CN107271341A - 动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法 - Google Patents
动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，包括以下步骤：步骤1：在动态水岩反应实验前，测定实验所用岩心的质量m0、尺寸及孔隙度Φ0，测定实验所用原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；步骤2：在动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液质量mqt与采出液的质量mct，计算任意时刻岩心的质量mt；步骤3：在动态水岩反应实验后，测定岩心的质量m1及孔隙度Φ1，与动态水岩反应实验前的岩心质量m0及孔隙度Φ0对比，计算被溶蚀或析出矿物的平均密度ρ；以及步骤4：计算动态水岩反应实验中任意时刻的孔隙度Φt。该方法在不影响水岩反应实验过程的前提下，实时测定实验过程中岩心孔隙度变化情况，为研究提高采收率技术的使用对岩石孔隙度的影响提供依据。
Description
技术领域
本公开涉及石油开采实验技术领域，特别涉及一种动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法。
背景技术
油田为了提高油气采收率，常常采用化学驱或气驱等技术。部分化学驱油剂对岩石产生溶蚀作用，部分化学驱油剂会与地层水相互作用生成沉淀，矿物溶蚀或生成沉淀，这些都会对岩心的孔隙度产生一定的影响。而部分酸性(或碱性)气体具有一定腐蚀性，可以与储层矿物发生反应，对岩心的孔隙度产生一定的影响。另外，某些油气产量措施，如酸化等，也会引起岩石孔隙度变化。动态水岩反应实验是评价这些提高采收率技术或增产技术对储层物性影响的有效方法。在不影响动态水岩反应实验过程的前提下，研究上述技术对孔隙度的影响具有重要的现实意义。
目前，实验室检测孔隙度的方法，主要是在静态条件下对岩心孔隙度的检测，常见方法包括称重法、体积守恒方法。体积守恒方法包括：气测孔隙度方法(如：He测孔隙度、氮气测孔隙度、空气测孔隙度)、水测孔隙度方法、压汞法等。但这类技术难以直接应用于动态水岩反应实验中测定孔隙度。通常用于测定实验前后岩心的孔隙度，并通过对实验前后岩心的孔隙度进行对比，来分析提高采收率技术对孔隙度的影响，缺少孔隙度变化过程的数据。
岩心扫描技术可用于测定岩心孔隙度，常见方法包括：声波检测技术、核检测技术和磁场检测技术等。这类技术广泛应用于地质勘探和测井领域。CT检测技术和核磁共振检测技术等岩心检测技术也用于实验室测定岩心孔隙度。这类技术精度很高，能够实时精确的测定岩心孔隙分布的变化情况。但这类方法的检测设备造价昂贵，且对实验装置的材质要求较高，CT检测技术不能使用阻断射线或声波的高密度材料，核磁不能使用金属材料，一般需要特制的岩心夹持器等装置，实验成本较高，且操作较复杂。
目前，示踪剂法是在不改变渗流条件的情况下测定孔隙度的常见方法。这类技术广泛应用于矿场油藏孔隙度的测定。示踪剂法通过测定采出端的示踪剂浓度变化情况，得到流体实际流速，来估算岩心孔隙度。但示踪剂法精度较差；该方法测定周期长且滞后严重，需要驱替1PV以上；示踪剂可能改变流体性质；正常驱替过程中加入示踪剂溶液可能影响驱替状态的连续性；示踪剂可能在岩心中发生滞留。
发明内容
本公开的目的是提供一种动态水岩反应实验过程中的岩心孔隙度测定方法。该方法在不影响实验过程的前提下，实时测定实验过程中岩心孔隙度变化情况，为研究提高采收率技术的使用对岩石孔隙度的影响提供依据。
本公开采用以下解决方案：
一种动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，包括以下步骤：
步骤1：在所述动态水岩反应实验前，测定实验所用岩心的质量m0、尺寸及孔隙度Φ0，计算所述岩心的表观体积V，测定实验所用原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤2：在所述动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液质量mqt与采出液的质量mct，计算任意时刻所述岩心的质量mt；
步骤3：在所述动态水岩反应实验后，测定所述岩心的质量m1及孔隙度Φ1，与所述动态水岩反应实验前的岩心质量m0及孔隙度Φ0对比，计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度ρ；以及
步骤4：计算所述动态水岩反应实验中任意时刻的孔隙度Φt。
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：测定所述岩心的长度、直径和质量m0，计算所述岩心的表观体积V；
步骤1.2：测定所述原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3：抽出所述岩心内的空气，将所述原始溶液注入岩心，所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，称量含有原始溶液的岩心质量m0’，基于以下公式计算岩心孔隙度Φ0：
