CN111443024B - 一种井下测量岩石原位渗透率***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种井下测量岩石原位渗透率***及使用该井下测量岩石原位渗透率***测量岩石原位渗透率的方法,涉及岩石物性测量领域,井下测量岩石原位渗透率***包括探针组件以及流体分析装置,在具体使用过程中,探针组件将地层流体引入流体分析装置的流体取样腔,流体分析装置通过压力监测装置监测流体取样腔的压力变化,通过计时器监测流体取样腔压力变化的时间,并通过微型计算机控制***处理上述信息,得出地层流体注入流体取样腔过程中流体取样腔压力与时间的变化关系,之后结合该变化关系通过压降法即可求解岩石原位渗透率。该井下测量岩石原位渗透率***及方法测量成本低,且可原位测量岩石渗透率,渗透率测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及岩石物性测量领域,特别是涉及一种井下测量岩石原位渗透率***及方法。
背景技术
页岩气是21世纪一种新型非常规天然气资源。近年来美国、中国等页岩气资源量不断增长,产量不断飙升,预示着页岩气的大量开发将可能会改变世界能源格局。随着中国经济的快速稳定发展,我国对油气资源的需求也越来越高。因而加强非常规地质研究,加大勘探开发力度,实现中国非常规油气资源的突破和发展,对于不断满足中国日益增长的能源需求,同时保证国家能源供给安全有着重大的战略意义。我国对页岩气的勘探研究尚处于起步阶段,在页岩气勘探开发的研究中还存在诸多问题,页岩渗透率参数是页岩气资源量评价的重要考量指标,因此,有必要对页岩渗透率评价技术和方法进行深入讨论。
在石油天然气工业中,页岩地层渗透率多是通过钻井取芯后实验室分析测定,此方法需要先钻井取芯,花费成本较高,且不能在钻头钻进过程中即时对井下页岩原位渗透率做出判定,导致页岩地层渗透率评价精度低。因此,如何降低页岩地层渗透率测定成本以及提高页岩地层渗透率评价精度成为本领域技术人员目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种井下测量岩石原位渗透率***及方法,以降低页岩地层渗透率测定成本并提高页岩地层渗透率评价精度。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种井下测量岩石原位渗透率***,包括:至少一个井下测量岩石原位渗透率装置,所述井下测量岩石原位渗透率装置包括:探针组件,其包括探针和伸缩机械臂,所述探针用于击穿井壁薄层泥饼与地层流体连通,所述伸缩机械臂与所述探针连接以驱动所述探针沿井的径向伸缩;流体分析装置,其包括流体取样腔、流体存储腔、压力检测器、计时器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一流体通路、第二流体通路以及微型计算机控制***,所述流体取样腔通过所述第一流体通路与所述探针连通,以使所述地层流体能够注入所述流体取样腔,所述第一电磁阀设置于所述第一流体通路上,以控制所述第一流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第一电磁阀连接,以控制所述第一电磁阀的通断,所述压力检测器用于监测所述地层流体注入所述流体取样腔过程所述流体取样腔内压力变化,且所述压力检测器与所述微型计算机控制***连接,以将测的压力变化信息传递至所述微型计算机控制***,所述计时器用于监测所述地层流体注入所述流体取样腔过程所述流体取样腔内压力变化的时间,且所述计时器与所述微型计算机控制***连接,以将测的时间信息传递至所述微型计算机控制***,所述微型计算机控制***能够根据所述压力变化信息和所述时间信息得出所述地层流体注入所述流体取样腔过程中所述流体取样腔压力与时间的变化关系,所述流体取样腔通过所述第二流体通路与所述流体存储腔连通,所述第二电磁阀设置于所述第二流体通路上,以控制所述第二流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第二电磁阀连接,以控制所述第二电磁阀的通断,所述微型计算机控制***与所述伸缩机械臂连接,以控制所述伸缩机械臂沿井的径向伸缩。
