核磁共振渗透率
采用核磁共振T2谱方法确定孔隙度和可动流体含量等信息后可进一步计算岩石的渗透率。前人通过在室内开展大量的岩石核磁共振实验，逐渐建立了核磁渗透率与核磁共振T2几何平均值，核磁孔隙度和可动流体等的定量关系，并建立了多种核磁渗透率计算模型（Timur，1969；Kenyon，1992；Taicheret al.，1994；Jerosch-Heroldet al.，1995；Michaelet al.，1995），这些模型已经被应用到常规油气储层的测井领域。其中，目前应用较普遍的模型主要有两个，即Coates模型和SDR模型（Timur，1969；Kenyon，1992；彭石林等，2006）。这两种模型都是基于核磁孔隙度进行计算的，差别在于前者引用了可动流体饱和度，后者还引用了T2几何平均值进行计算。
4.3.4.1 Coates模型
Coates模型可表示为：
煤储层精细定量表征与综合评价模型
式中：Φ为核磁孔隙度或水测孔隙度，％；BVM为自由流体饱和度，％；BVI为束缚流体饱和度（＝100-BVM），％；C为待定系数；KN1为基于该模型的核磁渗透率值，×10-3μm2。
将C1＝C-4代入式4.6可变换为：
煤储层精细定量表征与综合评价模型
由于前文已经求得样品的核磁渗透率、可动流体和束缚流体的饱和度，因此，只要确定参数C1即可求得样品的核磁渗透率。
令
煤储层精细定量表征与综合评价模型
对实测的空气渗透率值Ka与Y值进行线性拟合，根据直线的斜率即可求得C1值。拟合结果显示，两者的拟合优度为0.99。根据C1值便可求得C值为5.9。据国内陆相储层大量砂岩岩心的实验结果表明（Kenyon，1992；彭石林等，2006）：C值的主要分布范围为3～12；对于孔隙度大于8％的岩样而言，C值的平均值约为8；对于孔隙度小于8％的岩样而言，C值的平均值约为5。从这个结果看，本文计算的结果与砂岩的结果较一致。
然而，将C＝5.9代入式4.6后，求得KN1值后发现，所得的KN1值与常规空气渗透率的误差较大（表4.1和表4.2）。除两个孔隙度较高、渗透率较好的样品的误差较小外，其他样品的误差都在1～3个数量级。误差较大的主要原因是，一方面是由于煤是一种低孔、低渗的介质，孔隙结构复杂且以吸附孔为主，而煤的渗透率主要取决大孔和裂隙系统；而另一方面也说明Coates模型对煤这种孔隙介质的渗透率预测的适用性非常差。
表4.2 基于不同模型的核磁共振渗透率计算结果
4.3.4.2 SDR模型
SDR模型有多种变型形式，其中应用最普遍的表达式为：
煤储层精细定量表征与综合评价模型
式中：Φ为核磁孔隙度或水测孔隙度，％；C3为待定系数；T2g为T2分布的几何平均值。SDR模型不受束缚水的影响，但当岩石孔隙中含有烃时，T2分布的几何平均值会发生变化。SDR模型适合于不含烃类的岩石渗透率计算。
根据实测的Φ值和T2g求得 后，将之与空气渗透率数据拟合发现，拟合优度很低。说明这种方法也不适用于煤的核磁共振渗透率计算。原因除了与煤的孔裂隙结构有关外，可能也与煤中残余有吸附的甲烷气体有关，另外也与实验过程中的参数选取等有关。
4.3.4.3 可动流体孔隙度模型
上述分析可知，传统的在砂岩储层中通用的核磁共振渗透率模型并不适用于煤的核磁共振渗透率计算。因此需要建立适用于煤的核磁共振渗透率计算模型。
考虑到煤的空气渗透率与样品的可动流体孔隙度的相关性很强（图4.6），这里将空气渗透率值与可动流体孔隙度数据进行非线性回归后发现，两者的关系符合指数分布（拟合优度为0.997）：
