（油气田开发工程专业论文）三相渗流油相相渗规律实验及预测方法研究.pdf

寸l e x p e r i m e n t a la n dp r e d i c t i v es t u d y o ft h el a wo ft h eo i lr e l a t i v e p e r m e a b i l i t yu n d e rt h r e e - - p h a s ef l o wc o n d i t i o n s at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t a ：c h e n gm i n g j u n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r l ia i - f e n c o l l e g eo fp e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) ， l 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位龛文作者签名：叠鳗墨日期：砂年f 月驴日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：鍪璺旦墨 指导教师签名： 日期：f 年 日期：砂年 孑月吕日 ，厂月男日 iffffffjfjfjfjjfjiijfjiijiii _ 9 一一一 r - 摘要 当研究一个油藏的生产时，有很多情况必须考虑所有三相油、气、水的流动。 水驱、蒸汽驱、地下燃烧、溶解气驱和气顶驱经常包含所有三相的同时流动。利用气驱 和轻烃驱提高采收率技术的应用经常伴随着三相流动。为了了解流体的流动，需要评价 三相相对渗透率。然而，三相相对渗透率的测量面临很大的难度。除了要测量饱和度、 压降、三相流动的流量，还有无限的不同的饱和历程。这是因为任何三相驱替都包含了 两个不断变化的独立的流体饱和度。因此，包含三相流动的大部分油藏工程计算程序是 基于预测模型，这些模型试图从更容易取得的两相油水、油气和气水的相对渗透率的测 量值去评价三相相对渗透率。本文利用水湿岩心和油湿岩心，测定不同渗透率和不同润 湿性下的两相相对渗透率和三相相对渗透率，对油气藏的渗流规律做进一步的研究。首 先，研究不同因素下的两相气水，油水，气油的渗流规律，实验结果表明：润湿性对渗 流规律有强烈的影响，而渗透率对渗流规律的影响较小。其次，研究不同润湿性下的三 相油相相对渗透率，实验结果表明：水湿岩心和油湿岩心的油相相对渗透率都取决于所 有相的饱和度；水湿岩心的油相等渗透率线凹向于油的顶点，油湿岩心的油相等渗透率 线凸向于油的顶点。最后，选择几个不同的预测模型进行评价，结果表明：介质的润湿 性强烈的影响三相油相相对渗透率的模型的精度；没有一个三相模型能够完美的拟合实 验数据，有些模型适合于水湿介质，有些模型适合于油湿介质。 关键词：渗透率，润湿性，两相相对渗透率，三相相对渗透率，油相等渗透率线， 渗流规律，预测模型 - f 矿 1 e x p e r i m e n t a la n d p r e d i c t i v es t u d yo f t h el a w o ft h eo i lr e l a t i v e p e r m e a b i l i t yu n d e r t h r e e p h a s ef l o wc o n d i t i o n s c h e n gm i n gj u n ( o i l & g a s f i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl ia i 一缸 a b s t r a c t ，1 l e ns t u d y i n gap r o d u c t i o nf r o ma l lo i lr e s e r v o i r , t h e r ea r em a n ys i t u a t i o n sw h e r et h e f l o wo fa l lt h r e ep h a s e o i l ，g a sa n dw a t e rm u s tb ec o n s i d e r e d t h e w a t e rd r i v e ，s t e a md r i v e ， u n d e r g r o u 芏l dc o m b u s t i o n , s o l u t i o ng a sd r i v ea n dg a sc a pd r i v eo f t e ni n v o l v e s i i l l u l 切n e o u s f l o wo fa l lt h r e ep h a s e a p p l i c a t