储层岩石的毛管压力曲线

1、第三节第三节 储层岩石的毛管压力曲线储层岩石的毛管压力曲线教学目的：教学目的： 会计算任意曲界面的附加压力，掌握毛管压力曲线的测定与换算；了解毛管压力的滞后现象；分析毛管压力曲线；掌握毛管压力曲线的应用。教学重点和难点：教学重点和难点：u 教学重点：教学重点： 1、任意曲面的附加压力的计算 2、毛管压力曲线的测定与换算 3、毛管压力的滞后现象 4、毛管压力曲线的分析及应用u 教学难点：教学难点：u 1、任意曲面的附加压力的计算u 2、毛管压力曲线的测定u 3、毛管压力曲线的应用教法说明：教法说明：u 课堂讲授并辅助多媒体课件展示相关的数据和图表教学内容：教学内容：u 1、毛管中的液体上升 u

2、2、任意曲面的附加压力u 3、孔道中的毛细管效应附加阻力u 4、毛管压力的滞后现象u 5、毛管压力曲线的测定与换算u 6、毛管压力曲线分析u 7、毛管压力曲线的应用grcos2hw grcos2h )R1R1(P21 rcos2R2PPc 0P rcos2Pc rPPc r)cos(2PPc Wcos2PPc rcos2R2P )R, rR(rP21 )5 . 0(cosr2rR2PPPI R2PP 右右曲曲面面R2PP 左左曲曲面面)R1R1(2PPPII )cos(cosr2P12II R2PP R2PP )R1R1(2PPPIII r2PIII 吸入 2替驱界 面 运 动 方 向a湿 相

3、非 湿 相1r图914 接触角滞后引起毛管滞后 把一根毛细管插入一盛有湿相流体（如水）的把一根毛细管插入一盛有湿相流体（如水）的容器中，则湿相容器中，则湿相( (水水) )排驱非湿相排驱非湿相( (空气空气) )，在毛管压，在毛管压力的作用下，水将沿毛管上升一定高度力的作用下，水将沿毛管上升一定高度( (图图9 914a)14a)，这是吸入过程。再把另一根同样的毛管先充这是吸入过程。再把另一根同样的毛管先充满水，满水，再插入盛水容器，在重力作用下，水将沿毛再插入盛水容器，在重力作用下，水将沿毛细管下细管下降到一定高度，这是空气驱水的驱替过程降到一定高度，这是空气驱水的驱替过程( (图图9 91

4、4b)14b)。 可以看出，尽管空气中的压力都为大气压，但可以看出，尽管空气中的压力都为大气压，但由由于饱和顺序不同，吸入过程产生液柱的高度小于于饱和顺序不同，吸入过程产生液柱的高度小于驱驱替过程产生的液柱高度。替过程产生的液柱高度。 毛细管滞后现象的产生主要由润湿滞后及岩石毛细管滞后现象的产生主要由润湿滞后及岩石孔孔道几何形状引起，常见毛细管滞后现象有以下几道几何形状引起，常见毛细管滞后现象有以下几种：种：吸入 rprt界 面 运 动 方 向湿 相a非 湿 相图915毛管直径突变引起毛管滞 1 1、接触角滞后、接触角滞后（即润湿滞后）引起（即润湿滞后）引起毛管滞后毛管滞后 （图（图9-149

5、-14）2 2、毛管半径突变、毛管半径突变引起毛管滞后引起毛管滞后 （图（图9-159-15） 吸 入驱 替rt湿 相界 面 运 动 方 向非 湿 相rp图916毛管直径渐变引起毛管滞后 3 3、毛细管半径渐变引起毛、毛细管半径渐变引起毛管滞后管滞后 4 4、实际岩石孔隙中的、实际岩石孔隙中的毛管滞后毛管滞后 12吸 入驱 替湿 相界 面 运 动 方 向非 湿 相图917实际岩石孔隙毛管滞后现象 由前面的讨论我们知道，毛管压力与湿相流体饱和度之间存在一定的函数关系。但由于油藏岩石孔隙结构复杂，直接推导数学模型有困难，但可以用实验的方法测量出不同湿相流体饱和度下的毛管压力，这种毛管压力与湿相(或

