油层物理3-3

油层物理多相流体的渗流机理第三章多相流体的渗流机理第3章§1油藏流体的界面张力§2油藏岩石的润湿性和油水分布§3油藏岩石的毛管压力§4饱和多相流体岩石的渗流特征§5微观渗流机理本章内容多相流体的渗流机理第3章3节§3储层岩石的毛管压力本节内容毛管压力概念综述岩石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多相流体的渗流机理第3章3节一、毛管压力概念综述毛管压力概念各种弯曲面下毛管力的计算毛管中液体上升（或下降）毛管孔道中的各种阻力效应毛管滞后现象多相流体的渗流机理第3章3节方向：恒指向凹面内（非润湿相）毛管压力：指由于界面张力的影响，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:2111RRPc式中：R1、R2为曲面主曲率半径。1.毛管压力概念多相流体的渗流机理第3章3节2.各种弯曲面下毛管力的计算毛管弯曲面为球面的Pc计算•求曲率半径：rcosRRPc21121rcosPc2•将曲率半径带毛管力通式：•则弯曲面为球面的Pc：R1＝R2＝r／cos多相流体的渗流机理第3章3节毛管弯曲面为柱面的Pc计算•求曲率半径：R1＝∞，R2＝r•毛管力：rrPc11WRPccos2112裂缝间Pc计算•求曲率半径：R1＝∞，R2＝r／cos=W／2cos•毛管力：多相流体的渗流机理第3章3节毛管断面渐变时Pc计算•求曲率半径：•将其分别带入球面毛管力公式：显然，细端Pc＞粗端Pc粗端：cosrR细端：cosrR粗端：细端：rcosPc2rcosPc2多相流体的渗流机理第3章3节岩石颗粒间Pc计算2111RRPc毛管压力曲线研究的理论基础wcSfP多相流体的渗流机理第3章3节3.毛管中液体上升（或下降）液面变化高度与毛管力的关系？多相流体的渗流机理第3章3节设毛管中湿相水上升高度为h；位置B处：•油相压力：pob＝poa－rogh•水相压力：pwb＝pwa－rwgh位置A处：poa＝pwa油相压力－水相压力：pob－pwb＝(rw－ro)gh=△rghpob－pwb＝pc则：pc=△rghpc＝p非湿相－p湿相多相流体的渗流机理第3章3节（1）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（2）毛管中液体上升高度计算公式将带入pc＝△rgh，得：rcosPc2grcoshr2→h＝f（1/r）油藏油水界面为具有一定厚度的油水过渡带储层物性越好（孔隙r↑），油水过渡带越薄油水过渡带h＞气油过渡带h←△r油水＜＜△r气油岩石亲水，毛管力是水驱油的动力；否则是阻力通过测定毛管力可以判断岩石润湿性毛管力公式的应用：多相流体的渗流机理第3章3节多相流体的渗流机理第3章4节4毛管孔道中的各种阻力效应(任意曲面附加压力的应用)（一）、水驱油的非活塞性1）.基本概念活塞式驱油：油水前缘能将波及区内的油完全排驱的水驱油过程。非活塞式驱油：油水前缘不能将波及区内的油完全排驱，在波及区后仍有可动油的水驱油过程。多相流体的渗流机理第3章4节出现非活塞式驱油原因：孔隙结构的非均质性；孔隙表面的润湿非均质性；水驱油过程中毛细管力的作用不一致油水粘度差油水重力（密度）差多相流体的渗流机理第3章4节（二）、毛管孔道中的各种阻力效应多相流的流动特点：（与单相液流不同）•非活塞式水驱油过程→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；•毛管力的影响→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。多相液流的各种阻力：来自于多相流中存在的大量液滴和气泡.阻力效应又指多相流动时的各种珠泡效应。多相流体的渗流机理第3章4节毛管孔道中阻力效应的类型：第一种：PI——楔压效应第二种：PII——滞后效应第三种：PIII——贾敏效应多相流体的渗流机理第3章4节1）.第一种阻力效应：PI（楔压效应）条件：等径毛管，液滴静止；存在柱面、球面pc；阻力PI：为液滴球形和柱形界面在垂直管壁方向产生的毛管力的合力：多相流体的渗流机理第3章4节结论：要使珠泡移动，必须克服PI引起的沿管壁的附加摩擦阻力。PI作用：力图使珠泡在管壁的附着程度↑。5022.cosrrrcosPI多相流体的渗流机理第3章4节2）.第二种阻力效应：PII（滞后效应）条件：等径毛管，两端有压差，其两端球面pc不等；阻力PII：为液滴两端球面毛管力的合力，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)多相流体的渗流机理第3章4节PII作用：阻碍珠泡向前运动。结论：要使珠泡继续向前运动，必须克服PII引起的附加渗流阻力。12coscos2112rRRPII多相流体的渗流机理第3章4节3）.第三种阻力效应：PIII（贾敏效应）条件：珠泡遇狭窄孔喉发生变形，两端球面pc不等；阻力PIII：为两端球面毛管力的合力，其方向与珠泡运动方向相反：多相流体的渗流机理第3章4节（珠泡前端r＝狭窄孔喉r时，PIII最大）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。112112rRRPIII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。多相流体的渗流机理第3章4节认识：多相渗流阻力明显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，严重地影响了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。多相流体的渗流机理第3章4节4）.减小或消除珠泡效应的方法加入表面活性剂→↓界面→↓PⅠ、PⅡ、PⅢ；确定合理采油速度或增加注入量，尽可能延长单相流动期，消除珠泡形成条件；加入破乳剂，降低珠泡强度，使其破裂。