多孔介質(zhì)與儲集體

1、1多孔介質(zhì)與儲集體油氣的滲流是在儲集層內(nèi)進行的。儲集層是以巖石顆粒為骨架并含有大量微毛細管孔隙空間的介質(zhì)。這種介質(zhì)叫做多孔介質(zhì)。滲流是以多孔介質(zhì)作為前提條件的。多孔介質(zhì)的基本特征多孔介質(zhì)是以固相介質(zhì)為骨架，其中包含一部分空的孔隙空間，這部分空的孔隙空間被均質(zhì)或多相物質(zhì)所占據(jù)，但其中至少有一相不是固體，而是液體。能儲集和容納流體是多孔介質(zhì)的一個重要特性。顯然，多孔介質(zhì)儲集性的好壞和孔隙空間的大小有關(guān)，因此，弓I入了孔隙度的概念。將單位體積巖石中所有空隙的總體積定義為絕對孔隙度，用公式表示為：VraV(1-1)式中Vr孔隙體積，cm3;V巖石體積，cm3;a絕對孔隙度。在估計油藏絕對儲量時，a數(shù)值

2、的大小具有重要意義。實際上，在巖石孔隙度中，還有一部分死孔隙，不能讓流體通過的微毛細孔隙或被微毛孔所包圍的孔隙、，這部分孔隙對滲流來說是無效的，因此，引出了有效孔隙度的概念。將巖石的有效孔隙度（除去無效體積部分的孔隙體積）和巖石體積之比定義為有效孔隙度,VoVVoV公式為：(1-2)式中Vo有效孔隙體積；V巖石體積；一一有效孔隙度。多孔介質(zhì)中的孔隙空間至少有一部分是互相連通的，流體能在這部分連通的孔隙中流動。多孔介質(zhì)具有讓流體通過的這種性質(zhì)叫滲透性。互相連通的孔隙體積叫做“有效孔隙體積”。但值得注意的是，即使互相連通的孔隙體積，有的也是無效的。例如：帶有“死端”的孔隙（或稱“盲孔”）,也就是孔

3、隙與通道之間僅有一個窄的出口。如圖1-1所示。這種孔隙當中幾乎沒有流動發(fā)生。巖石的滲透性用滲透率K來表示：KQL(1-3)AP式中Q流量，cm3/s；流體粘度，cP;L巖樣長度，cm;A面積，cm2;P-巖樣兩端壓差。Atm;K滲透率，D。由此可以看出，多孔介質(zhì)滲透率單位在物理學上的意義是：當液體粘度為1cP,在壓力降為1個大計壓情況下，滲流過水斷面為1cm2，長度為1cm的巖樣，其流量為1cm3/s，以此多孔介質(zhì)的滲透率作為滲透率的單位，等于1D。0.001達西叫做毫達西（mD）。應(yīng)當指出，滲透率的大小只決定于巖石的性質(zhì)，即它決定于巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙大小，而和所通過的流體的性質(zhì)無關(guān)。巖石的

4、滲透率有三中概念：絕對滲透率，有效滲透率和相對滲透率。絕對滲透率巖石的孔隙中流體為一相時，巖石允許流體通過的能力叫做絕對滲透率。它只是與巖石的本身性質(zhì)有關(guān)的一種屬性。有效滲透率當巖石中的流體存在有幾相時，巖石對每種流體通過的能力叫做該相的有效滲透率（如果各相同時流動，習慣叫做相滲透率）。因此，它除了表征巖石性質(zhì)以外，還表征流體的物理性質(zhì)及其在孔隙中的運動特征。巖石對每種流體的有效滲透率是隨著這種流體在巖石內(nèi)的飽和狀況而變的，顯然巖石孔隙內(nèi)其它流體的存在都會使巖石對這種流體的滲透能力降低。由此可見，有效滲透率總是小于絕對滲透率。相對滲透率巖石的有效滲透率和絕對滲透率的比值叫做相對滲透率。它的變化

5、范圍為0到1。多孔介質(zhì)的流變性當一個物理（或物質(zhì)的聚集體）在一個適當?shù)牧ο档淖饔孟?，其形狀和尺寸改變了，我們就說這個物體上發(fā)生了形變，如果物體的形變程度隨時間而續(xù)發(fā)展，我們就說物體發(fā)生了流動，從某種意義上來說流動是隨時間時續(xù)發(fā)展的一種形變。形變和流動是物體對作用力系的一種響應(yīng)。材料受到力或力系的作用時發(fā)生形變流動的性質(zhì)稱為流變性，形變與流動都是所謂的非牛頓流體是指液體流動時的剪切應(yīng)力所謂的非牛頓流體是指液體流動時的剪切應(yīng)力與剪切速率dU之間成線性關(guān)系；即dr或稱為本構(gòu)方程，也就是應(yīng)力和變形率之間的關(guān)系，非牛頓流體力學和牛頓流體力學的差別物體中質(zhì)點之間相對運動的結(jié)果。明連續(xù)介質(zhì)運動應(yīng)當包括兩個方

