毛管壓力曲線實(shí)驗(yàn)

1、-作者xxxx-日期xxxx毛管壓力曲線實(shí)驗(yàn)【精品文檔】第二節(jié)儲(chǔ)層巖石的毛管壓力曲線（8學(xué)時(shí)）一、教學(xué)目的會(huì)計(jì)算任意曲面的附加壓力，了解毛管壓力曲線的測(cè)定與換算；了解毛管壓力的滯后現(xiàn)象；分析毛管壓力曲線；了解毛管壓力曲線的應(yīng)用。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1、任意曲面的附加壓力的計(jì)算；2、毛管壓力曲線的測(cè)定與換算；3、毛管壓力的滯后現(xiàn)象；4、毛管壓力曲線的分析及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)1、任意曲面的附加壓力的計(jì)算；2、毛管壓力曲線的測(cè)定與換算；3、毛管壓力曲線的分析及應(yīng)用。三、教法說(shuō)明課堂講授并輔助以多媒體課件展示相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖表四、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)主要介紹五個(gè)方面的問(wèn)題：一、任意曲面的附加壓力 二、毛管中

2、液體的上升(與下降)三、毛管壓力曲線的測(cè)定與換算四、毛管壓力的滯后現(xiàn)象 五、毛管壓力曲線的分析及應(yīng)用 （一）、任意曲面的附加壓力一、任意曲面的附加壓力拉普拉斯方程：討論:(1).毛管中彎液面為球面時(shí)毛管壓力Pc:毛管中彎液面兩側(cè)非濕相壓力與濕相壓力之差大小:方向:指向彎液面內(nèi)側(cè)分析討論:Pc與r成反比, r越小,Pc越大 Pc與成正比, 越大,Pc越大 Pc與cos成正比, 0°或180°,Pc越大(2).毛管中彎液面為平面時(shí)(3).毛管中彎液面為柱面時(shí)(4).毛管斷面漸變時(shí)(5).裂縫中的毛管壓力（二）、毛管中液體的上升(與下降)氣-液系統(tǒng):式中：A附著張力=cos，達(dá)因

3、/cmr毛管半徑，cm液體密度，g/cm3g重力加速度，cm/s2液體的表面張力，達(dá)因/cm接觸角h液體上升高度，cm油-水系統(tǒng):根據(jù)毛細(xì)管公式我們可以看到：1、毛管壓力和成正比，極性大的那一相為潤(rùn)濕相，為正，為正，此時(shí)潤(rùn)濕相沿毛管自發(fā)吸入上升。2、毛管壓力和Pc和毛管半徑成反比，這就是說(shuō)毛管半徑越小，毛管力就越大，毛細(xì)管自發(fā)吸入濕相的能力就越強(qiáng)，潤(rùn)濕相沿毛細(xì)管上升的高度就越大。3、毛管力實(shí)質(zhì)上是潤(rùn)濕現(xiàn)象的一個(gè)特例，是自由表面能在毛細(xì)管內(nèi)相互作用平衡的結(jié)果，因此，隨著兩流體界面張力的增大，即兩種液體性質(zhì)差別的增大，毛管力也應(yīng)當(dāng)增大，濕相在毛細(xì)管中上升就越高。4、毛管力是發(fā)生在毛細(xì)管中的潤(rùn)濕現(xiàn)象

4、，亦就是說(shuō)：毛管力是潤(rùn)濕的結(jié)果，隨著潤(rùn)濕相沿毛管的上升。毛管中必然出現(xiàn)彎液面（如果不考慮重力的影響，則應(yīng)該為球面），由引可知，只有在出現(xiàn)彎液面的條件下，才有毛細(xì)現(xiàn)象存在。且潤(rùn)濕相和非潤(rùn)濕相的潤(rùn)濕能力相差越大，毛細(xì)管半徑越小，那么，兩相界面在毛細(xì)管中彎曲的越明顯，即曲率半徑越小，毛管力越大。另外，根據(jù)前面的推導(dǎo)可知：當(dāng)毛細(xì)管插入濕相中時(shí)，則濕相將沿管中潤(rùn)濕相驅(qū)走，這一過(guò)程是自發(fā)的，所以毛管力比時(shí)為濕相驅(qū)非濕相的動(dòng)力。根據(jù)上述的毛管力計(jì)算公式可以看出，當(dāng)毛細(xì)管傾斜時(shí)，液柱高度將保持不變，那么當(dāng)毛細(xì)管成水平方向時(shí)，親水 毛細(xì)管的毛管力則成為水驅(qū)油的動(dòng)力，即：1）當(dāng)油芷巖石表面親水時(shí)，油芷中的毛管力是

