油藏物理 第九章

《油藏物理》課程油藏物理第三篇儲(chǔ)層中多相流體的滲流機(jī)理TheFlow

MechanismsofMulti-phaseFluidsinReservoir本章內(nèi)容毛管壓力概念綜述毛管壓力曲線的測(cè)定和換算毛管壓力曲線的基本特征毛管壓力曲線的應(yīng)用第九章儲(chǔ)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）將一根毛細(xì)管插入潤(rùn)濕相液體中，液體會(huì)上升一定的高度；將一根毛細(xì)管插入到非潤(rùn)濕相液體中，液體會(huì)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度為h；在位置B處：油相壓力：水相壓力：在位置A處：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：Pc＝P非濕相－P濕相一、毛管壓力概念綜述(3)油藏中的油水、油氣過渡帶油藏油水、油氣界面是具有一定厚度的過渡帶液面高差與毛管放置方向無(wú)關(guān)(其他條件相同)一般油水過渡帶h＞油氣過渡帶h→

h＝f(r)一、毛管壓力概念綜述2、各種曲面附加壓力毛管壓力：由于界面張力的作用，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

R1、R2為兩個(gè)主曲率半徑大?。河蒐aplace方程確定方向：恒指向非潤(rùn)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

Pc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PcPc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

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PCmax細(xì)端Pc＞粗端Pc，PCmax出現(xiàn)在最細(xì)端細(xì)端：粗端：一、毛管壓力概念綜述(4)兩相流體處于平衡裂縫間的Pc(5)巖石顆粒間Pc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）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Pf＜Pb

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）靜態(tài)的珠泡效應(yīng)（楔壓效應(yīng)）

——第一種附加阻力PI阻力PI：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，方向指向管壁條件：等徑毛管，液滴靜止存在柱面、球面Pc一、毛管壓力概念綜述球面：柱面：PI作用：力圖使珠泡在管壁的附著程度↑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PII條件：等徑毛管，液滴運(yùn)動(dòng)，其兩端球面Pc不等阻力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)方向相反(動(dòng)潤(rùn)濕滯后→液滴彎曲界面變形)一、毛管壓力概念綜述PII

作用：阻礙珠泡向前運(yùn)動(dòng)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PIII條件：珠泡遇狹窄孔喉發(fā)生變形，兩端球面Pc不等阻力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PIII作用：力圖阻滯珠泡通過狹窄孔喉結(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R”＝狹窄孔喉r時(shí)，PIII最大一、毛管壓力概念綜述賈敏效應(yīng)：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)★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、毛管壓力概念綜述認(rèn)識(shí)：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PⅠ、PⅡ、PⅢ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)★賈敏效應(yīng)對(duì)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)的方法加入表面活性劑→↓界面σ→↓PⅠ、PⅡ、PⅢ確定合理采油速度或↑注入量，盡可能延長(zhǎng)單相流動(dòng)期，消除珠泡形成條件在生產(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)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空毛管插入濕相水中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(rùn)濕滯后引起θ、Pc改變→又稱為潤(rùn)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

改變吸入過程：上升液面穩(wěn)定在中間粗段內(nèi)驅(qū)替過程：下降液面停留在上部細(xì)毛管段內(nèi)一、毛管壓力概念綜述(3)幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)★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θ

1→Pc↓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)水過程非濕相驅(qū)替濕相的驅(qū)替過程：Pc為阻力，產(chǎn)生后退角θ2→Pc↑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Pc－Sw

曲線二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算用非濕相驅(qū)替濕相測(cè)得的毛管力曲線，稱驅(qū)替曲線用濕相驅(qū)替非濕相測(cè)得的毛管力曲線，稱吸入曲線測(cè)定原理

實(shí)際巖樣中：

孔隙大小(r)具非均質(zhì)特性2、PC

曲線的測(cè)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(cè)定和換算Pc＝2σcosθ／rri→Pci當(dāng)P驅(qū)≥Pci時(shí)，r>ri毛管中流體被驅(qū)出，Swet可確定Pci（P驅(qū)）~Swet對(duì)應(yīng)點(diǎn)→作出Pci（P驅(qū)）~Swet關(guān)系曲線測(cè)定原理驅(qū)替過程測(cè)定：毛管力為阻力，須加壓吸入過程測(cè)定：毛管力為動(dòng)力，須降壓二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算3.毛管壓力曲線測(cè)定方法