优选地,所述井下测量岩石原位渗透率装置还包括泥浆注入通道,所述流体分析装置还包括电阻率监测模块、光学监测模块、第三流体通路以及第三电磁阀,所述电阻率监测模块设置于所述第一流体通路上,以监测流经所述第一流体通路的所述地层流体的电阻率,且所述电阻率监测模块与所述微型计算机控制***连接,以将测得的电阻率信息传递至所述微型计算机控制***,所述光学监测模块设置于所述第一流体通路上,以监测流经所述第一流体通路的所述地层流体的透射光谱,且所述光学监测模块与所述微型计算机控制***连接,以将测得的透射光谱信息传递至所述微型计算机控制***,所述流体取样腔通过所述第三流体通路与所述泥浆注入通道连通,所述第三电磁阀设置于所述第三流体通路上,以控制所述第三流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第三电磁阀连接,以控制所述第三电磁阀的通断。
优选地,所述流体分析装置还包括第一抽吸泵和第二抽吸泵,所述第一抽吸泵设置于所述第二流体通路上,所述第二抽吸泵设置于所述第三流体通路上,所述微型计算机控制***与所述第一抽吸泵和所述第二抽吸泵均连接,以控制所述第一抽吸泵和所述第二抽吸泵工作。
优选地,所述探针组件还包括用于使所述探针与钻井泥浆隔离的探针分隔器。
优选地,所述探针分隔器设置有隔离腔,所述探针包裹于所述隔离腔内以与所述钻井泥浆相隔离。
优选地,所述流体分析装置还包括用于存储所述探针组件的探针组件存储腔,所述流体分析装置设置于近钻头处短节的环形空间内,所述短节的外侧壁上设置有与所述探针组件存储腔相连通的开孔,以使所述探针能够自所述短节的所述环形空间内伸出。
优选地,所述井下测量岩石原位渗透率装置的数量为四个,且四个所述井下测量岩石原位渗透率装置沿所述短节的周向均匀设置。
本发明还提供一种使用所述的井下测量岩石原位渗透率***测量岩石原位渗透率的方法,其包括以下步骤:
步骤一,在钻头钻遇目标层位时的停钻间隙,开启所述井下测量岩石原位渗透率***;
步骤二,通过所述井下测量岩石原位渗透率***得到地层流体注入所述流体取样腔过程中所述流体取样腔压力与时间的变化关系;
步骤三,根据压降法求解岩石原位渗透率。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提供的井下测量岩石原位渗透率***,包括:至少一个井下测量岩石原位渗透率装置,井下测量岩石原位渗透率装置包括:探针组件,其包括探针和伸缩机械臂,探针用于击穿井壁薄层泥饼与地层流体连通,伸缩机械臂与探针连接以驱动探针沿井的径向伸缩;流体分析装置,其包括流体取样腔、流体存储腔、压力检测器、计时器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一流体通路、第二流体通路以及微型计算机控制***,流体取样腔通过第一流体通路与探针连通,以使地层流体能够注入取样腔,第一电磁阀设置于第一流体通路上,以控制第一流体通路的通断,微型计算机控制***与第一电磁阀连接,以控制第一电磁阀的通断,压力检测器用于监测地层流体注入流体取样腔过程流体取样腔内压力变化,且压力检测器与微型计算机控制***连接,以将测的压力变化信息传递至微型计算机控制***,计时器用于监测地层流体注入流体取样腔过程流体取样腔内压力变化的时间,且计时器与微型计算机控制***连接,以将测的时间信息传递至微型计算机控制***,微型计算机控制***能够根据压力变化信息和时间信息得出地层流体注入流体取样腔过程中流体取样腔压力与时间的变化关系,流体取样腔通过第二流体通路与流体存储腔连通,第二电磁阀设置于第二流体通路上,以控制第二流体通路的通断,微型计算机控制***与第二电磁阀连接,以控制第二电磁阀的通断,微型计算机控制***与伸缩机械臂连接,以控制伸缩机械臂沿井的径向伸缩。
