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1、第三节 油藏岩石的毛管力一、弯液面在毛细管中上升的现象毛管力1特选课件 水在毛细管内上升至一定高度水在毛细管内上升至一定高度h h，是毛细管管壁，是毛细管管壁对水的附着张力与毛细管中液柱的重力平衡的结果。对水的附着张力与毛细管中液柱的重力平衡的结果。（1 1）由）由表面张力表面张力推导毛管力公式推导毛管力公式1. 1. 玻璃毛细管和水玻璃毛细管和水- -气系统气系统 2特选课件作用于三相周界上的各个界面张力之间的关系：作用于三相周界上的各个界面张力之间的关系： 附着张力附着张力A A则：则：3特选课件（2 2）由）由流体力学流体力学推导毛管力公式推导毛管力公式设设：弯液面内侧弯液面内侧BB点压
2、力为点压力为P PB B；弯液面外侧的；弯液面外侧的B B点压力为点压力为P PB B；水面上水面上AA点压力为点压力为P PA A，毛细管中，毛细管中A A点的压力为点的压力为P PA A；根据根据U U形管原理：形管原理：P PA A=P=PA A=P=Pa a；P PB B=P=Pa a( (大气压力大气压力) )、P PA A=P=Pa a ( (大气压力大气压力) )；则：则：而而毛细管压力毛细管压力( (毛管力毛管力) )4特选课件P PC C为为毛细管压力毛细管压力( (简称简称毛管力毛管力),),它的它的物理意义物理意义： 毛细管中弯液面两侧两种流体毛细管中弯液面两侧两种流体(
3、 (非湿相流体与非湿相流体与湿相流体湿相流体) )的压力差的压力差, ,是附着张力与润湿性共同作是附着张力与润湿性共同作用在弯液面上产生的附加压力。用在弯液面上产生的附加压力。 毛管力的毛管力的大小大小等于毛细管中水柱的重力；等于毛细管中水柱的重力；方向方向指向弯液面内侧指向弯液面内侧( (毛管力的作用使弯液面两侧的非毛管力的作用使弯液面两侧的非湿相流体的压力高于湿相流体的压力湿相流体的压力高于湿相流体的压力) )。 5特选课件2. 玻璃毛细管和油-水系统 又所以所以6特选课件归纳如下：归纳如下：(1)(1)毛管力毛管力P Pc c与与coscos成正比成正比,9090, ,毛管亲毛管亲水，水
4、，P Pc c为正值为正值, ,弯液面上升；弯液面上升；9090, ,毛管憎毛管憎水水( (亲油亲油) )，P Pc c为负值为负值, , 弯液面下降。弯液面下降。(2)(2)毛管力毛管力P Pc c和两相界面的界面张力和两相界面的界面张力成正比；成正比；(3)(3)毛管力毛管力P Pc c和毛管半径和毛管半径r r成反比成反比, ,毛管半径越小毛管半径越小, ,毛管力则越大毛管力则越大, ,毛管中弯液面上升毛管中弯液面上升( (或下降或下降) )高度越高度越大。大。7特选课件二、毛管力公式的应用二、毛管力公式的应用1.1.油藏中流体界面是过渡带油藏中流体界面是过渡带对于气对于气- -液界面液
5、界面：对于油对于油- -水界面水界面：过渡带高度取决于最细的毛管中的油过渡带高度取决于最细的毛管中的油( (或水或水) )柱的上升高度。柱的上升高度。 因为因为w w-o oo o, ,所以所以油油- -水过渡带比气水过渡带比气- -液过渡带宽液过渡带宽, ,且油越稠，且油越稠，w w-o o越小越小, ,油水过渡带越宽。油水过渡带越宽。ogog很小很小, ,故气故气- -液过渡带高度较小。液过渡带高度较小。8特选课件 当毛管倾斜时当毛管倾斜时, ,水沿毛管水沿毛管上升上升, ,但垂直高度不变；当毛但垂直高度不变；当毛管水平放置时管水平放置时, ,毛管力则成为毛管力则成为水驱油的动力。若岩石亲