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：测定所述岩心的长度、直径和质量m0，计算所述岩心的表观体积V；
步骤1.2：测定所述原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3：抽出所述岩心内的空气，将所述原始溶液注入岩心，所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，记录注入的原始溶液的体积Vy，基于以下公式计算岩心孔隙度Φ0：
优选地，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：在所述动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液体积并计算注入的驱替液质量mqt，实时收集并测定采出液质量mct；
步骤2.2：基于以下公式计算任意时刻所述岩心的质量mt：
mt＝m'0-Vk*ρq+mqt-mct
其中，m0’表示所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，含有原始溶液的岩心质量，Vk表示初始孔隙体积。
优选地，所述初始孔隙体积Vk等于所述孔隙度Φ0乘以所述岩心表观体积V。
优选地，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：在所述动态水岩反应实验后，用已知浓度的盐溶液驱替岩心内的驱替液，至采出液性质稳定后，称量含有盐溶液的岩心质量ms；
步骤3.2：烘干所述岩心，称量含有盐溶液析出溶质的岩心质量ms’，计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1及孔隙度Φ1；
步骤3.3：基于以下公式计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度ρ：
优选地，基于以下公式计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1：
其中，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
优选地，基于以下公式计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1：
其中，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
优选地，基于以下公式计算岩心孔隙度Φ1：
其中，ρ1表示所述盐溶液的密度，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
优选地，根据以下公式计算任意时刻的岩心孔隙度Φt：
本公开的有益效果是通过动态水岩反应测定实验前后的岩心孔隙度和岩心质量变化及实验各阶段采出液的密度变化，确定岩心的质量变化，计算被溶蚀的岩心矿物或沉淀产生的矿物的体积变化，估计水岩反应实验过程中岩心孔隙度的变化，从而评价CO2驱技术、化学驱技术、酸化技术等提高采收率技术或增产技术对岩心孔隙度的影响，并且不影响动态水岩反应实验过程。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据示例性实施例的岩心孔隙度测定方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据示例性实施例的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法包括以下步骤：
步骤1：在动态水岩反应实验前，测定实验所用岩心的质量m0、尺寸及孔隙度Φ0，计算岩心的表观体积V，测定实验所用原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤2：在动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液质量mqt与采出液的质量mct，计算任意时刻的岩心的质量mt，从而得到岩心的质量mt随时间(或累计注入驱替液质量)的变化；
步骤3：在动态水岩反应实验后，测定岩心质量m1及孔隙度Φ1，与动态水岩反应实验前的岩心质量m0及孔隙度Φ0对比，计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度ρ；以及
步骤4：计算所述动态水岩反应实验中任意时刻的孔隙度Φt，即孔隙度Φt随时间(或累计注入驱替液质量)的变化。
本发明的有益效果在于可以在不影响动态水岩反应实验的前提下，通过测定实验前后的岩心孔隙度和质量变化情况及实验各阶段采出液的变化情况，确定岩心的质量变化过程，计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度，估计岩心孔隙度变化，从而评价CO2驱技术、化学驱技术、酸化技术等提高采收率技术或增产技术对孔隙度的影响。
