毛管压力曲线油层物理学

1、 一、毛管压力的概念 二、岩石毛管压力曲线的测定与换算 三、岩石毛管压力曲线的基本特征 四、毛管压力曲线的应用 主要包括以下四个方面：第九章 储层多孔介质中的毛管压力及毛管压力曲线 第一节 毛管压力的概念主要包括以下四个方面：一、毛管中液体的上升二、各种曲面附加压力三、孔道中的毛管效应附加阻力四、毛管滞后现象一、毛管中液体的上升 图91毛细管中液面的上升或下降现象 1、气液体系的毛管力 2、油水体系的毛管力 毛管力公式及性质一、毛管中液体的上升 1、气液体系的毛管力 2、油水体系的毛管力 毛管力性质（1）毛管力存在于任何 方向放置的毛细管中。上述 讨论是指垂直毛细管，在实 际油层中毛管倾斜时，只要 其它参数(如，r，cos ，)不变，液柱上升的 高度将不变化（图92）。 当毛细管水平时，水槽中的 水被吸出，在地层中水湿毛 细管的毛管力是驱油的动力 。 一、毛管中液体的上升 （2）毛管力Pc与cos成正比。对油水体系，岩 石表面亲水时，即90，cos0时，毛管力 为正，水面就会上升，岩样可以自然吸水。反之， 岩石表面亲油时，90，毛管力为负，岩样不 能自动吸水，毛管力成为阻力，如要使水进

2、入岩心 ，则必须施加一个外力克服毛管力。 （3）毛管力Pc与毛细管半径r成反比。毛管孔道 半径越小，毛管力越大，亲水毛管中液面上升越高 。因此，油藏中毛细管直径不同，毛细管中的液面 参差不齐，油水界面或油气界面成为一个具有相当 厚度的油水或油气过渡带，而不是一个截然分开的 平面。一、毛管中液体的上升 （4）对于实际油层来说，当岩石表面为亲 水性时，水能在毛管力作用下自动进入岩心， 驱出了岩心中的油，这一过程就称为吸吮过程 或称自吸过程。反之，当岩石表面亲油（ 90）时，岩样不能自动吸水，如要使水进入 岩心使水驱油，则必须施加一个外力克服毛管 力，这种过程即为驱替过程。 一、毛管中液体的上升 图93 曲面的附加压力 二、 各种曲面附加压力 如图93，任 何简单曲面必然存 在附加压力，该毛 管压力的方向与液 面的凹向一致（即 图中箭头所示）， 附加压力的大小由 拉普拉斯方程可得 （忽略重力的作用 ）： 1、球面上的毛管压力 毛管压力与毛 管半径成反比；毛 管半径越小，毛管 压力越大。两相界 面张力越大，接触 角越小，毛管力也 就越大。 二、 各种曲面附加压力 图95亲水毛管中的弯曲界面球面

3、与柱面 2、柱面上的毛管压力 在亲水岩石孔道，除油水弯曲面外，还有壁面与 水接触的圆柱面（图95）。因为毛管表面为束缚水 膜，毛管中心为油(或气)，此油-水界面为圆柱面。 二、 各种曲面附加压力 图96柱面的曲率及毛管力的方向 柱面的毛管力Pcz指向管轴心，毛管力的作用使 毛管中的水膜厚度增加。角标Z代表曲面为柱面，本 章中毛管力无角标Z时，则指曲面为球面。 二、 各种曲面附加压力 3、锥形毛管中的毛管力 如图97，粗端曲面的曲率半径为R1r1 cos(+)，细端曲面的曲率半径为R2r2 cos()，那么曲面上的毛管压力为： 二、 各种曲面附加压力 裂缝宽度越小，则毛 管压力越大。 4.两相流体处于裂缝间（平行板间）的毛管力 二、 各种曲面附加压力 图99砂粒间湿相流体环状分布及弯曲面 5、理想砂岩砂粒接触处流体环状分布的毛管力 图99为砂岩中 两个等直径砂粒，湿 相流体在砂粒点周围 呈环状分布，非湿相 则位于孔道中心部分 ，两相间有一弯曲界 面。 二、 各种曲面附加压力 图910 圆柱形毛管孔道中的液珠或气泡 三、孔道中的毛管效应附加阻力 1、当油柱(或气泡)处于静止状态时（第一种阻

4、力效应 ） 图911 外加压差使弯液面变形 2、在压差作用下，当油柱欲运动时（第二种阻力效应） 三、孔道中的毛管效应附加阻力 3、当珠泡流到孔道窄口时（第三种阻力效应） 三、孔道中的毛管效应附加阻力 4、其它三、孔道中的毛管效应附加阻力 四、毛管滞后现象 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）的容 器中，则湿相(水)排驱非湿相(空气)，在毛管压力的 作用下，水将沿毛管上升一定高度(图914a)，这是 吸入过程。再把另一根同样的毛管先充满水，再插入 盛水容器，在重力作用下，水将沿毛细管下降到一定 高度，这是空气驱水的驱替过程(图914b)。 可以看出，尽管空气中的压力都为大气压，但由 于饱和顺序不同，吸入过程产生液柱的高度小于驱替 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孔 道几何形状引起，常见毛细管滞后现象有以下几种：四、毛管滞后现象 图915毛管直径突变引起毛管滞 1、接触角滞后（ 即润湿滞后）引起毛 管滞后 （图9-14）2、毛管半径突变 引起毛管滞后 （ 图9-15）四、毛管滞后现象 图916毛管直径渐变引起毛管滞后 3、毛

