儲層巖石的毛管壓力曲線

1、第三節(jié)第三節(jié) 儲層巖石的毛管壓力曲線儲層巖石的毛管壓力曲線教學目的：教學目的： 會計算任意曲界面的附加壓力，掌握毛管壓力曲線的測定與換算；了解毛管壓力的滯后現(xiàn)象；分析毛管壓力曲線；掌握毛管壓力曲線的應(yīng)用。教學重點和難點：教學重點和難點：u 教學重點：教學重點： 1、任意曲面的附加壓力的計算 2、毛管壓力曲線的測定與換算 3、毛管壓力的滯后現(xiàn)象 4、毛管壓力曲線的分析及應(yīng)用u 教學難點：教學難點：u 1、任意曲面的附加壓力的計算u 2、毛管壓力曲線的測定u 3、毛管壓力曲線的應(yīng)用教法說明：教法說明：u 課堂講授并輔助多媒體課件展示相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖表教學內(nèi)容：教學內(nèi)容：u 1、毛管中的液體上升 u

2、2、任意曲面的附加壓力u 3、孔道中的毛細管效應(yīng)附加阻力u 4、毛管壓力的滯后現(xiàn)象u 5、毛管壓力曲線的測定與換算u 6、毛管壓力曲線分析u 7、毛管壓力曲線的應(yīng)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替驅(qū)界 面 運 動 方 向a濕 相

3、非 濕 相1r圖914 接觸角滯后引起毛管滯后 把一根毛細管插入一盛有濕相流體（如水）的把一根毛細管插入一盛有濕相流體（如水）的容器中，則濕相容器中，則濕相( (水水) )排驅(qū)非濕相排驅(qū)非濕相( (空氣空氣) )，在毛管壓，在毛管壓力的作用下，水將沿毛管上升一定高度力的作用下，水將沿毛管上升一定高度( (圖圖9 914a)14a)，這是吸入過程。再把另一根同樣的毛管先充這是吸入過程。再把另一根同樣的毛管先充滿水，滿水，再插入盛水容器，在重力作用下，水將沿毛再插入盛水容器，在重力作用下，水將沿毛細管下細管下降到一定高度，這是空氣驅(qū)水的驅(qū)替過程降到一定高度，這是空氣驅(qū)水的驅(qū)替過程( (圖圖9 91

4、4b)14b)。 可以看出，盡管空氣中的壓力都為大氣壓，但可以看出，盡管空氣中的壓力都為大氣壓，但由由于飽和順序不同，吸入過程產(chǎn)生液柱的高度小于于飽和順序不同，吸入過程產(chǎn)生液柱的高度小于驅(qū)驅(qū)替過程產(chǎn)生的液柱高度。替過程產(chǎn)生的液柱高度。 毛細管滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生主要由潤濕滯后及巖石毛細管滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生主要由潤濕滯后及巖石孔孔道幾何形狀引起，常見毛細管滯后現(xiàn)象有以下幾道幾何形狀引起，常見毛細管滯后現(xiàn)象有以下幾種：種：吸入 rprt界 面 運 動 方 向濕 相a非 濕 相圖915毛管直徑突變引起毛管滯 1 1、接觸角滯后、接觸角滯后（即潤濕滯后）引起（即潤濕滯后）引起毛管滯后毛管滯后 （圖（圖9-149

5、-14）2 2、毛管半徑突變、毛管半徑突變引起毛管滯后引起毛管滯后 （圖（圖9-159-15） 吸 入驅(qū) 替rt濕 相界 面 運 動 方 向非 濕 相rp圖916毛管直徑漸變引起毛管滯后 3 3、毛細管半徑漸變引起毛、毛細管半徑漸變引起毛管滯后管滯后 4 4、實際巖石孔隙中的、實際巖石孔隙中的毛管滯后毛管滯后 12吸 入驅(qū) 替濕 相界 面 運 動 方 向非 濕 相圖917實際巖石孔隙毛管滯后現(xiàn)象 由前面的討論我們知道，毛管壓力與濕相流體飽和度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。但由于油藏巖石孔隙結(jié)構(gòu)復雜，直接推導數(shù)學模型有困難，但可以用實驗的方法測量出不同濕相流體飽和度下的毛管壓力，這種毛管壓力與濕相(或

