油藏物理 第九章

1、油藏物理課程第三篇儲層中多相流體的滲流機(jī)理The Flow Mechanisms of Multi-phase Fluids in Reservoir本章內(nèi)容l 毛管壓力概念綜述l 毛管壓力曲線的測定和換算l 毛管壓力曲線的基本特征l 毛管壓力曲線的應(yīng)用第九章 儲層多孔介質(zhì)中的毛細(xì)管壓力及毛細(xì)管壓力曲線 (1)毛管現(xiàn)象毛管現(xiàn)象：毛細(xì)管中液體上升或下降的現(xiàn)象1、毛管中液體上升（或下降）l將一根毛細(xì)管插入潤濕相液體中，液體會上升一定的高度； l將一根毛細(xì)管插入到非潤濕相液體中，液體會下降一定的高度原因：管壁與濕相分子間作用力力圖使液面上升一、毛管壓力概念綜述(2)液面上升的高度設(shè)毛管中濕相水上升高

2、度為h；l 在位置B 處： 油相壓力： ghPPooaobghPPwwawbwaoaPP cowwbobPghghPP)(rghPccos2水相壓力：l 在位置A 處：grhcos2一、毛管壓力概念綜述毛管壓力的另一定義毛管壓力：毛管中彎曲界面上非濕相與濕相的壓力之差，即：PcP 非濕相P 濕相一、毛管壓力概念綜述(3)油藏中的油水、油氣過渡帶l 油藏油水、油氣界面是具有一定厚度的過渡帶l 液面高差與毛管放置方向無關(guān)(其他條件相同)l 一般油水過渡帶h油氣過渡帶hdyn/cm10dyn/cm30ogowogowgrhcos2 hf(r)一、毛管壓力概念綜述2、各種曲面附加壓力l 毛管壓力：由于

3、界面張力的作用，毛管中兩相流體彎曲界面上存在的附加壓力，一般用Pc表示)11(21RRPc R1、R2為兩個(gè)主曲率半徑 l 大?。河蒐aplace方程確定 l 方向：恒指向非潤濕相（凹面內(nèi)）一、毛管壓力概念綜述(1)毛管彎曲面為球面時(shí)的Pc cos/21rRRrRRPccos2)11(21Pc方向：指向非濕相(或彎液面內(nèi)側(cè)) 一、毛管壓力概念綜述(2)毛管彎曲面為柱面時(shí)的PcrRPC/)11(2rR 21RPc方向：指向管心(作用是使毛管中水膜增厚) 一、毛管壓力概念綜述(3)毛管斷面漸變時(shí)的Pc rPC)cos(2l 要使毛管中的濕相全部被驅(qū)出，驅(qū)替壓力應(yīng)大于毛管最細(xì)端的PCmaxl 細(xì)端P

4、c粗端Pc， PCmax出現(xiàn)在最細(xì)端細(xì)端：rPC)cos(2粗端：一、毛管壓力概念綜述(4) 兩相流體處于平衡裂縫間的PcWRRPCcos2)11(21cos21WR 2R(5)巖石顆粒間Pc)()11(21wcSfRRP毛管壓力曲線研究的理論基礎(chǔ)一、毛管壓力概念綜述3. 孔道中的毛細(xì)管效應(yīng)附加阻力多相液流的流動(dòng)阻力：（與單相液流的不同）l水驅(qū)油過程的非活塞性油水同流區(qū)將出現(xiàn)大量孤立液滴隨連續(xù)相一起流動(dòng)的情形lPfPb 時(shí)油層中將出現(xiàn)大量氣泡隨連續(xù)相一起流動(dòng)的情形l毛管力影響液滴、氣泡在微小孔道中將產(chǎn)生明顯的阻力，嚴(yán)重地阻礙連續(xù)相的流動(dòng)阻力效應(yīng)又指多相流動(dòng)時(shí)的各種珠泡效應(yīng)一、毛管壓力概念綜述1