近代发展的调剖堵水工艺是利用贾敏效应原理，如注入乳状液，乳化沥青，混气水，泡沫等来封堵大孔道、调整流体渗流剖面，提高采收率。多相流体的渗流机理第3章3节5.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。吸入驱替多相流体的渗流机理第3章3节（1）润湿滞后引起的毛管滞后实验空毛管插入湿相水中吸水毛管插入水中现象湿相水驱空气，管中水↑空气驱水，管中水↓pc为动力，过程自发；↑→前进角1→pc↓pc为阻力，过程非自发；↓→后退角2→pc↑推论湿相驱替非湿相称吸入过程非湿相驱替湿相称驱替过程结果饱和次序不同→pc改变→毛管中吸入液柱高度＜驱替液柱高度，岩样中S湿(吸入)＜S湿(驱替)，即毛管曲线滞后。多相流体的渗流机理第3章3节（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。多相流体的渗流机理第3章3节（3）本节要点※湿相驱替非湿相的吸入过程：pc为动力，产生前进角1→pc↓。如：•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2→pc↑。如：•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→岩样在驱替过程中的S湿＞吸入过程中的S湿。多相流体的渗流机理第3章3节§3储层岩石的毛管压力曲线本节内容毛管压力概念综述岩石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多相流体的渗流机理第3章3节二、毛管压力曲线的测定与换算毛管压力曲线：毛管压力与岩样中湿相（或非湿相）饱和度的关系曲线，即pc－Sw曲线。多相流体的渗流机理第3章3节1.毛管压力曲线测定原理测定依据：实际岩样中：•孔隙大小（r）具非均质特性•孔隙大小具一定的分布规律（分布曲线）pc＝2cos／r多相流体的渗流机理第3章3节测定原理：测定过程中，用实验建立不同大小的外部压差（△p）以平衡岩样中不同大小孔道中的毛管压力（即pc＝△p），并测定该每一压差下岩样中存留的湿相体积Vw。然后将Vw换算成湿相饱和度Sw，用△p和Sw数据可绘制pc－Sw曲线。驱替过程测定：•毛管力为阻力，须加压——测得曲线称“驱替曲线”吸入过程测定：•毛管力为动力，须降压——测得曲线称“吸入曲线”多相流体的渗流机理第3章3节2.毛管压力曲线测定方法方法：半渗透隔板法压汞法离心法多相流体的渗流机理第3章3节（1）半渗透隔板法测出pc及对应的Vw系列，则每一pc对应的岩样中湿相饱和度。特点：•与油层流动条件近似，测定精度高；•结果常作用pc测定的对比或校正标准；•但由于其流动压差小，测定速度较慢。pwpwVVVS多相流体的渗流机理第3章3节（2）压汞法结果：驱替曲线——压汞曲线；吸入曲线——退汞曲线；特点：容易实现驱替、吸入过程测定；速度快，范围广，对岩样形状要求不高；实验条件与油层条件相差较大，污染环境。多相流体的渗流机理第3章3节3.毛管压力曲线的换算实验测定条件与油藏条件相差较大:P,T,且不同方法使用的测定流体不同。换算原理：对相同孔道r用公式，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。rcosPc2rcosrcosPPLLRRcLcR此式也可用于不同方法测得的Pc间的换算。多相流体的渗流机理第3章3节§3储层岩石的毛管压力曲线本节内容毛管压力概念综述岩石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多相流体的渗流机理第3章3节三、毛管压力曲线的基本特征定性特征定量特征1.定性特征曲线由三段组成：初始段AB中间平缓段BC尾部上翘段CD初始段AB：pc↑→So（非湿相）缓慢↑多相流体的渗流机理第3章3节平缓段：pc稍微↑→So↑↑，为主要进液段•BC段越平缓、越长→岩样孔喉分选越好•BC段位置越低→岩样平均孔喉r越大上翘段：pc急剧↑→So↑极小•孔隙小，非湿相进入的数量极少多相流体的渗流机理第3章3节2.定量特征阀压（排驱压力）pT饱和度中值压力pc50最小湿相饱和度SwminpT与岩石渗透性相关：渗透性好→pT低、rmax大。（1）阀压（排驱压力）pT评价储层物性的重要参数rmax：指与岩样表面孔隙连通的最大喉道r。pT：指非湿相开始进入岩样最大喉道的pc。多相流体的渗流机理第3章3节（2）饱和度中值压力pc50pc50：指S非湿相为50％时对应的pc。r50：饱和度中值喉道半径。近似于岩石平均孔喉r。岩石物性好→pc50低、r50大。岩石物性差时，可能无pc50。多相流体的渗流机理第3章3节（3）最小湿相饱和度SwminSwmin：指驱替压力达最大时，未被非湿相驱出而残留在孔道中的湿相饱和度。Swmin代表：非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。一般视其为Swi。Swmin越低→物性越好。多相流体的渗流机理第3章3节§3储层岩石的毛管压力曲线本节内容毛管压力概念综述岩石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多相流体的渗流机理第3章3节四、毛管压力曲线的应用★研究岩石的孔隙结构评价储层岩石的储集性能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计算流体相对渗透率Kri评价作业过程对储层的伤害程度多相流体的渗流机理第3章3节1.评价储层岩石储集性能据毛管曲线的定性特征可直接评价储层储集性能。具体而言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。中间段位置越低中