6、非濕相)飽和度的關(guān)系曲線稱為毛管壓力曲線。 pwpwVVVS 高壓半滲透隔板法測量裝置示意圖如圖920，測量方法和原理同上，只是驅(qū)替壓力比0.1MPa要高。它由高壓容器（1）、可更換隔板（2）、和計量管（3）和壓力源（4）組成。 半滲透隔板法所能測定的最大毛管壓力主要取決于隔板的半滲透性，即隔板的閥壓值。隔板的孔隙越小，閥壓值越高，測試范圍就越大，同時測量的時間也越長。目前國內(nèi)生產(chǎn)的隔板可高達0.7MPa以上。 圖圖9 92222所示的壓汞儀，是由高壓氮氣瓶加壓、計量泵計量。其所示的壓汞儀，是由高壓氮氣瓶加壓、計量泵計量。其 核心部分由壓汞計量泵核心部分由壓汞計量泵(1)(1)和巖心室和巖心室

7、(2)(2)組成，計量泵內(nèi)裝有水銀，組成，計量泵內(nèi)裝有水銀，并并與巖心室連通。其測定原理是：汞不潤濕巖石，汞則為非潤濕與巖心室連通。其測定原理是：汞不潤濕巖石，汞則為非潤濕相，在相，在高壓下把汞壓入巖樣中，求出與之平衡的毛管力高壓下把汞壓入巖樣中，求出與之平衡的毛管力P Pc c和壓入汞的和壓入汞的體積，體積，從而得到毛管力和巖樣含汞飽和度的關(guān)系。從而得到毛管力和巖樣含汞飽和度的關(guān)系。 %100SSS%100EHgmaxRHgmaxw 注注入入非非濕濕相相的的體體積積退退出出非非濕濕相相的的體體積積 半滲透隔板法所用的儀器簡單，無論是氣驅(qū)水、氣驅(qū)油，還是油驅(qū)水、水驅(qū)油都比較接近油藏的真實情況，

8、是一種經(jīng)典的、標準方法。但是，由于其測試時間長，常常難以滿足礦場測試的需要。 壓汞法測定速度快，其測定壓力范圍也比隔板法大得多，此外它還可以測定不規(guī)則的樣品如巖屑。壓汞法的缺點是(1)在真空條件下將水銀壓入巖樣，這與油層實際情況差別較大，(2)水銀有毒，測定后由于巖樣被汞污染而不能再用，（3）一旦水銀泄露危害操作人員健康。為防止中毒，規(guī)定實驗室應(yīng)保持低溫(20)和良好通風。 rcos2PLLcL rcos2PRRRc cLLLPcos2r cRRRPcos2r LcLLRRRcPcoscosP 壓汞法所測得的壓汞法所測得的P PHgHg與半滲透隔板法下的氣水毛管壓與半滲透隔板法下的氣水毛管壓力

9、力P Pwgwg的換算的換算 已知汞表面張力已知汞表面張力HgHg480mN480mNm m，HgHg140140，氣水界面張力，氣水界面張力wgwg72mN72mNm m，wgwg0 0，則，則 HgHgHgHgHgwgwgwgPPPP51140cos4800cos72coscos 壓汞法所測得的毛管力的值約是半滲透隔板壓汞法所測得的毛管力的值約是半滲透隔板法所測得的毛管壓力值的法所測得的毛管壓力值的5 5倍倍, ,一般認為半滲透隔一般認為半滲透隔板法比較接近油層條件，精度較高，其所測曲線板法比較接近油層條件，精度較高，其所測曲線可作為標準曲線?？勺鳛闃藴是€。 壓汞法測得的毛管壓力壓汞法測

10、得的毛管壓力P PHgHg與油層條件下的油與油層條件下的油- -水毛管壓力水毛管壓力P Powow的換算的換算已知汞表面張力已知汞表面張力HgHg480mN480mNm m，HgHg140140，油水界面張力油水界面張力owow25mN25mNm m，owow0 0，則，則HgHgHgHgHgowowowPPPP151140cos4800cos25coscos 這說明實際油藏中，油水的毛管壓力值約是這說明實際油藏中，油水的毛管壓力值約是壓汞法測得毛管壓力值的壓汞法測得毛管壓力值的1 11515。( (圖圖9-279-27） 半滲透隔板法(水-空氣體系)測得的毛管壓力Pwg與地下油水毛管壓力的換