i o no fe n h a n c e do i lr e c o v e r yt e c h n i q u e s t h a tu t i l i z ei n je c t i o n o fg a u so rl i g h th y d r o c a r b o na r ef r e q u e n t l ya c c o m p a n i e dw i t ht h r e e p h a s ef l o w t ou 1 1 d e r s 切n d t h ef l u i dm o v 钮l e l l t ，e s t i m a t e so ft h r e e - p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t i e sa r en e e d e d w h i l et h e m e a s l 】i e m e n to fm r e e p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t yp o s e sap a r t i c u l a rc h a l l e n g e i na d d i t i o n t o m em e a s l 】r e m e l l to fs a t u r a t i o n s ，p r e s s u r ed r o p s ，a n df l u x e si nt h r e ef l o w i n gp h a s e s ，t h e r ea l e a ni n f i m t em 衄b e ro fd i f f e r e n ti n v o l v e st h ev a r i a t i o no f t w oi n d e p e n d e n ts a t u r a t i o n s t h u s ， m o s to ft h er e s e r v o i re n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o n sf o rp r o c e s s e si n v o l v i n gt h r e e 。p h a s ef l o w a r e b 2 u s e do np r e d i c t i v em o d e l st h a ta t t e m p tt oe s t i m a t et h et h r e e p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t y 丘傩l m o r ee a s i l vo b t 血e dt w o - p h a s eo i l - w a t e r , o i l - g a s a n dw a t e r - g a sr e l a t i v ep e r m e a b i l i t y m e 硼e i n e n t s t h i sp a p e rd e t e r m i n e st w o - p h a s ea n dt h r e e - p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t i e s o f d i 伍。r e n tp 锄e a b i l i t i e sa n dw e t t a b i l i t i e sb yu s i n gw a t e r - w e tc o r e sa n d o i l w e tc o r e si no r d e r t om a k em o r e 删e si i lt h ef l o w i n gl a wo fo i la n dg a sr e s e r v o i r s f i r s to fa l l ，w es t u d yt h e f l o w i n gl a wo ft w o - p h a s eg a s w a t e r , o i l w a t e ra n d g a s o i li nd i f f e r e n tf a c t o r s t h ee x p e r i m 咖 r e s u l t si n d i c a t et h a tw e t t a b i l i t yi ss t r o n g l yi m p a c to nt h ef l o w i n gl a wa n dp e r m e a b i l i t yi s a 1 i t t l e 证n d a c to nt h ef l o w i n gl a w s e c o n d l y , w es t u d yt h et h r e e - p h a s eo i lr e l a t i v ep e r m e a b i l i t y i i ld i 氆。