油藏物理 第九章

《油藏物理》课程油藏物理第三篇储层中多相流体的渗流机理TheFlow

MechanismsofMulti-phaseFluidsinReservoir本章内容毛管压力概念综述毛管压力曲线的测定和换算毛管压力曲线的基本特征毛管压力曲线的应用第九章储层多孔介质中的毛细管压力及毛细管压力曲线(1)毛管现象毛管现象：毛细管中液体上升或下降的现象1、毛管中液体上升（或下降）将一根毛细管插入润湿相液体中，液体会上升一定的高度；将一根毛细管插入到非润湿相液体中，液体会下降一定的高度原因：管壁与湿相分子间作用力力图使液面上升一、毛管压力概念综述(2)液面上升的高度设毛管中湿相水上升高度为h；在位置B处：油相压力：水相压力：在位置A处：一、毛管压力概念综述毛管压力的另一定义★毛管压力：毛管中弯曲界面上非湿相与湿相的压力之差，即：Pc＝P非湿相－P湿相一、毛管压力概念综述(3)油藏中的油水、油气过渡带油藏油水、油气界面是具有一定厚度的过渡带液面高差与毛管放置方向无关(其他条件相同)一般油水过渡带h＞油气过渡带h→

h＝f(r)一、毛管压力概念综述2、各种曲面附加压力毛管压力：由于界面张力的作用，毛管中两相流体弯曲界面上存在的附加压力，一般用Pc表示

R1、R2为两个主曲率半径大小：由Laplace方程确定方向：恒指向非润湿相（凹面内）一、毛管压力概念综述(1)毛管弯曲面为球面时的Pc

Pc方向：指向非湿相(或弯液面内侧)一、毛管压力概念综述(2)毛管弯曲面为柱面时的PcPc方向：指向管心(作用是使毛管中水膜增厚)一、毛管压力概念综述(3)毛管断面渐变时的Pc

要使毛管中的湿相全部被驱出，驱替压力应大于毛管最细端的PCmax细端Pc＞粗端Pc，PCmax出现在最细端细端：粗端：一、毛管压力概念综述(4)两相流体处于平衡裂缝间的Pc(5)岩石颗粒间Pc毛管压力曲线研究的理论基础一、毛管压力概念综述3.孔道中的毛细管效应附加阻力多相液流的流动阻力：（与单相液流的不同）水驱油过程的非活塞性→油水同流区将出现大量孤立液滴随连续相一起流动的情形Pf＜Pb

时→油层中将出现大量气泡随连续相一起流动的情形毛管力影响→液滴、气泡在微小孔道中将产生明显的阻力，严重地阻碍连续相的流动阻力效应又指多相流动时的各种珠泡效应一、毛管压力概念综述1）静态的珠泡效应（楔压效应）

——第一种附加阻力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，方向指向管壁条件：等径毛管，液滴静止存在柱面、球面Pc一、毛管压力概念综述球面：柱面：PI作用：力图使珠泡在管壁的附着程度↑结论：要使珠泡移动，必须克服PI引起的沿管壁的附加摩擦阻力和反常液膜的阻力一、毛管压力概念综述2）珠泡流动时的毛管效应（滞后效应）——第二种附加阻力PII条件：等径毛管，液滴运动，其两端球面Pc不等阻力PII：为液滴两端球形界面毛管力的合力，其方向与液滴运动方向相反(动润湿滞后→液滴弯曲界面变形)一、毛管压力概念综述PII

作用：阻碍珠泡向前运动结论：要使珠泡向前运动，P驱≥PI+PII+液膜的摩擦阻力一、毛管压力概念综述3）珠泡通过窄口处的毛管效应（贾敏效应）——第三种附加阻力PIII条件：珠泡遇狭窄孔喉发生变形，两端球面Pc不等阻力PIII：为两端球形界面毛管力的合力，其方向与珠泡运动方向相反一、毛管压力概念综述PIII作用：力图阻滞珠泡通过狭窄孔喉结论：要使珠泡通过孔喉，必须克服PIII引起的附加渗流阻力珠泡前端R”＝狭窄孔喉r时，PIII最大一、毛管压力概念综述贾敏效应：贾敏效应：泛指珠泡通过孔道狭窄处变形产生的附加阻力效应，包括液阻、气阻效应★液阻效应：液滴通过孔道狭窄处时，液滴变形产生附加阻力的现象气阻效应：气泡通过孔道狭窄处时，气泡变形产生附加阻力的现象一、毛管压力概念综述认识：多相渗流阻力大于单相渗流阻力的主要原因：油层中孔喉数目众多，多相流动中存在的大量珠泡产生的附加阻力PⅠ、PⅡ、PⅢ的叠加效应十分明显，严重地影响油水流体在孔道中的流动★贾敏效应对油层中油水流动的影响最大一、毛管压力概念综述4）减小或消除珠泡效应的方法加入表面活性剂→↓界面σ→↓PⅠ、PⅡ、PⅢ确定合理采油速度或↑注入量，尽可能延长单相流动期，消除珠泡形成条件在生产中应尽量减少钻井泥浆侵入油层，残余的酸化液及时排出，避免产生液阻效应加入破乳剂，降低珠泡强度，使其破裂一、毛管压力概念综述4.毛管滞后现象毛管滞后：由于毛管中饱和次序不同或毛管半径变化引起的毛管力改变的现象(1)饱和次序引起的滞后空毛管插入湿相水中吸满水的毛管插入水中一、毛管压力概念综述饱和次序滞后实质：动润湿滞后引起θ、Pc改变→又称为润湿滞后引起的毛管滞后(1)饱和次序引起的滞后一、毛管压力概念综述(2)毛管半径变化引起的滞后毛管半径r变化直接→Pc