11、算 已知油已知油- -水表面張力水表面張力owow25mN25mNm m，owow0 0，水的表面張力水的表面張力wgwg72mN72mNm m，接觸角，接觸角wgwg0 0。則則 wgwgwgwgwgowowowPPPP310cos720cos25coscos 實際油藏中油水的毛管壓力值約是半滲透隔實際油藏中油水的毛管壓力值約是半滲透隔板法測得的毛管壓力值的板法測得的毛管壓力值的1 13 3，見圖，見圖9 92828。 根據(jù)毛管力換算喉道半徑根據(jù)毛管力換算喉道半徑r r HgHgHgHgPrrrP75. 075. 0cos2或ABEF飽和度壓力CFE油 把毛管壓力曲線換算成喉道半徑與濕相飽和

12、度的關(guān)系曲線，或在毛管壓力曲線的縱坐標上直接標出喉道半徑。 圖929 毛管壓力曲線的定性特征根據(jù)毛管力換算液柱高度根據(jù)毛管力換算液柱高度 81.9)(owcRPh 例例9 911試將圖試將圖9 92828中中K=200mdK=200md巖心的室內(nèi)毛管力巖心的室內(nèi)毛管力曲線（右坐標），轉(zhuǎn)換成以自由水面以上高度的坐曲線（右坐標），轉(zhuǎn)換成以自由水面以上高度的坐標來表示油水飽和度的分布，設(shè)油藏條件下的標來表示油水飽和度的分布，設(shè)油藏條件下的wowo=24mN/m=24mN/m，ww=1088 kg/m=1088 kg/m3 3，o o=848kg/m=848kg/m3 3，常壓，常壓下水的表面張力下水

13、的表面張力wgwg=72 mN/m=72 mN/m。PaMPaPPcLwgwocR22000022. 0065. 07224)(34. 981. 9)8481088(2200081. 9)(mPhowc 閥壓或稱排驅(qū)壓力PT 閥壓是指非濕相開始進入巖樣時的最小的壓力，閥壓是指非濕相開始進入巖樣時的最小的壓力，它對應(yīng)于巖樣最大孔隙的毛管壓力。閥壓又稱為入它對應(yīng)于巖樣最大孔隙的毛管壓力。閥壓又稱為入口壓力、門坎壓力或排驅(qū)壓力?？趬毫Α㈤T坎壓力或排驅(qū)壓力。般來說，毛管壓般來說，毛管壓力曲線中間平緩段延長線與非濕相飽和度為零處與力曲線中間平緩段延長線與非濕相飽和度為零處與縱坐標軸的交點所對應(yīng)的壓力就是

14、排驅(qū)壓力?？v坐標軸的交點所對應(yīng)的壓力就是排驅(qū)壓力。 巖石滲透性好，孔隙半徑大，排驅(qū)壓力巖石滲透性好，孔隙半徑大，排驅(qū)壓力P PT T 較較低，低，表明巖石物性較好；反之，亦然。因此由排驅(qū)表明巖石物性較好；反之，亦然。因此由排驅(qū)壓力壓力的大小，可評價巖石滲透性的好壞。利用的大小，可評價巖石滲透性的好壞。利用P PT T值，還值，還可確定巖石最大孔隙半徑及判斷巖石的潤濕可確定巖石最大孔隙半徑及判斷巖石的潤濕性。性。 飽和度中值壓力Pc50 飽和度中值壓力飽和度中值壓力P Pc50c50是指在驅(qū)替毛管壓力是指在驅(qū)替毛管壓力曲線上飽和度為曲線上飽和度為5050時相應(yīng)的毛管壓力值。此時相應(yīng)的毛管壓力值。

15、此時對應(yīng)的孔道半徑是飽和度中值孔道半徑時對應(yīng)的孔道半徑是飽和度中值孔道半徑r r5050，簡稱為飽和度中值半徑。簡稱為飽和度中值半徑。 顯然，顯然，P Pc50c50值越小，值越小，r r5050越大，表明巖石的越大，表明巖石的孔滲特性越好。如果巖石的孔隙大小分布接近孔滲特性越好。如果巖石的孔隙大小分布接近于正態(tài)分布，于正態(tài)分布，r r5050可粗略地視為巖石的平均孔道可粗略地視為巖石的平均孔道半徑。半徑。 最小濕相飽和度Smin 最小濕相飽和度表示當驅(qū)替壓力達到最高最小濕相飽和度表示當驅(qū)替壓力達到最高時，未被非濕相浸入的孔隙體積百分數(shù)。時，未被非濕相浸入的孔隙體積百分數(shù)。如果巖如果巖石親水，