5、）靜態(tài)的珠泡效應(yīng)（楔壓效應(yīng)） 第一種附加阻力PIl阻力PI：u 施于管壁的球面毛管力Pc”和施于管心的柱面毛管力Pc的合力，方向指向管壁l 條件：u 等徑毛管，液滴靜止u 存在柱面、球面Pc一、毛管壓力概念綜述rPowcrPowccos2) 5 . 0(cos2rPPPowccI球面：柱面：l PI作用：力圖使珠泡在管壁的附著程度l 結(jié)論：要使珠泡移動(dòng)，必須克服PI引起的沿管壁的附加摩擦阻力和反常液膜的阻力一、毛管壓力概念綜述2）珠泡流動(dòng)時(shí)的毛管效應(yīng)（滯后效應(yīng)）第二種附加阻力PIIl 條件：等徑毛管，液滴運(yùn)動(dòng)，其兩端球面Pc 不等l 阻力PII：為液滴兩端球形界面毛管力的合力，其方向與液滴運(yùn)動(dòng)

6、方向相反(動(dòng)潤濕滯后液滴彎曲界面變形)一、毛管壓力概念綜述rPowc1cos2rPowc2cos2)cos(cos212rPPPowccIIl PII 作用：阻礙珠泡向前運(yùn)動(dòng)l 結(jié)論：要使珠泡向前運(yùn)動(dòng)， P驅(qū) PI+PII+液膜的摩擦阻力一、毛管壓力概念綜述3）珠泡通過窄口處的毛管效應(yīng)（賈敏效應(yīng)） 第三種附加阻力PIIIl 條件：珠泡遇狹窄孔喉發(fā)生變形，兩端球面Pc不等l 阻力PIII ：為兩端球形界面毛管力的合力，其方向與珠泡運(yùn)動(dòng)方向相反一、毛管壓力概念綜述)11(2RRPowIIIlPIII作用：力圖阻滯珠泡通過狹窄孔喉l 結(jié)論：要使珠泡通過孔喉，必須克服PIII引起的附加滲流阻力珠泡前端

7、R”狹窄孔喉r時(shí)，PIII最大rPIII2一、毛管壓力概念綜述l賈敏效應(yīng)：u賈敏效應(yīng)：泛指珠泡通過孔道狹窄處變形產(chǎn)生的附加阻力效應(yīng)，包括液阻、氣阻效應(yīng)u液阻效應(yīng)：液滴通過孔道狹窄處時(shí)，液滴變形產(chǎn)生附加阻力的現(xiàn)象u氣阻效應(yīng)：氣泡通過孔道狹窄處時(shí)，氣泡變形產(chǎn)生附加阻力的現(xiàn)象一、毛管壓力概念綜述u認(rèn)識：l多相滲流阻力大于單相滲流阻力的主要原因： 油層中孔喉數(shù)目眾多，多相流動(dòng)中存在的大量珠泡產(chǎn)生的附加阻力P、P、P的疊加效應(yīng)十分明顯，嚴(yán)重地影響油水流體在孔道中的流動(dòng)l賈敏效應(yīng)對油層中油水流動(dòng)的影響最大一、毛管壓力概念綜述4）減小或消除珠泡效應(yīng)的方法l 加入表面活性劑界面 P、P、Pl 確定合理采油速度

8、或注入量，盡可能延長單相流動(dòng)期，消除珠泡形成條件l 在生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少鉆井泥漿侵入油層，殘余的酸化液及時(shí)排出，避免產(chǎn)生液阻效應(yīng)l 加入破乳劑，降低珠泡強(qiáng)度，使其破裂一、毛管壓力概念綜述4. 毛管滯后現(xiàn)象毛管滯后：由于毛管中飽和次序不同或毛管半徑變化引起的毛管力改變的現(xiàn)象(1)飽和次序引起的滯后l 空毛管插入濕相水中l(wèi) 吸滿水的毛管插入水中一、毛管壓力概念綜述飽和次序滯后實(shí)質(zhì)：動(dòng)潤濕滯后引起 、Pc改變又稱為潤濕滯后引起的毛管滯后(1)飽和次序引起的滯后一、毛管壓力概念綜述(2)毛管半徑變化引起的滯后 毛管半徑r 變化直接Pc 改變l 吸入過程：上升液面穩(wěn)定在中間粗段內(nèi)l 驅(qū)替過程：下降液面停留