作为优选方案，步骤1可包括以下步骤：
步骤1.1测定岩心的长度、直径和质量m0等参数，计算岩心的表观体积V；
步骤1.2测定原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3(例如用真空泵)抽出岩心内的空气，将原始溶液注入岩心，原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，称量含有原始溶液的岩心质量m0’，基于以下公式(1)计算岩心孔隙度Φ0：
作为替代方案，步骤1也可以包括以下步骤：
步骤1.1测定岩心的长度、直径和质量m0等参数，计算岩心的表观体积V；
步骤1.2测定原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3(例如用真空)泵抽出所述岩心内的空气，(例如通过泵)将原始溶液注入岩心，原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，记录注入的原始溶液的体积Vy，基于以下公式(2)计算岩心孔隙度Φ0：
作为优选方案，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1在动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液体积并计算注入的驱替液质量mqt，实时收集并测定采出液质量mct；
步骤2.2根据质量守恒定律，基于以下公式(3)计算任意时刻的岩心质量mt，得到岩心质量mt随时间(或累计注入驱替液质量)的变化：
mt＝m'0-Vk*ρq+mqt-mct (3)
其中，m0’表示原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，含有原始溶液的岩心质量，Vk表示初始孔隙体积，即动态水岩反应实验前的空隙体积。
可以在步骤1中直接测量m0’，也可以通过步骤1中注入的原始溶液的体积Vy与原始溶液的密度ρy的乘积计算得到m0’。
初始孔隙体积Vk可以根据步骤1中计算的岩心孔隙度和岩心表观体积来计算，即初始孔隙体积等于岩心孔隙度乘以岩心表观体积。
作为优选方案，在动态水岩反应实验过程中必须保持实验温度、压力等条件恒定不变，实验过程中注入流体的种类不能发生变化。
作为优选方案，步骤3可包括以下步骤：
步骤3.1在动态水岩反应实验后，用已知浓度为c的盐溶液驱替岩心内的驱替液，驱替液密度为ρq，至采出液性质稳定后，称量含有盐溶液的岩心质量ms。这里优选地以低速驱替岩心内的驱替液。在该步骤中选择的盐溶液应当不影响岩心的渗透率。
步骤3.2烘干岩心，称量含有盐溶液析出溶质的岩心质量ms’，计算动态水岩反应实验后的岩心质量m1及孔隙度Φ1，岩心质量m1及孔隙度Φ1是不含盐溶液析出溶质的岩心质量和孔隙度。
在步骤3.2中，可以选择多种方法计算岩心质量m1，例如可以通过以下公式(4)计算岩心质量m1：
其中，c表示盐溶液的浓度，mw表示岩心内盐溶液中水的质量。
或者可以通过以下公式(5)计算岩心质量m1：
其中，c表示盐溶液的浓度，mw表示岩心内盐溶液中水的质量。
显然，盐溶液中水的质量mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
作为优选方案，在步骤3.2中，可以根据以下公式(6)计算岩心孔隙度Φ1：
其中，ρ1表示盐溶液的密度。
步骤3.3对比动态水岩反应实验前的岩心质量m0及岩心孔隙度Φ0与动态水岩反应实验后的岩心质量m1及岩心孔隙度Φ1，计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或者沉淀产生的矿物的平均密度ρ，沉淀例如是碳酸盐沉淀和硅酸盐沉淀。
作为优选方案，可以基于以下公式(7)计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或者沉淀产生的矿物的平均密度ρ：
其中，V表示岩心表观体积。
或者，上述步骤3.2可以按照以下过程来执行：
重新将岩心装入岩心夹持器，配制与原驱替液相同摩尔浓度的高质量浓度溶液(例如碘化钠溶液)，高质量浓度溶液驱替液的质量浓度为c’，密度为ρq’。用所配高质量浓度溶液驱替岩心，至产出液浓度与注入液浓度一致，取出岩心，称量含有高质量浓度溶液的岩心质量ms’。根据两种溶液的密度差及质量差，计算岩心的孔隙体积，根据岩心的孔隙体积，计算动态水岩反应实验后的岩心质量m1及孔隙度Φ1，岩心质量m1及孔隙度Φ1是不含盐溶液析出溶质的岩心质量和孔隙度。
可以优选的通过以下公式(8)计算岩心质量m1：
这种方法适用于含结晶水矿物的岩心，方法略复杂但能够避免因加热烘干引起的含结晶水的矿物脱去结晶水，使测定的岩心质量发生变化。
作为优选方案，在步骤4中，基于所述岩心的质量m0和孔隙度Φ0、所述岩心的表观体积V，所述平均密度ρ和任意时刻所述岩心的质量mt，根据以下公式(9)计算动态水岩反应实验中任意时刻的岩心孔隙度Φt：
实施例1：
本实施例以砂岩为研究对象，研究CO2水溶液驱实验过程中，岩心孔隙度的变化情况。所用岩石为直径2.5cm、长度7cm的天然取芯岩心。