5、水驅(qū)油的動(dòng)力。2）當(dāng)巖石表面親油時(shí)，油芷中的毛管力則是水驅(qū)油的阻力。但是在實(shí)際注水開發(fā)的油芷中，往往注入水向前的運(yùn)動(dòng)速度過(guò)大，由于潤(rùn)濕滯后聽(tīng)影響，則會(huì)導(dǎo)致彎液面發(fā)生反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致潤(rùn)濕性發(fā)生變化，即使毛管力作為水驅(qū)油的動(dòng)力作用得不到發(fā)揮。因而降低了驅(qū)油效率。（三）、毛管壓力曲線的測(cè)定與換算1、毛管壓力曲線非濕相首先進(jìn)入最大孔道時(shí)所相應(yīng)的最低驅(qū)替壓力（即毛管壓力）稱為“閥壓”或“門檻壓力”，超過(guò)此壓力非濕相就進(jìn)入孔隙介質(zhì)之中。巖心中濕相飽和度與毛管壓力之間存在著某種函數(shù)關(guān)系。這種函數(shù)關(guān)系無(wú)法用代數(shù)表達(dá)式來(lái)表示，只有通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用曲線的形式來(lái)描述，這種曲線就是毛管壓力曲線。根據(jù)分析我們可以看出：毛細(xì)管壓

6、力是由非潤(rùn)濕相表面的曲率所決定的，而界面曲率又與孔隙喉道的大小有關(guān)，同時(shí)與非濕相（或濕相）的飽和度有關(guān)。隨著壓力的升高，非潤(rùn)濕相飽和度增大，潤(rùn)濕相飽和度降低，即非潤(rùn)濕相界面曲率也增大（曲率半徑減?。哉f(shuō)毛細(xì)管壓力隨濕相飽和度的減小而增大，即毛細(xì)管壓力是濕相飽和度的函數(shù)，通常用曲線表示在排驅(qū)過(guò)程中起控制作用的喉道的大小，而不是孔隙。一旦排驅(qū)壓力克服了喉道的毛細(xì)管壓力，非潤(rùn)濕相即可進(jìn)入孔隙。在一定壓力下非潤(rùn)濕相能夠進(jìn)入的喉道的大小分布是很分散的，只要等于及大于該壓力所對(duì)應(yīng)的喉道均可以進(jìn)入，至于孔隙，非潤(rùn)濕相能夠進(jìn)入與否，則完全取決于連結(jié)它的喉道。2、毛管壓力曲線的測(cè)定毛管壓力曲線的測(cè)定實(shí)際上就

7、是測(cè)出毛管壓力和飽和度的關(guān)系曲線，通常所用的方法有：半滲隔極法壓汞法和離心機(jī)法。另外還有蒸氣壓力法和動(dòng)力法只是后兩種方法用得較少，所以我們只就前三種方法作詳細(xì)介紹。A、半滲隔板法半滲隔板法測(cè)毛管壓力曲線的原理就是：在驅(qū)替過(guò)程中，只有當(dāng)外加壓力（即加在毛管孔道兩端的壓差）（因?yàn)槲覀兺ǔ⒍嗫捉橘|(zhì)簡(jiǎn)化為毛管束）等于或超過(guò)一定喉道的毛細(xì)管力時(shí)，非濕相才能通過(guò)喉道進(jìn)入孔隙，把潤(rùn)濕相從其中排出。這時(shí)的外加壓力就相當(dāng)于一定喉道的毛細(xì)管力。加壓法測(cè)毛管壓力所用的裝置的主要設(shè)備就是一個(gè)帶半滲隔板的玻璃漏斗（也稱巖心室），半滲透隔板是其中的主要部體，它是一塊多孔玻璃或陶瓷園板，隔板的孔隙略小于巖心孔隙。因而當(dāng)用