6、油水驱油的动力。若岩石亲油, ,毛管力将阻止水进入毛管毛管力将阻止水进入毛管, ,从从而成为水驱油的阻力。而成为水驱油的阻力。2.2.岩石亲水岩石亲水, ,毛管力是水驱油的动力毛管力是水驱油的动力, ,否则否则毛管力是水驱油的阻力毛管力是水驱油的阻力。毛管力的毛管力的方向方向主要受控于流体对岩石的选择性主要受控于流体对岩石的选择性润湿润湿。3.3.判断岩石的润湿性判断岩石的润湿性岩石自动吸入流体的能力与毛管力的大小、方向有关。岩石自动吸入流体的能力与毛管力的大小、方向有关。9特选课件三、任意曲面的附加压力三、任意曲面的附加压力拉普拉斯方程：拉普拉斯方程：P Pc c 曲面的附加压力曲面的附加压
7、力( (压强压强) )； 两相流体的界面张力；两相流体的界面张力；R R1 1、R R2 2 任意曲面的两个主曲率半径。任意曲面的两个主曲率半径。10特选课件1.1.不规则曲面的附加压力不规则曲面的附加压力（1 1）球面的附加压力）球面的附加压力 过毛管轴心线过毛管轴心线, ,用两垂直用两垂直相交的平面截得的两相流相交的平面截得的两相流体界面均为球面体界面均为球面, ,曲率半径曲率半径相同相同, ,即即R R1 1=R=R2 2=R =R ；11特选课件（2 2）柱面的附加压力）柱面的附加压力 等直径毛管中有一液等直径毛管中有一液珠珠( (或气泡或气泡),),其与管壁间其与管壁间的接触面为柱面
8、的接触面为柱面, ,过毛管过毛管中心线中心线, ,用两垂直相交的用两垂直相交的平面截得界面的形状一平面截得界面的形状一个为圆个为圆, ,其曲率半径其曲率半径R R1 1=r(r-=r(r-毛管半径毛管半径) )；另一；另一个为直线个为直线( (柱面柱面),),曲率半曲率半径径R R2 2=, =, 12特选课件对对于于裂裂缝缝性性油油气气藏藏, ,处处于于两两平平行行裂裂缝缝壁壁之之间间的的油油- -气气、油油- -水界面就是柱面。水界面就是柱面。设设缝宽为缝宽为W,W,缝中弯液面的主曲缝中弯液面的主曲率半径分别为率半径分别为R R1 1、R R2 2(R(R2 2=)=)；裂缝宽度越小裂缝宽
9、度越小, ,毛管力越大。毛管力越大。13特选课件* *（3 3）断面渐变毛管断面渐变毛管的附加压力的附加压力因此，圆锥形毛细管中弯液面的附加压力为：因此，圆锥形毛细管中弯液面的附加压力为：毛细管粗端弯液面毛细管粗端弯液面的曲率半径为：的曲率半径为：细端的曲率半径为：细端的曲率半径为：式中式中 管壁与管中心线的夹角管壁与管中心线的夹角, ,即锥角之半；即锥角之半； 14特选课件2. 2. 任意曲面附加压力的应用任意曲面附加压力的应用 由于油藏岩石孔隙存在弯液面的附加压力由于油藏岩石孔隙存在弯液面的附加压力, ,使液珠使液珠或气泡在孔隙中静止及流动时均产生附加压力。或气泡在孔隙中静止及流动时均产生