9、在上部細(xì)毛管段內(nèi)一、毛管壓力概念綜述(3)幾點(diǎn)認(rèn)識l濕相驅(qū)替非濕相的吸入過程：Pc 為動(dòng)力，產(chǎn)生前進(jìn)角 1Pc水濕油層（親水孔道）的水驅(qū)油過程油濕油層（親油孔道）的油驅(qū)水過程l非濕相驅(qū)替濕相的驅(qū)替過程：Pc 為阻力，產(chǎn)生后退角 2Pc油濕油層（親油孔道）的水驅(qū)油過程水濕油層（親水孔道）的油驅(qū)水過程l毛管滯后導(dǎo)致巖樣在驅(qū)替過程中的S 濕吸入過程中的S 濕一、毛管壓力概念綜述1. 毛管壓力曲線 毛管壓力曲線：毛管壓力與巖樣中濕相飽和度的關(guān)系曲線，即PcSw 曲線二、毛管壓力曲線的測定和換算l用非濕相驅(qū)替濕相測得的毛管力曲線，稱驅(qū)替曲線l用濕相驅(qū)替非濕相測得的毛管力曲線，稱吸入曲線l 測定原理u 實(shí)

10、際巖樣中： 孔隙大小(r)具非均質(zhì)特性2、PC 曲線的測定原理 孔隙大小具一定的分布規(guī)律（分布曲線）二、毛管壓力曲線的測定和換算 Pc2cosrriPci當(dāng)P驅(qū)Pci時(shí)，rri毛管中流體被驅(qū)出，Swet可確定Pci（P驅(qū)）Swet對應(yīng)點(diǎn)作出Pci（P驅(qū)）Swet關(guān)系曲線l 測定原理l 驅(qū)替過程測定：毛管力為阻力，須加壓l 吸入過程測定：毛管力為動(dòng)力，須降壓二、毛管壓力曲線的測定和換算二、毛管壓力曲線的測定和換算3. 毛管壓力曲線測定方法l 半滲透隔板法l 壓汞法l 離心法 (1) 半滲隔板法 常壓與高壓u測定裝置l 高壓圖l 半滲隔板要求 隔板潤濕性與巖樣相同，最大孔道半徑rmax巖心的最小孔

11、道半徑rmin 只允許濕相流體通過，不允許非濕相流體通過l 常壓圖二、毛管壓力曲線的測定和換算u測定步驟l 建立壓力差l 測定在該壓差下驅(qū)出的液量l 將驅(qū)出的液量換算成巖心中的飽和度 作出Pc Sw 關(guān)系曲線PiwiPwiVVVS/ )(1二、毛管壓力曲線的測定和換算u特點(diǎn)：l 與油層條件接近，測定精度高l 是一種標(biāo)準(zhǔn)方法，可作其他方法的對比標(biāo)準(zhǔn)l 測定時(shí)間長，測定范圍受到限制。測定的最大毛管壓力取決于半滲透隔板孔徑的大小，非濕相開始突破隔板孔隙時(shí)的壓力即為實(shí)驗(yàn)所允許的最大壓力 國內(nèi)生產(chǎn)的隔板Pmax =0.7MPa 常壓抽空的最大壓差只能為0.1MPa二、毛管壓力曲線的測定和換算(2)壓汞法

12、l 原理忽略空氣體積, 一定的驅(qū)替壓差 P驅(qū)下測出對應(yīng)的注入巖心的汞的體積VHg SHg(Sa)作出 P驅(qū) SHg(Sa) 關(guān)系曲線l 裝置PHgiHgiVVS二、毛管壓力曲線的測定和換算l壓汞曲線與退汞曲線l 特點(diǎn)： 測定速度快，測定范圍大 與油層實(shí)際情況差別較大 巖心要受污染，不能再使用 驅(qū)替曲線壓汞曲線I 吸入曲線退汞曲線II 驅(qū)替曲線位于吸入曲線上方毛管滯后二、毛管壓力曲線的測定和換算 (3) 離心法 l 依靠高速離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力,代替外加的排驅(qū)壓力, 達(dá)到非濕相驅(qū)替濕相的目的l 飽和濕相(水)巖心放入非濕相(油)的環(huán)境中，當(dāng)轉(zhuǎn)速n一定角速度 一定 油水各自離心力一定( o, w不

