降低。把储集层开始产生敏感的最大盐度，称作储集层敏感的临界盐度。我们在实验室做盐敏评价实验就是要找到临界盐度，已使在实际油气生产过程中，将注入流体的盐度控制在临界盐度之上，以免是储集层产生降低油气生产的能力。
储集层水敏性质与储集层盐敏的性质是联系在一起的，如果储层水敏，那么下一步我们一定要做盐敏实验。
4.4酸敏性评价实验
酸敏性评价的目的在于了解酸化液与储层岩石的配伍性，即反映它是改善地层还是伤害地层，了解其对地层的改善程度或伤害程度，以便优选酸液配方，提高酸化效果，减小对储层伤害度。
4.5. 碱敏性评价实验
碱敏性评价的目的是了解岩心渗透率随流体PH 值变化而变化的现象，找出使渗透率明显下降的临界PH 值。
油气层保护自始至中贯穿于油气勘探，开发，生产和作业过程中。油气田开发过程中所采取的增产措施均可能造成油气储层的伤害。如果造成储层伤害后，不仅仅会增加各类井下作业的工作量和成本，而且还会影响增产效果，甚至还会影响此油区的最终采收率。因此，研究储层岩石特征，分析和评价潜在敏感性，找出储层存在的各种敏感性特征以及评价敏感性程度，根据实验结果，提出防止和减少伤害的可行性措施，对指导油田的开发和增产措施的实施，保护油层必要的，这也是本文目的之所在。
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储层孔隙结构
前言
孔隙结构是指岩石内的孔隙和喉道类型，大小，分布以及相互联通关系。孔隙为岩石颗粒包围着的较大空间，喉道为两个较大孔隙空间之间的连通部分。孔隙是流体存在于岩石的基本储集空间，而喉道则是控制流体在岩石中渗流的重要的通道。流体在自然界复杂的孔隙系统中流动时，都要经历一系列交替着的孔隙和喉道。无论是油气在二次运移过程中油气驱替孔隙介质中所充满的水时，还是在开采过程中油气从孔隙介质中被驱替出来时，都受流动通道中最小断面（即喉道直径）所控制。所以研究储层孔隙结构，对油气田的开采，开发都具有重大意义。
1. 储层岩石的孔隙及其类型
岩石颗粒间未被胶结物质或其他固体物质占据的空间统称为空隙。地球上没有空隙的岩石是不存在的，只是不同岩石的孔隙大小，形状和发育程度不同而已；除砂岩颗粒间存在空隙外，碳酸盐岩中可溶成分受地下水溶蚀后形成空隙；火成岩由于成岩时气体占据而形成孔隙；各种岩石在地应力，构造应力及地质作用后产生裂缝（微裂缝）形成另一类形式的孔隙。空隙按照几何尺寸大小或现状可分为孔隙（一般指砂岩），空洞（一般指碳酸盐），和裂缝。由于孔隙是最普遍的形式，所以常笼统地将空隙统称为孔隙。
岩石颗粒间未被胶结物质充满或未被固体物质占据的空间统称为孔隙。所谓的胶结是指将沉积物压在一起的过程中，受压力的作用，岩石的一些矿物慢慢溶解在水里，于是含有矿物的水溶液就会渗入沉积物颗粒间的孔隙中。当含有矿物的水溶液中的矿物结晶时，沉积物颗粒被晶体粘在一起就叫做胶结。胶结物就是指成岩期在岩石颗粒之间起粘连作用的化学沉淀物。
