油层物理3.3-2004

1、3.1 3.1 油藏流体的界面张力油藏流体的界面张力第三章第三章 饱和多相流体油藏岩石的渗流特性饱和多相流体油藏岩石的渗流特性3.2 3.2 油藏岩石的润湿性和油水分布油藏岩石的润湿性和油水分布3.3 3.3 油藏岩石的毛管力油藏岩石的毛管力3.4 3.4 饱和多相流体岩石的渗流特征饱和多相流体岩石的渗流特征3.5 3.5 微观渗流机理微观渗流机理1.1 1.1 毛管力公式的推导毛管力公式的推导 1 弯液面在毛管中的上升现象 3.3 油藏岩石的毛管力油藏岩石的毛管力3.33.3三相周界上的附着张力：三相周界上的附着张力： 受力平衡时，受力平衡时，1.21.2水的表面张力；水的表面张力；水对管壁

2、的润湿角；水对管壁的润湿角； r毛管半径；毛管半径； h h水柱上升高度；水柱上升高度；水的密度；水的密度； g g重力加速度。重力加速度。 cos2 . 13 . 13 . 2Aghrr22 . 12cos3.33.3水柱上升高度：水柱上升高度： 由图由图3.3.1(3.3.1(a)a)： BAABPghPPP毛管力毛管力-毛细管中弯液面两侧两种流体间的压力差毛细管中弯液面两侧两种流体间的压力差 grhcos22.1cBBPghPPrghPccos2123.33.3 同理，可得玻璃毛管水油系统的同理，可得玻璃毛管水油系统的毛管力公式：毛管力公式： (1)毛管力毛管力Pc和和cos成正比，成正

3、比，90，毛管力，毛管力Pc为正值，弯液面上升；反之，为正值，弯液面上升；反之，90，毛管力，毛管力Pc为负值，弯液面下降。为负值，弯液面下降。 (2)(2)毛管力毛管力P Pc c和两相界面的界面张力成正比；和两相界面的界面张力成正比； (3)(3)毛管力毛管力P Pc c和毛管半径和毛管半径r r成反比。成反比。 rghPowccos2)(12毛管力的特点：毛管力的特点： 3.33.31.2 1.2 毛管力公式的应用毛管力公式的应用(1).(1).油藏中流体界面是过渡带油藏中流体界面是过渡带 油藏岩油藏岩石的孔隙可石的孔隙可看作一系列看作一系列大小不同的大小不同的毛细管，油毛细管，油-水、

4、油水、油-气气界面不是平界面不是平面，而是一面，而是一个过渡带。个过渡带。 3.33.3对于气油界面：对于气油界面： 对于油水界面：对于油水界面： (a).油油-气过渡带高度很小；气过渡带高度很小；grhoogogogcos2grhowowowow)(cos2(b).油油-水过渡带要比油水过渡带要比油-气过渡带宽气过渡带宽 ；(c).油越稠，油越稠，(w-o)越小，油水过渡带越宽。越小，油水过渡带越宽。3.33.3(2).若岩石亲水，毛管力是水驱油的动力，反之是水驱油的阻力 (3).(3).判断岩石的润湿性判断岩石的润湿性-自吸吸入法自吸吸入法2 2 任意曲面的附加压力任意曲面的附加压力 3.

5、33.32.1 2.1 拉普拉斯方程拉普拉斯方程 )11(21RRPc3.33.32.2 球面的附加压力 过毛管轴心线，用两垂直相交的平面截得的两相界面均过毛管轴心线，用两垂直相交的平面截得的两相界面均为球面，曲率半径相同，即为球面，曲率半径相同，即R R1 1= =R R2 2= =R R, ,则：则： rPccos23.33.32.3 柱面的附加压力 过毛管中心线，用两垂直相交的平面截得界面的形状一过毛管中心线，用两垂直相交的平面截得界面的形状一个为圆，其曲率半径个为圆，其曲率半径R R1 1= =r r( (r r- -毛管半径毛管半径) )；一个为直线；一个为直线( (柱面柱面) )，