8、潤(rùn)濕液體飽和隔板時(shí)，由于毛管壓力的阻礙作用，在外加壓力超過(guò)隔板最大喉道的毛管壓力之前，隔板只能通過(guò)潤(rùn)濕相，而不能通過(guò)非潤(rùn)濕相，故而叫做半滲透隔板。實(shí)驗(yàn)時(shí)，它是通過(guò)加壓的辦法來(lái)建立巖心兩端的驅(qū)替壓差的，在該壓差下非濕相流體（如空氣）驅(qū)替巖心中濕相飽和降低；基于驅(qū)替過(guò)程中某一驅(qū)替壓力和毛管力平衡以及巖心中相應(yīng)的濕相飽和度（原始含水飽和度減去驅(qū)出水的體積百分?jǐn)?shù)），便可以獲得毛管力和濕相流體飽和度的關(guān)系。半滲隔板法的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)論是氣驅(qū)水（或油），還是油驅(qū)水（或水驅(qū)油），都接近模擬油層的驅(qū)替狀況。測(cè)量精確、可靠、儀器簡(jiǎn)單，操作也方便，同測(cè)多塊巖樣，如Core Lab公司的這種儀器可同時(shí)進(jìn)行64塊巖心的測(cè)試

9、，飽和度采用稱重法。半滲隔板法的缺點(diǎn)：測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)。每一平衡點(diǎn)需幾個(gè)甚至幾十個(gè)小時(shí)，通常測(cè)定68點(diǎn)，所以測(cè)一塊巖心往往要花10-40小時(shí)，另外，因半滲隔板承壓有限（目前國(guó)產(chǎn)半滲隔板承壓<1atm，國(guó)外生產(chǎn)的半滲隔板承壓2000psi（14atm），所以用此法測(cè)低滲透巖樣時(shí)往往得不到完整的毛管壓力曲線。B、壓汞法壓汞法測(cè)定毛管壓力曲線的基本原理是：汞與大多數(shù)流體相比較都是非潤(rùn)濕相，如果要把水銀注進(jìn)到洗凈烘干了的巖心孔隙中，就必須克服孔隙系統(tǒng)的毛管阻力，也就是說(shuō)要對(duì)汞施加一定的壓力，顯然，注入水銀的加壓過(guò)程就是測(cè)量毛管壓力的過(guò)程。注入水銀的每一個(gè)壓力就代表一個(gè)相應(yīng)的孔隙大小下的毛管壓力，在這

10、個(gè)壓力下進(jìn)入空隙系統(tǒng)的水銀量就代表這個(gè)相應(yīng)大小的孔隙，喉道在系統(tǒng)中連通的孔隙體積。隨著壓力的提高，記下進(jìn)入巖樣的水銀體積和相應(yīng)的壓力，便可以得到水銀空氣（水銀蒸氣）的毛管壓力和巖樣含汞飽和度的關(guān)系曲線。同其它測(cè)定毛管壓力曲線的方法相比較，壓汞法具有以下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）測(cè)定速度快，通常每1-2小時(shí)測(cè)一塊樣品，低滲巖樣也只不過(guò)半天。2）測(cè)量壓力高，最高壓力可達(dá)6000psI（420atm），因此適用于高、中、低各種滲透率巖心，且都能得到完整的毛管壓力曲線。3）形狀不規(guī)則的巖樣也能進(jìn)行測(cè)試4）作退汞（濕相驅(qū)非濕相）試驗(yàn)很方便，而退汞曲線的應(yīng)用很廣，后面會(huì)作介紹。缺點(diǎn)：1）不能模擬實(shí)際油層的潤(rùn)濕性

