油層物理33-2004油層物理課件

1、3.1 油藏流體的界面張力,第三章 飽和多相流體油藏巖石的滲流特性,3.2 油藏巖石的潤濕性和油水分布,3.3 油藏巖石的毛管力,3.4 飽和多相流體巖石的滲流特征,3.5 微觀滲流機(jī)理,1.1 毛管力公式的推導(dǎo),1 彎液面在毛管中的上升現(xiàn)象,3.3 油藏巖石的毛管力,3.3,三相周界上的附著張力：,受力平衡時(shí)，,1.2水的表面張力； 水對(duì)管壁的潤濕角； r毛管半徑； h水柱上升高度； 水的密度； g重力加速度。,3.3,水柱上升高度：,由圖3.3.1(a)：,毛管力-毛細(xì)管中彎液面兩側(cè)兩種流體間的壓力差,3.3,同理，可得玻璃毛管水油系統(tǒng)的 毛管力公式：,(1)毛管力Pc和cos成正比，90

2、，毛管力Pc為正值，彎液面上升；反之，90，毛管力Pc為負(fù)值，彎液面下降。,(2)毛管力Pc和兩相界面的界面張力成正比；,(3)毛管力Pc和毛管半徑r成反比。,毛管力的特點(diǎn)：,3.3,1.2 毛管力公式的應(yīng)用,(1).油藏中流體界面是過渡帶,油藏巖石的孔隙可看作一系列大小不同的毛細(xì)管，油-水、油-氣界面不是平面，而是一個(gè)過渡帶。,3.3,對(duì)于氣油界面：,對(duì)于油水界面：,(a).油-氣過渡帶高度很??；,(b).油-水過渡帶要比油-氣過渡帶寬 ；,(c).油越稠，(w-o)越小，油水過渡帶越寬。,3.3,(2).若巖石親水，毛管力是水驅(qū)油的動(dòng)力，反之是水驅(qū)油的阻力,(3).判斷巖石的潤濕性-自吸吸

3、入法,2 任意曲面的附加壓力,3.3,2.1 拉普拉斯方程,3.3,2.2 球面的附加壓力,過毛管軸心線，用兩垂直相交的平面截得的兩相界面均為球面，曲率半徑相同，即R1=R2=R,則：,3.3,2.3 柱面的附加壓力,過毛管中心線，用兩垂直相交的平面截得界面的形狀一個(gè)為圓，其曲率半徑R1=r(r-毛管半徑)；一個(gè)為直線(柱面)，曲率半徑R2=，則：,3.3,2.4 任意曲面附加壓力的應(yīng)用,(1)第一毛管力(靜態(tài)),球面產(chǎn)生的毛管力,柱面產(chǎn)生的毛管力,(2)第二毛管力(變形),3.3,(3)第三毛管力賈敏效應(yīng),賈敏效應(yīng)：,液珠或氣泡通過孔隙喉道時(shí)，對(duì)液流產(chǎn)生的附加阻力稱為賈敏效應(yīng)。,3.3,賈敏

4、效應(yīng)的利弊：,調(diào)剖堵水工藝技術(shù)是利用賈敏效應(yīng)原理，用乳狀液、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，增加驅(qū)替液的波及體積來提高原油采收率。,鉆井、完井和井下作業(yè)過程中使用的鉆井液、完井液等失水時(shí)會(huì)對(duì)油流入井產(chǎn)生阻力。為解除這一危害，可將表面活性劑擠入地層或用它洗井，以降低油水界面張力，減小毛管阻力。,3 毛細(xì)管滯后現(xiàn)象,3.1 潤濕滯后引起毛細(xì)管滯后,3.2 毛細(xì)管半徑突變引起毛細(xì)管滯后,3.3 毛細(xì)管半徑漸變引起毛細(xì)管滯后,4 巖石毛管力曲線的測(cè)定方法,4.1 毛管力曲線,巖石的毛管力與濕相(或非濕相)飽和度的關(guān)系曲線,4.2 測(cè)定方法,(1) 半滲隔板法,(2) 壓汞法,(

