油层物理第三章.ppt

1、第三章 饱和多相流体的油藏岩石的渗流特性,基本概念：,1.相界面：互不相溶的两相之间的接触面。 2.表面：两相中有一相为气相的界面。 3.界面现象：发生在界面上的物理、化学现象。,第三章 饱和多相流体的油藏岩石的渗流特性,问题：,1.油藏中的油水界面是平面吗？ 2.油水在岩石孔隙中如何分布？ 3.为什么进行间歇注水？交替注水、注气？,第一节 油藏流体的界面张力,1、两相界面的界面能：,1.1 定义 界面层从两相界面到分子力场达 到平衡的分子层的厚度。 界面能界面层内分子比相内部分 子多具有的那部分能量。,第一节 油藏流体的界面张力,1、两相界面的界面能：,1.2 界面能特性： 界面能依存于两相

2、界面。 界面能分布于整个界面层。,第一节 油藏流体的界面张力,1.2 界面能特性： 界面越大，界面能也越大； 界面能的大小与两相分子的 极性有关。,极性相近原则： 极性相近的分子间引力大。,界面能与物质的相态有关系。 U气液U液液,第一节 油藏流体的界面张力,2、比界面能或界面张力,2.1 定义： 定义1：界面单位面积上所具有的界面能。,单位：,第一节 油藏流体的界面张力,2、比界面能或界面张力,定义2：作用于界面单位长度上的收缩力，亦 称为界面张力。,用金属丝做成的框架， 中间是肥皂膜：,圆形金属框内有一肥皂 膜，中间放一不规则的纤 维丝环：,第一节 油藏流体的界面张力,2.2 界面张力的作

3、用方向：,作用点：三相周 界接触点,作用方向：指向 界面收缩的方向,第一节 油藏流体的界面张力,2.3 影响界面张力的因素,凡是影响分子间作用力的因素都影响界面张 力。物质的成分；物质的相态；两物质 的极性；温度、压力等。,2.3.1 影响油气界面张力的因素：,温度：P一定，温度界面张力,温度液体分子间距离分子间引 力，F净。,第一节 油藏流体的界面张力,压力：温度一定，P界面张力 溶解气Rs：油中溶解气量增加，油气界面张力,第一节 油藏流体的界面张力,2.3.2 影响油水界面张力的因素,油、水组成、油中活性物质的多少，p、t 及溶解气的多少等。,一般油越重，油水越大，Rst 油水,第一节 油

4、藏流体的界面张力,3、吸附作用,吸附：把溶于两相系统中 的物质，在相界面浓集的 现象。,第一节 油藏流体的界面张力,比吸附：单位面积界面层中溶质多 余的物质的量（mol数）。,吸附符合“极性均衡”原则：A的极性B的极性C的 极性，则B吸附与A、C两相之间。,第一节 油藏流体的界面张力,比吸附、界面张力与活性剂浓度的关系,第一节 油藏流体的界面张力,第一节 小结,1、两相界面的界面能： 2、比界面能或界面张力 界面张力的作用方向 3.吸附作用,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,1、润湿的概念,润湿：指液体在分子力作用下在固体表面的 流散现象。,润湿角：,过三相周界点，作液滴表面的切线，切线与

5、固体表面的夹角即为润湿角。,对于油水系统，一般从水的那边算起：,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,附着张力（或润湿张力）,润湿的实质：固体表面能的减小。 润湿的规律：固液两相极性差越小，液体越能润湿固体。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,润湿反转,由于活性物质的吸附，使岩石表面的润湿性发生改变 的现象成为润湿反转。,润湿反转程度与固体性质、活性剂性质及浓度有关。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,2、储层岩石的润湿性及其影响因素,2.1 油藏岩石亲油、亲水性的争论：,岩石是亲水的； 岩石是亲油的； 实际油藏岩石既有亲水的，也有亲油的； 从微观角度，还

6、有斑状润湿和混合润湿现象。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,2、储层岩石的润湿性及其影响因素,2.1 油藏岩石亲油、亲水性的争论：,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,2、储层岩石的润湿性及其影响因素,2.2 影响油藏岩石润湿的因素,凡是影响油-固、水-固界面张力的因素都影响岩石的 润湿性。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,3、润湿滞后,3.1 定义： 由于三相周界沿固体表面 移动的迟缓，而使润湿角发 生改变的现象。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,3.2 影响润湿滞后的因素,与三相周界的移动方向有关：,静润湿滞后：由于润湿次序不同而引起的润湿角改变的现象。,第二节 油藏岩石的润湿