煤储层精细定量表征与综合评价模型
式中：Φm为核磁可动流体孔隙度，％；KN3为基于该模型的核磁渗透率值，×10-3μm2。
根据该模型计算了核磁渗透率值，如表4.2所示。结果发现该模型与Coates模型和SDR模型相比拟合效果明显要好。但总体上对于特别低渗的岩心的拟合效果也较差，特别是SH3和CZ3两个样品的拟合的结果为负值，已经脱离现实意义。造成这种现象的原因主要是两个样品的渗透率太低，其中一个更是只有0.00032×10-3μm2。同时说明可动流体孔隙度模型在分析特别低渗的煤岩时也存在一定的局限性。
综合以上几种模型的分析结果发现，在根据煤的核磁信号确定渗透率时，目前还存在一定的局限性。表现在对特别低渗样品的符合度非常低，误差非常大。造成这种现象的原因主要有两个：一是本文中选取的样品数有限，样品的渗透率极差太大；二是由于煤的渗透性主要取决于裂隙和大孔，造成利用可动流体含量和孔隙度来评价渗透性时存在误差。
将几个样品的实测渗透率、核磁共振渗透率及可动流体信息与高分辨率X-CT扫描图像相对比发现，微裂缝对渗透性的意义显著，它能够沟通其他孔隙，增加可动流体量，因此微裂缝发育程度对可动流体百分数高低有显著影响。如果煤样的微裂缝发育程度较高，那么即使其孔隙度或渗透率较低，该样的可动流体百分数仍然可能会较高；反之，如果煤样的微裂缝发育程度较低，那么即使其孔隙度或渗透率较高，该样的可动流体百分数仍然可能会较低。对于孔隙度和渗透率接近的两块煤样而言，如果其微裂缝发育程度不等，则微裂缝发育程度较高岩样的可动流体百分数较高。
虽然，就目前来看在采用核磁共振手段来分析煤的渗透率方面还存在一定的困难，但是对于煤储层来讲，核磁共振分析提供的有效孔隙度、孔裂隙结构和可动流体含量等信息对评价储层也具有重要意义。
煤储层地质特征
煤层气储层是由孔隙、裂隙组成的双重结构系统(Tremain et al.，1990;Kulander et al.，1993;Laubach et al.，1998;张慧，2001;苏现波等，2009)(图4-6)。煤层被理想化为由一系列裂隙切割成规则的含微孔隙的基质块体，煤中的基质孔隙，是吸附态和游离态煤层气的主要储集场所，气体的吸附量与煤的孔隙发育程度和孔隙结构特征有关。煤基质孔隙孔径小，数量多，是孔内表面积的主要贡献者，为煤层气的储集提供了充足的空间，煤储层的裂隙系统是煤中流体渗透的主要通道。
图4-6 煤储层几何模型
一、煤储层孔隙系统
1.煤储层孔隙分类
煤孔隙特征往往以下列指标参数予以表征:孔隙大小，形态，结构，类型，孔隙度，孔容，比表面积及孔隙的分形特征。在目前技术条件下，多采用普通显微镜和扫描电镜(SEM)观测，以及压汞法及低温氮吸附法测试等方法来研究煤的孔隙特征。
煤基质孔隙有两种分类方法:成因分类和大小分类。
不同研究者对煤基质孔隙的成因分类的方案也不相同。郝琦(1987)划分的成因类型为植物组织孔、气孔、粒间孔、晶间孔、铸模孔、溶蚀孔等。张慧(2001)以煤岩显微组分和煤的变质和变形特征为基础，参照扫描电镜观察结果，按成因特征将煤的孔隙分为原生孔、变质孔、外生孔及矿物质孔等四大类十小类。此外陈萍等(2001)研究了煤孔隙的形态分类，桑树勋等(2005)分别探讨了煤中固气作用类型分类，傅雪海等对煤孔隙进行了分形及自然分类(表4-1)。孔隙的成因类型及发育特征是煤储层生气储气和渗透性能的直接反映。煤孔隙成因类型多，形态复杂，大小不等，各类孔隙都是在微区发育或微区连通，它们借助于裂隙而参与煤层气的渗流系统。
表4-1 煤岩孔隙分类