6、曲率半径曲率半径R R2 2=，则：，则： rPc3.33.32.4 任意曲面附加压力的应用 (1)(1)第一毛管力第一毛管力( (静态静态) ) rrPccos21球面产生的球面产生的毛管力毛管力柱面产生柱面产生的毛管力的毛管力(2)(2)第二毛管力第二毛管力( (变形变形) ) )cos(cos22 rPc3.33.3(3)(3)第三毛管力贾敏效应第三毛管力贾敏效应 )11(2213RRPc贾敏效应：贾敏效应： 液珠液珠或气泡通或气泡通过孔隙喉过孔隙喉道时，对道时，对液流产生液流产生的附加阻的附加阻力称为贾力称为贾敏效应。敏效应。 3.33.3贾敏效应的利弊： 调剖堵水工艺技术是利用贾敏效

7、应原理，用乳状液、乳化调剖堵水工艺技术是利用贾敏效应原理，用乳状液、乳化沥青、混气水、泡沫等来封堵大孔道，调整流体渗流剖面，增沥青、混气水、泡沫等来封堵大孔道，调整流体渗流剖面，增加驱替液的波及体积来提高原油采收率。加驱替液的波及体积来提高原油采收率。 钻井、完井和钻井、完井和井下作业过程中使井下作业过程中使用的钻井液、完井用的钻井液、完井液等失水时会对油液等失水时会对油流入井产生阻力。流入井产生阻力。为解除这一危害，为解除这一危害，可将表面活性剂挤可将表面活性剂挤入地层或用它洗井，入地层或用它洗井，以降低油水界面张以降低油水界面张力，减小毛管阻力。力，减小毛管阻力。3 3 毛细管滞后现象毛细

8、管滞后现象3.1 3.1 润湿滞后引起毛细管滞后润湿滞后引起毛细管滞后3.2 3.2 毛细管半径突变引起毛细管滞后毛细管半径突变引起毛细管滞后3.3 3.3 毛细管半径渐变引起毛细管滞后毛细管半径渐变引起毛细管滞后4 4 岩石毛管力曲线的测定方法岩石毛管力曲线的测定方法4.1 4.1 毛管力曲线毛管力曲线 岩石的毛管力与湿相岩石的毛管力与湿相( (或或非湿相非湿相) )饱和度的关系曲线饱和度的关系曲线4.2 4.2 测定方法测定方法(1) (1) 半渗隔板法半渗隔板法 (2) (2) 压汞法压汞法 (3) (3) 离心法离心法 4.2.1 4.2.1 半渗隔板法半渗隔板法(1) (1) 高高压

9、压半半渗渗隔隔板板法法 参考：参考：SY5346-89 SY5346-89 4.2.1 4.2.1 半渗隔半渗隔板法板法(2) (2) 常常压压半半渗渗隔隔板板法法 半渗隔板法的优缺点：半渗隔板法的优缺点：优点：优点： 比较接近油藏实际情况，测量精度较高，可以作为比较接近油藏实际情况，测量精度较高，可以作为其他方法的对比标准。其他方法的对比标准。缺点：缺点： 测试时间长，测定压力范围小，不适合于低渗透岩测试时间长，测定压力范围小，不适合于低渗透岩石。石。 4.2.2 4.2.2 压汞法压汞法压汞法的优缺点：压汞法的优缺点：优点：优点： 测定时间短，测定压力范围大，适合于高、中、测定时间短，测定