r e n tw e t t a b i l i t i e s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t et h a t o i lr e l a t i v ep e r m e a b i l i t yo f w a t e r - w e tc o r e sa n do i l w e tc o r e sa r ed e p e n d e n to ns a t u r a t i o no fa l lp h a s e t h eo i li s o p e r m s o fw a t e r - w c tc o r e sa r ec o n c a v et o w a r dt h eo i la p e x t h eo i li s o p e r m so fo i l - w e tc o r e s a l e c o n v e xt o w a r dt h eo i la p e x f i n a l l y , s e v e r a ld i f f e r e n tp r e d i c t i o nm o d e l sa r es e l e c t e df o r e v a l u a t i o n i ti sf o u n dt h a tt h ea c c u r a c yo ft h r e e - p h a s eo i lr e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d e l si s s 仃i d n 西yi n f l u e n c e db yt h ew e t t a b i l i t y o ft h em e d i u mb e i n gc o n s i d e r e d n os i n g l et h r e e 。p h 豁e u - 峰 ， m o d e li s c a p a b l es a t i s f a c t o r i l ym a t c h i n gt h ee x p e r i m e n td a t a s s o m em o d e l s a le f i tt o w 掀- w e tm e d i u n la n do t h e r sa l ef i tt oo i l - w e tm e d i u l l l 。 k e yw o r d s ：p e r m e a b i l i t y , w e t t a b i l i t y , t w o p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t y , t h r e e p h a s e r e l a t i v ep e r m e a b i l i t y , o i li s o p e r m s ，f l o w i n gl a w , p r e d i c t i o nm o d e l s t r 1 一 。、 目录 第一章绪论1 1 1 研究目的及意义1 1 2 国内外油气水三相渗流的研究现状2 1 2 1 油气水三相相对渗透率的实验研究2 1 2 2 油气水三相相对渗透率的理论研究8 1 2 3 油气水三相相对渗透率的经验模型8 1 2 4 存在的问题1 2 1 3 研究内容及技术路线1 2 1 3 1 研究内容1 2 1 3 2 拟解决的关键性问题1 3 1 3 3 技术路线1 3 第二章两相渗流相渗曲线规律研究一1 4 2 1 气水两相渗流相渗曲线规律研究1 4 2 1 1 实验条件o i 1 4 2 1 2 实验步骤1 4 2 1 3 实验数据及实验结果分析1 5 2 1 4 小结；2 3 2 2 油水两相渗流相渗曲线规律研究2 4 2 2 1 非稳态法油水两相相对渗透率的测定原理2 4 2 2 2 实验条件2 4 2 2 3 实验步骤2 4 2 2 4 实验数据及实验结果分析2 5 2 2 5 小结3 5 2 3 气油两相渗流相渗曲线规律研究3 5 2 3 1 实验条件3 5 2 3 2 实验步骤3 6 2 3 3 实验数据及实验结果分析3 7 2 3 川、轧。一4 5 第三章三相渗流油相相渗曲线规律实验研究：。：搴。