注:分类未标明者均为直径，单位为nm。(转引自汤达祯等，2010)
煤基质的孔径分类一般采用霍多特(Ходот)(1961)的分类方案。霍多特对煤的孔径结构划分是在工业吸附剂的基础上提出的，主要依据孔径与气体分子的相互作用特征。煤是复杂多孔介质，煤中孔隙是指煤体未被固体物(有机质和矿物质)充填的空间。霍多特(1961)曾经按空间尺度将煤孔隙分为大孔(＞1000nm)、中孔(100～1000nm)、小孔(10～100nm)、微孔(＜10nm)。气体在大孔中主要以层流和紊流方式渗透，在微孔中以毛细管凝结、物理吸附及扩散现象等方式存在。考虑到煤层气中主要成分甲烷分子的有效分子直径为0.38nm的运聚特征和分类影响范围等因素，研究者主要采用霍多特的分类。
2.煤孔隙定量描述
煤基质孔隙可用3个参数定量描述:总孔容，即单位质量煤中孔隙的总体积(cm3/g);孔面积，即单位质量煤中孔隙的表面积(cm2/g);孔隙率，即单位体积煤中孔隙所占的体积(%)。对煤层而言，按常规油气储层的分类多属致密不可渗透储层或低渗透储层，煤层气的运移又是通过裂隙实现的，基质孔隙中煤层气的运动仅是扩散。因此，煤层气的研究中一般不采用有效孔隙率这一名词，而采用裂隙孔隙率，用于评价煤层气的运移情况。绝对孔隙度则用于评价储层的储集性能。煤的总孔容一般在0.02～0.2cm3/g之间，孔面积一般在9～35cm2/g之间，孔隙率在1%～6%之间。
3.煤孔隙影响因素
煤的孔隙度、孔径分布和孔比表面积与煤级关系密切。
镜质组反射率增高，煤的孔隙度一般呈高—低—高规律变化。低煤级时煤的结构疏松，孔隙体积大，大孔占主要地位，孔隙度相对较大;中煤级时，大孔隙减少;高煤级时，孔隙体积小，微孔占主要地位。宁正伟等(1996)对华北焦作、淮南、安阳、唐山、平顶山等矿区石炭-二叠系45个煤样压汞及氦气的测试表明，高变质程度的贫煤、无烟煤微孔发育，占总孔隙体积的50%以上，大、中孔所占比例较低，平均小于总孔隙体积的20%。中变质程度的肥煤、焦煤、瘦煤，大、中孔发育，尤以焦煤最高，可占总孔隙体积的38%左右，微孔相对较低，小于总孔隙体积的50%。因此中演化变质程度的煤大、中孔发育，对煤层气的降压、解吸、扩散、运移有利，是煤层气储层评价中最有利的煤级。
煤的孔径分布和煤化程度有着密切的关系。根据陈鹏(2001)研究，褐煤中不同级别孔隙的分布较为均匀;到长焰煤阶段，微孔显著增加，而大孔、中孔则明显减少。到中等煤化程度的烟煤阶段，其孔径分布以大孔和微孔占优势，而中孔比例较低。到高变质煤阶段如瘦煤、无烟煤，微孔占大多数，而孔径大于100nm的中孔、大孔仅占总孔容的10%左右。
孔比表面积是表征煤微孔结构的一个重要指标。一般微孔构成煤的吸附空间，对应于基质内部微孔隙，具有很大的比表面积;小孔构成煤层毛细凝结和扩散区域;中孔构成煤层气缓慢渗流区域;大孔则构成强烈层流区域，对应于割理缝及构造裂隙等。大的比表面积表明其吸附煤层气的能力强，而比表面积的主要贡献者为微孔。一般认为，煤对气体的吸附能力随着煤级的增高而增大。按照这一规律，煤的比表面积也应当随着煤级的增高而增加。但对我国部分煤样进行低温氮测试的结果发现却不完全如此(图4-7)。可以看出，我国部分煤样低温氮测试的比表面积和煤级的关系，与煤的孔隙度和煤级的关系相类似。在中、低煤级阶段，随着煤变质程度的增高，煤的比表面积逐渐降低;到无烟煤阶段，煤的比表面积又开始增加。比表面积的最小值位于烟煤与无烟煤的交界处(Ro=2.5%)。而Bustin等(1998)所进行的CO2等温吸附实验显示，煤级增高，煤样的微孔孔容和表面积先减后增，在烟煤阶段出现最小值。