半滲透隔板法

壓汞法

離心法(1)半滲隔板法

常壓與高壓測(cè)定裝置高壓圖半滲隔板要求隔板潤(rùn)濕性與巖樣相同，最大孔道半徑rmax<巖心的最小孔道半徑rmin只允許濕相流體通過，不允許非濕相流體通過常壓圖二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算測(cè)定步驟建立壓力差測(cè)定在該壓差下驅(qū)出的液量將驅(qū)出的液量換算成巖心中的飽和度作出Pc

~Sw

關(guān)系曲線二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算特點(diǎn)：與油層條件接近，測(cè)定精度高是一種標(biāo)準(zhǔn)方法，可作其他方法的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)定范圍受到限制。測(cè)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(guó)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(cè)定和換算(2)壓汞法原理忽略空氣體積,一定的驅(qū)替壓差P驅(qū)下→測(cè)出對(duì)應(yīng)的注入巖心的汞的體積△VHg→

SHg(Sa)→作出P驅(qū)~SHg(Sa)

關(guān)系曲線裝置二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算壓汞曲線與退汞曲線特點(diǎn)：

測(cè)定速度快，測(cè)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(cè)定和換算(3)離心法依靠高速離心機(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曲線原理二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算特點(diǎn)：測(cè)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(cè)定

計(jì)算較麻煩，設(shè)備較復(fù)雜

測(cè)定范圍受到限制，測(cè)定最高壓力為1.4MPa二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算4.毛管壓力曲線的換算實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件與油藏條件相差較大，且不同方法使用的測(cè)定流體不同換算依據(jù)：對(duì)相同孔道r用上式，可推得實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(cè)定和換算u換算公式：ê此式也可用于不同方法測(cè)得的Pc間的換算二、毛管壓力曲線的測(cè)定和換算非濕相流體排驅(qū)濕相流體過程測(cè)得的毛管力曲線稱為驅(qū)替曲線濕相流體排驅(qū)非濕相流體過程測(cè)得毛管力曲線稱為吸吮曲線驅(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(zhǎng),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PTPT：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Pc求?。簩c曲線中間平緩段延長(zhǎng)至S非濕相=0與縱軸相交，交點(diǎn)對(duì)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Pc50Pc50：指驅(qū)替pc曲線上S非濕相為50％時(shí)對(duì)應(yīng)的Pc巖石孔滲性越好→Pc50低、r50

大r50≈巖石平均孔喉r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SwminSwmin：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êSwmin

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)êSwmin

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★研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石儲(chǔ)集性能確定油層平均毛管力J(Sw)函數(shù)確定油藏流體飽和度隨過渡帶高度變化利用毛管壓力回線法研究采收率確定儲(chǔ)層潤(rùn)濕性計(jì)算巖石絕對(duì)滲透率K和流體相對(duì)滲透率Kri評(píng)價(jià)作業(yè)過程對(duì)儲(chǔ)層的傷害或改善的效果鑒于毛管壓力Pc＝f(r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(píng)價(jià)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征和儲(chǔ)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(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石儲(chǔ)集性能據(jù)毛管壓力曲線的定性特征可直接評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能具體做法：依據(jù)毛管曲線的形態(tài)和位置，即中間段的平緩程度、長(zhǎng)短及位置高低確定儲(chǔ)層性能的好壞中間段越平緩中間平緩段越長(zhǎng)中間平緩段位置越低孔隙喉道越大，大孔隙越多，儲(chǔ)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）未分選，裂隙極不均勻四、毛管壓力曲線的應(yīng)用★毛管壓力曲線取決于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和流體飽和度高低，反映儲(chǔ)層孔滲物性的好壞；實(shí)驗(yàn)測(cè)定毛管壓力曲線所用巖樣極小；儲(chǔ)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(cè)定的pc

及pc

曲線間存在差異?！骄軌毫瘮?shù)：J(Sw)函數(shù)3.確定油層平均毛管力J(Sw)函數(shù)四、毛管壓力曲線的應(yīng)用★J(Sw)函數(shù)的特點(diǎn)：無(wú)因次J(Sw)函數(shù)及其曲線的求取：用Sw不同的巖樣的Pc、K、?等計(jì)算出系列J

值；繪制J－Sw

散點(diǎn)圖，其回歸曲線即為J函數(shù)曲線J(Sw)函數(shù)的用途：處理油藏或同類巖石毛管壓力資料，確定平均Pc

曲線對(duì)比不同巖石類型的綜合巖石物性四、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：得：式中：h—過渡帶的高度，mPc—毛管力，MPaρw—水密度，g/cm3ρo—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）四、毛管壓力曲線的應(yīng)用★6.確定儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性(1)面積比較法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下包面積四、毛管壓力曲線的應(yīng)用★＞０，巖石親水（水濕）＜０，巖石親油（油