2.3.4 热储砂岩渗透性能
热储的孔隙度、渗透率、孔隙孔喉的直径等对回灌工程的设计具有重要意义，这3个热储参数具有紧密的内在联系。
1.孔隙度
砂岩热储的孔隙按其成因类型可分为原生孔隙与次生孔隙。原生孔隙指砂岩沉积成岩时形成分布于颗粒、杂基及胶结物之间的粒间孔隙、层理层面之间的孔隙等，其中粒间孔隙是砂岩热储的主要孔隙类型。次生孔隙指岩石形成后，在淋滤作用、溶解作用、交代作用及重结晶等成岩作用下形成的孔隙和孔洞，以及各种构造作用形成的裂隙等。
（1）砂岩热储孔隙度分级
砂岩热储孔隙的多少采用孔隙度来衡量，孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越大。从实际应用出发，只有那些互相连通的孔隙才有实际意义。在一般压力条件下，允许流体在其中流动的孔隙体积之和与岩样总体积的比值称为有效孔隙度，其值略小于总孔隙度。实验室测定的热储岩芯孔隙度一般为总孔隙度，根据所测热储砂岩总孔隙度的大小，参照关于油田砂岩储层孔隙度的分类标准，结合地热资源开采与回灌实践，将砂岩热储分为高孔隙度、中孔隙度、低孔隙度热储（表2-7）。
表2-7 砂岩热储孔隙度分类一览表
（2）砂岩热储孔隙度演化
成岩作用是砂岩热储孔隙度演化的主导因素，在热储沉积物埋藏过程中，一般经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用与重结晶作用等。
砂岩的压实作用主要为上覆地层的机械压实作用，主要发生在沉积物埋藏早期，根据统计分析，砂岩在未压实之前的孔隙度范围为28%～44%，埋深每增加100m，孔隙度降低0.55%～0.75%，随着埋深的增加，孔隙度降低的速率变小，其关系曲线可采用公式ϕ=aebZ表示，式中ϕ为孔隙度，a、b均为常数，Z为埋深。陈墨香等对大港油田、胜利油田、华北油田及临清地区13个钻孔、159个砂岩岩芯样品测试分析的结果表明，砂岩的孔隙度随埋深的增大而减小（图2-17）。此外，接触点上骨架颗粒的溶解作用，也称为化学压实作用，可引起砂岩骨架颗粒体积缩小，同时会使骨架颗粒堆放得更紧密，粒间容积缩小，砂岩的孔隙度降低。
图2-17 新近纪砂岩孔隙度随埋深变化图
姚秀云等对不同岩性的砂岩孔隙度随深度的变化关系进行了统计分析，结果表明，砂岩的孔隙度随埋深的增加呈线性减小关系（表2-8），砂岩中泥质含量与关系式斜率成正比，表明含泥量高的砂岩孔隙度随深度增大而减少的速率大于含泥量低的砂岩。
表2-8 各种砂岩φ-Z关系经验式表
砂岩的胶结类型主要有方解石和白云石碳酸盐胶结、石英次生加大的硅质胶结及黏土和矿物胶结等，胶结作用对砂岩孔隙度的影响较大，胶结程度越高，砂岩的孔隙度越低。砂岩的孔隙度可定量地表示为颗粒粒间容积与胶结物体积之差。(https://www.daowen.com)
溶蚀作用主要表现为长石和碳酸盐胶结物的溶蚀，形成次生孔隙，使砂岩的孔隙度增加。
图2-18 砂岩渗透率与孔隙度的关系曲线图（高122、检45井岩芯）
2.渗透率
砂岩热储的渗透率取决于砂岩孔隙结构特征，有效孔隙度越大，其渗透率越大。王永兴等以大庆油田高122、检45井为例，对其岩芯的孔隙度与渗透率测试结果进行投影分析，结果表明砂岩渗透率与孔隙度的关系曲线呈指数型（图2-18），拟合公式为k=e0.35ϕ×1.38×10-4，式中，k为砂岩渗透率（×10-3μm2或mD），ϕ为砂岩孔隙度（%）。
柯兹尼对多孔地层的绝对渗透率进行研究，提出了渗透率的计算公式：
式中，C为柯兹尼常量，应用时可视作常数；T为渗透路径的曲折度，即渗流运动的实际路径长度与岩样长度的比值；S为地层固体骨架的比表面，即固体骨架曝露于孔隙流体中的表面积与固体骨架体积之比值。由于比表面S和柯兹尼常量C在应用中无法准确取得，Jorgensen 采用现场数据统计分析提出了渗透率的经验公式：
式中，k为岩石的渗透率，mD；m为胶结指数，与孔隙结构、泥质含量等相关，取值为1.09～2.53，计算时一般取值为2。
砂岩热储的渗透系数与其渗透率之间的关系式为
式中，μ为地热流体的动力黏滞系数，kg/（m·s）；ρ为地热流体的密度，kg/m3；g为重力加速度，取9.8m/s2；k为砂岩热储的渗透率，m2；K为砂岩热储的渗透系数，m/s。
借鉴油藏分类标准，按砂岩热储的渗透率大小将砂岩热储分为高渗透性、中等渗透性与低渗透性三个等级（表2-9）。
表2-9 砂岩热储渗透率分级
3.孔隙孔喉直径
超毛细管孔隙：直径＞0.5mm（500μm），液体在重力作用下自由流动。毛细管孔隙：直径为0.0002（0.2μm）～0.5mm，由于毛细管力的作用，液体不能自由流动。微毛细管孔隙：直径＜0.0002mm，液体在非常高的剩余流体压力梯度下流动。