13、同) 油水離心力差一定(Pc或P驅(qū)) 油驅(qū)出水量 Vw一 定 Sw P驅(qū)(Pc) Sw曲線u 原理)(2121222rrPowc二、毛管壓力曲線的測定和換算l 特點(diǎn)： 測定迅速 直接可得到油水、油氣、氣水等毛管壓力曲線 容易實(shí)現(xiàn)驅(qū)替、吸入過程測定 計(jì)算較麻煩，設(shè)備較復(fù)雜 測定范圍受到限制，測定最高壓力為1.4MPa二、毛管壓力曲線的測定和換算4. 毛管壓力曲線的換算實(shí)驗(yàn)測定條件與油藏條件相差較大，且不同方法使用的測定流體不同l 換算依據(jù)：rPccos2對相同孔道r 用上式，可推得實(shí)驗(yàn)室測定的PcL與同一巖石在油藏條件下PcR間的換算公式二、毛管壓力曲線的測定和換算uu換算公式：此式也可用于不同

14、方法測得的Pc 間的換算rPLLcLcos2rPRRcRcos2cLLLRRcRPPcoscos二、毛管壓力曲線的測定和換算u非濕相流體排驅(qū)濕相流體過程測得的毛管力曲線稱為驅(qū)替曲線u濕相流體排驅(qū)非濕相流體過程測得毛管力曲線稱為吸吮曲線u驅(qū)替過程與吸入過程中存在毛細(xì)管滯后現(xiàn)象, 吸入曲線始終位于驅(qū)替曲線的下方一般毛管力曲線多具有兩頭陡、中間緩的特征,，三段組成：初始段ab、中間平緩段bc、末端上翹段cd1. 定性特征三、毛管壓力曲線的基本特征進(jìn)液段,平緩段越長,巖石喉道的分布越集中,分選越好。平緩段位置越靠下,巖石主要喉道半徑越大(bc)隨著壓力的升高,非濕相將進(jìn)入越來越細(xì)的孔隙喉道(cd) 非

15、濕相飽和度的增加是由于巖樣表面凹凸不平的表面孔, 或較大的縫隙等引起三、毛管壓力曲線的基本特征2. 定量特征(1)排驅(qū)壓力PTl PT：指非濕相開始進(jìn)入巖樣的壓力 (入口壓力、門坎壓力、閾壓)PT 與巖石滲透性相關(guān)：滲透性好PT 低PT相應(yīng)于巖樣最大喉道半徑的Pcl 求取：將pc曲線中間平緩段延長至S非濕相=0與縱軸相交，交點(diǎn)對應(yīng)的壓力即為PT三、毛管壓力曲線的基本特征(2)飽和度中值壓力Pc50l Pc50：指驅(qū)替pc曲線上S 非濕相為50時(shí)對應(yīng)的Pcu 巖石孔滲性越好Pc50低、r50 大u r50巖石平均孔喉r u 巖石物性很差時(shí)，Pc50極高曲線上讀不出Pc50相應(yīng)的喉道半徑為飽和度中

16、值喉道半徑r50(中值半徑)三、毛管壓力曲線的基本特征(3)最小濕相飽和度Swminl Swmin：指驅(qū)替壓力達(dá)到最大時(shí)，未被非濕相驅(qū)出而殘留在孔道中的濕相飽和度Swmin 代表濕相不能進(jìn)入的連通小孔喉的孔隙體積占總孔隙體積的百分?jǐn)?shù)Swmin 越低物性越好,一般視為Swi三、毛管壓力曲線的基本特征四、毛管壓力曲線的應(yīng)用l 研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)l 評價(jià)儲層巖石儲集性能l 確定油層平均毛管力J(Sw)函數(shù)l 確定油藏流體飽和度隨過渡帶高度變化l 利用毛管壓力回線法研究采收率l 確定儲層潤濕性l 計(jì)算巖石絕對滲透率K和流體相對滲透率Kril 評價(jià)作業(yè)過程對儲層的傷害或改善的效果鑒于毛管壓力Pcf(r