根据不同研究目的，孔隙分类方案也有所不同。归纳起来大体有三种分类方案：（1）按孔隙成因的分类，将孔隙分为原生，次生两大类，每一类型又进一步细分为若干次一级类型；（2）按孔隙产状分类（所谓产状是指岩石结构面的空间几何形态，包括走向，倾向和倾角三个要素），如将碎屑岩孔隙分为粒间孔隙，粒内孔隙，微孔隙；（3）按孔隙大小分类，将孔隙分为超毛细管孔隙，毛细管孔隙和微毛细管孔隙等。其中，按孔隙成因分类有利于研究孔隙分布规律和孔隙预测，按产状和孔隙大小分类则有利于研究岩石的渗流性能。
由于我们的专业是油气田开发，对地质方面了解较少，需要补充这方面的相关知识。根据导师建议，这篇文章着重从地质方面介绍孔隙类型。考虑到不同岩类的孔隙特征有较大差异，在此分岩类进行介绍。
1.1碎屑岩孔隙产状与成因类型
按碎屑岩孔隙的产状，可将其分为两大类，即狭义的孔隙和裂缝。进一步分
为四小类：粒间孔隙，粒内孔隙，填隙物内孔隙和裂缝。按成因将其分为原生孔隙和次生孔隙两大类，然后按产状和几何形状进一部分类。
（1）粒间孔隙
粒间孔隙为颗粒之间的孔隙，包括原生粒间孔隙，粒间溶孔，铸模孔和超粒孔等。
原生粒间孔隙：指在沉淀时期形成的颗粒之间的孔隙。在成岩演化过程中，原生粒间孔隙由于正常压实和胶结作用会减少。为此，岩石中的原生孔隙可分为两类：正常粒间孔隙空间（由于压实作用而缩小但无任何填充物的孔隙），残余粒间孔隙（受到胶结但未完全堵塞的原始粒间孔隙）。
粒间溶孔：指颗粒之间的溶蚀再生孔隙，主要是颗粒边缘以及粒间胶结物和杂基大部溶解所形成的分布于颗粒之间的孔隙。所谓的溶蚀是指，地表水和地下水相结合，对以碳酸盐为主的可溶性岩石化学溶解和侵蚀作用。这种溶孔，形态多种多样，有港湾状，伸长状等。粒间溶孔往往是在原生粒间孔隙或其他孔隙的基础上发展起来的。因此，广义的讲，岩石中所见的粒间溶孔均是原生和次生的混合孔隙。一般的，若粒间溶孔中次生溶蚀部分大于原生孔部分，则称之为次生粒间溶孔。
铸模孔：指颗粒，碎屑，或胶结物等被完全溶解而形成的孔隙，其外形与原组分外形特征相同。（碎屑是指陆源区的母岩经过物理风化作用或机械破碎所形成的碎屑物质）。
超粒孔：指孔径超过相邻颗粒直径的溶孔。在超粒孔范围内，颗粒，胶结物均被溶解，一般是在原生粒间孔隙的基础上形成的，其次生部分多于原生部分。
（2）粒内孔隙
颗粒内部的孔隙包括原生粒内孔，矿物解理缝，粒内溶孔。
原生粒内孔：主要为岩屑内的粒间微孔或喷出岩屑内的气孔。
粒内溶孔：颗粒内部由于溶解作用而形成的溶蚀孔隙，常沿解理缝发生溶解作用。（所谓的解理是指矿物晶体受力后常沿一定方向的平面破裂，这种现象称为解理。）
（3）填隙物内孔隙
填隙物内孔隙包括杂基内微孔隙，胶结物内溶孔等。（所谓杂基是碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，它们是机械沉积产物而不是化学沉淀成分。粒度小于0.05mm ，不同的岩类其粒度不同。碎屑岩中杂基的粒度要比砂岩粒度大。）
杂基内微孔隙：为粘土杂基和碳酸盐泥中存在的微孔隙。这种孔隙极为细小，在所有的碎屑岩储集岩中都或多或少存在这种微孔隙。这种孔隙虽可形成百分之几十的孔隙度，但由于孔隙半径小，渗透率往往很低。这类孔隙的成因有两类：其一为沉积杂基内的原始微孔隙；其二为杂基遭受部分溶解作用形成的溶孔。