具体使用过程中,在钻头钻遇目标层位时的停钻间隙,开启井下测量岩石原位渗透率***,探针组件将地层流体引入流体分析装置的流体取样腔,通过流体分析装置得到地层流体注入流体取样腔过程中流体取样腔压力与时间的变化关系,结合该变化关系通过压降法即可求解岩石原位渗透率。该井下测量岩石原位渗透率***能直接在井下对页岩等钻遇的目标层岩石原位进行渗透率测量,从而避免钻井取芯分析地层岩石渗透率带来的高昂成本,且原位测量岩石渗透率,提高了地层岩石渗透率评价的精度,有助于发现较薄的优质页岩气储层,根据即时测得的岩石渗透率分析结果可以有效指导钻头钻进和页岩气开发方案的制定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的井下测量岩石原位渗透率***的纵截面结构示意图;
图2为本发明实施例中提供的井下测量岩石原位渗透率***的横截面结构示意图;
图3为本发明实施例中提供的流体分析装置内部结构示意图;
图4为本发明实施例中提供的井下测量岩石原位渗透率方法流程图。
附图标记说明:1、探针;2、探针分隔器;3、伸缩机械臂;4、流体分析装置;5、电源;6、第一流体通路;7、电阻率监测模块;8、光学监测模块;9、第一电磁阀;10、流体取样腔;11、第三电磁阀;12、压力检测器;13、计时器;14、第二抽吸泵;15、第二电磁阀;16、第一抽吸泵;17、流体存储腔;18、探针组件存储腔;19、微型计算机控制***;20、泥浆注入通道;21、泥浆上返通道;22、地层岩石;23、环形空间;24、钻头;25、第二流体通路;26、第三流体通路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种地层渗透率测定成本低,但地层渗透率评价精度高的井下测量岩石原位渗透率***及方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示,本实施例提供一种井下测量岩石原位渗透率***,包括:至少一个井下测量岩石原位渗透率装置,井下测量岩石原位渗透率装置包括:探针组件,其包括探针1和伸缩机械臂3,探针1用于击穿井壁薄层泥饼与地层流体连通,伸缩机械臂3与探针1连接以驱动探针1沿井的径向伸缩;流体分析装置4,其包括流体取样腔10、流体存储腔17、压力检测器12、计时器13、第一电磁阀9、第二电磁阀15、第一流体通路6、第二流体通路25以及微型计算机控制***19,流体取样腔10通过第一流体通路6与探针1连通,以使地层流体能够注入流体取样腔10,第一电磁阀9设置于第一流体通路6上,以控制第一流体通路6的通断,微型计算机控制***19与第一电磁阀9连接,以控制第一电磁阀9的通断,压力检测器12用于监测地层流体注入流体取样腔10过程流体取样腔10内压力变化,且压力检测器12与微型计算机控制***19连接,以将测的压力变化信息传递至微型计算机控制***19,计时器13用于监测地层流体注入流体取样腔10过程流体取样腔10内压力变化的时间,且计时器13与微型计算机控制***19连接,以将测的时间信息传递至微型计算机控制***19,微型计算机控制***19能够根据压力变化信息和时间信息得出地层流体注入流体取样腔10过程中流体取样腔10压力与时间的变化关系,流体取样腔10通过第二流体通路25与流体存储腔17连通,第二电磁阀15设置于第二流体通路25上,以控制第二流体通路25的通断,微型计算机控制***19与第二电磁阀15连接,以控制第二电磁阀15的通断,微型计算机控制***19与伸缩机械臂3连接,以控制伸缩机械臂3沿井的径向伸缩。
