第四节 油藏岩石的毛管压力曲线,毛管压力曲线：岩石的毛管压力与湿相流体饱和度 的关系曲线一、毛管压力曲线的测定,测定毛管压力曲线的方法有：半渗隔极法、压汞法、离心机法 1、半渗透隔板法 （1）测定原理：将岩石孔隙视为由一组半径不等的毛细管组成 在空气、水、半渗透隔板系统中，半渗透隔板 是完全被水润湿；在空气、水、岩石系统中，岩石也是 完全被水润湿因此，水能在无压差的情况下通过 半渗透隔板和岩石，由于毛管力的作用，空气只能 在有压差的情况下通过半渗透隔板和岩石但是， 半渗透隔板的孔眼半径比岩石中绝大部分孔隙的半径 小，因此，空气进入半渗透隔板的压差要大于空气进 入岩石孔隙的压差（半渗透隔板孔眼的毛管压力比岩 石孔隙的毛管压力大），在一定的压差下，空气只能 进入岩石的孔隙，不能进入半渗透隔板当外加压差 等于岩石中某一孔隙所对应的毛管压力 时，岩石孔隙中的水被驱替出岩石 岩石中含水饱和度发生变化，测定毛管压力 和饱和度的数据，可测定毛管压力曲线 （2）仪器流程（低压（常压）半渗透隔板法）,Pc=,,（3）测定步骤（低压（常压）半渗透隔板法） A、将岩石和半渗透隔板用地层水完全饱和后，纪录岩石中饱和水的体积，此饱和水的体积既是岩石的孔隙体积，此时岩石的含水饱和度为100%，将隔板装入仪器中； B、饱和水的岩石防在隔板上面，（纪录该度管中的液面读数，计为0位置）； C、抽真空产生△P1的负压，当△P1= Pc1= 时，岩石中半径为 r1的毛管中的水在大气压下被空气驱替出岩石。
D、在刻度管中读出驱替出的水的体积（液面1位置—液面0位置）△Vw1和△P1= Pc1，岩石中此时含水饱和度为（100%—△Vw1/ VP）=Sw1；得到曲线的第一个实验点： （Pc1 ，Sw1）； E、重复C、D步骤，加大△P（抽真空），得到不同饱和度下的（Pc2 ，Sw2）； （Pc3 ，Sw3）……….，对应各点（Pc1 ，Sw1）作出Pc～Sw曲线4）实验结果处理 A、 Pc～Sw曲线 B、孔隙体积分布曲线 C、孔隙体积累积分布曲线,,,图9—21半渗透隔板的毛管压力曲线,半渗透隔板法所能测定的最大毛管压力主要取决于隔板的半渗透性，即隔板的阀压值隔板的孔隙越小，阀压值越高，测试范围就越大，同时测量的时间也越长（图9—21）目前国内生产的隔板可高达0.7MPa以上半渗透隔板,图9—20 高压半渗透隔板仪器示意图,高压半渗透隔板法测量装置示意图如图9—20，测量方法和原理同上，只是驱替压力比0.1MPa要高它由高压容器（1）、可更换隔板（2）、和计量管（3）和压力源（4）组成高压半渗透隔板法仪器,（5）半渗隔板法优缺点 半渗隔板法的优点：无论是气驱水，还是油驱水，都接近模拟油层的驱替状况。
测量精确、可靠，操作简单，同测多块岩样 半渗隔板法的缺点：测试时间太长，半渗隔板承压有限，所以用此法测低渗透岩样时往往得不到完整的毛管压力曲线2、压汞法 （1）压汞法测定毛管压力曲线基本原理 进汞：汞与大多数流体相比较都是非润湿相，如果要把水银注进到洗净烘干了的岩心孔隙中，就必须克服孔隙系统的毛管阻力，也就是说要对汞施加一定的压力，注入水银的加压过程就是测量毛管压力的过程注入水银的每一个压力就代表一个相应的孔隙大小下的毛管压力，在这个压力下进入空隙系统的水银量就代表这个相应大小的孔隙，喉道在系统中连通的孔隙体积随着压力的提高，记下进入岩样的水银体积和相应的压力，便可以得到水银——空气的毛管压力和岩样含汞饱和度的关系曲线 退汞：进汞到仪器的最高压力（进汞）后，逐步降压使压入岩石中的汞退出岩石，测定降压过程中的岩石中的含汞饱和度与毛管压力的关系曲线2）仪器流程 （3）实验结果 A、压汞曲线（驱替曲线）； B、退汞曲线（吸入曲线） C、退汞效率=从岩石中退出汞的体积/进入岩石中的汞的最大体积 =（SHgmax- SHgr) / SHgmax SHgmax——岩石中最大进汞饱和度, SHgr——岩石退汞后残留汞饱和度。