图4-7 煤的比表面积与煤级的关系
二、煤储层微裂隙系统与煤储层渗透率
1.煤储层裂缝系统分类
煤的裂隙与孔隙共同构成了煤层气在煤储层内的赋存空间和运移通道。王生维等(1997)从煤层气产出特征分析的需要出发，广泛地研究了煤裂隙与孔隙的特征后，提出了适用于煤储层岩石物理研究和煤层气产出特征分析的煤储层孔隙、裂隙分类与命名方案(表4-2)。霍永忠(2004)提出了煤储层显微孔裂隙的分类方案(表4-3)。
表4-2 煤储层孔隙、裂隙系统划分及术语
(据王生维等，1997)
表4-3 煤储层显微孔—裂隙分类
(据霍永忠，2004)
在显微尺度下识别的微裂隙按照其延展性和开放性，可从实用角度划分为A、B、C、D四类(表4-4)。
表4-4 煤储层微裂隙实用分类简表
(据姚艳斌等，2007)
2.煤储层裂缝系统形成影响因素与煤孔隙受到煤变质作用影响一样，煤裂缝同样受到煤变质作用影响。张胜利(1995;张胜利等，1996)研究认为，中等变质的光亮煤和半亮煤中割理最发育，这些煤层分布区是煤层气勘探开发的优选靶区。Law等(1993)认为割理频率与煤阶存在函数关系，割理频率从褐煤到中等挥发分烟煤随煤阶升高而增大，然后到无烟煤时随煤阶上升而下降。宁正伟等(1996)经过研究也发现，中等变质程度的煤层内生裂隙最为发育，提高了煤的渗透性和基质孔隙连通性，煤储层物性条件好，在勘探开发过程中易降压，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，是最有利于煤层气开发的煤级。王生维等(1995)也认为，煤中孔隙的发育除了受控于煤相之外，还受煤阶和变质作用类型的控制;微裂隙的发育受煤岩成分和煤变质双重因素的控制;内生裂隙的发育除了受煤岩成分影响外，还受煤变质的制约。毕建军等(2001)通过研究认为，割理的密度主要取决于煤级，一般在镜质组反射率为1.3%左右时割理密度最大;割理在高煤级阶段发生闭合主要是由于次生显微组分的充填和胶合作用所致。
随着埋藏深度的增加，煤储层受到较大的地应力作用，煤储层渗透性将变差。从美国圣胡安盆地、黑勇士盆地、皮申斯盆地煤储层绝对渗透率随深度的变化趋势，可以看出这一明显趋势(图4-8)。
图4-8 美国部分地区煤储层渗透率与埋藏深度的关系
3.煤储层渗透率
煤储层的渗透率是反映煤层中气、水的流体渗透性能的重要参数，它决定着煤层气的运移和产出。它是煤储层物性评价中最直接的评价指标。煤层气勘探初期的渗透率主要有试井渗透率和煤岩(实验室)渗透率两种。在煤储层评价时，一般将试井渗透率作为评价渗透率的首选参数，而当研究区没有试井渗透率资料时，可选取煤岩渗透率作为替代参数。试井渗透率是在现场通过试井直接测得的。对煤储层而言，多采用段塞法和注水压降法(Zuber，1998)。试井渗透率最能反映储层原始状态下的渗透性，因此是比较可靠的渗透率确定方法。
据现有资料，国外的煤储层的渗透率一般较高，一般都在10×10-3μm2以上，如拉顿盆地渗透率为(10～50)×10-3μm2，黑勇士盆地为(1～25)×10-3μm2，圣胡安盆地为(5～15)×10-3μm2，粉河盆地高达(500～1000)×10-3μm2(Zuber，1998;AyersJr.，2002)。与国外相比，国内的煤储层渗透率一般都低于1×10-3μm2，较好的煤储层也一般都在(1～10)×10-3μm2之间，大于10×10-3μm2的储层很少。