具体地,伸缩机械臂3为伸缩电动缸,但不仅限于伸缩电动缸,能够驱动探针1完成直线伸缩的结构均可。井下测量岩石原位渗透率装置电源5为高容量小体积蓄电池,电源5为井下测量岩石原位渗透率装置提供电力能源,电源5设置于流体分析装置4内。流体取样腔10为耐高温(150℃)高压(50Mpa)的立方体设计。微型计算机控制***19为井下测量岩石原位渗透率装置内所有阀门和零件的开启闭合提供智能化控制,同时记录和存储地层流体充注流体取样腔10时腔体内压力随时间的变化关系。微型计算机控制***19、压力检测器12以及计时器13均为现有技术。具体地,微型计算机控制***19型号为“CompactLogix”,压力检测器12型号为“HM91”,计时器13型号为“DANAHER-KS50-102”,详细结构不再赘述。
于本实施例中,如图1-图2所示,井下测量岩石原位渗透率装置还包括泥浆注入通道20,流体分析装置4还包括电阻率监测模块7、光学监测模块8、第三流体通路26以及第三电磁阀11,电阻率监测模块7设置于第一流体通路6上,以监测流经第一流体通路6的地层流体的电阻率,且电阻率监测模块7与微型计算机控制***19连接,以将测得的电阻率信息传递至微型计算机控制***19,光学监测模块8设置于第一流体通路6上,以监测流经第一流体通路6的地层流体的透射光谱,且光学监测模块8与微型计算机控制***19连接,以将测得的透射光谱信息传递至微型计算机控制***19,流体取样腔10通过第三流体通路26与泥浆注入通道20连通,第三电磁阀11设置于第三流体通路26上,以控制第三流体通路26的通断,微型计算机控制***19与第三电磁阀11连接,以控制第三电磁阀11的通断。电阻率监测模块7和光学监测模块8共同作用来监测第一流体通路6中流经地层流体的电阻率和透射光谱,以鉴定地层流体受污染程度。如此设置,有效避免了受污染地层流体影响岩石渗透率测量精度,岩石渗透率测量精度大大提高。在具体使用过程中受污染地层流体通过第三流体通路26流入泥浆注入通道20排出,真实地层流体将流体分析装置4分析完成后经第二流体通路25流入流体存储腔17存储。
电阻率监测模块7和光学监测模块8均为现有技术。具体地,电阻率监测模块型号为“MSFL”,光学监测模块型号为“Schlumberger-LFA”,详细结构不再赘述。
于本实施例中,如图3所示,流体分析装置4还包括第一抽吸泵16和第二抽吸泵14,第一抽吸泵16设置于第二流体通路25上,第二抽吸泵14设置于第三流体通路26上,微型计算机控制***19与第一抽吸泵16和第二抽吸泵14均连接,以控制第一抽吸泵16和第二抽吸泵14工作。如此设置,第一抽吸泵16和第二抽吸泵14的作用是为流体的流动增加动力,在第一抽吸泵16的作用下,流体取样腔10内的地层流体能够快速流过第二流体通路25进入流体存储腔17内留作进一步实验室检测分析,在第二抽吸泵14的作用下,流体取样腔10内的地层流体能够快速流过第三流体通路26进入泥浆注入通道20内排出。
于本实施例中,如图1-图2所示,探针组件还包括用于使探针1与钻井泥浆隔离的探针分隔器2。探针分隔器2使探针1与泥浆上返通道21中的钻井泥浆保持良好的密封。
具体地,探针分隔器2设置有隔离腔,探针1包裹于隔离腔内以与钻井泥浆相隔离。
于本实施例中,如图3所示,流体分析装置4还包括用于存储探针组件的探针组件存储腔18,流体分析装置4设置于近钻头24处短节的环形空间23内,短节的外侧壁上设置有与探针组件存储腔18相连通的开孔,以使探针1能够自短节的环形空间23内伸出。
于本实施例中,如图1-图2所示,井下测量岩石原位渗透率装置的数量为四个,且四个井下测量岩石原位渗透率装置沿短节的周向均匀设置。如此设置,井下测量岩石原位渗透率***对钻遇地层岩石22四个方位的渗透率同时进行测量,有效避免了由地层岩石22的非均质性引起的误差,岩石渗透率测量精度进一步提高。
