油層物理3-3課件

油層物理多相流體的滲流機(jī)理第三章多相流體的滲流機(jī)理第3章§1油藏流體的界面張力§2油藏巖石的潤濕性和油水分布§3油藏巖石的毛管壓力§4飽和多相流體巖石的滲流特征§5微觀滲流機(jī)理本章內(nèi)容多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)§3儲(chǔ)層巖石的毛管壓力本節(jié)內(nèi)容毛管壓力概念綜述巖石毛管壓力曲線的測定和換算毛管壓力曲線的基本特征毛管壓力曲線的應(yīng)用多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)一、毛管壓力概念綜述毛管壓力概念各種彎曲面下毛管力的計(jì)算毛管中液體上升（或下降）毛管孔道中的各種阻力效應(yīng)毛管滯后現(xiàn)象多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)方向：恒指向凹面內(nèi)（非潤濕相）

毛管壓力：指由于界面張力的影響，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:式中：R1、R2

為曲面主曲率半徑。

1.毛管壓力概念多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)2.各種彎曲面下毛管力的計(jì)算毛管彎曲面為球面的Pc計(jì)算求曲率半徑：

將曲率半徑帶毛管力通式：則彎曲面為球面的Pc

：R1＝R2＝r／cosq

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)毛管彎曲面為柱面的Pc計(jì)算求曲率半徑：R1＝∞，R2＝r毛管力：裂縫間Pc計(jì)算求曲率半徑：R1＝∞，

R2＝r／cosq=W／2cosq

毛管力：多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)毛管斷面漸變時(shí)Pc計(jì)算求曲率半徑：

將其分別帶入球面毛管力公式：顯然，細(xì)端Pc＞粗端Pc粗端：

細(xì)端：

粗端：

細(xì)端：

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)巖石顆粒間Pc計(jì)算毛管壓力曲線研究的理論基礎(chǔ)多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)3.毛管中液體上升（或下降）液面變化高度與毛管力的關(guān)系？

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)設(shè)毛管中濕相水上升高度為h；位置B處：油相壓力：pob＝poa－rogh

水相壓力：pwb＝pwa－rwgh

位置A處：poa＝pwa油相壓力－水相壓力：

pob－pwb＝(rw－ro)

gh=△rgh

pob－pwb＝

pc則：pc=△rgh

pc＝p非濕相－p濕相多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（1）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（2）毛管中液體上升高度計(jì)算公式將帶入pc＝△r

gh，得：→h＝f（1/r）油藏油水界面為具有一定厚度的油水過渡帶儲(chǔ)層物性越好（孔隙r↑），油水過渡帶越薄

油水過渡帶h＞氣油過渡帶h

←△r

油水＜＜△r

氣油巖石親水，毛管力是水驅(qū)油的動(dòng)力；否則是阻力通過測定毛管力可以判斷巖石潤濕性毛管力公式的應(yīng)用：多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)4毛管孔道中的各種阻力效應(yīng)(任意曲面附加壓力的應(yīng)用)（一）、水驅(qū)油的非活塞性1）.基本概念活塞式驅(qū)油：油水前緣能將波及區(qū)內(nèi)的油完全排驅(qū)的水驅(qū)油過程。非活塞式驅(qū)油：油水前緣不能將波及區(qū)內(nèi)的油完全排驅(qū)，在波及區(qū)后仍有可動(dòng)油的水驅(qū)油過程。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)出現(xiàn)非活塞式驅(qū)油原因：孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性；孔隙表面的潤濕非均質(zhì)性；水驅(qū)油過程中毛細(xì)管力的作用不一致油水粘度差油水重力（密度）差多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)（二）、毛管孔道中的各種阻力效應(yīng)多相流的流動(dòng)特點(diǎn)：（與單相液流不同）非活塞式水驅(qū)油過程→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；毛管力的影響→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)。多相液流的各種阻力：來自于多相流中存在的大量液滴和氣泡.阻力效應(yīng)又指多相流動(dòng)時(shí)的各種珠泡效應(yīng)。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)毛管孔道中阻力效應(yīng)的類型：第一種：PI——楔壓效應(yīng)第二種：PII——滯后效應(yīng)第三種：PIII——賈敏效應(yīng)多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)1）.第一種阻力效應(yīng)：PI（楔壓效應(yīng)）條件：等徑毛管，液滴靜止；存在柱面、球面pc；阻力PI：為液滴球形和柱形界面在垂直管壁方向產(chǎn)生的毛管力的合力：多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)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。PI作用：力圖使珠泡在管壁的附著程度↑。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)2）.第二種阻力效應(yīng)：PII（滯后效應(yīng)）條件：等徑毛管，兩端有壓差，其兩端球面pc不等；阻力PII：為液滴兩端球面毛管力的合力，其方向與液滴運(yùn)動(dòng)方向相反：(動(dòng)潤濕滯后→液滴彎曲界面變形)多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)PII作用：阻礙珠泡向前運(yùn)動(dòng)。