17、孔隙)，因而可由毛管壓力曲線繪制孔隙大小分布曲線和累積分布曲線，進(jìn)而研究、評價(jià)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征和儲集性能1. 研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)四、毛管壓力曲線的應(yīng)用2. 評價(jià)儲層巖石儲集性能u 據(jù)毛管壓力曲線的定性特征可直接評價(jià)儲層儲集性能u 具體做法：依據(jù)毛管曲線的形態(tài)和位置，即中間段的平緩程度、長短及位置高低確定儲層性能的好壞l 中間段越平緩l 中間平緩段越長l 中間平緩段位置越低孔隙喉道越大，大孔隙越多，儲集性能越好四、毛管壓力曲線的應(yīng)用(a)分選好，裂隙均勻粗偏度；(b)分選好，裂隙均勻；（c）分選好裂隙均勻細(xì)偏度；（d）分選不好，裂隙不均勻略粗偏度；（e）分選不好，裂隙不均勻略細(xì)偏度；（f）未分

18、選，裂隙極不均勻 四、毛管壓力曲線的應(yīng)用u毛管壓力曲線取決于儲層孔隙結(jié)構(gòu)和流體飽和度高低，反映儲層孔滲物性的好壞；u實(shí)驗(yàn)測定毛管壓力曲線所用巖樣極?。籾儲層高度非均質(zhì)不同巖層、部位巖心的孔滲及微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征存在差異不同小巖樣測定的pc 及pc 曲線間存在差異。平均毛管壓力函數(shù)：J(Sw)函數(shù)3. 確定油層平均毛管力J(Sw)函數(shù)21)(cos)(KPSJcw四、毛管壓力曲線的應(yīng)用l J(Sw)函數(shù)的特點(diǎn)：無因次l J(Sw)函數(shù)及其曲線的求?。?用Sw不同的巖樣的Pc、K、?等計(jì)算出系列J 值； 繪制JSw 散點(diǎn)圖，其回歸曲線即為J 函數(shù)曲線l J(Sw)函數(shù)的用途： 處理油藏或同類巖石毛管

19、壓力資料，確定平均Pc 曲線 對比不同巖石類型的綜合巖石物性21)(cos)(KPSJcw四、毛管壓力曲線的應(yīng)用4. 確定油藏流體飽和度隨過渡帶高度變化據(jù)公式：ghPc得：owwcwcwSPgSPSh)(100)()(式中：h過渡帶的高度，mPc毛管力，MPaw水密度，g/cm3o油密度，g/cm3四、毛管壓力曲線的應(yīng)用5. 利用毛管壓力回線法研究采收率實(shí)質(zhì)是利用驅(qū)替、吸入曲線求取驅(qū)替效率原油采收率：（非濕相退出效率）maxmaxSSSER四、毛管壓力曲線的應(yīng)用6. 確定儲層巖石潤濕性(1)面積比較法l Pc 曲線 先飽和水，再用油驅(qū)曲線 I 水驅(qū)油得曲線II 再用油驅(qū)水得曲線IIIA1曲線III下包面積A2曲線II下包面積21SScdSpA四、毛管壓力曲線的應(yīng)用，巖石親水（水濕），巖石親油（油濕），巖石中等潤濕l 判定參數(shù)：21logAA四、毛管壓力曲線的應(yīng)用(2)潤濕指數(shù)和視接觸角法l 思路：以油氣系統(tǒng)中油對巖石為強(qiáng)潤濕(og0)為標(biāo)準(zhǔn)，將油水系統(tǒng)中水潤濕巖石的能力與其比