在具体使用过程中,如图4所示,使用井下测量岩石原位渗透率***测量岩石原位渗透率的方法,包括以下步骤:
步骤一,在钻头24钻遇目标层位时的停钻间隙,开启井下测量岩石原位渗透率***,伸缩机械臂3伸长,直至探针1击穿井壁薄层泥饼,扩散作用下,高压地层流体流入探针1,此时伸缩机械臂3停止伸长;
步骤二,微型计算机控制***19控制第一电磁阀9打开,地层流体进入第一流体通路6,电阻率监测模块7检测该地层流体电阻率变化曲线,光学监测模块8检测该地层流体的实时透射光谱以分析出地层流体的组分,对一般页岩气地层,真实地层流体电阻率为低值并保持稳定,当电阻率监测模块7两次检测的样品电阻率差值相差很小时,可以认为第一流体通路6中的地层流体为真实地层流体,当光学监测模块8前后两次检测的组分差异在可接受的范围内时,即认为第一流体通路6中的地层流体为真实地层流体,否则认为流经第一流体通路6中的地层流体被污染,则关闭第一电磁阀9,开启第三电磁阀11和第二抽吸泵14,将流体取样腔10中的受污染流体排入泥浆注入通道20中,再进行下一次取样,直至取到真实地层流体为止,若流经第一流体通路6中的地层流体较真实,未被污染,则压力检测器12和计时器13监测真实地层流体注入流体取样腔10时流体取样腔10内压力随时间的变化关系,直至流体取样腔10内压力与地层压力保持平衡,不再变化,关闭第一电磁阀9,开启第二电磁阀15和第一抽吸泵16,第二电磁阀15和第一抽吸泵16共同作用将流体取样腔10中的真实地层流体泵入流体存储腔17中,存储的流体留作进一步实验室检测分析,伸缩机械臂3收缩,探针1、探头分隔器和伸缩机械臂3存储于探针组件存储腔18内,微型计算机控制***19记录并存储真实地层流体充注流体取样腔10时流体取样腔10内压力随时间的变化关系;
步骤三,根据压降法求解岩石原位渗透率。
该井下测量岩石原位渗透率***能直接在井下对页岩等钻遇的目标层岩石原位进行渗透率测量,从而避免钻井取芯分析地层岩石22渗透率带来的高昂成本,且原位测量岩石渗透率,提高了地层岩石22渗透率评价的精度,有助于发现较薄的优质页岩气储层,根据即时测得的岩石渗透率分析结果可以有效指导钻头24钻进和页岩气开发方案的制定。
压降法求解渗透率公式如下:
K=c.q.μ/(Δp.ΔT)
式中K—地层流体冲注入流体取样腔10过程的渗透率;
c—比例因子,与探针1和第一流体通路6型号相关;
μ—流体粘度,与所钻地层深度以及工区目的层油藏基本地质概况有关,可取临近工区同地层的天然气粘度值;
q—流体取样腔10体积;
Δp—压力检测器12监测地层流体稳定注入流体取样腔10过程中压力的变化;
ΔT—计时器13监测地层流体注入流体取样腔10过程流体取样腔10内压力变化的时间;
上述各参数(除Δp和ΔT),均为已知值。所以,本式仅与Δp和恢复时间ΔT相关。渗透率大小取决于地层流体注入流体取样腔10过程压力变化(Δp)的大小和压力变化时间(ΔT)的长短。所需时间越长、压力变化越大,渗透率越小;反之亦然。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种井下测量岩石原位渗透率***,其特征在于,包括:至少一个井下测量岩石原位渗透率装置,所述井下测量岩石原位渗透率装置包括:
探针组件,其包括探针和伸缩机械臂,所述探针用于击穿井壁薄层泥饼与地层流体连通,所述伸缩机械臂与所述探针连接以驱动所述探针沿井的径向伸缩;
