油层物理33-2004油层物理课件

1、3.1 油藏流体的界面张力,第三章 饱和多相流体油藏岩石的渗流特性,3.2 油藏岩石的润湿性和油水分布,3.3 油藏岩石的毛管力,3.4 饱和多相流体岩石的渗流特征,3.5 微观渗流机理,1.1 毛管力公式的推导,1 弯液面在毛管中的上升现象,3.3 油藏岩石的毛管力,3.3,三相周界上的附着张力：,受力平衡时，,1.2水的表面张力； 水对管壁的润湿角； r毛管半径； h水柱上升高度； 水的密度； g重力加速度。,3.3,水柱上升高度：,由图3.3.1(a)：,毛管力-毛细管中弯液面两侧两种流体间的压力差,3.3,同理，可得玻璃毛管水油系统的 毛管力公式：,(1)毛管力Pc和cos成正比，90

2、，毛管力Pc为正值，弯液面上升；反之，90，毛管力Pc为负值，弯液面下降。,(2)毛管力Pc和两相界面的界面张力成正比；,(3)毛管力Pc和毛管半径r成反比。,毛管力的特点：,3.3,1.2 毛管力公式的应用,(1).油藏中流体界面是过渡带,油藏岩石的孔隙可看作一系列大小不同的毛细管，油-水、油-气界面不是平面，而是一个过渡带。,3.3,对于气油界面：,对于油水界面：,(a).油-气过渡带高度很小；,(b).油-水过渡带要比油-气过渡带宽 ；,(c).油越稠，(w-o)越小，油水过渡带越宽。,3.3,(2).若岩石亲水，毛管力是水驱油的动力，反之是水驱油的阻力,(3).判断岩石的润湿性-自吸吸

3、入法,2 任意曲面的附加压力,3.3,2.1 拉普拉斯方程,3.3,2.2 球面的附加压力,过毛管轴心线，用两垂直相交的平面截得的两相界面均为球面，曲率半径相同，即R1=R2=R,则：,3.3,2.3 柱面的附加压力,过毛管中心线，用两垂直相交的平面截得界面的形状一个为圆，其曲率半径R1=r(r-毛管半径)；一个为直线(柱面)，曲率半径R2=，则：,3.3,2.4 任意曲面附加压力的应用,(1)第一毛管力(静态),球面产生的毛管力,柱面产生的毛管力,(2)第二毛管力(变形),3.3,(3)第三毛管力贾敏效应,贾敏效应：,液珠或气泡通过孔隙喉道时，对液流产生的附加阻力称为贾敏效应。,3.3,贾敏

4、效应的利弊：,调剖堵水工艺技术是利用贾敏效应原理，用乳状液、乳化沥青、混气水、泡沫等来封堵大孔道，调整流体渗流剖面，增加驱替液的波及体积来提高原油采收率。,钻井、完井和井下作业过程中使用的钻井液、完井液等失水时会对油流入井产生阻力。为解除这一危害，可将表面活性剂挤入地层或用它洗井，以降低油水界面张力，减小毛管阻力。,3 毛细管滞后现象,3.1 润湿滞后引起毛细管滞后,3.2 毛细管半径突变引起毛细管滞后,3.3 毛细管半径渐变引起毛细管滞后,4 岩石毛管力曲线的测定方法,4.1 毛管力曲线,岩石的毛管力与湿相(或非湿相)饱和度的关系曲线,4.2 测定方法,(1) 半渗隔板法,(2) 压汞法,(

5、3) 离心法,4.2.1 半渗隔板法,(1) 高压半渗隔板法,参考：SY5346-89,4.2.1 半渗隔板法,(2) 常压半渗隔板法,半渗隔板法的优缺点：,优点：,比较接近油藏实际情况，测量精度较高，可以作为其他方法的对比标准。,缺点：,测试时间长，测定压力范围小，不适合于低渗透岩石。,4.2.2 压汞法,压汞法的优缺点：,优点：,测定时间短，测定压力范围大，适合于高、中、低渗透岩石。,缺点：,与油藏实际流体相差较大；水银有毒；岩样被污染后不能重复使用，操作不安全。,对岩心的大小、形状要求不高，可以测定不规则的井壁取心和钻屑岩样。,4.2.3 离心法,原理：,利用离心机产生的离心力代替外加的