10、压力范围大，适合于高、中、低渗透岩石。低渗透岩石。缺点：缺点： 与油藏实际流体相差较大；水银有毒；岩样被污染与油藏实际流体相差较大；水银有毒；岩样被污染后不能重复使用，操作不安全。后不能重复使用，操作不安全。 对岩心的大小、形状要求不高，可以测定不规则的对岩心的大小、形状要求不高，可以测定不规则的井壁取心和钻屑岩样。井壁取心和钻屑岩样。4.2.3 4.2.3 离心法离心法原理：原理： 利用离心机产生的离心力代替外加的排利用离心机产生的离心力代替外加的排驱压力，实现非湿相驱替湿相的一种毛管驱压力，实现非湿相驱替湿相的一种毛管力测量方法。力测量方法。测试标准：测试标准： SY5346-89SY53

11、46-89 测试压力受限；设备贵；数据处理复测试压力受限；设备贵；数据处理复杂。杂。 测定速度快，使用流体接近油藏实际，测定速度快，使用流体接近油藏实际，测量的曲线与半渗隔板法吻合好。测量的曲线与半渗隔板法吻合好。优点：优点：缺点：缺点：4.3 4.3 毛管力资料的换算毛管力资料的换算4.3.1 4.3.1 换算原因换算原因4.3.2 4.3.2 换算方法换算方法(1) (1) 不同测量方法使用的流体不同，由于界面不同测量方法使用的流体不同，由于界面张力及润湿性的差异，测得的毛管力不同；张力及润湿性的差异，测得的毛管力不同； (2) (2) 相同的流体在室内和油藏条件下的界面张相同的流体在室内

12、和油藏条件下的界面张力及其对岩样的润湿性不同，其毛管力也不同；力及其对岩样的润湿性不同，其毛管力也不同； 111222coscosccPP岩心最大喉道岩心最大喉道半径半径maxminmaxHgHgHgESSSW6 6 毛管力曲线的应用毛管力曲线的应用 3.33.36.1 6.1 评价岩石的储集性能评价岩石的储集性能 (1).毛管力曲线的中毛管力曲线的中间平缓段越长，分间平缓段越长，分选性越好；选性越好； (2).毛管力曲线的中毛管力曲线的中间平缓段位置越低，间平缓段位置越低，喉道半径越大；喉道半径越大； 6.2 6.2 研究岩石的孔隙结构研究岩石的孔隙结构 3.33.3 确定岩石的最大孔喉半径

13、和主要孔喉半径确定岩石的最大孔喉半径和主要孔喉半径 最大孔喉半径最大孔喉半径rmax: 中值半径中值半径r50： TPrcos2max5050cos2CPr主要喉道半径主要喉道半径： 由曲线平缓段可以确定岩石主要喉道半径的大小。由曲线平缓段可以确定岩石主要喉道半径的大小。 3.33.3主要应用：主要应用： 最大孔隙半径及主要孔隙半径在钻井及采油工程最大孔隙半径及主要孔隙半径在钻井及采油工程方面都是重要的基础资料，在钻井方面可以确定泥浆方面都是重要的基础资料，在钻井方面可以确定泥浆暂堵剂粒级的大小；在采油过程中的调剖堵水方面可暂堵剂粒级的大小；在采油过程中的调剖堵水方面可用来确定固体堵剂颗粒的大

14、小，聚合物驱时可用来筛用来确定固体堵剂颗粒的大小，聚合物驱时可用来筛选高分子化合物等。选高分子化合物等。 6.2.2 6.2.2 定定量 评 价 孔量 评 价 孔隙 喉 道 的隙 喉 道 的分布分布 3.33.36.3 判断岩石的润湿性判断岩石的润湿性6.3.1 唐纳森方法根据唐纳森方法根据驱替和吸入过程毛管力曲线驱替和吸入过程毛管力曲线下包面积比较法确定岩石的润湿性下包面积比较法确定岩石的润湿性 具体做法：具体做法： 将岩样在真空条件下用水饱和，放到离心机上依将岩样在真空条件下用水饱和，放到离心机上依次作油驱水、水驱油，再做油驱水实验，测出相应的次作油驱水、水驱油，再做油驱水实验，测出相应的