10、附加压力。（1 1） 等直径毛管孔道中液珠或气泡的毛管效应等直径毛管孔道中液珠或气泡的毛管效应液珠或气泡静止时：液珠或气泡静止时：由柱面产生的毛管力：由柱面产生的毛管力： 由球形弯液面产生毛管力为：由球形弯液面产生毛管力为：15特选课件由于压强的传递作用由于压强的传递作用, ,球形弯液面的毛管力球形弯液面的毛管力P Pc c施施于管壁于管壁, ,柱面的毛管力柱面的毛管力P Pc c与其相反与其相反, ,故静态时管壁故静态时管壁液膜所受的净压力为：液膜所受的净压力为： 上式表明：上式表明：油油- -水水( (或油或油- -气气) )的界面张力越大的界面张力越大, ,毛管毛管半径越小半径越小, ,
11、施加于管壁液膜的净压力越大施加于管壁液膜的净压力越大, ,液膜达到液膜达到平衡前其厚度减小的也越快。管壁液膜具有反常的平衡前其厚度减小的也越快。管壁液膜具有反常的特性特性- -高粘度和高强度高粘度和高强度, ,欲使珠泡在孔道中流动欲使珠泡在孔道中流动, ,必必须克服须克服P Pc1c1及反常膜的高粘度所产生的摩擦阻力。及反常膜的高粘度所产生的摩擦阻力。 16特选课件当液珠或气泡在两端压差的作用下当液珠或气泡在两端压差的作用下, ,克服上述摩克服上述摩擦阻力欲在孔隙中流动时擦阻力欲在孔隙中流动时, ,由于润湿滞后由于润湿滞后, ,弯液面弯液面发生变形发生变形, ,产生第二种毛管阻力产生第二种毛管
12、阻力P P c2 c2, , 即：即：当珠泡两端压差克服了上述当珠泡两端压差克服了上述两种阻力两种阻力以及以及液膜阻力液膜阻力后后, ,珠泡才能流动。珠泡才能流动。 17特选课件液珠或气泡通过孔隙液珠或气泡通过孔隙喉道时喉道时, ,产生的附加产生的附加阻力阻力称为称为贾敏效应贾敏效应。钻井液、完井液、压井液钻井液、完井液、压井液：失水时对失水时对油油流向井造成流向井造成阻力阻力。调剖堵水：调剖堵水：封堵大孔道、调整流体渗流剖面，通过增加驱封堵大孔道、调整流体渗流剖面，通过增加驱替液的波及体积来提高原油采收率。替液的波及体积来提高原油采收率。（2 2）贾敏效应贾敏效应18特选课件3.毛细管滞后现
13、象毛细管滞后现象毛细管滞后现象与润毛细管滞后现象与润湿滞后及孔隙几何形湿滞后及孔隙几何形态有关：态有关：(1)(1)润湿滞后润湿滞后引起毛细管引起毛细管滞后滞后(2)(2)毛细管半径突变毛细管半径突变引起引起毛细管滞后毛细管滞后(3)(3)毛细管半径渐变毛细管半径渐变引起引起毛细管滞后毛细管滞后 毛细管中吸入液柱毛细管中吸入液柱高度小于驱替液柱高高度小于驱替液柱高度的现象叫做度的现象叫做毛细管毛细管滞后现象滞后现象。19特选课件四、岩石毛管力曲线的测定方法四、岩石毛管力曲线的测定方法半渗隔板法半渗隔板法压汞法压汞法离心法离心法基本原理基本原理 岩心饱和湿相流体岩心饱和湿相流体, ,当外加压力克
14、当外加压力克服某毛管喉道的毛管力时服某毛管喉道的毛管力时, ,非湿相进入非湿相进入该孔隙该孔隙, ,将其中的湿相驱出。将其中的湿相驱出。20特选课件1.1.半渗隔板法半渗隔板法优点优点：比较接近油藏实际情况比较接近油藏实际情况, ,测量精度较高测量精度较高, ,可以作可以作为其它方法的对比标准。为其它方法的对比标准。缺点缺点：测试时间长测试时间长, ,测定压力范围小测定压力范围小, ,不适合低渗岩石。不适合低渗岩石。21特选课件2.2.压汞法压汞法特点特点：测定压力范围大、测定速度快测定压力范围大、测定速度快, ,适合于高、中、低渗适合于高、中、低渗透率岩石。透率岩石。缺点：缺点：非湿相是水银