6、排驱压力，实现非湿相驱替湿相的一种毛管力测量方法。,测试标准： SY5346-89,测试压力受限；设备贵；数据处理复杂。,测定速度快，使用流体接近油藏实际，测量的曲线与半渗隔板法吻合好。,优点：,缺点：,4.3 毛管力资料的换算,4.3.1 换算原因,4.3.2 换算方法,(1) 不同测量方法使用的流体不同，由于界面张力及润湿性的差异，测得的毛管力不同；,(2) 相同的流体在室内和油藏条件下的界面张力及其对岩样的润湿性不同，其毛管力也不同；,5 岩石毛管力曲线的基本特征,5.1 毛管力曲线的基本特征,初始段,中间平缓段,末端上翘段,随压力的增加,非湿相饱和度缓慢增加。,表面孔或较大的缝隙,中间

7、平缓段越长,说明岩石喉道的分布越集中,分选越好。平缓段位置越靠下,说明岩石主要喉道半径越大。,随着压力的升高,非湿相将进入越来越细的孔隙喉道,但进入速度越来越小,最后曲线与纵坐标轴几乎平行,即压力再增加,非湿相不再进入岩样。,5.2 毛管力曲线的特征参数,非湿相流体开始进入岩心中最大喉道的压力或非湿相开始进入岩心的最小压力PT称为阈压,或“入口压力”或“门坎压力”。,5.2.1 阈压PT,将毛管力曲线中间平缓段延长与零非湿相饱和度对应的纵轴相交，该点对应的压力就是阈压。,渗透性好的岩石,阈压均比较低；反之,阈压比较大。,(2) 确定方法,岩心最大喉道半径,(3) 与岩石物性的关系,(1) 定义

8、：,5.2.2 饱和度中值压力Pc50,指驱替毛管力曲线上50%饱和度对应的毛管压力,简称中值压力。,中值半径r50,因为岩石的孔隙分布接近正态分布,所以r50可定性地视为岩石的平均喉道半径的大小。,岩石物性越好,Pc50越低,r50越大；物性差的岩石,Pc50很高,甚至在毛管力曲线上读不出来(曲线上非湿相饱和度小于50%)。,当驱替压力达到一定值后,压力再升高,湿相饱和度也不再减小，毛管力曲线与纵轴几乎平行,此时岩心中的湿相饱和度称为最小湿相饱和度Smin。,5.2.3 最小湿相饱和度Smin,对于亲水岩石,Smin相当于岩石的束缚水饱和度。湿相饱和度Smin越小，表明岩石含油饱和度越大。,

9、退汞曲线：压力接近零时岩心中的含汞饱和度称为最小含汞饱和度SHgmin(相当于亲水油藏水驱后的残余油饱和度)。,退汞效率WE相当于强亲水油藏的水驱采收率。,5.2.4 退汞效率WE,进汞曲线：最高压力点对应的岩心中的含汞饱和度称为最大含汞饱和度SHgmax(相当于强亲水油藏的原始含油饱和度),退汞效率WE：,6 毛管力曲线的应用,3.3,6.1 评价岩石的储集性能,(1).毛管力曲线的中间平缓段越长，分选性越好；,(2).毛管力曲线的中间平缓段位置越低，喉道半径越大；,6.2 研究岩石的孔隙结构,3.3,确定岩石的最大孔喉半径和主要孔喉半径,最大孔喉半径rmax:,中值半径r50：,主要喉道半

10、径：,由曲线平缓段可以确定岩石主要喉道半径的大小。,3.3,主要应用：,最大孔隙半径及主要孔隙半径在钻井及采油工程方面都是重要的基础资料，在钻井方面可以确定泥浆暂堵剂粒级的大小；在采油过程中的调剖堵水方面可用来确定固体堵剂颗粒的大小，聚合物驱时可用来筛选高分子化合物等。,6.2.2 定量评价孔隙喉道的分布,3.3,6.3 判断岩石的润湿性,6.3.1 唐纳森方法根据驱替和吸入过程毛管力曲线下包面积比较法确定岩石的润湿性,具体做法：,将岩样在真空条件下用水饱和，放到离心机上依次作油驱水、水驱油，再做油驱水实验，测出相应的毛管力曲线，如图3-3-27和3-3-28所示。,、分别是一次油驱水，水驱油