結(jié)論：要使珠泡繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，必須克服PII引起的

附加滲流阻力。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)3）.第三種阻力效應(yīng)：PIII（賈敏效應(yīng)）條件：珠泡遇狹窄孔喉發(fā)生變形，兩端球面pc不等；阻力PIII：為兩端球面毛管力的合力，其方向與珠泡運(yùn)動(dòng)方向相反：多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)（珠泡前端r＝狹窄孔喉r時(shí)，PIII最大）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。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)。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)認(rèn)識(shí)：多相滲流阻力明顯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)重地影響了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。多相流體的滲流機(jī)理第3章4節(jié)4）.減小或消除珠泡效應(yīng)的方法加入表面活性劑→↓界面s→↓PⅠ、PⅡ、PⅢ；確定合理采油速度或增加注入量，盡可能延長單相流動(dòng)期，消除珠泡形成條件；加入破乳劑，降低珠泡強(qiáng)度，使其破裂。近代發(fā)展的調(diào)剖堵水工藝是利用賈敏效應(yīng)原理，如注入乳狀液，乳化瀝青，混氣水，泡沫等來封堵大孔道、調(diào)整流體滲流剖面，提高采收率。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)5.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。吸入驅(qū)替多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（1）潤濕滯后引起的毛管滯后實(shí)驗(yàn)空毛管插入濕相水中吸水毛管插入水中現(xiàn)象濕相水驅(qū)空氣，管中水↑空氣驅(qū)水，管中水↓pc為動(dòng)力，過程自發(fā)；

q↑→前進(jìn)角q

1→pc↓

pc為阻力，過程非自發(fā)；

q↓→后退角q

2→pc↑推論濕相驅(qū)替非濕相稱吸入過程非濕相驅(qū)替濕相稱驅(qū)替過程結(jié)果飽和次序不同→pc改變→毛管中吸入液柱高度＜驅(qū)替液柱高度，巖樣中S濕(吸入)＜S濕(驅(qū)替)，即毛管曲線滯后。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（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)。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（3）本節(jié)要點(diǎn)※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q1→pc↓。如：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q2→pc↑。如：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→巖樣在驅(qū)替過程中的S濕＞吸入過程中的S濕。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)§3儲(chǔ)層巖石的毛管壓力曲線本節(jié)內(nèi)容毛管壓力概念綜述巖石毛管壓力曲線的測定和換算毛管壓力曲線的基本特征毛管壓力曲線的應(yīng)用多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)二、毛管壓力曲線的測定與換算毛管壓力曲線：毛管壓力與巖樣中濕相（或非濕相）飽和度的關(guān)系曲線，即pc－Sw曲線。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)1.毛管壓力曲線測定原理測定依據(jù)：實(shí)際巖樣中：孔隙大小（r）具非均質(zhì)特性孔隙大小具一定的分布規(guī)律（分布曲線）pc＝2s

cosq／r

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)測定原理：測定過程中，用實(shí)驗(yàn)建立不同大小的外部壓差（△p）以平衡巖樣中不同大小孔道中的毛管壓力（即pc＝△p），并測定該每一壓差下巖樣中存留的濕相體積Vw。然后將Vw換算成濕相飽和度Sw，用△p和Sw數(shù)據(jù)可繪制pc－Sw曲線。驅(qū)替過程測定：毛管力為阻力，須加壓——測得曲線稱“驅(qū)替曲線”吸入過程測定：毛管力為動(dòng)力，須降壓——測得曲線稱“吸入曲線”多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)2.毛管壓力曲線測定方法方法：半滲透隔板法壓汞法離心法多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（1）半滲透隔板法測出pc及對(duì)應(yīng)的Vw系列，則每一pc對(duì)應(yīng)的巖樣中濕相飽和度。