6、面:物理學中研究物體運動的分支稱為力學。因而，全面的闡一是連續(xù)介質(zhì)的運動方程，二是材料的流變狀態(tài)方程，就在于本構(gòu)方程。而本構(gòu)方程的復(fù)雜性是非牛頓流體力學的特點，也是研究非牛頓流體的困難所在。dudrdudr式中屈服應(yīng)力。(1)之間的關(guān)系為線性本構(gòu)關(guān)系,之間的關(guān)系為線性本構(gòu)關(guān)系,如圖也就是說牛頓流體流動時，其應(yīng)力和變形率（剪切速率）i1du所示。與竺的關(guān)系為通過原點的直線。dr非牛頓流體的性質(zhì)比較復(fù)雜，主要從以下幾個方面進行討論。1,粘度非牛頓液體應(yīng)力與變形率之間的關(guān)系是非先行本構(gòu)關(guān)系，其粘度不是常數(shù)，它與剪切速率有關(guān)。（1）賓哈姆（Bingham）塑性。又稱為粘塑性，這是非牛頓流體中較簡單的一

7、種，如鉆井泥漿和某些高粘度原油，其流動特點是當流體開始受到外力作用時不流動，其性質(zhì)像固體。當剪切應(yīng)力逐漸增加，達到某個臨界值時，他才開始流動，這個臨界剪切應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力。如圖所示，流動以后，流態(tài)與牛頓流體相同，其本構(gòu)方程為：阿塞拜疆的許多高粘油和槊性粘油油田的開發(fā)實踐證明了含瀝青質(zhì)或含焦油多的原油就具有賓哈姆塑性的流變性。即開始流動時，存在一個始動壓力梯度，也就是為了克服屈服應(yīng)力0所需要的壓力梯度，顯然，當?shù)貙又袎毫μ荻刃∮谑紕訅毫μ荻葧r，流體不流動。地層中壓力梯度達到始動壓力梯度時，流體開始流動。如果夜流服從達西定律（忽略毛管力和重力影響），滲流的運動方程式為；、(2)0G（3）L式中、G

8、始動壓力梯度。在這類油藏中，產(chǎn)油率與壓差的關(guān)系是一條不通過原點的直線。如圖所示中的實線BAC段，在這種情況下，油藏的滲流場也發(fā)生明顯的變化。甚至在理想的均質(zhì)油藏中，也會出現(xiàn)滯流帶，而油藏的非均質(zhì)性就使得滯流帶和死油區(qū)增大，其結(jié)果將使油氣采收率顯著下降。因此在開發(fā)這類油藏時，必須注意原油粘塑性的影響。（2）假塑性。又稱為剪切稀釋性。這種流體的流動特點是，在極低和極高剪切速率下，即流動狀態(tài)近于牛頓流體，在一般中等剪切速率下，隨著剪切速率的增加，視粘度a變小。所謂的視粘度是流態(tài)曲線上某點與原點連線的斜率，如圖中假塑性流體流態(tài)曲線上a點與原點連線的斜率tga即為a點對應(yīng)剪切速率條件下的視粘度a。因而，

9、假塑性流體流動越快，剪切速率越小，視粘度增加，在剪切速率高時，粘度反而降低了，故而又稱為剪切稀釋。在雙對數(shù)坐標中，極低及非常高的剪切速率下，流態(tài)曲線的斜率逼近于0,如圖所示。通常在不大的剪切速率范圍內(nèi)其流態(tài)曲線在雙對數(shù)坐標系中近似為一直線。剪切速率的經(jīng)驗關(guān)系可描述為指數(shù)關(guān)系：dUH一（4）式中H稠度系數(shù)；n流態(tài)指數(shù)。dr用公式（4）的函數(shù)形式表征的流體稱為幕律流體。此經(jīng)驗公式雖然不能很準確地描述假塑性流體的流變性，適用范圍有限，然而卻比較簡單，因此應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)視粘度的定義可知：,dunc1n1,duH-H-（5）dudrdudrdrdr顯然，對牛頓流體n=1,aH常數(shù)，對假塑性液體，0n

10、1,脹流性流體較少，至今發(fā)現(xiàn)只有很少幾種高分子溶液具有脹流性。（4）時變性。有些非牛頓流體的粘度，非但與剪切速率的大小有關(guān)，而且與受剪切時間有關(guān)。在一定的剪切速率下，粘度隨時間減少的流體稱為觸變性流體。反之，粘度隨時間增加的流體稱為震凝性流體。其視粘度與剪切持續(xù)時間的關(guān)系如圖所示。例如：某些油田就是觸變性流體，石膏漿是一種震凝性流體。其中觸變性流體又稱為搖溶性，震凝性又稱為流凝性。上述幾種非牛頓流體統(tǒng)稱為純粘性非牛頓流體，其主要特點表現(xiàn)在粘度的變化上，或于剪切速率有關(guān)或與剪切時間有關(guān)。2粘彈性實際上純粘性流體和完全彈性固體都是理想話，許多現(xiàn)實材料的流變行為都是部分帶有固體特點，又部分帶有流體特點，其應(yīng)變又不像彈性固體那樣全部回復(fù)，也不像流體那樣全部應(yīng)變功以熱的形式耗散。這樣的流體稱為粘彈性流體，如高聚物流體。當我們把拉長的彈簧放松，它立刻縮回到原始長度，這就是彈性體的回彈現(xiàn)象。牛頓液體只有粘性而無彈性。因此沒有回彈現(xiàn)象。非牛頓流體則不然，Kapoor在1963年做了粘彈性流體的回彈實驗，發(fā)現(xiàn)粘彈性流淌具有彈性。在推力推動下可使其流動，外力消除后，它有立即回復(fù)原狀的能力，但又不能完全回復(fù)原狀態(tài)，我們稱這種性質(zhì)為“衰退記憶”。粘彈性流體有彈性和衰退記憶兩種效應(yīng)，前者使它區(qū)別于牛頓流體，