一j ：4 7 3 1 气水两相渗流含水饱和度与电阻关系测定4 7 3 1 1 实验条件4 7 3 1 2 实验步骤4 7 3 1 3 实验数据及实验结果分析4 8 3 2 三相渗流油相相渗曲线规律实验研究5 1 3 2 1 实验条件5 1 3 2 2 实验步骤5 2 3 2 3 实验数据及实验结果分析5 3 3 3 小结：5 9 第四章三相渗流油相相渗规律经验模型及实验结果对比研究j 6 0 4 1 三相渗流油相相渗规律经验模型6 0 4 2 三相渗流油相相渗实验值与经验值对比6 6 4 3 小结。? 8 7 结论8 8 参考文献9 0 攻读硕士学位期间取得的学术成果9 3 致谢9 4 v h ， r 一 叠 一， 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究目的及意义 第一章绪论 在油气藏不同的环境中经常存在着油、气、水三相的流动。为了了解流体的流动， 需要评价三相相对渗透率。然而，通常要取得两相( 油水，油气，气水) 的相对渗 透率是非常耗时的。相比之下，三相相对渗透率的测量面临很大的难度。除了要测量饱 和度、压降、三相流动的流量，还有不同的饱和历程。这是因为任何三相驱替都包含了 两个不断变化的独立的流体饱和度。因此，测量油藏中所有可能发生的三相驱替一比 如说溶解气驱、气驱和不同初始含油气饱和度下的水驱的相对渗透率都是非常困难的。 虽然研究者在研究一个油藏的生产时，有时候合理的限制他的研究范围在单相流或 两相流。但是，有很多情况必须考虑所有三相油、气、水的流动。水驱、蒸汽驱、 地下燃烧、溶解气驱和气顶驱经常包含所有三相的同时流动。利用气驱和轻烃驱提高采 收率技术的应用经常伴随着三相流动。在油气水三相流动的系统里，对于相对渗透率和 滞后效应的分析，很多研究者指出气体总是表现为非润湿，油和水表现为润湿或中间润 湿。也指出润湿相和非润湿相的相对渗透率主要是它们自己饱和度的函数，中间润湿相 的相对渗透率受饱和历史和其它两相的饱和度的强烈的影响。开展三相渗流实验是一个 繁琐的任务，只有极少数的处理三相相对渗透率测量值的实验被报道。包含三相流动的 大部分油藏工程计算程序是基于预测模型，这些模型试图从更容易取得的两相油水，油 气和气水的相对渗透率的测量值去评价三相相对渗透率。 目前，所用的许多经验模型有三大局限性。第一，它们基于水湿介质，但却应用于 几乎不属于水湿的储油岩层。第二，模型很难解释任何驱替路径下的油气圈闭。第三， 针对提高采收率项目和污染物清理的最优化选择体制，在低含油饱和度时的相对渗透率 的函数形式与近来的实验结果不一致。 由于三相相对渗透率测量的复杂性，因此对于评价各相的等渗透率线的最常见的工 程实践是使用理论预测模型。这些模型通常使用这些信息，例如两相的相对渗透率、毛 细管压力和饱和历史去预测三相相对渗透率的等渗透率线。因此，要积极开展对三相相 对渗透率经验模型的研究，并且通过比较实验值和预测值，选出更好的预测模型。对解 决油气藏开发中三相渗流的各种问题、优化开发方式、合理的开发油气藏、提高油田采 收率都具有重要的指导意义。 第一章绪论 1 2 国内外油气水三相渗流的研究现状 。 1 2 1 油气水三相相对渗透率的实验研究 1 9 4 1 年，l e v e r e t t 和l e w i s 在人造砂岩中进行稳态法三相相对渗透率的测量【l j 。在 这些实验里，盐水( 氯化钠) ，氮气，煤油( 粘度1 6 7 m p a s ) 和煤油一机油( 粘度1 8 2 m p a s ) 用来测定三相相对渗透率，并且测定粘度对等渗透率线的影响。这项研究显示了水相相 对渗透率只与含水饱和度有关。在同样的含气饱和度下，三相系统中的气相等渗透率略 小于两相系统中的气相渗透率，但仍然是它自身饱和度的函数。然而，在油相等渗透率 图里，在同样的含油饱和度下，油相等渗透率好像在一些区域里高于两相的相对渗透率， 在另外的区域里低于两相的相对渗透率。观察到的所有组分的等渗透率的这些趋势都与 油相粘度无关。 c o r e y 等人【2 】( 1 9 5 6 ) 在b e r e a 砂岩中使用赫斯勒毛细管压力法公布了三相相对渗 透率测量的结果。在这些实验里，基于油相等渗透率线的曲率他们观测到油相等渗透率 取决于所有存在相的饱和度。气相等渗透率线是直线，暗示了这些等渗透率线只是含气 饱和度的函数。水的等渗透率线是直线并且平行于水的等饱和度线。 s a r e m 【3 】( 1 9 6 6 ) 尝试使用与稳态方法相比耗时少、灵巧的非稳态技术修正相对渗 透率的测量技术。他将b u c k l e y 和l e v e r e t t ( 1 9 4 2 ) 建立的理论 4 1 从两相流动扩展n - - 相 流动，并且取得饱和度方程。与w e l g e 方法兼容的演变的新方法来预测两相流动系统里 驱替相的饱和度。然后，他研究了饱和历程对每相等渗透率线的影响。他观察到初始饱 和度的条件影响油和水的等渗透率线，但是对气相的相对渗透率只有轻微的影响。此外， 他还说明了初始饱和度对水与油的相对渗透率的比值的影响，这与公布的用稳态动力学 方法( c a u d l e 等人【5 】，1 9 5 1 ) 或者w e l g e 公式测量的两相流动有同样的趋势。