孔隙度和渗透率计算器 - 岩石性质与流体流动

什么是孔隙度和渗透率？

基本性质
为什么它们在地质学中重要
在石油工程中的应用

孔隙度和渗透率是表征岩石储存和传输流体能力的两个关键性质。这些性质是理解多孔介质中流体流动的基础，在石油工程、水文地质学和环境科学中至关重要。

孔隙度：储存容量

孔隙度（φ）定义为岩石样品空隙体积与总体积的比值。它表示岩石中由空空间或孔隙组成的百分比。数学上，孔隙度表示为：φ = Vvoid / Vtotal，其中Vvoid是空隙体积，Vtotal是岩石样品的总体积。

渗透率：流动容量

渗透率（k）是衡量流体通过多孔介质流动难易程度的指标。它与流体性质无关，仅取决于孔隙空间的几何形状。渗透率通常以达西单位（1达西 = 9.87 × 10⁻¹³ m²）或毫达西（mD）测量。

关键概念：

孔隙度范围从0%（实心岩石）到100%（无固体材料）
渗透率可以从10⁻²⁰ m²（页岩）变化到10⁻¹² m²（砾石）
高孔隙度并不总是意味着高渗透率

使用孔隙度和渗透率计算器的分步指南

理解您的输入
选择正确的参数
解释结果

此计算器帮助您使用已建立的物理方程确定岩石样品的孔隙度和渗透率。按照以下步骤为您的特定应用获得准确结果。

1. 测量体积参数

首先测量岩石样品的总体积和空隙体积。总体积包括固体材料和孔隙空间，而空隙体积仅代表空空间。这些测量通常使用置换法或汞孔隙度法进行。

2. 进行流动实验

对于渗透率计算，您需要测量通过岩石样品的流体流动。记录流量、样品两侧的压力差、流体粘度、样品长度和横截面积。这些参数用于达西定律计算。

3. 考虑额外参数

为了更准确的渗透率估算，包括颗粒尺寸和曲折度因子。颗粒尺寸影响Kozeny-Carman渗透率计算，而曲折度说明了流体通过多孔介质的流动路径复杂性。

4. 分析您的结果

计算器提供孔隙度（作为小数和百分比）和渗透率（以达西和毫达西单位）。将这些值与您岩石类型的典型范围进行比较以验证您的测量。

典型值：

砂岩：10-30%孔隙度，1-1000 mD渗透率
石灰岩：5-25%孔隙度，0.1-100 mD渗透率
页岩：1-10%孔隙度，0.001-1 mD渗透率

孔隙度和渗透率的实际应用

石油工程
水文地质学
环境科学

孔隙度和渗透率测量在地质学、工程学和环境科学的众多应用中至关重要。理解这些性质有助于预测地下系统中的流体行为。

石油和天然气勘探

在石油工程中，孔隙度决定储层中可以储存多少石油或天然气，而渗透率控制这些流体被提取的难易程度。高孔隙度、高渗透率岩石是优秀的储层，而低渗透率岩石可能需要增强采收技术。

地下水研究

水文地质学家使用孔隙度和渗透率来模拟地下水流动、预测污染物传输和设计修复系统。这些性质决定地下水通过含水层的移动速度和污染物的扩散方式。

碳捕获和储存

孔隙度和渗透率对碳捕获和储存（CCS）项目至关重要。合适的储存地层必须具有足够的孔隙度来储存CO₂和足够的渗透率来允许注入和监测。

应用：

储层模拟和生产预测
地下水污染建模
地热能提取

常见误解和正确方法

孔隙度与渗透率混淆
测量误差
解释错误

关于孔隙度和渗透率存在几个误解，可能导致地质和工程应用中的错误解释和糟糕的决策。

孔隙度和渗透率不是一回事

一个常见的误解是高孔隙度自动意味着高渗透率。虽然通常存在相关性，但这并不总是正确的。如果孔隙连接不良，岩石可能具有高孔隙度但低渗透率，或者如果少数孔隙大且连接良好，则可能具有低孔隙度但高渗透率。

测量尺度很重要

孔隙度和渗透率可能随测量尺度显著变化。小样品的实验室测量可能由于非均质性和裂缝而不代表场尺度性质。通常需要升级技术来将实验室测量与储层尺度性质联系起来。

流体性质影响渗透率测量

虽然渗透率是岩石性质，但测量值可能取决于实验中使用的流体。由于气体滑移效应，气体渗透率测量可能与液体渗透率不同，特别是在低渗透率岩石中。

纠正：

为您的岩石类型使用适当的测量技术
解释结果时考虑尺度效应
在渗透率测量中考虑流体性质

数学推导和示例

达西定律推导
Kozeny-Carman方程
实际计算

控制孔隙度和渗透率的数学关系基于基本物理原理。理解这些方程有助于正确测量和解释岩石性质。

达西定律

达西定律描述流体通过多孔介质的流动：q = -kA(ΔP/μL)，其中q是体积流量，k是渗透率，A是横截面积，ΔP是压力差，μ是流体粘度，L是样品长度。这个方程构成了渗透率测量的基础。

Kozeny-Carman方程

Kozeny-Carman方程将渗透率与孔隙度和颗粒尺寸联系起来：k = (φ³d²)/(180(1-φ)²)，其中φ是孔隙度，d是颗粒直径，因子180考虑了孔隙几何形状和曲折度。这个方程对于从孔隙度和颗粒尺寸数据估算渗透率很有用。

孔隙度-渗透率关系

虽然孔隙度和渗透率之间不存在普遍关系，但已为特定岩石类型开发了经验相关性。这些关系对于初步估算很有用，但应该用直接测量进行验证。

方程：

孔隙度：φ = V_void / V_total
达西定律：q = -kA(ΔP/μL)
Kozeny-Carman：k = (φ³d²)/(180(1-φ)²)

砂岩储层

石灰岩地层

页岩

仅孔隙度计算