胶结物内溶孔及晶间孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。
（4）裂缝
裂缝包括沉积成因的层面缝以及成岩和构造作用形成的裂缝。
1.2碳酸岩盐孔隙产状与成因类型
与碎屑岩相比，碳酸岩盐的储集空间更为复杂，不仅有狭义的孔隙，而且还有裂缝和溶洞，储集空间的大小和变化很大，既可以和岩石组构有关，又可以与岩石组构无关。下面依次介绍。
（1）粒间孔隙
碳酸盐岩的粒间孔隙是指碳酸岩颗粒之间的孔隙。包括：
原生粒间孔隙:在颗粒含量高，颗粒呈支撑状时粒间未被灰泥和胶结物填充的部分。灰泥，又称灰泥基质，是碳酸盐岩基本组成成分之一。
粒间溶孔：由于颗粒之间的灰泥或胶结物受溶解和颗粒边缘被选择性溶解所形成的孔隙。
（2）粒内孔隙
碳酸盐岩的粒内孔隙指碳酸盐岩颗粒内部的原生孔隙和粒内溶孔。
原生粒内孔隙：通常指生物体腔孔隙，即生物死亡后，软体部分腐烂溶解，体腔未被全部填充而保存下来的孔隙。张力孔隙连通性差，有效孔隙度不高，但常与生物碎屑粒间孔隙伴生，形成较好的储层。
粒内溶孔：粒内溶孔是指各种碳酸盐岩颗粒内部由于选择性溶解，颗粒被局部溶蚀而形成的孔隙。当溶蚀作用扩展到整个颗粒，形成与原颗粒形状，大小完全一致的铸模时，可称为颗粒铸模孔隙。
（3）基质内孔隙
所谓基质，是指有些岩石的矿物颗粒大小悬殊，大的颗粒散布在小的颗粒之中，地质学中把大的矿物叫斑晶，小的矿物叫基质。
基质内孔隙包括灰泥内孔隙，胶结物孔隙等。
灰泥内孔隙：为碳酸盐灰泥中存在的微孔隙。这种孔隙极为细小，由于孔隙半径中，渗透率往往很低。
胶结物内溶孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。
（4）晶间孔隙
晶间孔隙是指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙，大部分是由于白云岩成岩作用形成的。白云岩是一种沉积碳酸盐岩，主要是由白云石组成，呈灰白色，性脆，硬度小。主要是由白云石构成的岩石，但其中也含有方解石及粘土矿，具有晶粒结构，残余结构和碎屑结构，由于其孔隙度较大，常为石油或地下水的理想储层。白云岩中晶间孔隙的发育主要是白云岩晶体之间未被置换的碳酸钙或石膏溶解所
致。
（5）晶内溶孔和晶体铸模孔隙
晶内溶孔为晶体内部被溶蚀而形成的孔隙。若整个晶体被溶蚀，形成了与原晶粒形状，大小相同的铸模时，则称为晶体铸模孔隙。若整个晶体被溶蚀，形成了与原晶粒形状，大小相同的铸模时，则称为晶体铸模孔隙。
（6）通道孔隙
通道孔隙是指横向连续好且呈板状或扁平状通道的孔隙，为溶解作用成因。
（7）裂缝
裂缝是指碳酸盐岩中十分重要的一类储集空间，同时也是沟通碳酸盐岩中各种孔隙，溶洞的通道。
（8）溶洞
溶洞是指不受岩石组构控制有溶解作用形成的较大的储集空间，这类孔隙形态不规则，大小不一，连通性各异。下面详细说明。
晶洞：也称孔洞，为直径小于1cm 的溶洞。
小洞：为大于1cm 但小于1m 的溶洞。
大洞：为大于1m 的溶洞。有的溶洞可以很大，可达1.5-2m 甚至更大。
2喉道类型