15、毛管力曲线，如图毛管力曲线，如图3-3-273-3-27和和3-3-283-3-28所示。所示。 、分别是一次油驱水，水驱油和二次油分别是一次油驱水，水驱油和二次油驱水测得的毛管力曲线。驱水测得的毛管力曲线。 被驱替相对岩石的润湿程度和毛管力曲线与横坐标被驱替相对岩石的润湿程度和毛管力曲线与横坐标轴之间所夹面积的大小有关，面积越大，被驱替相润湿轴之间所夹面积的大小有关，面积越大，被驱替相润湿岩石的能力越强。岩石的能力越强。 用用A2、A1分别代表水驱油分别代表水驱油()和二次油驱水和二次油驱水()毛毛管力曲线的下包面积。管力曲线的下包面积。 如果如果A1A2，说明油驱水做的功大于水驱油做，说明

16、油驱水做的功大于水驱油做的功，反映岩石是亲水的；的功，反映岩石是亲水的； 如果如果A1A2，则表明岩石是亲油的；，则表明岩石是亲油的； 如果如果A1=A2，则表明油藏岩石为中等润湿。则表明油藏岩石为中等润湿。 如果如果lglg( (A1/A2)0)0，岩石亲水；，岩石亲水； 如果如果lglg( (A1/A2)0)0，岩石亲油；，岩石亲油； 如果如果lglg( (A1/A2) )0 0，岩石中等润湿。，岩石中等润湿。 6.3.2 根据润湿指数和视润湿角判断岩石的润根据润湿指数和视润湿角判断岩石的润湿性湿性 具体做法：具体做法： 将一块岩心分成两半，一块饱和油后作空气驱油，将一块岩心分成两半，一块

17、饱和油后作空气驱油，另一块饱和水后作油驱水，分别测出两条毛管力曲线，另一块饱和水后作油驱水，分别测出两条毛管力曲线，并求出两曲线的阈压并求出两曲线的阈压PTog和和PTwo。 (1).(1).润湿指数润湿指数 woTogogTwoogwoPPWcoscos式中，式中，wo和和og分别为岩样与油分别为岩样与油- -水、油水、油- -气系统中气系统中水和油的润湿角；水和油的润湿角； PTog和和PTwo分别为气进入已饱和油的岩样和分别为气进入已饱和油的岩样和油进入已饱和水的岩样的阈压；油进入已饱和水的岩样的阈压； og和和wo分别为油分别为油- -气和油气和油- -水两相界面的水两相界面的界面张力

18、。界面张力。 润湿指数润湿指数W W的物理意义的物理意义：以油：以油- -空气系统中油润湿岩石能空气系统中油润湿岩石能力为标准，把水力为标准，把水- -油系统水润湿岩石的能力与该标准进油系统水润湿岩石的能力与该标准进行比较，根据行比较，根据W的大小来判断油的大小来判断油- -水系统中水对岩石的水系统中水对岩石的润湿能力。润湿能力。 W=1=1时，表明油时，表明油- -水系统中水对岩石的润湿能力达水系统中水对岩石的润湿能力达到了油到了油- -空气系统油对岩石的润湿能力的水平，即空气系统油对岩石的润湿能力的水平，即水完全润湿岩石；水完全润湿岩石； 若若W=0,=0,则表明水则表明水- -油系统中，

19、油很容易进入饱和油系统中，油很容易进入饱和水的岩石水的岩石( (阈压阈压PTwo=0),=0),水不能润湿岩石，而油完水不能润湿岩石，而油完全润湿岩石。全润湿岩石。 W值在值在0 0和和1 1之间之间 W值越接近值越接近0 0越油湿越油湿 W值越接近值越接近1 1越水湿越水湿 (2).视润湿角视润湿角wo 由于油和空气相比，岩石亲油，故可取由于油和空气相比，岩石亲油，故可取ogog=0=0，coscosogog=1=1，则：，则： wo为油水系统水对岩石的视润湿角。为油水系统水对岩石的视润湿角。 woTogogTwowoPPcoswo越接近越接近0岩石越水湿，越接近岩石越水湿，越接近90岩石越