特點(diǎn)：與油層流動(dòng)條件近似，測定精度高；結(jié)果常作用pc測定的對(duì)比或校正標(biāo)準(zhǔn)；但由于其流動(dòng)壓差小，測定速度較慢。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（2）壓汞法結(jié)果：驅(qū)替曲線——壓汞曲線；吸入曲線——退汞曲線；特點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)驅(qū)替、吸入過程測定；

速度快，范圍廣，對(duì)巖樣形狀要求不高；

實(shí)驗(yàn)條件與油層條件相差較大，污染環(huán)境。

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)3.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:P,T,且不同方法使用的測定流體不同。換算原理：

對(duì)相同孔道r用公式，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。

此式也可用于不同方法測得的Pc間的換算。

多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)§3儲(chǔ)層巖石的毛管壓力曲線本節(jié)內(nèi)容毛管壓力概念綜述巖石毛管壓力曲線的測定和換算毛管壓力曲線的基本特征毛管壓力曲線的應(yīng)用多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)三、毛管壓力曲線的基本特征定性特征定量特征1.定性特征曲線由三段組成：初始段AB中間平緩段BC尾部上翹段CD初始段AB：pc↑→So（非濕相）緩慢↑多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)平緩段：pc稍微↑→So↑↑，為主要進(jìn)液段BC段越平緩、越長→巖樣孔喉分選越好BC段位置越低→巖樣平均孔喉r越大上翹段：pc急劇↑→So↑極小孔隙小，非濕相進(jìn)入的數(shù)量極少多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)2.定量特征閥壓（排驅(qū)壓力）pT飽和度中值壓力pc50

最小濕相飽和度Swmin

pT與巖石滲透性相關(guān)：滲透性好→pT低、rmax大。（1）閥壓（排驅(qū)壓力）pT評(píng)價(jià)儲(chǔ)層物性的重要參數(shù)rmax：指與巖樣表面孔隙連通的最大喉道r

。pT：指非濕相開始進(jìn)入巖樣最大喉道的pc

。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（2）飽和度中值壓力pc50pc

50：指S非濕相為50％時(shí)對(duì)應(yīng)的pc。

r50：飽和度中值喉道半徑。近似于巖石平均孔喉r

。巖石物性好→pc50低、r50大。巖石物性差時(shí)，可能無pc50。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（3）最小濕相飽和度SwminSwmin：指驅(qū)替壓力達(dá)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：非濕相不能進(jìn)入的連通小孔喉的孔隙體積占總孔隙體積的百分?jǐn)?shù)。一般視其為Swi

。

Sw

min越低→物性越好。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)§3儲(chǔ)層巖石的毛管壓力曲線本節(jié)內(nèi)容毛管壓力概念綜述巖石毛管壓力曲線的測定和換算毛管壓力曲線的基本特征毛管壓力曲線的應(yīng)用多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)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)層巖石的儲(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)層潤濕性計(jì)算流體相對(duì)滲透率Kri評(píng)價(jià)作業(yè)過程對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)1.評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石儲(chǔ)集性能據(jù)毛管曲線的定性特征可直接評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能。具體而言依據(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(chǔ)層性能的好壞。中間段位置越低中間段越平緩→中間段越長大孔隙越多，分選越好，儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能越好多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)2.研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)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計(jì)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。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)3.確定儲(chǔ)層巖石潤濕性面積比較法潤濕指數(shù)法視接觸角法（1）面積比較法排驅(qū)壓力法判定參數(shù)：＞０，巖石親水（水濕）＜０，巖石親油（油濕）＝０，巖石中等潤濕多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)＞０，巖石親水（水濕）＜０，巖石親油（油濕）＝０，巖石中等潤濕多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（2）潤濕指數(shù)法思路：以油潤濕巖石的能力為標(biāo)準(zhǔn)，將水潤濕巖石的能力與其比較，確定儲(chǔ)層巖石潤濕性。潤濕指數(shù)：

方法：將一塊巖石分為兩半：一塊飽和油，用空氣驅(qū)油，求得排驅(qū)壓力pTog一塊飽和水，用油驅(qū)水，求得排驅(qū)壓力pTwo判定指標(biāo)：W越接近1，巖石越親水；W越接近0，巖石越親油。多相流體的滲流機(jī)理第3章3節(jié)（3）視接觸角法方法：將油-空氣系統(tǒng)qog視為0，利用潤濕指數(shù)公式確定油-水系統(tǒng)的視接觸角。此法與潤濕指數(shù)