6、非湿相)饱和度的关系曲线称为毛管压力曲线。 pwpwVVVS 高压半渗透隔板法测量装置示意图如图920，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。 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。目前国内生产的隔板可高达0.7MPa以上。 图图9 92222所示的压汞仪，是由高压氮气瓶加压、计量泵计量。其所示的压汞仪，是由高压氮气瓶加压、计量泵计量。其 核心部分由压汞计量泵核心部分由压汞计量泵(1)(1)和岩心室和岩心室

7、(2)(2)组成，计量泵内装有水银，组成，计量泵内装有水银，并并与岩心室连通。其测定原理是：汞不润湿岩石，汞则为非润湿与岩心室连通。其测定原理是：汞不润湿岩石，汞则为非润湿相，在相，在高压下把汞压入岩样中，求出与之平衡的毛管力高压下把汞压入岩样中，求出与之平衡的毛管力P Pc c和压入汞的和压入汞的体积，体积，从而得到毛管力和岩样含汞饱和度的关系。从而得到毛管力和岩样含汞饱和度的关系。 %100SSS%100EHgmaxRHgmaxw 注注入入非非湿湿相相的的体体积积退退出出非非湿湿相相的的体体积积 半渗透隔板法所用的仪器简单，无论是气驱水、气驱油，还是油驱水、水驱油都比较接近油藏的真实情况，

8、是一种经典的、标准方法。但是，由于其测试时间长，常常难以满足矿场测试的需要。 压汞法测定速度快，其测定压力范围也比隔板法大得多，此外它还可以测定不规则的样品如岩屑。压汞法的缺点是(1)在真空条件下将水银压入岩样，这与油层实际情况差别较大，(2)水银有毒，测定后由于岩样被汞污染而不能再用，（3）一旦水银泄露危害操作人员健康。为防止中毒，规定实验室应保持低温(20)和良好通风。 rcos2PLLcL rcos2PRRRc cLLLPcos2r cRRRPcos2r LcLLRRRcPcoscosP 压汞法所测得的压汞法所测得的P PHgHg与半渗透隔板法下的气水毛管压与半渗透隔板法下的气水毛管压力

9、力P Pwgwg的换算的换算 已知汞表面张力已知汞表面张力HgHg480mN480mNm m，HgHg140140，气水界面张力，气水界面张力wgwg72mN72mNm m，wgwg0 0，则，则 HgHgHgHgHgwgwgwgPPPP51140cos4800cos72coscos 压汞法所测得的毛管力的值约是半渗透隔板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法所测得的毛管压力值的5 5倍倍, ,一般认为半渗透隔一般认为半渗透隔板法比较接近油层条件，精度较高，其所测曲线板法比较接近油层条件，精度较高，其所测曲线可作为标准曲线。可作为标准曲线。 压汞法测得的毛管压力压汞法测

10、得的毛管压力P PHgHg与油层条件下的油与油层条件下的油- -水毛管压力水毛管压力P Powow的换算的换算已知汞表面张力已知汞表面张力HgHg480mN480mNm m，HgHg140140，油水界面张力油水界面张力owow25mN25mNm m，owow0 0，则，则HgHgHgHgHgowowowPPPP151140cos4800cos25coscos 这说明实际油藏中，油水的毛管压力值约是这说明实际油藏中，油水的毛管压力值约是压汞法测得毛管压力值的压汞法测得毛管压力值的1 11515。( (图图9-279-27） 半渗透隔板法(水-空气体系)测得的毛管压力Pwg与地下油水毛管压力的换

