孔隙率與滲透率計算機
依孔隙體積計算孔隙率,並以穩態達西流實驗求得固有滲透率。
多孔材料性質
輸入體積量測值,以及採用一致 SI 單位的流動試驗資料。
關於孔隙率與滲透率
孔隙率與滲透率描述多孔材料的不同面向。孔隙率是孔隙空間占總體積的比例,計算式為 φ = Vvoid / Vtotal,此處以百分比呈現。岩石可能有很高的孔隙率,但孔隙連通性不佳,因此僅憑孔隙率無法判斷流體通過的難易程度。體積量測應使用相同單位,因為計算只取決於兩者比值。
固有滲透率衡量連通孔隙網路傳輸流體的能力,與使用的流體種類無關。對一維穩態流而言,達西定律可改寫為 k = QμL / (AΔP),其中 Q 是體積流量,μ 是動力黏度,L 是樣品長度,A 是橫截面積,ΔP 是樣品兩端壓差。輸入採 SI 單位時,k 以平方公尺回傳。計算機也依一達西等於 9.869233 × 10⁻¹³ 平方公尺換算為達西。
達西定律假設流體在飽和均質樣品中,以黏性力主導的層流流動。流量與壓差應在穩態建立後量測。壓差應盡可能排除管線及夾具損失;面積須垂直於流向,長度則沿流動路徑量測。氣體實驗可能需要可壓縮性與滑脫修正。多相系統需要相對滲透率,而非此處計算的單相固有值。
孔隙率量測結果因方法而異。總孔隙率包含孤立孔隙,有效孔隙率只包含有助於傳輸的互連孔隙。顆粒體積法、飽和法、影像法及壓汞法可探測的孔徑範圍不同,因此可能得到不同結果。同樣地,層狀或裂隙介質的滲透率可能隨方向改變。單一純量結果未必能代表非等向性材料的行為。
本計算機適用於石油工程、水文地質、土壤科學、過濾、陶瓷與實驗室岩心分析。它直接套用達西流實測資料,而不是只根據粒徑估計滲透率。請使用經校正的儀器,並控制溫度,因為黏度會隨溫度改變;也應在不同壓力梯度下重複試驗,確認流量呈線性響應。油藏及大地工程決策還須考量應力、飽和度、非均質性、尺度與適用試驗標準。
孔隙率與滲透率範例
範例數值說明儲存能力與流動能力是不同性質。
| 樣品資料 | 結果 | 解讀 |
|---|---|---|
| 總體積 0.01 m³,孔隙體積 0.0025 m³ | 孔隙率 25% | 總體積的四分之一為孔隙空間。 |
| Q 1 × 10⁻⁶ m³/s, μ 0.001 Pa·s, L 0.1 m, A 0.01 m², ΔP 1000 Pa | k 1 × 10⁻¹¹ m² | 單相穩態達西流的計算結果。 |
| 幾何尺寸與流體相同,Q 5 × 10⁻⁸ m³/s | k 5 × 10⁻¹³ m² | 相同梯度下流量較低,表示滲透率較低。 |
如何使用計算機
- 以相同體積單位輸入總體積與實測孔隙體積。
- 以 SI 單位輸入穩態體積流量與流體動力黏度。
- 輸入樣品長度、橫截面積及樣品兩端壓差。
- 點選「計算材料性質」,查看孔隙率,以及以平方公尺和達西表示的滲透率。
孔隙率與滲透率常見問題
孔隙率與滲透率相同嗎?
不同。孔隙率衡量孔隙空間的比例,滲透率衡量連通孔隙傳輸流體的能力。若孔隙彼此孤立,材料即使孔隙率很高,也可能幾乎不透流體。
什麼是達西?
達西是石油工程廣泛使用的傳統滲透率單位。一達西約等於 9.869233 × 10⁻¹³ 平方公尺。
流體黏度會改變固有滲透率嗎?
固有滲透率是多孔結構的性質,而非流體的性質。黏度會改變實測流量,達西定律納入黏度,才能單獨求得結構本身的性質。
可以用於氣體流動嗎?
可提供基本達西估算,但氣體可能需要平均壓力、可壓縮性及克林肯伯格滑脫修正。當這些效應顯著時,請採用氣體專用標準。
為什麼孔隙體積必須小於總體積?
孔隙空間是總體積的一部分,其物理占比不可超過一。數值更大代表量測資料或單位不一致。