5、细管半径渐变引起毛 管滞后 4、实际岩石孔隙中的 毛管滞后 图917实际岩石孔隙毛管滞后现象 四、毛管滞后现象 第二节、岩石毛管压力曲线的测定与换算主要包括以下4个方面：一、半渗透隔板法二、压汞法三、离心法四、不同测定方法的毛管压力的换算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(或非湿相)饱和度 的关系曲线称为毛管压力曲 线，如图918所示。 第二节、岩石毛管压力曲线的测定与换算一、半渗透隔板法表91 毛管力曲线实测结果 一、半渗透隔板法图921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921）。目前国 内生产的隔板可高达 0.7MPa以上。 一、半渗透隔板法图920 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920，测 量方法和原理 同上，只是驱 替

6、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。 一、半渗透隔板法二、压汞法 图922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(1) 和岩心室(2)组成，计量 泵内装有水银，并与岩 心室连通。其测定原理 是：汞不润湿岩石，汞 则为非润湿相，在高压 下把汞压入岩样中，求 出与之平衡的毛管力Pc 和压入汞的体积，从而 得到毛管力和岩样含汞 饱和度的关系。 在压汞进程达到终点最高压力后，再逐级降压 使压入岩样中的汞退出，便得到一条退汞曲线，如 图923的曲线。 膨胀计为一根不锈钢管（耐高压），内装有铂 金丝，如图924。汞为导体，将汞-铂金丝看作一 个导体，其电阻随汞体积变化而改变。因此，经过 标定的膨胀计便可以得到电阻与汞体积的关系，从 而根据电阻变化来测量进汞量。采用膨胀计计量比 计量泵计量精度更高。 二、压汞法 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，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

7、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。 二、压汞法 二、压汞法 三、离心法 式中：Pc岩样的毛管压力，MPa；n离心机转速，rmin；re岩样的外旋转半径，cm； 岩样的平均含水饱和度，Vwi岩样初始饱和水体积，cm3； Vwc岩样被驱出的累积水体积，cm3；Vp岩样有效孔隙体积，cm3。 油水密度差，gmL；H岩样的长度，cm;三、离心法 三、离心法 实验中，可根据油气藏实际和实验的目的来选择湿相 和非湿相流体，可以是气驱水、气驱油、水驱油或油驱水 等。水驱油时岩样盒的安置位置如图926a所示，由于油 的密度小于水的密度，驱出的油距离心机的轴近。而油驱 水时岩样盒的安置位置如图926b，正好与水驱油反向。 三、离心法 四、不同测定方法的毛管压力的换算 1、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

8、知汞表面张力Hg480mNm，Hg140，气水 界面张力wg72mNm，wg0，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、压汞法测得的毛管压力PHg与油层条件下的油- 水毛管压力Pow的换算已知汞表面张力Hg480mNm，Hg140，油水界面张 力ow25mNm，ow0，则这说明实际油藏中，油水的毛管压力值约是 压汞法测得毛管压力值的115。(图9-27） 四、不同测定方法的毛管压力的换算 四、不同测定方法的毛管压力的换算 3、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算已知油-水表面张力ow25mNm，ow0，水的表 面张力wg72mNm，接触角wg0。则 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13，见图928。 四、不同测定方法的毛管压力的换算 四、不同测定方法的毛管压力的换算 4、根据毛管力换算喉道半径r 把毛管压力曲线 换算成喉道半径与湿 相饱和度的关系曲线 ，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四、不同测定方法的毛管压力的换算 5、根据毛管力换

9、算液柱高度 例91试将图928中K=200md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标来表示油水饱和度的 分布，设油藏条件下的wo=24mN/m，w=1088 kg/m3， o=848kg/m3，常压下水的表面张力wg=72 mN/m。四、不同测定方法的毛管压力的换算 第三节 岩石毛管压力曲线的基本特征 主要包括以下三个方面：一、毛管压力曲线的定性特征二、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孔隙介质的毛管压 力是湿相或非湿相饱和 度的函数。实际上，影 响储油岩石毛管压力的 因素除了湿相或非湿相 饱和度外，还有储层岩 石的孔隙大小、孔隙分 选性、流体和岩石矿物 的组成、毛管滞后等因 素，因此不同岩石所测 得的毛管压力曲线也就 不同一、毛管压力曲线的定性特征图929 毛管压力曲线的定性特征如图929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。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。 一、毛管压力曲线的定性特征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。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。平缓段位置 越靠下，说明岩石喉道半径越大。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。 一、毛管压力曲线的定性特征二、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 压力或阀压 PT、饱和度

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