后来， d o n a l d s o n 和d e 狃【6 】( 1 9 6 6 ) 使用同样的技术测量b e r e a 砂岩中的三相相对渗透率。在 这些测量中油相等渗透率线凹向于1 0 0 含油饱和度的顶点。油相等渗透率线如图1 1 所示。在此基础上，他们得出油相等渗透率线取决于多孔介质中所有相的饱和度。公布 的水相和气相的等渗透率线不是直线，表明水相和气相的相对渗透率也受介质中其它相 的饱和度分布的影响。 2 r ，。- 簟 一 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 图1 - 1d o n a l d s o na n dd e a n 实验的油相等渗透率线 f i 9 1 1 o i li s o p e r m so ft h ee x p e r i m e n t so fd o n a l d s o na n dd e a n s a r a f 和f a 仕【7 】( 1 9 6 7 ) 针对三相流动系统里饱和度的测量使用n m r 提出了一项新 技术。他们发现湿相的相对渗透率只取决于它自身的饱和度，与其它相无关。发现油的 等渗透率取决于水和油的饱和度。然而，在气相相对渗透率里没有具体趋势。在一般趋 势的基础上，他们得出气体的相对渗透率只取决于总液体的饱和度。 v a ns p r o n s e n 8 】( 1 9 8 2 ) 在b e r e a 砂岩中使用离心法测量三相系统里油、乙二醇溶液 和空气的相对渗透率。这些测量值表明水和油的相对渗透率略凹向于它们各自的顶点。 之后，s a r a f 等人【9 】( 1 9 8 2 ) 使用稳态法和非稳态法测量b e r e a 砂岩中异构烷烃溶剂、蒸 馏水和氮气的三相相对渗透率。他们得出油相等渗透率线与其它两相饱和度无关，或者 存在微弱的相关性。水和气的等渗透率线是直线且平行于等饱和度线。 温度对两相和三相的相对渗透率也有一定的影响。在文献中，温度对相对渗透率和 端点饱和度的影响存在一些差异。然而，r a m e y 等人( 1 9 8 5 ) 和a k i n 等人( 1 9 9 9 ) 提供的实 验研究表明相对渗透率与温度无关。a k i n 等a t 1 0 1 ( 1 9 9 9 ) 把温度对相对渗透率测量的影响 的差异归因于以下参数：饱和度测量的误差、忽略毛细管压力和末端效应产生的误差、 不同的油和盐水的润湿性变化产生的误差、涉及实验过程和计算所制定的假设、应用在 目前的多相流条件下的不恰当的数学模型。m a i n i 等人【i l 】( 1 9 9 0 ) 在o t t a w a 砂岩中使用 稳态和非稳态测量技术，在高温下测量三相相对渗透率。他们发现水相和气相的相对渗 透率只是它们各自饱和度的函数，油相等渗透率线是多孔介质中所有相的饱和度的函 数。油相等渗透率线的滞后效应不是很显著，水相等渗透率线没有滞后效应，但是气相 的滞后效应很明显。实验结果也显示了稳态和非稳态技术之间有很大的差异。当绘制三 元图时，油相等渗透率线凹向于含油饱和度1 0 0 。图1 2 表示了d d i 饱和历程条件下 3 第一章绪论 的使用稳态技术测量的油相等渗透率线。 o 。 o i l 图1 2m a i n i 等人的实验的油相等渗透率线 f i g l - 2 o i li s o p e r m so ft h ee x p e r i m e n t so fm a i n ie t a l o a k 等人【1 2 】【1 3 】( 1 9 9 0 ) 在水湿b e r e a 砂岩岩心中做了大量的测量两相和三相相对渗 透率的实验来研究饱和历程对相对渗透率曲线的影响。在这些实验里使用稳态测量技 术，并且使用x 射线吸收法测量液体的饱和度。在两个不同的饱和历程之间进行比较， 发现相对渗透率与饱和度有不同的关系。他们得出湿相( 例如水) 的相对渗透率与饱和 历程无关，它只取决于水相的饱和度。然而，他们发现中间湿相和非湿相的相对渗透率 取决于不同饱和路径下的饱和历程。o a k 1 4 1 ( 1 9 9 1 ) 在中间润湿b e r e a 砂岩中做了进一 步的实验。在实验中使用稳态测量技术，保持水油流动比的速度常数，测量油相相对渗 透率，油相等渗透率线如图1 3 所示。与之前水湿岩心的研究对比，他发现气驱不能帮 助降低含油饱和度低于水驱的残余油饱和度。 w 图1 - 3o a k 的实验的油相等渗透率线 f i g l - 3 o i li s o p e r m so ft h ee x p e r i m e n to fo a k 文献中大部分可利用的三相数据来自低压下气油之间非混相的系统。