15、非湿相是水银, ,与油藏实际流体相差较大与油藏实际流体相差较大, ,并且水银并且水银有毒有毒, ,岩样被污染而不能重复使用岩样被污染而不能重复使用, ,操作也不安全。操作也不安全。其中：其中：22特选课件3.3.离心法离心法优点优点：兼有半渗隔板法和压汞法两者的优点兼有半渗隔板法和压汞法两者的优点, ,测定速度快测定速度快, ,所采用的流体又接近油藏实际所采用的流体又接近油藏实际, ,所测得的毛管力曲线与半所测得的毛管力曲线与半渗隔板法测的曲线吻合较好。渗隔板法测的曲线吻合较好。缺点缺点：测试压力范围较小测试压力范围较小( (一般排驱压力只能达到几个兆一般排驱压力只能达到几个兆帕帕) )；设备
16、较复杂；设备较复杂, ,数据处理量大。数据处理量大。原原 理理 利用离心机产生的离心力代替利用离心机产生的离心力代替外加的排驱压力实现非湿相驱替湿外加的排驱压力实现非湿相驱替湿相过程的一种测量毛管力的方法。相过程的一种测量毛管力的方法。23特选课件进行毛管力资料换算的原因：进行毛管力资料换算的原因：(1)(1)不同测定方法不同测定方法, ,使用不同流体使用不同流体, ,由于界面张力及润湿由于界面张力及润湿性的差异性的差异, ,测得的毛管力不同；测得的毛管力不同；(2)(2)相同的流体在室内和油藏条件下的界面张力及其对相同的流体在室内和油藏条件下的界面张力及其对岩样润湿性不同岩样润湿性不同, ,
17、其毛管力也不同。其毛管力也不同。压汞法压汞法半渗隔板法半渗隔板法24特选课件25特选课件五、岩石毛管力曲线的基本特征五、岩石毛管力曲线的基本特征1.1.毛管力曲线的毛管力曲线的基本特征基本特征初始段初始段中间平缓段中间平缓段末端上翘段末端上翘段随压力的增加随压力的增加, ,非湿相饱和度缓慢增加。非湿相饱和度缓慢增加。表面孔或较大的缝隙表面孔或较大的缝隙非湿相饱和度麻皮效应非湿相饱和度麻皮效应中间平缓段越长中间平缓段越长, ,说明岩石喉道的分布说明岩石喉道的分布越集中越集中, ,分选越好。平缓段位置越靠下分选越好。平缓段位置越靠下, ,说明岩石主要喉道半径越大。说明岩石主要喉道半径越大。主要的进
18、液段主要的进液段 随着压力的升高随着压力的升高, ,非湿相将进入越来越细的孔隙喉道非湿相将进入越来越细的孔隙喉道, ,但进入速度但进入速度越来越小越来越小, ,最后曲线与纵坐标轴几乎平行最后曲线与纵坐标轴几乎平行, ,即压力再增加即压力再增加, ,非湿相不再进非湿相不再进入岩样。入岩样。26特选课件通过非湿相流体排驱湿相流体过程测通过非湿相流体排驱湿相流体过程测得的毛管力曲线称为得的毛管力曲线称为驱替曲线驱替曲线；通过湿相流体排驱非湿相流体过程测通过湿相流体排驱非湿相流体过程测得毛管力曲线称为得毛管力曲线称为吸吮吸吮( (入入) )曲线曲线。 吸入曲线始终位于吸入曲线始终位于驱替曲线的下方。驱
19、替曲线的下方。27特选课件2.2.毛管力曲线的毛管力曲线的特征参数特征参数 非湿相流体开始进入岩非湿相流体开始进入岩心中最大喉道的压力或非心中最大喉道的压力或非湿相开始进入岩心的最小湿相开始进入岩心的最小压力压力P PT T称为阈压称为阈压, ,或或“入入口压力口压力”或或“门坎压力门坎压力”。(1)(1)阈压阈压P PT T渗透性好的岩石渗透性好的岩石, ,阈压均比较低；反之阈压均比较低；反之, ,阈压比较大。阈压比较大。最大喉道半径最大喉道半径r rmaxmax28特选课件(2)(2)饱和度中值压力饱和度中值压力P Pc50c50 指驱替毛管力曲线上非指驱替毛管力曲线上非湿相饱和度为湿相饱