喉道为连通两个孔隙的狭窄通道。每一个喉道可以连通两个孔隙，而每一个孔隙则可以和三个以上的喉道相连接，有的甚至和6-8个喉道相连接。影响储层渗透能力的主要是喉道。而喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系，胶结类型以及颗粒本身的形状和大小。下面说明喉道类型：
2.1孔隙缩小型喉道
喉道为孔隙的缩小部分，这种喉道类型往往发育于以粒间孔隙为主的储集层岩石中，其孔隙和喉道较难区分。岩石结构多以颗粒支撑，胶结物较少甚至没有。孔隙结构属于大孔粗喉，孔喉直径必接近与1。岩石孔隙基本为有效孔隙。
2.2缩颈型喉道
喉道为颗粒间可变断面的收缩部分。当颗粒被压实而排列比较紧密或颗粒边缘被衬边式胶结是，虽保留下来孔隙可以比较大，但颗粒间喉道却大大变窄。此时，储集岩可能有较高的孔隙度，但渗透率却可能较低。
2.3片状喉道
片状喉道呈片状或弯片状，为颗粒之间的长条状通道，可分为窄片状和宽片状两种类型。这种孔隙结构变化较大，可以是小孔极细喉道，受溶解改造作用也可以是大孔粗喉型。
2.4管状喉道
孔隙与孔隙之间由细而长的管子相连，其断面接近圆形，一般是由溶蚀作用而形成的，在缝洞性碳酸盐岩中也可发育此类喉道。
2.5裂缝
在裂缝性储层中，裂缝相当于较长的板状通道，连接孔隙或溶洞。
3孔喉的大小和分布
3.1孔隙和喉道的大小
（1）超毛细管孔隙或喉道
孔隙半径或喉道半径大于250um 。流体在其中可自由流动，受毛细管力的影响很小。
（2）毛细管孔隙或喉道
孔隙半径（喉道半径）介于250——0.1um 。流体在孔隙内受毛细管力的影响。因此，只有在外力克服本身的毛细管力时，流体才能在其中流动，并遵循渗流力学一般规律。
（3）微毛细管孔隙或喉道
孔隙半径(喉道半径) 小于0.1um ，可称为微孔，微喉。孔隙内分子间引力（毛细管力）很大，在正常地层条件下，流体难于克服这种力而在其中发生流动。因此，对于油气运移和开采而言，微毛细管孔隙为无效孔隙。泥岩，砂岩杂基，碳酸盐岩基质内一般发育这种孔隙。
3.2孔隙和喉道分布
(1)峰型或模态
a. 单峰型
单峰型在孔喉半径频率分布曲线上只有一个峰值，孔喉半径呈近正态分布。 b ．双峰或多峰型
双峰型或多峰型在孔喉半径频率分布曲线上有两个或多个峰，反应岩石具
有两个或多个峰值。
(2)分选型
分选性反应孔喉大小偏离某一标准值（中值或最大值）的程度。偏离越小，孔喉分布越均一；反之，偏离越大，孔喉分布越不均一。孔喉分选性越好，越有利于流体渗流。
3.3孔喉连通性
(1)孔喉配位数
孔喉配位数是连接每一个孔隙的喉道数量，通常以统计结果的平均数来表
示。这是反应孔隙联通状况的重要参数.
(2)孔喉平均直径比
孔喉平均直径比为孔隙平均直径与喉道平均直径的比值，反映孔隙和喉道之间的大小差别，也是孔隙连通程度的一种反映。
本文粗浅谈论了储层孔隙结构方面的知识，主要从地质的角度，从岩石分类来分析储层孔隙结构，这是这一阶段以来学习的一个汇报，如有不足，恳请指正。
参考文献
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[11]何更生. 油层物理[M].石油工业出版社.