7、性和油水分布,3.2 影响润湿滞后的因素,与三相周界的移动速度有关：,动润湿滞后：由于流体流动速 度引起的润湿角改变的现象。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,3.2 影响润湿滞后的因素,与固体表面的粗糙度及活性剂的吸附有关,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,4、岩石润湿性及界面张力的测定,4.1 直接法测润湿角法,光学投影法,注意：矿物表面 要十分光滑，要有 足够的稳定时间。 用磨光的石英代 表砂岩；用方解石 代表碳酸岩。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,吊板法测界面张力及润湿角,界面张力测定方法：液滴（或气泡）最大压力法、 吊板法、悬滴法。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,第二

8、节 油藏岩石的润湿性和油水分布,4.2 间接法自吸法,自吸吸入法,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,4.2 间接法自吸法,自吸驱替法,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,4.2 间接法自吸法,自吸驱替法,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,5、油水在岩石孔道中的分布,5.1 分布规律,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,5.2 油水在岩石孔隙中的流动形态渠道流,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,5.3 水驱油过程：,亲水岩石：,吸吮过程：湿相驱替非湿相的过程。,第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布,5.3 水驱油过程：,亲油岩石：,驱替过程：非湿相驱替湿相的过程。,第三节 油藏岩石的毛管力,

9、1、毛管中的液体上升现象,1.1 毛管插入水中,三相周界受力,水柱受到向上及向下的力：,毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,毛管插入水中,毛管力的大小=拉起h高的 水柱产生的压力,毛管插入油水界面处,毛管力的大小=拉起h高的水柱产生的压力水柱受到的浮力,第三节 油藏岩石的毛管力,毛管中弯液面两侧非湿相与湿相的压力差。,毛管力：,方向：指向弯液面凹侧 大小：液柱产生的压力,分析：Pc与cos； 与成正比； 与r成反比。,第三节 油藏岩石的毛管力,Pc：是润湿张力与界面张力共同作用对其弯液面内 部产生的附加压力。,第三节 油藏岩石的毛管力,1.3 毛管力公式应用,说明油藏中的油-水、油-气界面不是一

10、个平面，而是 一个过渡带。,一般油-气过渡带很小， 油-水过渡带较大。,第三节 油藏岩石的毛管力,若岩石亲水，毛管力是水驱油的动力，反之是水驱油 的阻力。,亲水的裂缝性地层“间 歇注水”原理？,第三节 油藏岩石的毛管力,2.任意曲面的附加压力,2.1 定义式,第三节 油藏岩石的毛管力,当曲面为球面时,第三节 油藏岩石的毛管力,当曲面为柱面时,第三节 油藏岩石的毛管力,2.2 任意弯液面 附加阻力的应用：,珠泡欲在孔隙中流动，由于弯液面变形产生的附加阻力：,第三节 油藏岩石的毛管力,当珠泡在孔隙吼道处遇阻：,贾敏效应：液珠或气泡 通过孔隙吼道时，对液 流产生的附加阻力。,第三节 油藏岩石的毛管力

11、,贾敏效应的利、害：,油井完井和井下作业中，由于贾敏效应，使井的产量 下降； 调剖堵水时，利用贾敏效应，降低高渗透带的渗透率。,第三节 油藏岩石的毛管力,3. 岩石毛管力曲线的测定方法,原理：岩石孔隙大小不同，可以看作大小不同的毛细管。 岩心饱和湿相流体，当岩心两端压差某毛管的毛管力 时，非湿相便进入该孔隙。,毛管力曲线：毛管压力与岩心中湿 相（或非湿相）饱和度的关系曲线。,常用方法：半渗隔板法、压汞法和 离心法。,第三节 油藏岩石的毛管力,3.1 半渗隔板法,a、常压半渗隔板,第三节 油藏岩石的毛管力,b、高压半渗隔板,第三节 油藏岩石的毛管力,3.2 压汞法,原理：汞不润湿岩石，当注入压力