11、算 已知油已知油- -水表面张力水表面张力owow25mN25mNm m，owow0 0，水的表面张力水的表面张力wgwg72mN72mNm m，接触角，接触角wgwg0 0。则则 wgwgwgwgwgowowowPPPP310cos720cos25coscos 实际油藏中油水的毛管压力值约是半渗透隔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板法测得的毛管压力值的1 13 3，见图，见图9 92828。 根据毛管力换算喉道半径根据毛管力换算喉道半径r r HgHgHgHgPrrrP75. 075. 0cos2或ABEF饱和度压力CFE油 把毛管压力曲线换算成喉道半径与湿相饱和

12、度的关系曲线，或在毛管压力曲线的纵坐标上直接标出喉道半径。 图929 毛管压力曲线的定性特征根据毛管力换算液柱高度根据毛管力换算液柱高度 81.9)(owcRPh 例例9 911试将图试将图9 92828中中K=200mdK=200md岩心的室内毛管力岩心的室内毛管力曲线（右坐标），转换成以自由水面以上高度的坐曲线（右坐标），转换成以自由水面以上高度的坐标来表示油水饱和度的分布，设油藏条件下的标来表示油水饱和度的分布，设油藏条件下的wowo=24mN/m=24mN/m，ww=1088 kg/m=1088 kg/m3 3，o o=848kg/m=848kg/m3 3，常压，常压下水的表面张力下水

13、的表面张力wgwg=72 mN/m=72 mN/m。PaMPaPPcLwgwocR22000022. 0065. 07224)(34. 981. 9)8481088(2200081. 9)(mPhowc 阀压或称排驱压力PT 阀压是指非湿相开始进入岩样时的最小的压力，阀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。阀压又称为入它对应于岩样最大孔隙的毛管压力。阀压又称为入口压力、门坎压力或排驱压力。口压力、门坎压力或排驱压力。般来说，毛管压般来说，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

14、排驱压力。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，排驱压力岩石渗透性好，孔隙半径大，排驱压力P PT T 较较低，低，表明岩石物性较好；反之，亦然。因此由排驱表明岩石物性较好；反之，亦然。因此由排驱压力压力的大小，可评价岩石渗透性的好坏。利用的大小，可评价岩石渗透性的好坏。利用P PT T值，还值，还可确定岩石最大孔隙半径及判断岩石的润湿可确定岩石最大孔隙半径及判断岩石的润湿性。性。 饱和度中值压力Pc50 饱和度中值压力饱和度中值压力P Pc50c50是指在驱替毛管压力是指在驱替毛管压力曲线上饱和度为曲线上饱和度为5050时相应的毛管压力值。此时相应的毛管压力值。

15、此时对应的孔道半径是饱和度中值孔道半径时对应的孔道半径是饱和度中值孔道半径r r5050，简称为饱和度中值半径。简称为饱和度中值半径。 显然，显然，P Pc50c50值越小，值越小，r r5050越大，表明岩石的越大，表明岩石的孔渗特性越好。如果岩石的孔隙大小分布接近孔渗特性越好。如果岩石的孔隙大小分布接近于正态分布，于正态分布，r r5050可粗略地视为岩石的平均孔道可粗略地视为岩石的平均孔道半径。半径。 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。时，未被非湿相浸入的孔隙体积百分数。如果岩如果岩石亲水，

16、则最小湿相饱和度代表了束缚水饱和石亲水，则最小湿相饱和度代表了束缚水饱和度。度。反之，若岩石亲油，则反之，若岩石亲油，则S Sminmin代表了残余油饱和代表了残余油饱和度。度。最小湿相饱和度实际上是反映岩石孔隙结构最小湿相饱和度实际上是反映岩石孔隙结构的一的一个指标，岩石物性越好，个指标，岩石物性越好，其值越小。另外其值越小。另外S Sminmin值还值还取决于仪器的最高压力，当毛管压力曲线的取决于仪器的最高压力，当毛管压力曲线的陡峭陡峭段不平行于压力轴时，仍把它作为束缚水饱段不平行于压力轴时，仍把它作为束缚水饱和度和度来考虑会造成误差，特别对于低孔隙、低渗来考虑会造成误差，特别对于低孔隙、