浅谈非牛顿流体的渗流理论
一．基本概念
服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿流体，所有气体和大多数液体都属于这一类。水，酒精等大多数纯液体，轻质油，低分子化合物溶液以及低速流动的气体均是牛顿流体。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液一般是非牛顿流体。从流体力学的角度，凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。所谓服从牛顿内摩擦定律是指在温度不变的情况下，随着流体梯度的变化， 值始终保持是常数。 度量液体粘滞性大小的物理量，简称为粘度。物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体，而且非牛顿流体在化工方面宜属常见。
牛顿粘性定律的表达式为：
τ=μd μ （1-1） dy
其中μ为牛顿粘度 τ为在剪切平面平行于流动平面的剪切应力，d μ垂直于剪切平面的剪切速率。 dy
二．非牛顿流体的分类
下面是牛顿流体与非牛顿流体的流变图。
图 牛顿流体与非牛顿流体的流变图
根据流体的流变方程式，将非牛顿流体分类为：
下面做扼要的介绍。
1. 与时间无关的流体，在流变图上来看τ对 d μ的曲线或是通过原点的dy
曲线，或是不通过原点的直线，如图中b ，c ，d 图线所示。对于b ，c 这样的曲线来讲，斜率是变化的。因此，对与时间无关的粘性流体来讲，粘度一词便失去了意义。但是这些特定的曲线在任一特定点上都有一定的斜率，故与时间无关的粘性流体来讲，指在特定的剪切速率下，有一个表观粘度值。即 μapp =。 表观粘度是剪切速率的函数，不依赖时间的非牛顿液的τr
流变特性只依赖于剪切应力的大小而不依赖于剪切应力的持续时间。这样的流体可分为：
（1） 假塑性流体。这种流体的表观粘度随剪切速率的增大而
减小，其中的曲线关系为一下降的曲线，该曲线可用指
数方程式表示：
d μτ=-K () （1-2） dy
大多数与时间无关的粘性流体都属于此类型，其中包括
聚合物溶液，油脂，淀粉悬浮液，油漆等。
（2） 涨塑性流体。这种流体与假塑性流体相反，这种流体的
表观粘度随剪切速率的增加而增大，其关系曲线为一上
升的曲线。如曲线c 所示。涨塑性流体比假塑性流体少
的多，如玉米粉，糖溶液，湿沙和某些高浓度的粉末悬
浮液等均属此类流体。
（3） 宾汉流体。这种流体的曲线关系如d 所示，它的斜率固
定，但不通过原点. 该线的截距τ0为屈服应力。这种流体
的特性是当剪切力超过屈服应力之后才开始流动，开始
流动之后其性能象牛顿流体一样。属于此类的流体有纸
浆，牙膏，肥皂等。塑性流体的流变特性为： n
τ=τ0+η0d μ （1-3） dy
2. 与时间有关的粘性流体在一定的剪切速率，表观粘度随剪切力作用时间延长而较大或升高的流体。可分为两类：
（1）触变性流体：
这种流体的表观粘度随剪切力作用时间的延长而降低，属于此类流体如某些高聚物溶液，某些食品和油漆等。从流体力学的角度上看，在一定剪切速度下，随时间增加而切应力下降，即粘度降低，由稠变稀，到达某一时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。
(2)震凝性流体：
这种流体的表观粘度随剪切力作用时间的延长而增高，此类流体有某些溶胶和石膏悬浮液等。从流体力学的角度分析，在一定剪切速度下，随时间增加而切应力上升，即粘度增大，由稀变稠，到达某时刻后，切应力不再发生变化，形成动态平衡。
3. 粘弹性流体。
粘弹性流体即具有粘性，又有弹性。此类流体介于粘性流体和弹性流体之间，它们同时表现出弹性和粘性。在不超过屈服强度的情况下剪切力去除以后，其变形能部分的复原。属于此类流体的有面粉团，凝固汽油和沥青等。
4．幂律流体。
如图中a ，b ，c 这样的流体。为了模拟和计算的目的，大部分描述剪切稀释或剪切增稠特性的幂律流变模型都是用Ostwald-dewaele 幂律模型，这两个参数对于拟合流变数据是有用的，因为大量的剪切增稠和剪切稀释流动是表示为如下形式：
τ=H r (1-6)
H 粘度指数；
n 无量纲流动特性指数。