改变吸入过程：上升液面稳定在中间粗段内驱替过程：下降液面停留在上部细毛管段内一、毛管压力概念综述(3)几点认识★湿相驱替非湿相的吸入过程：Pc

为动力，产生前进角θ

1→Pc↓水湿油层（亲水孔道）的水驱油过程油湿油层（亲油孔道）的油驱水过程非湿相驱替湿相的驱替过程：Pc为阻力，产生后退角θ2→Pc↑油湿油层（亲油孔道）的水驱油过程水湿油层（亲水孔道）的油驱水过程毛管滞后导致岩样在驱替过程中的S

湿＞吸入过程中的S湿一、毛管压力概念综述1.毛管压力曲线毛管压力曲线：毛管压力与岩样中湿相饱和度的关系曲线，即Pc－Sw

曲线二、毛管压力曲线的测定和换算用非湿相驱替湿相测得的毛管力曲线，称驱替曲线用湿相驱替非湿相测得的毛管力曲线，称吸入曲线测定原理

实际岩样中：

孔隙大小(r)具非均质特性2、PC

曲线的测定原理孔隙大小具一定的分布规律（分布曲线）二、毛管压力曲线的测定和换算Pc＝2σcosθ／rri→Pci当P驱≥Pci时，r>ri毛管中流体被驱出，Swet可确定Pci（P驱）~Swet对应点→作出Pci（P驱）~Swet关系曲线测定原理驱替过程测定：毛管力为阻力，须加压吸入过程测定：毛管力为动力，须降压二、毛管压力曲线的测定和换算二、毛管压力曲线的测定和换算3.毛管压力曲线测定方法

半渗透隔板法

压汞法

离心法(1)半渗隔板法

常压与高压测定装置高压图半渗隔板要求隔板润湿性与岩样相同，最大孔道半径rmax<岩心的最小孔道半径rmin只允许湿相流体通过，不允许非湿相流体通过常压图二、毛管压力曲线的测定和换算测定步骤建立压力差测定在该压差下驱出的液量将驱出的液量换算成岩心中的饱和度作出Pc

~Sw

关系曲线二、毛管压力曲线的测定和换算特点：与油层条件接近，测定精度高是一种标准方法，可作其他方法的对比标准测定时间长，测定范围受到限制。测定的最大毛管压力取决于半渗透隔板孔径的大小，非湿相开始突破隔板孔隙时的压力即为实验所允许的最大压力国内生产的隔板Pmax

=0.7MPa常压抽空的最大压差只能为0.1MPa二、毛管压力曲线的测定和换算(2)压汞法原理忽略空气体积,一定的驱替压差P驱下→测出对应的注入岩心的汞的体积△VHg→

SHg(Sa)→作出P驱~SHg(Sa)

关系曲线装置二、毛管压力曲线的测定和换算压汞曲线与退汞曲线特点：

测定速度快，测定范围大与油层实际情况差别较大岩心要受污染，不能再使用驱替曲线——压汞曲线I吸入曲线——退汞曲线II驱替曲线位于吸入曲线上方毛管滞后二、毛管压力曲线的测定和换算(3)离心法依靠高速离心机所产生的离心力,代替外加的排驱压力,达到非湿相驱替湿相的目的饱和湿相(水)岩心放入非湿相(油)的环境中，当转速n一定→角速度一定→