为了讨论压力 4 r 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 的影响，和油藏条件下界面张力的变化，d r i a 等人【l5 】( 1 9 9 3 ) 在二氧化碳驱的条件下使 用稳态技术测量三相相对渗透率。这些实验是在7 0 和9 6 5 m p a 下水湿贝克山白云石 岩心中进行的。在这项研究里，可以观察到每相的相对渗透率只取决于它们各自的饱和 度。比较二氧化碳与油相( 癸烷) 的相对渗透率，显示出在同样的流动饱和度下，它们 几乎是一样的，表明气体的润湿性接近于油相的润湿性。这个研究的结果也说明在相似 的润湿性条件下在不同的岩心中三相流动条件下测量的二氧化碳的相对渗透率远远低 于氮气的相对渗透率。在此基础上，他们得出相之间的相行为对相的等渗透率线形状的 影响占影响的主导地位，因此在测量相对渗透率时需要考虑这个影响。 s k a u g e 和l a r s e n 1 6 】( 1 9 9 4 ) 做了关于砂岩的非稳态w a g ( 水气交替驱替) 的实验， 并把它们与气驱和水驱的实验相比较。他们使用三块不同润湿性的岩心：水湿、油湿和 中间润湿。为了改变岩心的润湿性，他们用二甲基二氯硅烷己烷溶液处理岩心。对于水 湿岩心，水的相对渗透率只是它自身饱和度的函数，并且几乎没有滞后现象。在绘制三 元图时，油的等渗透率线是凹的，没有得出油相相对渗透率滞后的结论。因为所有的驱 替是趋向于降低含油饱和度。气相相对渗透率受饱和历程的强烈影响，并且趋向取决于 其它相的饱和度。在油湿岩心里，水的相对渗透率表现出滞后，在最初的几次驱替里， 油相相对渗透率主要是它自身饱和度的函数。然而，由于保持润湿性的问题，很难得出 更多确定的结论。没有观察到岩心润湿性与圈闭的气体饱和度的相关性，不过，初始含 气饱和度的增加导致了圈闭的气体饱和度的增加。与两相实验比较，三相流动实验导致 了更低的残余油饱和度。 在表1 1 中总结了国外的一些实验研究的概况。表中列举了研究者及年代、流体饱 和度的测试技术、实验方法、饱和历程、两个效应的处理以及油、气、水等渗线的形态。 表1 - 1 三相相对渗透率研究的概况 t a b l e l - 1 s u m m a r yo ft h es t u d yo ft h r e e - p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t y 作者及实验饱和饱和度滞后效应末端效应 等渗线形态 年代方法历程测试技术处理处理 后， k 肋 k 曙 s w ：电阻率 i e v e r e t t 稳态法 没有 s 。：物质 忽略忽略线性凹凸 ( 单岩心 1 9 4 1给出 动力法)平衡法 s 窖：p - v 法 5 第一章绪论 表1 - 1 三相相对渗透率研究的概况( 续) t a b l e l - 1 s u m m a r yo ft h es t u d yo ft h r e e - p h a s er e l a t i v ep e r m e a b i l i t y 作者及实验饱和饱和度滞后效应末端效应 等渗线形态 年代方法历程测试技术处理处理 kk ，。 k r g 稳态法 s w ：不变 对每个饱 c o r e y( h a s s e l e r w 二o g 和度点采采用隔板 不 线 1 9 5 6 毛细管 ( d d i ) s 。：称重 用不同的 法使其减清 凹 性 压力法) 样品消除少到最小 楚 s g ：称重 滞后现象 s a r e m 非稳 w o g 利用扩展 的w e l g e 忽略忽略 线线线 1 9 6 6 态法( d d i )性 性 性 方法 d o n a l d s o n 非稳 w - o - g 利用扩展利用高流速 的w e l g e 忽略使末端效应凹凹 ，凸 1 9 6 6 态法( d d i ) 方法减少到最小 离开岩心 s a r a f 稳态法 w o g 核磁使用端点测量线线 ( 单岩心 凸 1 9 6 7 ( d d i ) 共振技术不同样品饱和度和性 性 动力法) 压力 s a r a f 非稳态 w - o - g 循环系统 线 法和稳的物质忽略 消除 线 凹 1 9 8 2 ( d d i ) 性性 态法平衡法 s p r o n s e n 稳态法 w - o - g 稳定的没 和离心重力差使用高速凹凹 1 9 8 2 ( d d i ) 油水吸入测 机法 s o o a k 稳态法 w - o - g s w ：x - 光 线 不 线 ( 修正后 不清楚3 段岩心 清 1 9 9 0 ( d d i ) 吸附性 性 的宾法) 楚 s g ：物质 平衡法 由于开展三相渗流实验比较困难而且很繁琐，目前国内针对油、气、水三相相对渗 透率的实验研究还很少。1 9 8 9 年，周显民，袁庆峰等人【1 刀针对大庆油田岩样采用稳态 法进行了i d i 饱和历程的相对渗透率的测定。他们得出水相等渗透率线平行于其饱和度 的分度线，仅仅是其自身饱和度的函数。