①在驱替实验前，测定干岩心的质量，测定地层水密度及饱和溶解CO2后的地层水溶液密度；
②将岩心装入岩心夹持器，加环压至3MPa，用真空泵抽出岩心内的空气，并将地层水以1MPa的压力恒压饱和岩心，待压力稳定后，取出岩心，测定含饱和地层水的岩心质量，并计算岩心的孔隙度；
③重新将岩心装入岩心夹持器，用地层水排出夹持器中的空气，加环压至3MPa，并水测渗透率；
④给岩心逐级升温至85℃，逐级增加回压、环压和入口压力，至回压达到20MPa，同时环压达到25MPa；
⑤保持温度压力条件不变，用20MPa饱和溶解CO2的地层水以0.01mL/min的流量恒流驱替岩心，收集采出的水相和CO2，测定采出液的质量；
⑥在实验过程中的各时刻，根据累计采出液的质量和累计产出CO2的质量，与注入液体的质量相减，得到各时刻的岩心质量；
⑦实验结束后，用地层水以1mL/min驱替岩心，至不再产气为止，给岩心逐级降压，至注入压力及回压为大气压力，环压降至3MPa，取出岩心，测定含饱和地层水的岩心质量；
⑧烘干岩心并称量，称量含有地层水析出物的岩心质量，计算岩心剩余地层水中水的质量，根据实验结束时采出液的密度及矿化度，计算岩心剩余地层水的质量和体积，计算岩心质量和孔隙度；
⑨根据实验前后测定的岩心孔隙度及岩心质量变化情况，确定被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度，根据各时刻岩心质量的变化量，估算各时刻岩心孔隙度的变化量。
实施例2：
本实施例以砂岩为研究对象，研究质量分数为1％的NaOH溶液驱替实验过程中，岩心孔隙度的变化情况。所用岩石为直径2.5cm、长度7cm的天然取芯岩心。
①在驱替实验前，测定干岩心的质量，测定地层水密度及饱和质量分数为1％的NaOH地层水溶液密度；
②将岩心装入真空瓶中，用真空泵抽出岩心内的空气，稳定后将地层水加入真空瓶并没过岩心，使地层水吸入岩心，取出岩心，测定含地层水的岩心质量，并计算岩心的孔隙度；
③将岩心装入岩心夹持器，加环压至3MPa，给岩心逐级升温至80℃；
④用所述NaOH地层水溶液以0.01mL/min的流量恒流驱替岩心，收集采出的水相，测定采出液的质量，在实验过程中的各时刻，根据累计采出液的质量，与注入液体的质量相减，得到各时刻岩心质量的变化量；
⑤实验结束后，取出岩心，测定含NaOH地层水溶液的岩心质量；
⑥配制与NaOH地层水溶液相同摩尔浓度的高密度溶液，例如NaI溶液，重新将岩心装入岩心夹持器，用地层水排出夹持器中的空气，加环压至3MPa，用所配高密度溶液以1mL/min驱替岩心，30PV以上或驱替至产出液浓度与注入液浓度一致，取出岩心，测定含饱和地层水岩心质量，并计算岩心孔隙度及岩心质量；
⑦根据实验前后测定的岩心孔隙度及岩心质量变化情况，确定被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度，根据各时刻岩心质量的变化量，估算各时刻岩心孔隙度的变化量。
上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，包括以下步骤：
步骤1：在所述动态水岩反应实验前，测定实验所用岩心的质量m0、尺寸及孔隙度Φ0，计算所述岩心的表观体积V，测定实验所用原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤2：在所述动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液质量mqt与采出液的质量mct，计算任意时刻所述岩心的质量mt；
步骤3：在所述动态水岩反应实验后，测定所述岩心的质量m1及孔隙度Φ1，与所述动态水岩反应实验前的岩心质量m0及孔隙度Φ0对比，计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度ρ；以及
步骤4：计算所述动态水岩反应实验中任意时刻的孔隙度Φt。
2.根据权利要求1所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：测定所述岩心的长度、直径和质量m0，计算所述岩心的表观体积V；
步骤1.2：测定所述原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3：抽出所述岩心内的空气，将所述原始溶液注入岩心，所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，称量含有原始溶液的岩心质量m0’，基于以下公式计算岩心孔隙度Φ0：
<mrow>
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</msub>
<mo>*</mo>
<mi>V</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
3.根据权利要求1所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：测定所述岩心的长度、直径和质量m0，计算所述岩心的表观体积V；
步骤1.2：测定所述原始溶液的密度ρy和驱替液的密度ρq；
