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1、第二章 毛管压力曲线的应用第一节 压汞法基本原理及应用一、基本原理由于表面张力的作用，任何弯曲液面都存在毛细管压力。其方向总是指向非润湿相的一方。储油岩石的孔隙系统由无数大小不等的孔隙组成，其间被一个或数个喉道所连结，构成复杂的孔隙网络。对于一定流体，一定半径的孔隙喉道具有一定的毛管压力。在驱替过程中，只有当外加压力（非润湿相压力）等于或者超过喉道的毛管压力时，非润湿相才能通过喉道进入孔隙，将润湿相从其中排出。此时，外加压力就相当于喉道的毛细管力。毛细管压力是饱和度的函数，随着压力升高，非润湿相饱和度增大，润湿相饱和度降低。在排驱过程中起控制作用的是喉道的大小，而不是孔隙。一旦排驱压力克服喉道
2、的毛细管压力，非润湿相即可进入孔隙。在一定压力下非润湿相能够进入的喉道的大小是很分散的，只要等于及大于该压力所对应的喉道均可以进入，至于孔隙，非润湿相能够进入与否，则完全取决于连结它的喉道。以上是毛细管压力曲线分析的基础。压汞法又称水银注入法，水银对岩石是一种非润湿相流体，通过施加压力使水银克服岩石孔隙喉道的毛细管阻力而进入喉道，从而通过测定毛细管力来间接测定岩石的孔隙喉道大小分布，得到一系列互相对应的毛管压力和饱和度数据，以此来研究油层物理特征。在压汞实验中，连续地将水银注入被抽空的岩样孔隙系统中，注入水银的每一点压力就代表一个相应的孔喉大小下的毛细管压力。在这个压力下进入孔隙系统的水银量就
3、代表这个相应的孔喉大小所连通的孔隙体积。随着注入压力的不断增加，水银不断进入更小的孔隙喉道，在每一个压力点，当岩样达到毛细管压力平衡时，同时记录注入压力（毛细管力）和注入岩样的水银量，用纵坐标表示毛管压力pc,横坐标表示润湿相或非润湿相饱和度，作毛管压力与饱和度关系曲线毛管压力曲线，该曲线表示毛管压力与饱和度之间的实测函数关系。通常把非润湿相排驱润湿相称为驱替过程，而把润湿相排驱非润湿相的反过程称之为吸入过程。在毛细管压力测量中，加压用非润湿相排驱岩芯中的润湿相属于驱替过程，所得毛管压力与饱和度关系曲线称之为驱替毛管压力曲线，降压用润湿相排驱非润湿相属于吸入过程，所得毛管压力与饱和度关系曲线称
4、之为吸入毛管压力曲线，在压汞法中，通常把驱替叫注入，把吸入叫退出。压汞法的最大优点是测量特别方便、速度快，测量范围大，测一个样品仅需1-2小时，此外压汞法对样品的形状、大小要求不严，甚至可以测量岩屑的毛细管压力。但压汞法也有很多缺点，例如非润湿相用水银，水银又是在真空条件下压入的，这与油层实际情况差别较大，并且水银有毒，操作不安全。二、应用1确定油藏原始含油饱和度当压力达到一定高度后，压力再继续升高，非润湿相饱和度增加很小或不在增加，毛管压力曲线与纵轴近乎平行，此时岩样中的剩余润湿相饱和度，一般认为相当于油层岩石的束缚水饱和度Swi，而此时的非润湿相饱和度即为油藏原始含油饱和度So。2确定残余
5、油饱和度在注入过程中，压力从零到最高压力，润湿相饱和度从100%降到最小值Smin，而非润湿相饱和度从0到最大值Smax。在退出过程中，压力从最高值降到零，但非润湿相水银并不完全退出，部分水银因毛管压力作用而残留岩石，非润湿相（水银）在退出时所残余的饱和度（SR），可视为残余油饱和度。3确定油藏岩石润湿性 将一块岩芯分为两半，一块作油驱水，另一块作空气驱油，分别测出两条毛管压力曲线，并求出两曲线的排驱压力Pd(w-o),和Pd(o-g)。用qw-o、qo-g、sw-o、s0-g分别表示油水和油空气系统的接触角和表面张力。由于油和空气相比岩石亲油，故可取qo-g=0，cosqo-g=1。根据公式