5、3) 離心法,4.2.1 半滲隔板法,(1) 高壓半滲隔板法,參考：SY5346-89,4.2.1 半滲隔板法,(2) 常壓半滲隔板法,半滲隔板法的優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,比較接近油藏實(shí)際情況，測(cè)量精度較高，可以作為其他方法的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。,缺點(diǎn)：,測(cè)試時(shí)間長，測(cè)定壓力范圍小，不適合于低滲透巖石。,4.2.2 壓汞法,壓汞法的優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,測(cè)定時(shí)間短，測(cè)定壓力范圍大，適合于高、中、低滲透巖石。,缺點(diǎn)：,與油藏實(shí)際流體相差較大；水銀有毒；巖樣被污染后不能重復(fù)使用，操作不安全。,對(duì)巖心的大小、形狀要求不高，可以測(cè)定不規(guī)則的井壁取心和鉆屑巖樣。,4.2.3 離心法,原理：,利用離心機(jī)產(chǎn)生的離心力代替外加的

6、排驅(qū)壓力，實(shí)現(xiàn)非濕相驅(qū)替濕相的一種毛管力測(cè)量方法。,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)： SY5346-89,測(cè)試壓力受限；設(shè)備貴；數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。,測(cè)定速度快，使用流體接近油藏實(shí)際，測(cè)量的曲線與半滲隔板法吻合好。,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,4.3 毛管力資料的換算,4.3.1 換算原因,4.3.2 換算方法,(1) 不同測(cè)量方法使用的流體不同，由于界面張力及潤濕性的差異，測(cè)得的毛管力不同；,(2) 相同的流體在室內(nèi)和油藏條件下的界面張力及其對(duì)巖樣的潤濕性不同，其毛管力也不同；,5 巖石毛管力曲線的基本特征,5.1 毛管力曲線的基本特征,初始段,中間平緩段,末端上翹段,隨壓力的增加,非濕相飽和度緩慢增加。,表面孔或較大的縫隙,中間

7、平緩段越長,說明巖石喉道的分布越集中,分選越好。平緩段位置越靠下,說明巖石主要喉道半徑越大。,隨著壓力的升高,非濕相將進(jìn)入越來越細(xì)的孔隙喉道,但進(jìn)入速度越來越小,最后曲線與縱坐標(biāo)軸幾乎平行,即壓力再增加,非濕相不再進(jìn)入巖樣。,5.2 毛管力曲線的特征參數(shù),非濕相流體開始進(jìn)入巖心中最大喉道的壓力或非濕相開始進(jìn)入巖心的最小壓力PT稱為閾壓,或“入口壓力”或“門坎壓力”。,5.2.1 閾壓PT,將毛管力曲線中間平緩段延長與零非濕相飽和度對(duì)應(yīng)的縱軸相交，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力就是閾壓。,滲透性好的巖石,閾壓均比較低；反之,閾壓比較大。,(2) 確定方法,巖心最大喉道半徑,(3) 與巖石物性的關(guān)系,(1) 定義

8、：,5.2.2 飽和度中值壓力Pc50,指驅(qū)替毛管力曲線上50%飽和度對(duì)應(yīng)的毛管壓力,簡稱中值壓力。,中值半徑r50,因?yàn)閹r石的孔隙分布接近正態(tài)分布,所以r50可定性地視為巖石的平均喉道半徑的大小。,巖石物性越好,Pc50越低,r50越大；物性差的巖石,Pc50很高,甚至在毛管力曲線上讀不出來(曲線上非濕相飽和度小于50%)。,當(dāng)驅(qū)替壓力達(dá)到一定值后,壓力再升高,濕相飽和度也不再減小，毛管力曲線與縱軸幾乎平行,此時(shí)巖心中的濕相飽和度稱為最小濕相飽和度Smin。,5.2.3 最小濕相飽和度Smin,對(duì)于親水巖石,Smin相當(dāng)于巖石的束縛水飽和度。濕相飽和度Smin越小，表明巖石含油飽和度越大。,