4）优缺点 压汞法的优点： 1）测定速度快，通常每1-2小时测一块样品，低渗岩样也只不过半天 2）测量压力高，最高压力可达6000psI（420atm），因此适用于高、中、低各种渗透率岩心，且都能得到完整的毛管压力曲线 3）形状不规则的岩样也能进行测试 4）作退汞（湿相驱非湿相）试验很方便，而退汞曲线的应用很广 压汞法的缺点： 1）不能模拟实际油层的润湿性和原生水饱和度，因此，所测毛管压力曲线不宜直接用于油田 2）水银有毒，对人体有害 3）试验结束时，岩样充满水银，不宜再做其它试验3、离心机法 （1）基本原理 利用离心作用产生的强大驱替压力达到非湿相从多孔介质中把湿相驱替出来的目的根据普通物理学知识得，沿转动轴转动的物体所产生的离心力F应为： F=ma=mw2R 式中： m——转动物体的质量 a——向心加速度，a=w2R w——角速度 R——转动半径 由此可见，随着m、w和R的增大，离心力F也在增大，所以在试验中，我们通过逐渐提高离心机速即增加角速度的办法来获得逐渐增加的离心力的（如下图所示）从而使各种渗透率的多孔介质中的润湿相被驱替出来，最后获得Pc-Sw关系曲线2）测定仪器,（3）优缺点 优点： 1）测定速度快。
2）测量压力高，因此适用于高、中、低各种渗透率岩心，且都能得到完整的毛管压力曲线 3）接近模拟油层的驱替状况操作简单，同测多块岩样 缺点： 到目前为止，还没有一种精确测定或计算岩样内某一断面饱和度的方法，所采用的都为近似的方法，如逐次逼近法、近似积分法、平均值法不过当前国内外用得较普遍的是中点平均值法即求出岩样的平衡饱和度和岩样中点的毛管压力让其对应，然后再绘出毛管压力和饱和度的关系曲线二、毛管压力的换算与对比,1、不同实验方法测定的毛管压力的换算 压汞法所测得的PHg与半渗透隔板法下的气水毛管压力Pwg的换算,已知汞表面张力σHg＝480mN／m，θHg＝140°， 气水界面张力σwg＝72mN／m，θwg＝0°，则,压汞法所测得的毛管力的值约是半渗透隔板法所测得的毛管压力值的5倍,2、实验室条件与油层条件下的毛管压力的换算 实验室条件：PcL=2σLcosθL/ r 油 藏 条 件： PcR=2σRcosθR/ r 所以有： 注：油藏条件下的毛管力必须根据上式计算转换例题 已知：油藏条件：油-水表面张力σow＝25mN／m，接触角θow＝0° 实验室条件：水的表面张力σwg＝72mN／m，接触角θwg＝00 将实验室半渗透隔板法(水-空气体系)测得的毛管压力Pwg换算为地下油水毛管压力的。
实际油藏中油水的毛管压力值约是半渗透隔板法测得的毛管压力值的1／3，见图9—28三、毛管压力曲线特征分析,在毛管压力曲线的测定中，不管采用前述哪种方法，所测得的毛管压力曲线都有其共同规律，如下图即为典型的毛管压力曲线 主要包括以下三个方面： 1、毛管压力曲线的定性特征 2、毛管压力曲线的定量特征 3、毛管压力曲线特征的影响因素,,如图9—29所示，典型的毛管压力曲线一般可分为三段：初始段、中间平缓段和末端上翘段，曲线表现出两头陡、中间缓 1、初始段： 在初始阶段，随毛管压力升高，润湿相饱和度缓慢降低，非湿相饱和度缓慢增加 其实这并不代表非湿相流体已真正进入岩石内部孔隙中，而是非湿相进入岩样表面凹坑或切开的大孔隙 （实验中的麻痹效应）,（一）毛管压力曲线的定性特征,,2、中间平缓段 毛管压力曲线的中间平缓段表明非湿相在该压力区间逐渐进入岩石孔隙中，并且逐渐向小孔隙推进非湿相饱和度增大很快而相应的毛管压力变化则不太大 A、中间平缓段越长，表明岩石孔隙孔道的分布越集中，分选性越好 B、平缓段位置越靠下，说明岩石喉道半径越大 3、末端上翘段 曲线的最后陡翘段表明非湿相进入岩心孔隙的量越来越小，毛管压力急剧升高，最后只有很少的孔隙还存在湿相流体，非湿相流体已不能把这些小孔隙中的湿相流体驱替出来。