16、則最小濕相飽和度代表了束縛水飽和石親水，則最小濕相飽和度代表了束縛水飽和度。度。反之，若巖石親油，則反之，若巖石親油，則S Sminmin代表了殘余油飽和代表了殘余油飽和度。度。最小濕相飽和度實際上是反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)最小濕相飽和度實際上是反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)的一的一個指標，巖石物性越好，個指標，巖石物性越好，其值越小。另外其值越小。另外S Sminmin值還值還取決于儀器的最高壓力，當毛管壓力曲線的取決于儀器的最高壓力，當毛管壓力曲線的陡峭陡峭段不平行于壓力軸時，仍把它作為束縛水飽段不平行于壓力軸時，仍把它作為束縛水飽和度和度來考慮會造成誤差，特別對于低孔隙、低滲來考慮會造成誤差，特別對于低孔隙、

17、低滲透的透的巖樣，其誤差會更大。巖樣，其誤差會更大。 3、毛管壓力曲線特征的影響因素 巖石孔隙結(jié)構(gòu)及巖石物性 孔道大小的分布越集中，分選越好，毛管力曲孔道大小的分布越集中，分選越好，毛管力曲線的中間平緩段也就越長并且越接近水平線?？紫毒€的中間平緩段也就越長并且越接近水平線。孔隙半徑越大，則中間平緩段越接近橫軸，毛管壓力值半徑越大，則中間平緩段越接近橫軸，毛管壓力值越小?？紫逗淼来笮〖凹谐潭戎饕绊懼€的越小?？紫逗淼来笮〖凹谐潭戎饕绊懼€的歪度歪度( (又叫偏斜度又叫偏斜度) )，它是毛管壓力曲線形態(tài)傾向于，它是毛管壓力曲線形態(tài)傾向于粗孔道或細孔道的量度。大孔道越多，則毛管壓力粗孔道

18、或細孔道的量度。大孔道越多，則毛管壓力曲線越靠近左下方，稱為粗歪度。反之曲線靠右上曲線越靠近左下方，稱為粗歪度。反之曲線靠右上方，稱為細歪度。方，稱為細歪度。 毛管壓力曲線形態(tài)主要受孔隙結(jié)構(gòu)，如孔道毛管壓力曲線形態(tài)主要受孔隙結(jié)構(gòu)，如孔道的分選性和孔道大小的影響。因此，可以根據(jù)毛的分選性和孔道大小的影響。因此，可以根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)，評估巖石儲集性能好壞。圖管壓力曲線形態(tài)，評估巖石儲集性能好壞。圖9-9-3131給出了六種理想化的毛管壓力曲線。顯然，給出了六種理想化的毛管壓力曲線。顯然，a a代代表的巖石具有極好的物性，而表的巖石具有極好的物性，而e e代表的巖石物性極代表的巖石物性極差。差。

19、 碳酸鹽巖的雙重介質(zhì)的特征可以從毛管力曲碳酸鹽巖的雙重介質(zhì)的特征可以從毛管力曲線上較清晰地反映出來，圖線上較清晰地反映出來，圖9-329-32給出的就是典型給出的就是典型的雙重孔隙介質(zhì)的壓汞法毛管壓力曲線。的雙重孔隙介質(zhì)的壓汞法毛管壓力曲線。 PPcSwetcwetSabcdefwetSSwetwetSwetS圖圖9 93131幾種類型儲層的毛管壓力曲線定性特征幾種類型儲層的毛管壓力曲線定性特征a a分選好、裂隙均勻粗歪度分選好、裂隙均勻粗歪度 b b分選好、裂隙均勻分選好、裂隙均勻c c分選好、裂隙均勻細歪度分選好、裂隙均勻細歪度 d d分選不好、裂隙不均勻略粗歪度分選不好、裂隙不均勻略粗歪