根据《中国煤层气资源》(叶建平，1998)数据统计，我国煤储层渗透率变化于(0.002～16.17)×10-3μm2之间，平均为1.273×10-3μm2。其中:渗透率小于0.10×10-3μm2的层次占35%，介于(0.1～1.0)×10-3μm2之间的层次占37%，大于1.0×10-3μm2的层次占28%，小于0.01×10-3μm2和大于10×10-3μm2的层次均较少(图4-9)。我国的煤层渗透率以(0.1～1.0)×10-3μm2等级为主。煤层渗透率普遍较低，即使是在目前已经投入商业化开发的沁水盆地东南部的渗透率一般也都在(1～10)×10-3μm2之间。
煤岩渗透率又称实验室渗透率，是通过实验室的常规煤岩心分析获得的。相对于试井渗透率，实验室测试的渗透率有许多局限之处。最主要的是实验室测得的渗透率由于环境条件的变化往往不能反映真实情况等。首先，实验室的渗透率一般在常温、常压下测得，与煤储层的高温、高压的原始状态不符;其次，实验室渗透率由于样品大小过小而降低了测试的精度。最后，即使足够大的煤样也不能够完全反映煤储层的大的外生裂隙，因此实验室渗透率可能低估煤储层的实际渗透率;另一方面，煤样运送、制样过程中也可能造成人工裂隙，这时实验室渗透率值又将高估煤储层的实际渗透率。
虽然煤岩渗透率在用于储层渗透率评价时存在许多不足之处，但由于其比较容易获得，一直作为煤储层渗透率评价的主要指标。特别是对处于煤层气勘探初期且还未实施煤层气钻井的区域进行评价时，可选择煤岩渗透率作为评价储层渗透性的重要指标。对我国山西、陕西、河南、沈阳和安徽等省煤田的大量煤岩样品的渗透率测试发现，煤岩渗透率在大部分情况下可以反映煤储层渗透率的真实情况。图4-10为选取的我国11个重点煤层气矿区的实测煤岩渗透率分布的高低箱图。各矿区的渗透率平均值一般都在(0.1～1)×10-3μm2之间，部分矿区可高达1×10-3μm2以上。
图4-9 中国主要矿区(煤田)试井渗透率分布
图4-10 中国主要煤田(盆地)煤岩实测渗透率分布箱式图
对比图4-9和图4-10可以发现，各矿区的煤岩渗透率值与试井渗透率值的取值区间基本相近，且煤岩渗透率和试井渗透率具有较好的正相关关系。因此，在对煤储层渗透率进行评价时，选择以试井渗透率值为主，而煤岩渗透率值为辅，将二者有机结合起来实现对煤储层的评价。
渗透系数和透水率的区别？
一、表达是不同
1、渗透系数：表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率。
2、透水率：q=Q/(p·L)，压水试验成果又以透水率q来表示。单位是吕荣（Lu)。
二、性质不同
1、渗透系数：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，渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
2、透水率：压水p为1MPa时，每米试段长度L（m）每分钟注入水量Q（L/min）为1L时，称为1Lu。
扩展资料：
渗透系数的计算方法：
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。
参考资料来源：百度百科-渗透系数
参考资料来源：百度百科-透水率
有关渗透率的克氏值指什么？敬请各位网友帮忙,谢谢！
经滑脱效应(称克林肯勃格效应)校正后获得的岩样渗透率为岩样的克林勃格渗透率，简称克氏渗透率
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