20、油湿岩石越油湿。 由此可见，根据油由此可见，根据油-水、油水、油-气系统的界面张力及毛气系统的界面张力及毛管力曲线的阈压，可用润湿指数管力曲线的阈压，可用润湿指数W和视润湿角和视润湿角wo来判来判断岩石的润湿性。断岩石的润湿性。 3.33.3 在钻井、修井及正常注水等过程中，若注入剂不合在钻井、修井及正常注水等过程中，若注入剂不合格可能会使地层受到伤害格可能会使地层受到伤害( (如引起粘土膨胀、固体颗粒如引起粘土膨胀、固体颗粒或其它化学沉淀物堵塞孔隙或其它化学沉淀物堵塞孔隙) )，或在堵水过程中人为堵，或在堵水过程中人为堵塞部分岩石孔隙，在毛管力曲线上则表现出高的阈压和塞部分岩石孔隙，在毛管力

21、曲线上则表现出高的阈压和束缚水饱和度，即曲线向右上方偏移；束缚水饱和度，即曲线向右上方偏移； 6.4 确定注入工作剂对储层的损害确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果程度或增产措施的效果 若对油层进行酸化等增产措施，岩石孔隙则增大，若对油层进行酸化等增产措施，岩石孔隙则增大，毛管力曲线将表现为阈压降低，整个曲线向左下方偏移。毛管力曲线将表现为阈压降低，整个曲线向左下方偏移。 3.33.3 因此，通过对比岩样在接触工作液前因此，通过对比岩样在接触工作液前后毛管力曲线的特征变化，可判断油层是后毛管力曲线的特征变化，可判断油层是否受到伤害以及评价增产措施是否有效。否受到伤害以及评价增产措施是

22、否有效。 6.5 确定水驱油确定水驱油(或气驱油或气驱油)过程中任一饱和度过程中任一饱和度面上油面上油-水水(或气或气)相间的压力差相间的压力差 利用水驱油利用水驱油( (或气驱油或气驱油) )毛管力曲线可查得岩心任一毛管力曲线可查得岩心任一流体饱和度下的毛管力。油藏中水驱油流体饱和度下的毛管力。油藏中水驱油( (或气驱油或气驱油) )时，时，岩石中的流体分布及驱替过程与毛管力测定时相同。因岩石中的流体分布及驱替过程与毛管力测定时相同。因此，任一饱和度面上，油水此，任一饱和度面上，油水( (或气或气) )相间的压力差相间的压力差( (即毛即毛管力管力) )可直接由相应条件下的毛管力曲线查得。油

23、藏工可直接由相应条件下的毛管力曲线查得。油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水( (或气或气) )相间相间的压力差。的压力差。 6.6 6.6 确定油藏过渡带内流体饱和度确定油藏过渡带内流体饱和度的分布的分布 3.33.3 油藏岩石孔隙可作为一系列大小不同的毛油藏岩石孔隙可作为一系列大小不同的毛细管，若油藏岩石是均匀的，整个油藏将具有细管，若油藏岩石是均匀的，整个油藏将具有相同的孔隙分布。在油水界面处，由于毛管力相同的孔隙分布。在油水界面处，由于毛管力的作用，水将沿各毛细管上升的作用，水将沿各毛细管上升( (亲水油藏亲水油藏) )或下或下降降( (亲油油藏亲油油藏) )；对油；对油- -气界面，油将沿各毛管上气界面，油将沿各毛管上升。由于各毛管中水升。由于各毛管中水( (或油或油) )上升高度不同，因上升高度不同，因此形成一过渡带。此形成一过渡带。 6.6.1 6.6.1 过渡带内流体饱和度的分布过渡带内流体饱和度的分布 以亲水岩石油以亲水岩石油- -水过渡带为例。水过渡带为例。 (1).(1).