11、和原生水飽和度，因此，所測(cè)毛管壓力曲線不宜直接用于油田。2）水銀有毒，對(duì)人體有害3）試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，巖樣充滿水銀，不宜再做其它試驗(yàn)。C、離心機(jī)法離心機(jī)法測(cè)毛管壓力曲線的基本原理就是利用離心作用產(chǎn)生的強(qiáng)大驅(qū)替壓力達(dá)到非濕相從多孔介質(zhì)中把濕相驅(qū)替出來(lái)的目的。根據(jù)普通物理學(xué)知識(shí)得，沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體所產(chǎn)生的離心力F應(yīng)為：F=ma=mw2R式中：m轉(zhuǎn)動(dòng)物體的質(zhì)量a向心加速度，a=w2Rw角速度R轉(zhuǎn)動(dòng)半徑由此可見(jiàn)，隨著m、w和R的增大，離心力F也在增大，所以在試驗(yàn)中，我們通過(guò)逐漸提高離心機(jī)速即增加角速度的辦法來(lái)獲得逐漸增加的離心力的。從而使各種滲透率的多孔介質(zhì)中的潤(rùn)濕相被驅(qū)替出來(lái)，最后獲得PcSw關(guān)系曲線。

12、（四）、毛管壓力的滯后現(xiàn)象曲線W為退出毛管壓力曲線（Withdraw Capillary Cure），亦為退汞曲線，它是指潤(rùn)濕相從束縛飽和度Swi增加到殘余非濕相飽和度Sor的關(guān)系曲線，對(duì)于親水油芷來(lái)說(shuō)它相當(dāng)于油田注水開發(fā)過(guò)程，值得注意的是：該曲線的一個(gè)主要特征參數(shù)是退出效率W區(qū)，也主是說(shuō)利用退汞曲線可以得到退汞效率（或退出效率）。所謂退汞效率實(shí)際上是指降壓后退同的水銀體積與降壓前注入的水銀總體積的比值，即當(dāng)然利用其它兩種流體而不是汞和汞蒸汽同樣可以做出注主和退出以及再注入曲線，所以說(shuō)用退出效率代替退爾效率顯然更具有廣義性。很明顯，退出效率是反映的潤(rùn)濕相驅(qū)替非潤(rùn)濕相的毛管效應(yīng)采收率，這就是說(shuō)依

13、靠毛管力的作用而達(dá)到的采收率，而所調(diào)采收率就是指從一個(gè)油芷所采出的量占原始儲(chǔ)量的百分?jǐn)?shù)。曲線R為再驅(qū)替毛管壓力曲線（Rejection Capillary Presswre Curve），它是指從殘余非濕相飽和度Sor開始，驅(qū)替到束縛非濕相飽和度Swi過(guò)程中的毛管壓力與飽和度之間的關(guān)系。壓汞曲線與退汞曲線不重合的原因：1、捕集滯后壓汞時(shí)，汞以連續(xù)狀態(tài)進(jìn)入巖石孔隙，退汞時(shí)，既有連續(xù)的汞也有非連續(xù)的汞。因此，在毛管壓力相等時(shí)，退汞時(shí)的汞飽和度總是大于壓汞時(shí)的汞飽和度。2、拖延滯后（1）、壓汞的大于退汞的（2）、壓汞的大于退汞的（五）、毛管壓力曲線的分析及應(yīng)用（一）毛管壓力曲線的分析在毛管壓力的測(cè)定

14、中，不管采用前述哪種方法，所測(cè)得的毛管壓力曲線都有其共同規(guī)律，如下圖即為典型的毛管壓力曲線，一條毛管壓力曲線通常用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征。1、排驅(qū)壓力或稱入口壓力、門坎壓力、閥壓PT排驅(qū)壓力一般是指非濕相進(jìn)入多孔介質(zhì)孔道驅(qū)替潤(rùn)濕相，使?jié)櫇裣嚯x開孔道產(chǎn)生流動(dòng)所需要的最小壓力。即非潤(rùn)濕相開始進(jìn)入巖樣最大喉道的壓力。也就是等于巖樣最大喉道半徑的毛管壓力。排驅(qū)壓力的確定常常是在毛管壓力曲線上進(jìn)行的，它是潤(rùn)濕相飽和度等于100%，非潤(rùn)濕相飽和度等于0%處的毛管壓力，它反映的是多孔介質(zhì)最大喉道處非潤(rùn)濕相的毛管壓力。確定閥壓PT時(shí)是將毛管壓力曲線中間的平緩段延長(zhǎng)至零非潤(rùn)濕相飽和度，與縱坐標(biāo)軸相交，其交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的