20、和度为50%50%时对应的时对应的毛管压力毛管压力, ,简称简称中值压力中值压力。中值半径中值半径r r5050 岩石物性越好岩石物性越好,P,Pc50c50越低越低,r,r5050越大；物性差的岩越大；物性差的岩石石,P,Pc50c50很高很高, ,甚至在毛管力曲线上读不出来甚至在毛管力曲线上读不出来( (曲曲线上非湿相饱和度小于线上非湿相饱和度小于50%)50%)。29特选课件 当驱替压力达到一定值后当驱替压力达到一定值后, ,压压力再升高力再升高, ,湿相饱和度也不再减湿相饱和度也不再减小，毛管力曲线与纵轴几乎平小，毛管力曲线与纵轴几乎平行行, ,此时岩心中的湿相饱和度称此时岩心中的湿相
21、饱和度称为为最小湿相饱和度最小湿相饱和度S Sminmin。(3)(3)最小湿相饱和度最小湿相饱和度S Sminmin 对于亲水岩石对于亲水岩石,S,Sminmin相当于岩石的束缚水饱和度。相当于岩石的束缚水饱和度。湿相饱和度湿相饱和度S Sminmin越小，表明岩石含油饱和度越大。越小，表明岩石含油饱和度越大。30特选课件退汞曲线退汞曲线：压力接近零时岩心中的含汞：压力接近零时岩心中的含汞饱和度称为饱和度称为最小含汞饱和度最小含汞饱和度S SKpminKpmin( (相当于相当于亲水油藏水驱后的残余油饱和度亲水油藏水驱后的残余油饱和度) )。退汞效率退汞效率W WE E相当于强亲水油藏的水驱
22、采收率。相当于强亲水油藏的水驱采收率。(4)(4)退汞效率退汞效率W WE E进汞曲线进汞曲线：最高压力点对应的岩心中的含：最高压力点对应的岩心中的含汞饱和度称为汞饱和度称为最大含汞饱和度最大含汞饱和度S Skpmaxkpmax( (相当相当于强亲水油藏的原始含油饱和度于强亲水油藏的原始含油饱和度) )退汞效率退汞效率W WE E：31特选课件3.3.裂缝油藏裂缝油藏毛管力曲线特征毛管力曲线特征32特选课件六、毛管力曲线的应用六、毛管力曲线的应用描述储层特征的主要参数描述储层特征的主要参数：束缚水饱和度束缚水饱和度、残余残余油饱和度油饱和度、孔隙度孔隙度、绝对渗透率绝对渗透率、相对渗透率相对渗
23、透率、岩石润湿性岩石润湿性、岩石比面岩石比面及及孔隙喉道大小分布孔隙喉道大小分布等等33特选课件1.1.岩石储集性能评价岩石储集性能评价 毛管力曲线的形态主要受毛管力曲线的形态主要受孔隙喉道的分选性孔隙喉道的分选性及及喉道大小喉道大小控制。控制。34特选课件2.2.研究岩石的孔隙结构研究岩石的孔隙结构(1)(1)确定岩石的最大孔喉半径及主要孔喉大小确定岩石的最大孔喉半径及主要孔喉大小。(2)(2)定量评价孔隙喉道的分布定量评价孔隙喉道的分布35特选课件井号：林井号：林7-101井段：井段：976.80983.60距顶：距顶：3.22孔隙度：孔隙度：40.2%渗透率：渗透率：2.051m2井号：
24、林井号：林7-101井段：井段：983.60988.30距顶：距顶：1.61孔隙度：孔隙度：43.1%渗透率：渗透率：7.911m236特选课件3.3.判断岩石的润湿性判断岩石的润湿性具体做法具体做法：将饱和水的岩样放到离心机上依次做油将饱和水的岩样放到离心机上依次做油驱水、水驱油及二次油驱水实验驱水、水驱油及二次油驱水实验, ,测出相应的毛管测出相应的毛管力曲线，比较水驱油和二次油驱水曲线的下包面积，力曲线，比较水驱油和二次油驱水曲线的下包面积，面积小的为润湿相驱替非润湿相。面积小的为润湿相驱替非润湿相。A1A2 亲水亲水A1A2 亲油亲油唐纳森唐纳森方法方法37特选课件润湿指数润湿指数W