11、和二次油驱水测得的毛管力曲线。,被驱替相对岩石的润湿程度和毛管力曲线与横坐标轴之间所夹面积的大小有关，面积越大，被驱替相润湿岩石的能力越强。,用A2、A1分别代表水驱油()和二次油驱水()毛管力曲线的下包面积。,如果A1A2，说明油驱水做的功大于水驱油做的功，反映岩石是亲水的；,如果A1A2，则表明岩石是亲油的；,如果A1=A2，则表明油藏岩石为中等润湿。,如果lg(A1/A2)0，岩石亲水；,如果lg(A1/A2)0，岩石亲油；,如果lg(A1/A2)0，岩石中等润湿。,6.3.2 根据润湿指数和视润湿角判断岩石的润湿性,具体做法：,将一块岩心分成两半，一块饱和油后作空气驱油，另一块饱和水后

12、作油驱水，分别测出两条毛管力曲线，并求出两曲线的阈压PTog和PTwo。,(1).润湿指数,式中，wo和og分别为岩样与油-水、油-气系统中水和油的润湿角； PTog和PTwo分别为气进入已饱和油的岩样和油进入已饱和水的岩样的阈压； og和wo分别为油-气和油-水两相界面的界面张力。,润湿指数W的物理意义：以油-空气系统中油润湿岩石能力为标准，把水-油系统水润湿岩石的能力与该标准进行比较，根据W的大小来判断油-水系统中水对岩石的润湿能力。,W=1时，表明油-水系统中水对岩石的润湿能力达到了油-空气系统油对岩石的润湿能力的水平，即水完全润湿岩石；,若W=0,则表明水-油系统中，油很容易进入饱和水

13、的岩石(阈压PTwo=0),水不能润湿岩石，而油完全润湿岩石。,W值在0和1之间,W值越接近0越油湿,W值越接近1越水湿,(2).视润湿角wo,由于油和空气相比，岩石亲油，故可取og=0，cosog=1，则：,wo为油水系统水对岩石的视润湿角。,wo越接近0岩石越水湿，越接近90岩石越油湿。,由此可见，根据油-水、油-气系统的界面张力及毛管力曲线的阈压，可用润湿指数W和视润湿角wo来判断岩石的润湿性。,3.3,在钻井、修井及正常注水等过程中，若注入剂不合格可能会使地层受到伤害(如引起粘土膨胀、固体颗粒或其它化学沉淀物堵塞孔隙)，或在堵水过程中人为堵塞部分岩石孔隙，在毛管力曲线上则表现出高的阈压

14、和束缚水饱和度，即曲线向右上方偏移；,6.4 确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果,若对油层进行酸化等增产措施，岩石孔隙则增大，毛管力曲线将表现为阈压降低，整个曲线向左下方偏移。,3.3,因此，通过对比岩样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。,6.5 确定水驱油(或气驱油)过程中任一饱和度面上油-水(或气)相间的压力差,利用水驱油(或气驱油)毛管力曲线可查得岩心任一流体饱和度下的毛管力。油藏中水驱油(或气驱油)时，岩石中的流体分布及驱替过程与毛管力测定时相同。因此，任一饱和度面上，油水(或气)相间的压力差(即毛管力)可直接由相应条件下

15、的毛管力曲线查得。油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水(或气)相间的压力差。,6.6 确定油藏过渡带内流体饱和度的分布,3.3,油藏岩石孔隙可作为一系列大小不同的毛细管，若油藏岩石是均匀的，整个油藏将具有相同的孔隙分布。在油水界面处，由于毛管力的作用，水将沿各毛细管上升(亲水油藏)或下降(亲油油藏)；对油-气界面，油将沿各毛管上升。由于各毛管中水(或油)上升高度不同，因此形成一过渡带。,6.6.1 过渡带内流体饱和度的分布,以亲水岩石油-水过渡带为例。,(1).室内毛管力与油藏条件下毛管力的转换,(2).做出PcRSw曲线,(3).计算毛管中水柱上升高度,(4).做出hSw曲线,7 毛管力函数(又称J(Sw)函数),3.3,7.1 J(Sw)函数表达式,式中 J(Sw)无因次； Pc毛管压力，MPa; 界