步骤1.3：抽出所述岩心内的空气，将所述原始溶液注入岩心，所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，记录注入的原始溶液的体积Vy，基于以下公式计算岩心孔隙度Φ0：
<mrow>
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<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>y</mi>
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<mi>V</mi>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
4.根据权利要求1所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：在所述动态水岩反应实验中，实时测定注入的驱替液体积并计算注入的驱替液质量mqt，实时收集并测定采出液质量mct；
步骤2.2：基于以下公式计算任意时刻所述岩心的质量mt：
mt＝m′0-Vk*ρq+mqt-mct
其中，m0’表示所述原始溶液填充岩心孔隙达到饱和状态后，含有原始溶液的岩心质量，Vk表示初始孔隙体积。
5.根据权利要求4所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中所述初始孔隙体积Vk等于所述孔隙度Φ0乘以所述岩心表观体积V。
6.根据权利要求1所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：在所述动态水岩反应实验后，用已知浓度的盐溶液驱替岩心内的驱替液，至采出液性质稳定后，称量含有盐溶液的岩心质量ms；
步骤3.2：烘干所述岩心，称量含有盐溶液析出溶质的岩心质量ms’，计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1及孔隙度Φ1；
步骤3.3：基于以下公式计算被溶蚀的岩心矿物的平均密度或沉淀产生的矿物的平均密度ρ：
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</mfrac>
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</mrow>
7.根据权利要求6所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中基于以下公式计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1：
<mrow>
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<mo>=</mo>
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</mfrac>
</mrow>
其中，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
8.根据权利要求6所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中基于以下公式计算所述动态水岩反应实验后的岩心质量m1：
<mrow>
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<mo>=</mo>
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</mrow>
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<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
9.根据权利要求6所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中基于以下公式计算岩心孔隙度Φ1：
<mrow>
<msub>
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<mo>=</mo>
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<mi>c</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，ρ1表示所述盐溶液的密度，c表示所述盐溶液的浓度，mw表示所述岩心内盐溶液中水的质量，且mw等于含有盐溶液的岩心质量ms减去含有溶液析出溶质的岩心质量ms’。
10.根据权利要求1所述的动态水岩反应实验中的孔隙度测定方法，其中根据以下公式计算任意时刻的岩心孔隙度Φt：
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4
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