油相等渗透率线凹向于含油饱和度1 0 0 ，而 6 r 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 气相等渗透率线凸向于含气饱和度1 0 0 。 1 9 9 5 年，赵明国，张洪亮等【l8 】利用稳态法测量饱和历程为i d d 的人造水湿和油湿 岩心中的油气水三相的相对渗透率。实验中分别采用电阻率和称重法及体积平衡法确定 水、油、气饱和度的稳态技术研究润湿性对油气水三相相对渗透率的影响。水湿岩心中， 水的等渗透率线为一组直线，即水相相对渗透率只与含水饱和度有关，而与油、气的单 独饱和度无关。油、气的相对渗透率与所有三相的饱和度有关。油的等渗透率线为一组 凹向1 0 0 含油饱和度顶点的曲线，气的等渗透率线为一组凸向1 0 0 含气饱和度顶点的 曲线。在油湿岩心中，油、气、水三相的相对渗透率与所有三相的饱和度有关，各相的 等渗透率线均为一组凸向1 0 0 各自饱和度顶点的曲线。图1 4 ，1 5 ，1 6 分别给出 了水相等渗透率线、油相等渗透率线和气相等渗透率线。 l w 1 0 6 w 图l - 4 水相等渗透率线 f i g l - 4 w a t e ri s o p e r m s o 水湿 油 曼 图1 - 5 油相等渗透率线 f 迎l - 5 o i li s o p e r m s o 图l - 6 气相等渗透率线 f 迎l - 6 g a si s o p e r i m 7 第一章绪论 1 2 2 油气水三相相对渗透率的理论研究 影响相对渗透率的因素有：岩石的润湿性、流体的饱和度、滞后效应、渗透率、孔 隙度以及粘度、温度和初始润湿相饱和度等的影响1 9 】。 ， 流体在孔隙介质中的分布受岩石润湿性的影响很大。在强水湿的岩心中，当含水饱 和度较小时，水主要分布在死孔隙里、小毛细管里和颗粒表面上；在强油湿的岩心中， 当含水饱和度不高时，水主要分布在大孔隙的中心，而油附在颗粒的表面并占据较小的 毛细管。 流体的饱和度对相对渗透率也有重要的影响。l e v e r e t t 和l e w i s u ( 1 9 4 1 ) 在实验( 排驱 型) 基础上，岩石的润湿性水 油 气时，得出三相流动时相对渗透率的结论：水相的 相对渗透率只与含水饱和度有关；气相的相对渗透率也只是气相饱和度的函数；油 相的相对渗透率是油气水三相饱和度的函数。d i c a r l o 2 0 】等研究结果表明油、气、水相 的相对渗透率只与各自的饱和度有关，不受其它各相的影响。 实验过程中，末端效应会对实测数据和真实数据产生较大的误差。实验室的末端效 应是指岩心出口端由于毛细管压力效应而引起的饱和度梯度，它主要对测量饱和度精度 产生影响。最常用的解决方法有：增大流速来降低末端效应；在实验岩心两端安装两段 与岩样类似的岩心以消除末端效应，这样同时可以使多相流体在进入实验样品之前可以 充分混和。 1 2 3 油气水三相相对渗透率的经验模型 ( 1 ) c o r e y t 2 】( 1 9 5 6 ) 提出了第一个预测三相系统中油相相对渗透率的经验公式： km = 斟( s 矿+ s 三一2 s 工r ) ( 1 - 1 ) 这里s 是含水饱和度，& 是油水饱和度之和，s 厶是残余液体饱和度。 ( 2 ) s t o n e 2 1 1 ( 1 9 7 0 ) 提出一个模型，它是基于渠道流理论把多孔介质看作一 个流通渠道的组合，并且假设在任何一个流通渠道里仅有一种流动流体。润湿性决定了 不同尺寸的渠道的占有率。中间润湿相把最小渠道里的湿相与最大渠道里的非湿相分 开。因此，像两相系统里一样，三相系统里有同样的饱和历程，并且湿相( 水) 的饱和 占据了同样的流动渠道。这也意味着水相相对渗透率是它自身饱和度的函数，并且两相 系统和三相系统里都一样。类似的，对于同样的饱和历程，非湿相( 气) 的相对渗透率 与两相系统里的比较，在三相系统里没有发生变化。中间湿相的相对渗透率取决于它占 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 琚酬甲1 日j 柒旭，反辽米也就是。巴取决- 3 - 水气明饱和发。他堤出j 、徊利利对渗透翠的夫糸 式： k：s 声声 ( 1 - 2 ) r oo n o rm ， 。g s = 悬 3 ) 这里s 。是三相残余油饱和度，s 。是束缚水饱和度。函数风只取决于含水饱和度， 乓只取决于含气饱和度： 风= 忐 c 以= 惫 5 ， s 一= 熹鼍 m 6 ， s 朋= 墨 ( 1 7 ) 1 一s 。一s 。 在上面的表达式里，k 和k r o l l 分别表示在油水系统里和在油气系统里的油相相对 渗透率。s t o n e 指出s 伽是饱和度的函数，可以被近似认为是常数。被用做可调参数 来最大限度的减少油相相对渗透率的实验值和计算值的误差。 ( 3 ) s t o n e 2 2 】( 1 9 7 3 ) 提出另一个模型( s t o n e 模型i i ) ，它是利用油气和油水系 统中的4 个两相相对渗透率的关系式来预测三相油相相对渗透率。求解尼。，如下： 后加= ( 删) ( 七懈御) 一( 七m 伊) 1 - 8 ) ( 4 ) h i r a s a k i ( d i e t r i c ha n db o n d o r t 7 3 1 ，1 9 7 6 ) 由于第三相的存在，定义油相相对渗 透率的缩减量为： ：吒w 一一w ) + ( w 一一) 一k + 毛) - k 广r k 一( 1 - 9 ) 这里k r o 嗽是在束缚水饱和度下测量的两相油相相对渗透率。第一项和第二项说明 了由于水气的存在而被封锁的油，第三项是在水气封锁机理之间的一个交互调整。油相 第一章绪论 相对渗透率的结果表达式变成： 分+ 一一+ g w + 已路堕每也竺型 ( 5 ) a z i z 和s e t t a r i 2 4 1 ( 1 9 7 9 ) 修正了s t o n e 模型来克服原始模型的限制：仅当端 点相对渗透率等于1 时，才可以简化为两相数据。修正的s t o n e 模型i ： k = k 一s 。成 ( 1 1 1 ) 凡2 瓦丁 c r 习o w ( 1 - 1 2 ) 修正的s t o n e 模型i i ： 9 = 瓦丑k r o j g 习 ( 1 1 3 ) 七阳一删一ik r 。w m ( 缶w 印 _ i k r w o + k r g o ) n - 1 4 ) ( 6 ) a l e m a n 和s l a t t e r y 2 5 】( 1 9 8 8 ) 提出了下面的模型评价油相相对渗透率：一 七= ks r or o w m a xo n o r ( 1 1 5 ) ( 7 ) b a k e r 2 叼( 1 9 8 8 ) 在油水和油气数据之间使用饱和度加权插值获得三相油相的 相对渗透率： 、 ( 1 - 1 6 ) ( 8 ) p o p e ( d e l s h a d 和p o p e ： 0 ，1 9 8 9 ) 在两相相对渗透率表示不明确的时候提出 一个三相模型： = 圭w m 觚陋加，卜- 6 一，户驯一蝣+ 乜加，户d w ( ，一卯e o g - e o w l “。1 7 ( 9 ) k o k a l 和m a i n i t 2 8 1 ( 1 9 8 9 ) 讨论了由a z i z 和s e t t a r i ( 1 9 7 9 ) 修正的s t o n e 模型 i 的两个限制：1 ) 两相油气的相对渗透率并不总是在束缚水饱和度下测量。2 ) 七一一 、 和一的测量值经常不相等。根据这些，他们修正s t o n e 模型i ： 1 0 r 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 后 钉onork向sfowlnaxw h o r d i l i 、 kk t o g m 孤( 1 一。，) s+ 后s ( 1 - 1 8 ) r o g m a x g n o r f o w m a xw n o r 11l 1 一s o n o r ( 1 0 ) h u s t a d 和h a n s e n 2 9 1 ( 1 9 9 5 ) 提出了一个包含三个两相实验中的6 个残余值 的模型。他们使用下面的插值绘制油藏等渗透率图： 七加g 。m 眦) ：等k m wg ) + 争一嘴g 。m 瓜) ( 1 - 1 9 ) ( 1 1 ) g o o d y e a r 和t o w n s l e y ( b a l b i n s k ie t a l 3 0 1 ，1 9 9 7 ) 提出了下面的关系式： k 加s o ) = k r o gs o g n ) 口| | m w ( s 。w 竹) 一，( 口) ( 1 - 2 0 ) 任意选择函数厂 ) ，但是必须满足厂( o ) = 0 和厂( 1 ) = 1 的条件。同样厂q ) = 口也满足这些 条件。 ( 1 2 ) m o u l u 等人 3 1 1 ( 1 9 9 7 ) 扩展v i z i k a ( 1 9 9 3 ) 的研究提出一个理论模型：把岩 石孔隙结构看作分形孔隙的集合。模型适应于强水湿介质并且油扩展系数大于0 。多孔 介质被看作平行毛细管束的分形截面。需要一个迭代程序构造通过截面：一个圆圈周长 的一半被分成1 1 个部分，然后每个部分可以被另一个小圆圈周长的一半代替。提出了下 面的三相油相的相对渗透率： 。( s o + s w - s o r g ) 可4 - d l 氐。m 哮l m 2 ， lj 作者扩展模型到油湿和中间润湿的条件下( m o u l u 等人【3 2 1 ，1 9 9 9 ) 利用润湿指数 w i ( 水湿介质等于1 ，油湿介质等于1 ) ： 纠1