17、低渗透的透的岩样，其误差会更大。岩样，其误差会更大。 3、毛管压力曲线特征的影响因素 岩石孔隙结构及岩石物性 孔道大小的分布越集中，分选越好，毛管力曲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。孔隙线的中间平缓段也就越长并且越接近水平线。孔隙半径越大，则中间平缓段越接近横轴，毛管压力值半径越大，则中间平缓段越接近横轴，毛管压力值越小。孔隙喉道大小及集中程度主要影响着曲线的越小。孔隙喉道大小及集中程度主要影响着曲线的歪度歪度( (又叫偏斜度又叫偏斜度) )，它是毛管压力曲线形态倾向于，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，则毛管压力粗孔道

18、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。方，称为细歪度。 毛管压力曲线形态主要受孔隙结构，如孔道毛管压力曲线形态主要受孔隙结构，如孔道的分选性和孔道大小的影响。因此，可以根据毛的分选性和孔道大小的影响。因此，可以根据毛管压力曲线形态，评估岩石储集性能好坏。图管压力曲线形态，评估岩石储集性能好坏。图9-9-3131给出了六种理想化的毛管压力曲线。显然，给出了六种理想化的毛管压力曲线。显然，a a代代表的岩石具有极好的物性，而表的岩石具有极好的物性，而e e代表的岩石物性极代表的岩石物性极差。差。

19、 碳酸盐岩的双重介质的特征可以从毛管力曲碳酸盐岩的双重介质的特征可以从毛管力曲线上较清晰地反映出来，图线上较清晰地反映出来，图9-329-32给出的就是典型给出的就是典型的双重孔隙介质的压汞法毛管压力曲线。的双重孔隙介质的压汞法毛管压力曲线。 PPcSwetcwetSabcdefwetSSwetwetSwetS图图9 93131几种类型储层的毛管压力曲线定性特征几种类型储层的毛管压力曲线定性特征a a分选好、裂隙均匀粗歪度分选好、裂隙均匀粗歪度 b b分选好、裂隙均匀分选好、裂隙均匀c c分选好、裂隙均匀细歪度分选好、裂隙均匀细歪度 d d分选不好、裂隙不均匀略粗歪度分选不好、裂隙不均匀略粗歪

20、度e e分选不好、裂隙均匀略粗歪度分选不好、裂隙均匀略粗歪度 f f未分选、极不均匀未分选、极不均匀 湿相饱和度变化方向 毛管力曲线特征还和湿相饱和度变化方向有关系，如毛管力曲线特征还和湿相饱和度变化方向有关系，如图图9 93333所示。在饱和度相同的条件下，非湿相驱替湿相的所示。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。驱替过程的毛管力总大于湿相自吸的吸吮过程的毛管力。这是由于润湿滞后引起的结果。由于润湿滞后，前进角永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，吸吮过程的毛远大于后退角，故在饱和度相同的

21、情况下，吸吮过程的毛管力总是小于驱替过程的毛管力。管力总是小于驱替过程的毛管力。 081624324020406080100Sw，%Pc，c mHg亲水岩石12-40-32-24-16-8020406080100So，%Pc，c mHg亲油岩石12图933 饱和度变化方向的毛管压力曲线1驱替曲线 2吸吮曲线 储层岩石的润湿性 从图从图9 93333还可以看出，油藏岩石润湿性不还可以看出，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，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。右图中的纵座标取负号表示。 图图9 93434和图和图9 93535给出了离心法

22、测得的毛给出了离心法测得的毛管压力曲线，图中虚线管压力曲线，图中虚线I I是岩样完全饱和水后用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；曲线束缚水饱和度；曲线是完成上述油驱水后，改是完成上述油驱水后，改用水驱油所得的毛管压力曲线；曲线用水驱油所得的毛管压力曲线；曲线是紧接着是紧接着上述实验再用油驱水测得毛管力曲线。上述实验再用油驱水测得毛管力曲线。 A Aodod为曲线为曲线的下包面积，的下包面积，A Awdwd为曲线为曲线的下的下包面积。比较包面积。比较A Aodod、A Awdwd面积大小，可以判断岩石面积大小，可