15、壓力即為排驅(qū)壓力PT。與PT相對(duì)應(yīng)的喉道半徑是連通巖樣表面孔隙的最大喉道半徑rmax。根據(jù)這種確定方法，將排驅(qū)壓力理解為非潤(rùn)濕相開始進(jìn)入巖樣的壓力是合理的。排驅(qū)壓力是評(píng)價(jià)巖石儲(chǔ)集性能的主要參數(shù)之一，實(shí)際資料表明，它與巖石物性（特別是滲透率）有密切關(guān)系。凡物性好的PT均比較低；排驅(qū)壓力越大，物性越差，這說(shuō)明大喉道對(duì)于巖石儲(chǔ)集性能具有十分重要的意義。所以排驅(qū)壓力等于油氣二次運(yùn)移所需的最小驅(qū)動(dòng)力，它是研究二次運(yùn)移及封密能力的主要參數(shù)。2、平緩段ab當(dāng)非潤(rùn)濕相進(jìn)入巖樣孔道中后，隨著壓力的不斷增大，潤(rùn)濕相在多孔介質(zhì)中的飽和度不斷降低。起初壓力升高不大，而潤(rùn)濕相飽和度下降很快，很顯然，這段平緩段是主要的進(jìn)

16、液段，它表示大部分非潤(rùn)濕相是在該壓力區(qū)間進(jìn)入的。不離而喻，平緩段截止平表示在較小的壓力區(qū)間內(nèi)濕相飽和度減小，非潤(rùn)濕相飽和度增加越多，這表明在這個(gè)半徑的孔道體積占總孔隙體積越多，也就是說(shuō)巖石孔道越均勻，并越接近rmax，若ab段越陡，則表明在ab段的壓力范圍內(nèi)，壓力只要增加，就會(huì)有非濕相進(jìn)入孔隙之中，即r變化較大，所以說(shuō)孔道大小越不均勻。3、束縛水飽和度Swi當(dāng)壓力越過(guò)平緩段后，隨著壓力繼續(xù)上升，非濕相相飽和度增加很小或不再增加，這時(shí)的毛管壓力曲線幾乎與縱座標(biāo)平行，此時(shí)巖樣中的剩余潤(rùn)濕相飽和度一般認(rèn)為束縛濕相飽和度。若潤(rùn)濕相為水，則稱為束縛水飽和度。Swi值越小，即陡直段越靠近縱軸，儲(chǔ)集巖的含油

17、飽和度越多。束縛濕相飽和度反應(yīng)了潤(rùn)濕相在多孔介質(zhì)中不可驅(qū)替的最小飽和度。束縛水飽和度值還表示了無(wú)儲(chǔ)油能力的小喉道所連通的孔隙體積占巖樣總體積的百分比。所以從這一點(diǎn)看，Swi值是越小越好。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)相同的巖石（往往是同一油層），物性越好，Swi值越低。對(duì)于低滲透性的致密巖石（親水），其Swi值可達(dá)60-70%。4、飽和度中值壓力Pc50飽和度中值壓力Pc50是指排驅(qū)毛管壓力曲線上50%飽和度所對(duì)應(yīng)的毛管壓力，此壓力也是毛管力曲線上的重要參數(shù)之一，它反應(yīng)的是飽和度中值喉道半徑r50，簡(jiǎn)稱中值半徑。這兩個(gè)參數(shù)也是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集性能的重要參數(shù)。（二）毛管壓力曲線的應(yīng)用毛管壓力曲線反應(yīng)了潤(rùn)濕相和非潤(rùn)濕相在多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)時(shí)的特征，因此，在油田開發(fā)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)分析中是相當(dāng)有用的資料，如果將毛管壓力曲線同其它物性結(jié)合利用，那么從毛管壓力資料幾乎可以推算出有關(guān)儲(chǔ)層性質(zhì)的全部參數(shù)。如孔隙度、