9、退汞曲線：壓力接近零時(shí)巖心中的含汞飽和度稱為最小含汞飽和度SHgmin(相當(dāng)于親水油藏水驅(qū)后的殘余油飽和度)。,退汞效率WE相當(dāng)于強(qiáng)親水油藏的水驅(qū)采收率。,5.2.4 退汞效率WE,進(jìn)汞曲線：最高壓力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的巖心中的含汞飽和度稱為最大含汞飽和度SHgmax(相當(dāng)于強(qiáng)親水油藏的原始含油飽和度),退汞效率WE：,6 毛管力曲線的應(yīng)用,3.3,6.1 評(píng)價(jià)巖石的儲(chǔ)集性能,(1).毛管力曲線的中間平緩段越長，分選性越好；,(2).毛管力曲線的中間平緩段位置越低，喉道半徑越大；,6.2 研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu),3.3,確定巖石的最大孔喉半徑和主要孔喉半徑,最大孔喉半徑rmax:,中值半徑r50：,主要喉道半

10、徑：,由曲線平緩段可以確定巖石主要喉道半徑的大小。,3.3,主要應(yīng)用：,最大孔隙半徑及主要孔隙半徑在鉆井及采油工程方面都是重要的基礎(chǔ)資料，在鉆井方面可以確定泥漿暫堵劑粒級(jí)的大?。辉诓捎瓦^程中的調(diào)剖堵水方面可用來確定固體堵劑顆粒的大小，聚合物驅(qū)時(shí)可用來篩選高分子化合物等。,6.2.2 定量評(píng)價(jià)孔隙喉道的分布,3.3,6.3 判斷巖石的潤濕性,6.3.1 唐納森方法根據(jù)驅(qū)替和吸入過程毛管力曲線下包面積比較法確定巖石的潤濕性,具體做法：,將巖樣在真空條件下用水飽和，放到離心機(jī)上依次作油驅(qū)水、水驅(qū)油，再做油驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，測(cè)出相應(yīng)的毛管力曲線，如圖3-3-27和3-3-28所示。,、分別是一次油驅(qū)水，水驅(qū)油

11、和二次油驅(qū)水測(cè)得的毛管力曲線。,被驅(qū)替相對(duì)巖石的潤濕程度和毛管力曲線與橫坐標(biāo)軸之間所夾面積的大小有關(guān)，面積越大，被驅(qū)替相潤濕巖石的能力越強(qiáng)。,用A2、A1分別代表水驅(qū)油()和二次油驅(qū)水()毛管力曲線的下包面積。,如果A1A2，說明油驅(qū)水做的功大于水驅(qū)油做的功，反映巖石是親水的；,如果A1A2，則表明巖石是親油的；,如果A1=A2，則表明油藏巖石為中等潤濕。,如果lg(A1/A2)0，巖石親水；,如果lg(A1/A2)0，巖石親油；,如果lg(A1/A2)0，巖石中等潤濕。,6.3.2 根據(jù)潤濕指數(shù)和視潤濕角判斷巖石的潤濕性,具體做法：,將一塊巖心分成兩半，一塊飽和油后作空氣驅(qū)油，另一塊飽和水后