油水各自离心力一定(o,w不同)→油水离心力差一定(Pc或P驱)→油驱出水量Vw一定→

Sw→

P驱(Pc)~Sw曲线原理二、毛管压力曲线的测定和换算特点：测定迅速

直接可得到油水、油气、气水等毛管压力曲线

容易实现驱替、吸入过程测定

计算较麻烦，设备较复杂

测定范围受到限制，测定最高压力为1.4MPa二、毛管压力曲线的测定和换算4.毛管压力曲线的换算实验测定条件与油藏条件相差较大，且不同方法使用的测定流体不同换算依据：对相同孔道r用上式，可推得实验室测定的PcL与同一岩石在油藏条件下PcR间的换算公式二、毛管压力曲线的测定和换算u换算公式：ê此式也可用于不同方法测得的Pc间的换算二、毛管压力曲线的测定和换算非湿相流体排驱湿相流体过程测得的毛管力曲线称为驱替曲线湿相流体排驱非湿相流体过程测得毛管力曲线称为吸吮曲线驱替过程与吸入过程中存在毛细管滞后现象,吸入曲线始终位于驱替曲线的下方一般毛管力曲线多具有两头陡、中间缓的特征,，三段组成：初始段ab、中间平缓段bc、末端上翘段cd1.定性特征三、毛管压力曲线的基本特征进液段,平缓段越长,岩石喉道的分布越集中,分选越好。平缓段位置越靠下,岩石主要喉道半径越大(bc)随着压力的升高,非湿相将进入越来越细的孔隙喉道(cd)非湿相饱和度的增加是由于岩样表面凹凸不平的表面孔,或较大的缝隙等引起三、毛管压力曲线的基本特征2.定量特征(1)排驱压力PTPT：指非湿相开始进入岩样的压力(入口压力、门坎压力、阈压)PT与岩石渗透性相关：渗透性好→PT

低PT相应于岩样最大喉道半径的Pc求取：将pc曲线中间平缓段延长至S非湿相=0与纵轴相交，交点对应的压力即为PT三、毛管压力曲线的基本特征(2)饱和度中值压力Pc50Pc50：指驱替pc曲线上S非湿相为50％时对应的Pc岩石孔渗性越好→Pc50低、r50

大r50≈岩石平均孔喉r岩石物性很差时，Pc50极高→曲线上读不出Pc50相应的喉道半径为饱和度中值喉道半径r50(中值半径)三、毛管压力曲线的基本特征(3)最小湿相饱和度SwminSwmin：指驱替压力达到最大时，未被非湿相驱出而残留在孔道中的湿相饱和度êSwmin

代表湿相不能进入的连通小孔喉的孔隙体积占总孔隙体积的百分数êSwmin

越低→物性越好,一般视为Swi三、毛管压力曲线的基本特征四、毛管压力曲线的应用★研究岩石的孔隙结构评价储层岩石储集性能确定油层平均毛管力J(Sw)函数确定油藏流体饱和度随过渡带高度变化利用毛管压力回线法研究采收率确定储层润湿性计算岩石绝对渗透率K和流体相对渗透率Kri评价作业过程对储层的伤害或改善的效果鉴于毛管压力Pc＝f(r孔隙)，因而可由毛管压力曲线绘制孔隙大小分布曲线和累积分布曲线，进而研究、评价储层的孔隙结构特征和储集性能1.研究岩石的孔隙结构四、毛管压力曲线的应用★2.评价储层岩石储集性能据毛管压力曲线的定性特征可直接评价储层储集性能具体做法：依据毛管曲线的形态和位置，即中间段的平缓程度、长短及位置高低确定储层性能的好坏中间段越平缓中间平缓段越长中间平缓段位置越低孔隙喉道越大，大孔隙越多，储集性能越好四、毛管压力曲线的应用★(a)分选好，裂隙均匀粗偏度；(b)分选好，裂隙均匀；（c）分选好裂隙均匀细偏度；（d）分选不好，裂隙不均匀略粗偏度；（e）分选不好，裂隙不均匀略细偏度；（f）未分选，裂隙极不均匀四、毛管压力曲线的应用★毛管压力曲线取决于储层孔隙结构和流体饱和度高低，反映储层孔渗物性的好坏；实验测定毛管压力曲线所用岩样极小；储层高度非均质→不同岩层、部位岩心的孔渗及微观孔隙结构特征存在差异→不同小岩样测定的pc

及pc

曲线间存在差异。→平均毛管压力函数：J(Sw)函数3.确定油层平均毛管力J(Sw)函数四、毛管压力曲线的应用★J(Sw)函数的特点：无因次J(Sw)函数及其曲线的求取：用Sw不同的岩样的Pc、K、ϕ等计算出系列J

值；绘制J－Sw

散点图，其回归曲线即为J函数曲线J(Sw)函数的用途：处理油藏或同类岩石毛管压力资料，确定平均Pc

曲线对比不同岩石类型的综合岩石物性四、毛管压力曲线的应用★4.确定油藏流体饱和度随过渡带高度变化据公式：得：式中：h—过渡带的高度，mPc—毛管力，MPaρw—水密度，g/cm3ρo—油密度，g/cm3四、毛管压力曲线的应用★5.利用毛管压力回线法研究采收率实质是利用驱替、吸入曲线求取驱替效率原油采收率：（非湿相退出效率）四、毛管压力曲线的应用★6.确定储层岩石润湿性(1)面积比较法Pc

曲线先饱和水，再用油驱→曲线I→水驱油得曲线II→再用油驱水得曲线IIIA1曲线III下包面积A2曲线II下包面积四、毛管压力曲线的应用★＞０，岩石亲水（水湿）＜０，岩石亲油（油