6、pc=2s cosq /r,可以写出如下的比例式：W=cosqw-o/ cosqo-g = (Pd(w-o) s o-g)/ (Pd(o-g) s w-o) (2.2.1)比值cosqw-o/ cosqo-g称为润湿指数。由于cosqo-g=1，所以，润湿指数越大，岩石越偏向亲水。若W=1，岩石完全亲水；W=0，即Pd(w-o)=0，说明油可以自动吸入岩石，岩石为亲油。应当指出的是，由于pc=2s cosq /r形式是定性地应用于油层，所以, W=cosqw-o/ cosqo-g = (Pd(w-o) s o-g)/ (Pd(o-g) s w-o)公式形式上是定量的，实际上仍只能是定性地估计油
7、层的润湿性。这种确定油层润湿性的方法没有得到广泛应用。4确定低渗透砂岩油藏有效厚度的物性下限曲志浩根据伯格（Berg,.RR.,1975）论述的油气藏二次运移具有水动力影响的基本公式，提出了孔隙喉道的含油下限，孔隙喉道的含油下限半径应为：rtmin=2s /(2s/rp+Zotg(rw-rh) (2.2.2)式中：rtmin ：油藏最小含油喉道半径；Zot：油藏最大含油高度。油藏最小含油喉道半径rtmin即为在给定条件下，油气可以通过的最小喉道半径。这一数值只有在油藏顶部才能达到。从顶部向下，随着油柱高度的的降低，浮力越来越小，而石油所能进入的最小喉道则越来越大。若Zot值取油藏高度的二分之一
8、，则所得的喉道半径称之为油藏最小含油喉道半径中值，以rtmin表示，它代表油藏的一般最小含油喉道半径值。也即为低渗透砂岩油藏应用孔喉半径中值R50划分有效厚度的物性下限值。确定低渗透砂岩油藏有效厚度的物性下限时，若低渗透砂岩孔喉半径中值R50rtmin，砂岩为储集层；砂岩孔喉半径中值R50 d孔喉时，颗粒在岩石表面堵塞，形成外滤饼，如果3 d颗d孔喉10d颗时，颗粒侵入岩石，在孔隙喉道部位搭桥形成内部滤饼；若d孔喉10 d颗时,则颗粒更深地进入岩石,并在孔隙内自身移动。减小微粒迁移对孔喉的堵塞，除了对注水的水质进行严格的筛选外，为了稳定油层中存在的粘土矿物颗粒，可在钻井液、完井液、压裂液，以及
9、注入水中加入粘土稳定剂。国内常用的稳定剂有无机盐类（如NaCl、KCl）、碱类（KOH、Ca(OH)2）等。第二节 离心法基本原理及应用一、 基本原理任何物质在旋转产生的离心力场中均会受到离心力的作用。当饱和有油（水）的岩样，放在充满水（油）的离心管中并使其旋转形成离心力场时，由于油水的密度不同，在岩样孔隙系统内会由于离心力的差异形成离心驱替压力（P），其数值大小符合以下关系式： (2.2.4)式中：油水密度差，g/cm3； 离心转速，r/min； r 离心半径，cm； dr 油（水）体在沿旋转半径方向上的长度，cm。由（2.2.4）式可以推导计算出饱和油（水）的岩样在水（油）中由于旋转产生的
10、离心驱替压力P： (2.2.5)（2.2.4）式代入（2.2.5）式： (2.2.6)解方程（2.2.6）得： (2.2.7)式中：r1，r2岩样两端距离心轴的垂直距离； 令：（r1+r2）/2=r中，即岩样中部与离心轴的垂直距离； r2-r1=L，即岩样本身的长度。则（2.2.7）式可写成： (2.2.8)当离心驱替压力大于岩样中一定大小孔隙所对应的毛细管压力时，岩样周围的油（水）将驱替岩样内部的水（油），直到离心驱替压力与毛细管力平衡为止。油藏岩样内部含油（水）饱和度的变化，由对应阶段驱替出的水（油）量（从离心计量管上读取）用以下公式计算获得。 (2.2.9)式中：Sw（o）岩样中油（水）平均饱和度，%； Vo（w）岩样中油（水）驱水（油）过程中驱替出的水（油）量，cm3； V岩样孔隙体积，cm3。上述程序完成后，则能获得一组岩样毛细管压力（Pc