12、作油驅(qū)水，分別測(cè)出兩條毛管力曲線，并求出兩曲線的閾壓PTog和PTwo。,(1).潤濕指數(shù),式中，wo和og分別為巖樣與油-水、油-氣系統(tǒng)中水和油的潤濕角； PTog和PTwo分別為氣進(jìn)入已飽和油的巖樣和油進(jìn)入已飽和水的巖樣的閾壓； og和wo分別為油-氣和油-水兩相界面的界面張力。,潤濕指數(shù)W的物理意義：以油-空氣系統(tǒng)中油潤濕巖石能力為標(biāo)準(zhǔn)，把水-油系統(tǒng)水潤濕巖石的能力與該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)W的大小來判斷油-水系統(tǒng)中水對(duì)巖石的潤濕能力。,W=1時(shí)，表明油-水系統(tǒng)中水對(duì)巖石的潤濕能力達(dá)到了油-空氣系統(tǒng)油對(duì)巖石的潤濕能力的水平，即水完全潤濕巖石；,若W=0,則表明水-油系統(tǒng)中，油很容易進(jìn)入飽和水

13、的巖石(閾壓PTwo=0),水不能潤濕巖石，而油完全潤濕巖石。,W值在0和1之間,W值越接近0越油濕,W值越接近1越水濕,(2).視潤濕角wo,由于油和空氣相比，巖石親油，故可取og=0，cosog=1，則：,wo為油水系統(tǒng)水對(duì)巖石的視潤濕角。,wo越接近0巖石越水濕，越接近90巖石越油濕。,由此可見，根據(jù)油-水、油-氣系統(tǒng)的界面張力及毛管力曲線的閾壓，可用潤濕指數(shù)W和視潤濕角wo來判斷巖石的潤濕性。,3.3,在鉆井、修井及正常注水等過程中，若注入劑不合格可能會(huì)使地層受到傷害(如引起粘土膨脹、固體顆?；蚱渌瘜W(xué)沉淀物堵塞孔隙)，或在堵水過程中人為堵塞部分巖石孔隙，在毛管力曲線上則表現(xiàn)出高的閾壓

14、和束縛水飽和度，即曲線向右上方偏移；,6.4 確定注入工作劑對(duì)儲(chǔ)層的損害程度或增產(chǎn)措施的效果,若對(duì)油層進(jìn)行酸化等增產(chǎn)措施，巖石孔隙則增大，毛管力曲線將表現(xiàn)為閾壓降低，整個(gè)曲線向左下方偏移。,3.3,因此，通過對(duì)比巖樣在接觸工作液前后毛管力曲線的特征變化，可判斷油層是否受到傷害以及評(píng)價(jià)增產(chǎn)措施是否有效。,6.5 確定水驅(qū)油(或氣驅(qū)油)過程中任一飽和度面上油-水(或氣)相間的壓力差,利用水驅(qū)油(或氣驅(qū)油)毛管力曲線可查得巖心任一流體飽和度下的毛管力。油藏中水驅(qū)油(或氣驅(qū)油)時(shí)，巖石中的流體分布及驅(qū)替過程與毛管力測(cè)定時(shí)相同。因此，任一飽和度面上，油水(或氣)相間的壓力差(即毛管力)可直接由相應(yīng)條件下

15、的毛管力曲線查得。油藏工程計(jì)算中常用此法確定任一飽和度面上油水(或氣)相間的壓力差。,6.6 確定油藏過渡帶內(nèi)流體飽和度的分布,3.3,油藏巖石孔隙可作為一系列大小不同的毛細(xì)管，若油藏巖石是均勻的，整個(gè)油藏將具有相同的孔隙分布。在油水界面處，由于毛管力的作用，水將沿各毛細(xì)管上升(親水油藏)或下降(親油油藏)；對(duì)油-氣界面，油將沿各毛管上升。由于各毛管中水(或油)上升高度不同，因此形成一過渡帶。,6.6.1 過渡帶內(nèi)流體飽和度的分布,以親水巖石油-水過渡帶為例。,(1).室內(nèi)毛管力與油藏條件下毛管力的轉(zhuǎn)換,(2).做出PcRSw曲線,(3).計(jì)算毛管中水柱上升高度,(4).做出hSw曲線,7 毛管力函數(shù)(又稱J(Sw)函數(shù)),3.3,7.1 J(Sw)函數(shù)表達(dá)式,式中 J(Sw)無因次； Pc毛管壓力，MPa; 界