12、高 于某孔隙吼道的毛管力时，汞即进入 与该吼道相连通的孔隙中。,第三节 油藏岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,3.3 离心法,特点：测定速度快，所采用的流体又接近油藏实际。,第三节 油藏岩石的毛管力,3.4 毛管力曲线的换算,同一岩心用不同方法测得的毛管力曲线不同。,第三节 油藏岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,5. 毛管力曲线的分析,5.1 毛管力曲线的基本特征,开始的陡峭段（ab）：随压力 增加流体开始进入岩石孔隙。 中间平缓段（bc）：大部分非 湿相在阶段进入岩心。 末端上翘段（cd）：随着压力 的升高，非湿相将进入越来越 细的孔隙吼道。,第三节 油

13、藏岩石的毛管力,压汞毛管力曲线特点：,进汞曲线始终位于退汞曲线的上方： 进汞毛管力退汞毛管力 SHg退SHg进,第三节 油藏岩石的毛管力,5.2 毛管力曲线的特征参数,阈压PT：非湿相流体开始进入岩心最 大吼道的压力。 饱和度中值压力Pc50：驱替毛管力 曲线上，饱和度50%所对应的毛管 压力。 最小湿相饱和度Smin：随驱替压力 升高，湿相饱和度也不再减小时的饱 和度。,第三节 油藏岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,6.毛管力曲线的应用,可以确定岩石的最大孔隙半径 及主要孔道半径,可以判断岩石孔隙的均匀程度,平缓段越长，岩石孔隙越匀； 平缓段越高，岩石主要孔隙半 径越小。,第三节 油藏

14、岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,6.毛管力曲线的应用,确定岩石的孔隙大小分布,第三节 油藏岩石的毛管力,用驱替和吸入过程毛管力曲线下包面积确定岩石的 润湿性,第三节 油藏岩石的毛管力,根据润湿指数和视润湿角判断岩石的润湿性,将一块岩心分成两半，一块饱和油后用气驱油；另 一块饱和水后用油驱水。分别测出阈压PTog和PTwo。,第三节 油藏岩石的毛管力,润湿指数W,第三节 油藏岩石的毛管力,视润湿角wo,第三节 油藏岩石的毛管力,确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果,第三节 油藏岩石的毛管力,确定油藏过渡带内流体饱和度的分布,计算水柱上升高度,第三节 油藏岩石的毛管力,室内毛管力

15、与油藏条件下毛管力的转换,若室内气驱水：,油藏中：,第三节 油藏岩石的毛管力,7.毛管力函数（又称J（Sw）函数）,用途：将已测岩心的毛管力曲线进行平均，来反求未 测岩心的毛管力曲线。,第三节 油藏岩石的毛管力,第三节 油藏岩石的毛管力,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,1.概念：,绝对渗透率：岩石被一种流体100%饱和时测得的 渗透率。,特点：与所用的流体无关，是岩石自身的属性； 条件：流体不与岩石发生物理化学反应、线性渗流。,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,有效（相）渗透率：当多相流体共存时，岩石让其 中一种流体通过的能力。,第四节 饱和多相

16、流体的岩石的渗流特征,有效渗透率特点： 有效渗透率与岩石自身的属性、流体饱和度、润湿 性有关。Ko+KwK,相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的比值。,特点：,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,2.相对渗透率曲线及其影响因素,2.1 相对渗透率曲线：相对渗透率与岩心中流体饱和 度的关系曲线。,A区：水不流动区,B区：油水共流区,C区：油不流动区,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,2.2 相对渗透率曲线的影响因素,润湿性的影响,亲水,亲油,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,总之：,只有岩石的润湿性没有遭到破坏时，测得的渗透率 才能代表油层的实际渗流状况。,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,饱和顺序的影响,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,岩石孔隙结构的影响,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,温度的影响,温度增加，岩 石亲水性增强。,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,3.相对渗透率曲线的测定,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,3.1 稳定法,步骤：,第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征,末端效应（end effect),末端效应：是多孔介质中 两相流动在出口末端的一 种毛管效应。 特点：距离多孔介质出 口末端一定距离内湿相饱 和度过高。,末端效应的范围：一般只限于出口端2厘米左右。 消除方法：提高流速；三段岩心