通常,在岩石压缩系数的定义中,考虑2个作用在岩石上的力,即作用在储层岩石的上覆压力pc和作用在岩石孔隙中的流体压力pp;另外考虑3个体积,岩石总体积Vb、岩石孔隙体积Vp以及岩石骨架体积Vs。为研究问题方便,规定1个原则:对压缩系数定义式中的正负号,压力增加,岩石压缩,取负号;反之,取正号。由于岩石各种压缩系数之间的关系推导及转换中,通常使用两个基本公式:
Vb=Vp+Vs (1)
φ=Vp/Vb (2)
式中:Vb—岩石总体积,m3;Vp—岩石孔隙体积,m3;Vs—岩石骨架体积,m3; —孔隙度,%。
需要说明的是:对于上述岩石3种体积,当上覆岩石压力保持不变时,储层流体被采出过程中,主要对应有3个压缩系数,即岩石总体体积压缩系数、岩石孔隙体积压缩系数和岩石骨架体积压缩系数。
式中:
Csc=Csp—岩石骨架体积压缩系数,MPa-1。一般保持 ΔPp=ΔPc,直接从岩石力学实验测量得到; Cbc—孔隙压力不变,上覆压力变化所引起的岩石总体积压缩系数,MPa-1;Cbp—上覆压力不变,孔隙压力的变化所引起的岩石总体积压缩系数MPa-1;Cpc—孔隙压力不变,上覆压力变化所引起的岩石孔隙体积压缩系数,MPa-1;Cpp—上覆压力不变,孔隙压力的变化所引起的岩石孔隙体积压缩系数,MPa-1。在上覆岩石压力不变时: dVb/dPp—相对岩石总体积单位压力变化时的岩石总体积的变化量,无量纲;dVs/dPp—相对岩石骨架体积单位压力变化时的岩石骨架体积变化量,无量纲。在岩石孔隙压力不变时,dVb/dPc—相对岩石总体积单位压力变化时的总体积的变化量,无量纲。dVp/dPc—相对岩石孔隙体积单位压力变化时的孔隙体积变化量,无量纲; dVs/dPc—相对岩石骨架体积单位压力变化时的骨架体积变化量,无量纲。
我们对式(1)微分,再除以dpp,再按照上面给出的压缩系数形式整理得:
Cpp=[Cbp—(1—φ)Csp]/φ (9)
之所以有学者导出了
Cbp=Csp=Cpp 的结果,是由于将变量当成常量微分得出的错误结果。
从式(2)得:
Vp=φVb (10)
由于Vp是φ的函数,式(10)微分得
dVp=Vbdφ+φdVb (11)
而一个错误的微分为
dVp=φdVb (12)
如果采用式(10)的话,将会得出一系列的错误等式。
我们可以将式(11)代入上面的(3)-(6)式中进行正确的变换,都可以得到式(9)。
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科学结论背后的“不确定性”