流体分析装置,其包括流体取样腔、流体存储腔、压力检测器、计时器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一流体通路、第二流体通路以及微型计算机控制***,所述流体取样腔通过所述第一流体通路与所述探针连通,以使所述地层流体能够注入所述流体取样腔,所述第一电磁阀设置于所述第一流体通路上,以控制所述第一流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第一电磁阀连接,以控制所述第一电磁阀的通断,所述压力检测器用于监测所述地层流体注入所述流体取样腔过程所述流体取样腔内压力变化,且所述压力检测器与所述微型计算机控制***连接,以将测的压力变化信息传递至所述微型计算机控制***,所述计时器用于监测所述地层流体注入所述流体取样腔过程所述流体取样腔内压力变化的时间,且所述计时器与所述微型计算机控制***连接,以将测的时间信息传递至所述微型计算机控制***,所述微型计算机控制***能够根据所述压力变化信息和所述时间信息得出所述地层流体注入所述流体取样腔过程中所述流体取样腔压力与时间的变化关系,所述流体取样腔通过所述第二流体通路与所述流体存储腔连通,所述第二电磁阀设置于所述第二流体通路上,以控制所述第二流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第二电磁阀连接,以控制所述第二电磁阀的通断,所述微型计算机控制***与所述伸缩机械臂连接,以控制所述伸缩机械臂沿井的径向伸缩;
所述探针组件还包括用于使所述探针与钻井泥浆隔离的探针分隔器;
所述探针分隔器设置于所述探针上;
所述流体分析装置还包括用于存储所述探针组件的探针组件存储腔,所述流体分析装置设置于近钻头处短节的环形空间内,所述短节的外侧壁上设置有与所述探针组件存储腔相连通的开孔,以使所述探针能够自所述短节的所述环形空间内伸出。
2.根据权利要求1所述的井下测量岩石原位渗透率***,其特征在于,所述井下测量岩石原位渗透率装置还包括泥浆注入通道,所述流体分析装置还包括电阻率监测模块、光学监测模块、第三流体通路以及第三电磁阀,所述电阻率监测模块设置于所述第一流体通路上,以监测流经所述第一流体通路的所述地层流体的电阻率,且所述电阻率监测模块与所述微型计算机控制***连接,以将测得的电阻率信息传递至所述微型计算机控制***,所述光学监测模块设置于所述第一流体通路上,以监测流经所述第一流体通路的所述地层流体的透射光谱,且所述光学监测模块与所述微型计算机控制***连接,以将测得的透射光谱信息传递至所述微型计算机控制***,所述流体取样腔通过所述第三流体通路与所述泥浆注入通道连通,所述第三电磁阀设置于所述第三流体通路上,以控制所述第三流体通路的通断,所述微型计算机控制***与所述第三电磁阀连接,以控制所述第三电磁阀的通断。
3.根据权利要求2所述的井下测量岩石原位渗透率***,其特征在于,还包括第一抽吸泵和第二抽吸泵,所述第一抽吸泵设置于所述第二流体通路上,所述第二抽吸泵设置于所述第三流体通路上,所述微型计算机控制***与所述第一抽吸泵和所述第二抽吸泵均连接,以控制所述第一抽吸泵和所述第二抽吸泵工作。
4.根据权利要求1所述的井下测量岩石原位渗透率***,其特征在于,所述探针分隔器设置有隔离腔,所述探针包裹于所述隔离腔内以与所述钻井泥浆相隔离。
5.根据权利要求1所述的井下测量岩石原位渗透率***,其特征在于,所述井下测量岩石原位渗透率装置的数量为四个,且四个所述井下测量岩石原位渗透率装置沿所述短节的周向均匀设置。
6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的井下测量岩石原位渗透率***测量岩石原位渗透率的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,在钻头钻遇目标层位时的停钻间隙,开启所述井下测量岩石原位渗透率***;
步骤二,通过所述井下测量岩石原位渗透率***得到地层流体注入所述流体取样腔过程中所述流体取样腔压力与时间的变化关系;
步骤三,根据压降法求解岩石原位渗透率。
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