25、W和视润湿角和视润湿角实验方法实验方法：将一块岩心一分为二：将一块岩心一分为二, ,一块饱和一块饱和油后测定空气驱油的毛管力油后测定空气驱油的毛管力, ,另一块饱和水另一块饱和水后测定油驱水毛管力。得到两条毛管力曲后测定油驱水毛管力。得到两条毛管力曲线线, ,分别求出两条毛管力曲线的阈压分别求出两条毛管力曲线的阈压P PTogTog和和P PTwoTwo，按以下指标判断岩石的润湿性。，按以下指标判断岩石的润湿性。 (1)(1)润湿指数润湿指数W W 润湿指数的物理意义润湿指数的物理意义是：以油是：以油- -空气系统油润湿岩石空气系统油润湿岩石能力为标准能力为标准, , 比较水比较水- -油系统
26、水润湿岩石的能力。油系统水润湿岩石的能力。 W=1 W=1 水完全润湿岩石水完全润湿岩石 W=0 W=0 油完全润湿岩石油完全润湿岩石38特选课件(2)(2)视润湿角视润湿角 视接触角视接触角wowo越接近越接近0 0岩石越水湿岩石越水湿, ,越接近越接近9090岩石越油湿。岩石越油湿。 39特选课件4.4.确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果施的效果 通过对比岩石在接触工作液前后毛管力曲线的特征变化通过对比岩石在接触工作液前后毛管力曲线的特征变化, ,可判断油层是否受到伤害以及评价增产措施是否有效。可判断油层是否受到伤害以及评价增产措施是否有效
27、。40特选课件4.4.确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果施的效果某一注水地层不同时间测得的毛管力曲线某一注水地层不同时间测得的毛管力曲线 41特选课件5.5.水驱油水驱油( (或气驱油或气驱油) )过程中任一饱和度面上过程中任一饱和度面上油油- -水水( (或气或气) )相间的压力差相间的压力差 油藏中水驱油油藏中水驱油( (或气驱油或气驱油) )时时, ,岩石中的流体分布及驱替岩石中的流体分布及驱替过程与毛管力测定过程相似。过程与毛管力测定过程相似。因此因此, ,任一饱和度面上任一饱和度面上, ,油水油水( (或气或气) )相间的压力差相间的
28、压力差( (即毛管即毛管力力) )可直接由相应条件下的毛可直接由相应条件下的毛管力曲线查得。管力曲线查得。 油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水上油水( (或气或气) )相间的压力差。相间的压力差。42特选课件6.6.油藏过渡带内流体饱和度的分布油藏过渡带内流体饱和度的分布自由水面自由水面 P Pc c=0=0100%100%含水面含水面 P Pc c= P= PT T100%100%产水面产水面 P Pc c= P= Pcsorcsor43特选课件7.7.用毛管压力曲线研究油藏流动系统用毛管压力曲线研究油藏流动系统 高背躺椅形毛管压力曲线高背躺椅形毛管压力曲线 坐椅形毛管压力曲线坐椅形毛管压力曲线 高腿椅或下凹形毛管压力曲线高腿椅或下凹形毛管压力曲线 8.8.用毛管压力曲线确定合理注水强度用毛管压力曲线确定合理注水强度 9.9.用毛管压力曲线计算岩石绝对渗透率和相用毛管压力曲线计算岩石绝对渗透率和相对渗透率对渗透率44特选课件