上式方程是“大概是所有流变学中最广泛的使用的方程”，幂律的号召力是明显的，当n =1，方程14-4就表示粘度为H 的牛顿流体，对于0＜n ＜1，方程表示的是拟塑性液体的流变特征; 对于n ＞1，方程表示的是涨塑性流体。因此，指数n 是液体的非牛顿特性程度的度量。由此，我们可以给出幂律液体的“表观粘度”
τ=H r
幂律模型是简单的经验曲线拟合的一个尝试，甚至方程（1-6）可能不适合一些液体的剪切速率的整个范围，但是在剪切速率的更. n -1. n
广泛的范围内，表达式对于两个参数的流变数据的拟合是非常有用的。
三．非牛顿流体的研究方法
非牛顿流体的研究方法与牛顿流体的研究方法类似，在管流中连续性方程，伯努利方程，动量方程以及划分流动状态的依据都一样在分析时应用力学分析方法也是一样的。区别仅在于所依据流变方程式各有不同，雷诺数也不相同。
四．宾汉流体
1. 宾汉流体具有一下特点：
（1） 宾汉流体的流变性与牛顿流体不同，受力后，不能立即
必须流动；
（2） 流动初期切应力与速度梯度之间呈曲线关系，粘度随剪
切力的增加而降低，随速度梯度的增大，切应力逐渐减
弱，最后接近牛顿流体，呈直线关系，流体的粘度不在
随切应力的增加而变化，称为塑性粘度。
（3） 塑性流体存在两个极限应力
极限静切应力:使塑性流体开始流动的最小切应力。
极限动切应力：塑性流体流变曲线直线段的延长线与横坐标轴的交点对应的切应力，是塑性流体流动时经常克服的与粘度和速度梯度无关的定值切应力。
2. 宾汉流体由静止到流动，随着流速的由小变大。有四种流动状态： 塞流，结构流，层流和湍流。
塞流：当塑性流体半径R 处的推动力超过了由极限静切应力所引起的阻力时，流体整体象活塞一样在管内流动，称为流核。
结构流：随两端压差增大，小于半径R 处的各流层依次开始流动，形成塞流的流核半径逐渐缩小，而流核以外部分各流层间速度不同，形成流速梯度为梯度区。
层流和湍流：两端的压差再增大，流核全部消失，梯度区扩大形成层流；随两端压差进一步增大，则会由层流变为湍流。
五．非牛顿流体的各种渗流模型
1. 幂律流体的数学模型。
设长度为L 的均质地层饱和着牛顿型原油，将非牛顿型化学
溶液注入到地层以驱替原油，从而在孔隙介质中形成两种流体分界面流动。
（1）原油是牛顿流体，其渗流服从线性渗流定律：
v 0=-k 0∂p （1-4） μ0∂x
（2）化学溶液是非牛顿流体，其渗流服从非线性幂律规律：
k ∂p c n v c =(-c ) μc ∂x 1 (1-5)
其中n 〈1 假塑性流体 n =1 牛顿流体 n >1 涨塑性流体
非牛顿流体驱替牛顿流体是活塞式的，在相界面上压力连续和流量连续
（4） 不考虑重力和毛管力 我们可以得到非牛顿流体驱替牛顿流体的相界面一维运动方程：
ds ds +λs () n =1 d τd τ
k (p -p ) k μn -1v t x 式中s = τ=0 , v 0=012, λ=0c v 0 L P φL μ0L k c μ0(1-s )
相应的初值条件为s (0) =0
2. 广义达西定律
牛顿液体通过均质多孔介质层流理论是基于达西的经典实验，对于一维幂律流体通过多孔介质的流动使用改进的Blake-Kozeny 方程，表面流动速度表示为：
（1-6） K ∆p u =[]0μeff 1n L
式中有效粘度为：
μeff H =(9+3/n ) n (150K ϕ) 12(1-n ) 2
对于（1-6）式，我们可以清楚的看出，当n =1时，有效粘度等于牛顿粘度，由方程（1-6）可知，对于幂律流忽略地心引力，类似于达西定律的形式可以表达为：
u n
r =-K ∂p 其中u r 是径向的表面速度。 μeff ∂r
3. 非牛顿松弛粘弹性液体不稳定渗流模型
一般具有松弛特性的重质高粘原油，呈现出非牛顿液体流变学基本特征：在渗流过程中 r 与剪切应力τ呈非线性关系。当压力梯度较小时，因原油内部结构未被破坏具有很高的表观粘度：但当压力逐渐增大，原油内部结构遭到局部乃至全局破坏，表观粘度急剧降低为某个不变值。
在常规原油（近似用牛顿液模型）条件下，原油通过多孔基质时速度梯度和压力梯度之间的平衡关系几乎是瞬间达到的，因此严格遵守达西定律规定的线性关系。但在稠油渗流时却出现特有的弛张现象，其运动方程： .
∂q r K ∂p ∂2p q r +λv =-(+λp ) ∂t μ∂r ∂r ∂t 其中λv λp 分别为速度弛张时间和压力张弛时间。