因而再增加压力，非湿相饱和度已不再继续增加二）毛管压力曲线的定量特征,描述毛管压力曲线的定量指标主要有：排驱压力或阈压PT、饱和度中值压力Pc50和最小湿相饱和度Smin,,图9—30 毛管压力曲线的定量特征,,1、阈压或称排驱压力PT,阈压是指非湿相开始进入岩样时的最小的压力它对应于岩样最大孔隙的毛管压力阈压又称为入口压力、门坎压力或排驱压力毛管压力曲线中间平缓段延长线与非湿相饱和度为零处与纵坐标轴的交点所对应的压力就是排驱压力 岩石渗透性好，孔隙半径大，排驱压力PT较低，表明岩石物性较好；反之，亦然因此由排驱压力的大小，可评价岩石渗透性的好坏利用PT值，还可确定岩石最大孔隙半径 PT = 2 σ cosθ/rmax rmax = 2 σ cosθ/ PT,（二）毛管压力曲线的定量特征,2、饱和度中值压力Pc50,饱和度中值压力Pc50是指在驱替毛管压力曲线上饱和度为50％时相应的毛管压力值此时对应的孔道半径是饱和度中值孔道半径r50，简称为饱和度中值半径 显然，Pc50值越小，r50越大，表明岩石的孔渗特性越好如果岩石的孔隙大小分布接近于正态分布，r50可粗略地视为岩石的平均孔道半径。
二）毛管压力曲线的定量特征,,,3、最小湿相饱和度Smin,最小湿相饱和度表示当驱替压力达到最高时，未被非湿相浸入的孔隙体积百分数如果岩石亲水，则最小湿相饱和度代表了束缚水饱和度最小湿相饱和度实际上是反映岩石孔隙结构的一个指标，岩石物性越好，其值越小 注意：Smin值还取决于仪器的最高压力，当毛管压力曲线的陡峭段不平行于压力轴时，仍把它作为束缚水饱和度来考虑会造成误差，特别对于低孔隙、低渗透的岩样，其误差会更大二）毛管压力曲线的定量特征,,（三）毛管压力曲线特征的影响因素,1、岩石孔隙结构及岩石物性,A、孔道大小的分布越集中，分选越好，毛管力曲线的中间平缓段也就越长并且越接近水平线 B、孔隙半径越大，则中间平缓段越接近横轴，毛管压力值越小 C、孔隙喉道大小及集中程度主要影响着曲线的歪度(又叫偏斜度)，它是毛管压力曲线形态倾向于粗孔道或细孔道的量度大孔道越多，则毛管压力曲线越靠近左下方，称为粗歪度反之曲线靠右上方，称为细歪度图9—31几种类型储层的毛管压力曲线定性特征 a分选好、裂隙均匀粗歪度 b分选好、裂隙均匀 c分选好、裂隙均匀细歪度 d分选不好、裂隙不均匀略粗歪度 e分选不好、裂隙不均匀略细歪度 f未分选、极不均匀,（三）毛管压力曲线特征的影响因素,,（三）毛管压力曲线特征的影响因素,毛管力曲线特征还和湿相饱和度变化方向有关系，如图9—33所示。
在饱和度相同的条件下，非湿相驱替湿相的驱替过程的毛管力总大于湿相自吸的吸吮过程的毛管力 原因：这是由于润湿滞后引起的结果由于润湿滞后，前进角永远大于后退角，故在饱和度相同的情况下，吸吮过程的毛管力总是小于驱替过程的毛管力三）毛管压力曲线特征的影响因素,2、湿相饱和度变化方向,图9—33 饱和度变化方向的毛管压力曲线 1—驱替曲线 2—吸吮曲线,（三）毛管压力曲线特征的影响因素,3. 储层岩石的润湿性,从图9—33还可以看出，油藏岩石润湿性不同，毛管力曲线也将不同考虑到润湿性的不同，右图中的纵座标取负号表示 图9—34和图9—35给出了离心法测得的毛管压力曲线，图中虚线I是岩样完全饱和水后用油驱水测得的毛管力曲线，目的在于模拟油藏的束缚水饱和度；曲线Ⅱ是完成上述油驱水后，改用水驱油所得的毛管压力曲线；曲线Ⅲ是紧接着上述实验再用油驱水测得毛管力曲线三）毛管压力曲线特征的影响因素,Aod为曲线Ⅲ的下包面积，Awd为曲线Ⅱ的下包面积比较Aod、Awd面积大小，可以判断岩石的润湿性若Aod＞Awd，表明用油驱水所做的功大于用水驱油所做的功，即岩石是亲水的（。