23、以判断岩石的润湿性。若的润湿性。若A AododA Awdwd，表明用油驱水所做的功，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（如大于用水驱油所做的功，即岩石是亲水的（如图图9 93535所示）；反之，若所示）；反之，若A AododA Awdwd、则表明岩、则表明岩石是亲油的（如图石是亲油的（如图9 93434所示）；若所示）；若A Aodod= =A Awdwd则表则表明油藏岩石为中性润湿。明油藏岩石为中性润湿。 利用储油岩石的毛管压力资料可以直接或间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、绝对渗透接地确定储层的储渗参数，如孔隙度、绝对渗透率

24、、相对渗透率、束缚水饱和度、残余油饱和率、相对渗透率、束缚水饱和度、残余油饱和度、度、岩石润湿性、岩石比面、孔隙喉道大小分岩石润湿性、岩石比面、孔隙喉道大小分布、驱布、驱油效率等等油效率等等 1、研究岩石孔隙结构及评估岩石物性及储研究岩石孔隙结构及评估岩石物性及储集性能优劣集性能优劣 这部分内容在上节这部分内容在上节3.23.2中已经叙述，不再赘中已经叙述，不再赘述。述。 亲亲水水0AAlogwdoodw 亲亲水水0AAlogwdoodw 中中间间0AAlogwdoodw maxTrcos2P womaxTwoworPcos ogmaxTogogrPcos woTogogTwoogwoPPco

25、scosW woTogogTwoogwoPPcoscos woTogogTwowoPPcos woTogogTwowoPPcosarc gPrgcos2hcR岩岩毛毛LLk8r2 常常数数岩岩毛毛 LL kcrPccos2r 又又Pccos2kc kcosPcc2即即)Sw(Jc2 令令 kcosPc)Sw(J kPc)Sw(J 5、 用毛管压力回线法研究采收率 用压汞法测量毛管压力曲线时，先加压向岩样中注入非湿相来驱替湿相的过程所得到的毛管压力曲线称为驱替型毛管压力曲线，简称驱替曲线又叫注入曲线；然后降压驱替非湿相得到毛管压力曲线，称之为吸入曲线又叫退出曲线。 压汞法实验中，把驱替叫作注入，

26、把吸入称为退出。 毛管压力回线的测定至少包括压汞、退汞和重压汞三个过程。 根据毛管压力曲线上根据毛管压力曲线上的最大汞饱和度和残余汞的最大汞饱和度和残余汞饱和度，沃德洛饱和度，沃德洛(Wardlaw(Wardlaw，1976)1976)把降压把降压后退出的汞体后退出的汞体积与降压前积与降压前注入的汞总体注入的汞总体积的比值叫积的比值叫作退出效率作退出效率E Ew w，即：即： %100maxmaxHgRHgwSSSE 图中的毛管压力曲线包括图中的毛管压力曲线包括次注入次注入( (曲线曲线)、退出、退出( (曲线曲线W W) )和二次注和二次注入入( (曲线曲线R R) )。一次注入。一次注入 时压力从零到最高压力，湿相饱和度从时压力从零到最高压力，湿相饱和度从100100降至降至S Sw wminmin( (最小湿相饱和度最小湿相饱和度) )，而非湿相饱和度从，而非湿相饱和度从0 0到最大值到最大值 S Snwnwmaxmax。退汞过程。退汞过程中，压力从最大值降为零，但非湿相并不全部退出，部分汞因毛管力作中，压力从最大值降为零，但非湿相并不全部退出，部分汞因毛管力作用而残留于岩石中用而残留于岩石中( (残余汞饱和度残余汞饱和度S SR