3 4 毛管压力曲线ppt课件

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 SHgmaxSHgmax 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 w2Rw 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 Hg 480mN m Hg 140 气水界面张力 wg 72mN m wg 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 2 Lcos L r油藏条件 PcR 2 Rcos R 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 ow 25mN m 接触角 ow 0 实验室条件 水的表面张力 wg 72mN m 接触角 wg 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 cos rmaxrmax 2 cos 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 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 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 的下包面积 Awd为曲线 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 如图9 35所示 反之 若Aod Awd 则表明岩石是亲油的 如图9 34所示 若Aod Awd则表明油藏岩石为中性润湿 三 毛管压力曲线特征的影响因素 第四节 毛管压力曲线的应用 利用储油岩石的毛管压力资料可以直接或间接地确定储层的储渗参数 如孔隙度 绝对渗透率 相对渗透率 束缚水饱和度 残余油饱和度 岩石润湿性 岩石比面 孔隙喉道大小分布 驱油效率等等主要包括以下六个方面 一 研究岩石孔隙结构及评估岩石物性及储集性优劣二 确定储层岩石润湿性三 确定油层的平均毛管压力函数四 确定油 水 饱和度随油水过渡带高度变化关系五 用毛管压力回线法研究采收率六 计算岩石的绝对渗透率七 评定工作液对储层损害程度 一 研究岩石孔隙结构及评估岩石的储集性能1 确定最大孔隙半径rmaxrmax 2 cos PT2 确定孔隙大小分布特征r 2 cos PC峰值越高 孔隙大小分布越均匀 3 评价储集性能好坏图A B C 好的储集层 D E 差的储集层 F 非储集层 4 估计油藏产油能力 h50 h50 PC50 w o g当h50 实际油藏闭合高度 只产水 不产油 当h50 实际油藏闭合高度 油水同产 当h50 实际油藏闭合高度 可以产纯油 当h50 实际油藏闭合高度 纯油生产能力很大 二 用退汞效率研究强亲水岩石的采收率压汞 进汞 非润湿相驱替润湿相 随着驱替过程的进行 岩石中非润湿性 汞 饱和度增加 最终到SHgmax 强亲水油藏形成 油驱水 非润湿相驱替润湿相 随着驱替过程的进行 岩石中非润湿性 油 饱和度增加 最终到Soi 所以 压汞过程相当于强亲水油藏形成过程 SHgmax相当于Soi退汞 润湿相驱替非润湿相 相当于吸吮过程 随着退汞的进行 岩石中非润湿性 汞 饱和度减小 最终到SHgr 强亲水油藏水驱油 吸吮过程 随着水驱油的进行 岩石中非润湿性 油 饱和度减小 最终到Sor 所以 退汞过程相当于强亲水油藏水驱油过程 SHgr相当于Sor 退汞效率 SHgmax SHgr SHgmax强亲水油藏采收率 Soi Sor Soi所以 退汞效率相当于强亲水油藏采收率 三 应用毛管压力资料确定储层岩石的润湿性 1 润湿指数和视接触角法 润湿指数 W 的定义为 wo og 分别为岩石 水 油系统的接触角和岩石 油 空气系统的接触角 PTwo PTog 分别为油进入已饱和水的岩石和空气进入已饱和油的岩石的阈压 wo og 分别为水 油和油 空气两相界面的界面张力 因为 岩石 油 空气系统中 油完全润湿岩石 即 og 0 cos og 1所以 W的涵义 以油 空气系统润湿岩石的能力定义为标准 把水 油系统润湿岩石的能力与该标准进行比较 即 W 1水 油系统中水对岩石的润湿能力达到油 空气系统中油对岩石的润湿能力 即水完全润湿岩石 W越近与1 岩石的亲水性越强 W 0说明水 油系统中油完全润湿岩石 W越近与0 岩石的亲油性越强 视接触角定义为 因为润湿指数W在0和1之间 所以 wo 视在0 和90 之间 即 wo 视 0 水完全岩石润湿 wo 视越近0 岩石的亲水性越强 wo 视 90 油完全岩石润湿 wo 视越近90 岩石的亲油性越强 2 面积比法 离心机法测定的毛管压力曲线 曲线 岩石完全饱和水后用油驱水得到 模拟油藏形成条件 曲线 继曲线 后水驱油得到 面积为A2 曲线 继曲线 后油驱水得到 面积为A1 A1 A2 表明油驱水所做的功大于水驱油所做的功 岩石亲水 A1 A2 表明油驱水所做的功小于水驱油所做的功 岩石亲油 A1 A2 岩石为中间润湿 四 确定油层的平均毛管压力J Sw 函数 J Sw 函数定义为 由公式知 J Sw 把油藏流体的界面张力 润湿性和孔隙大小综合在一起来表征油藏的毛管压力曲线的特征 J Sw 曲线能更好地对油藏进行评价和对比J Sw 函数最初是基于因次分析推论出的一个半经验关系的无因次函数 后来则获得了试验上的证明 它是毛管压力曲线一个很好的综合处理方法 如图9 36所示 布朗 Brown 等人获得的实际资料 说明同一层内 同一种岩石类型的J Sw 函数 具有较好的符合性 J Sw 函数的作用 油上图何以知道 J Sw 函数具有下列作用 1 J Sw 函数能确定油藏岩石的平均毛管压力曲线 2 能求出同一类型岩石的毛管压力曲线的平均资料 同一油藏岩石之间的渗透率和孔隙度可能不同 但是它们具有相同的J Sw 3 能找出不同类型 岩石物性不同 岩石的毛管压力曲线 不同的油藏 只要岩石的物性相同 它们可具有相同的J Sw 4 J Sw 限制 不同的油藏和同一油藏中渗透率差别很大的岩石的毛管压力资料 不能获得统一的J Sw 函数曲线 五 确定油 水 饱和度随油水过渡带高度之间变化关系油藏中油水之间以及油气之间不存在一个明显的分界面 而是存在一个油水或油气过渡带 毛管压力曲线的另一用途就是用来确定油藏中油水或油气过渡带的流体饱和度的分布 图9 37过渡带中流体饱和度的分布示意图 100 产油 100 产水 例9 1 试将图9 28中K 200md岩心的室内毛管力曲线 右坐标 转换成以自由水面