20、度e e分選不好、裂隙均勻略粗歪度分選不好、裂隙均勻略粗歪度 f f未分選、極不均勻未分選、極不均勻 濕相飽和度變化方向 毛管力曲線特征還和濕相飽和度變化方向有關(guān)系，如毛管力曲線特征還和濕相飽和度變化方向有關(guān)系，如圖圖9 93333所示。在飽和度相同的條件下，非濕相驅(qū)替濕相的所示。在飽和度相同的條件下，非濕相驅(qū)替濕相的驅(qū)替過程的毛管力總大于濕相自吸的吸吮過程的毛管力。驅(qū)替過程的毛管力總大于濕相自吸的吸吮過程的毛管力。這是由于潤濕滯后引起的結(jié)果。由于潤濕滯后，前進角永這是由于潤濕滯后引起的結(jié)果。由于潤濕滯后，前進角永遠大于后退角，故在飽和度相同的情況下，吸吮過程的毛遠大于后退角，故在飽和度相同的

21、情況下，吸吮過程的毛管力總是小于驅(qū)替過程的毛管力。管力總是小于驅(qū)替過程的毛管力。 081624324020406080100Sw，%Pc，c mHg親水巖石12-40-32-24-16-8020406080100So，%Pc，c mHg親油巖石12圖933 飽和度變化方向的毛管壓力曲線1驅(qū)替曲線 2吸吮曲線 儲層巖石的潤濕性 從圖從圖9 93333還可以看出，油藏巖石潤濕性不還可以看出，油藏巖石潤濕性不同，毛管力曲線也將不同?？紤]到潤濕性的不同，同，毛管力曲線也將不同。考慮到潤濕性的不同，右圖中的縱座標取負號表示。右圖中的縱座標取負號表示。 圖圖9 93434和圖和圖9 93535給出了離心法

22、測得的毛給出了離心法測得的毛管壓力曲線，圖中虛線管壓力曲線，圖中虛線I I是巖樣完全飽和水后用是巖樣完全飽和水后用油驅(qū)水測得的毛管力曲線，目的在于模擬油藏的油驅(qū)水測得的毛管力曲線，目的在于模擬油藏的束縛水飽和度；曲線束縛水飽和度；曲線是完成上述油驅(qū)水后，改是完成上述油驅(qū)水后，改用水驅(qū)油所得的毛管壓力曲線；曲線用水驅(qū)油所得的毛管壓力曲線；曲線是緊接著是緊接著上述實驗再用油驅(qū)水測得毛管力曲線。上述實驗再用油驅(qū)水測得毛管力曲線。 A Aodod為曲線為曲線的下包面積，的下包面積，A Awdwd為曲線為曲線的下的下包面積。比較包面積。比較A Aodod、A Awdwd面積大小，可以判斷巖石面積大小，可

23、以判斷巖石的潤濕性。若的潤濕性。若A AododA Awdwd，表明用油驅(qū)水所做的功，表明用油驅(qū)水所做的功大于用水驅(qū)油所做的功，即巖石是親水的（如大于用水驅(qū)油所做的功，即巖石是親水的（如圖圖9 93535所示）；反之，若所示）；反之，若A AododA Awdwd、則表明巖、則表明巖石是親油的（如圖石是親油的（如圖9 93434所示）；若所示）；若A Aodod= =A Awdwd則表則表明油藏巖石為中性潤濕。明油藏巖石為中性潤濕。 利用儲油巖石的毛管壓力資料可以直接或間利用儲油巖石的毛管壓力資料可以直接或間接地確定儲層的儲滲參數(shù)，如孔隙度、絕對滲透接地確定儲層的儲滲參數(shù)，如孔隙度、絕對滲透率

24、、相對滲透率、束縛水飽和度、殘余油飽和率、相對滲透率、束縛水飽和度、殘余油飽和度、度、巖石潤濕性、巖石比面、孔隙喉道大小分巖石潤濕性、巖石比面、孔隙喉道大小分布、驅(qū)布、驅(qū)油效率等等油效率等等 1、研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)及評估巖石物性及儲研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)及評估巖石物性及儲集性能優(yōu)劣集性能優(yōu)劣 這部分內(nèi)容在上節(jié)這部分內(nèi)容在上節(jié)3.23.2中已經(jīng)敘述，不再贅中已經(jīng)敘述，不再贅述。述。 親親水水0AAlogwdoodw 親親水水0AAlogwdoodw 中中間間0AAlogwdoodw maxTrcos2P womaxTwoworPcos ogmaxTogogrPcos woTogogTwoogwoPPco

25、scosW woTogogTwoogwoPPcoscos woTogogTwowoPPcos woTogogTwowoPPcosarc gPrgcos2hcR巖巖毛毛LLk8r2 常常數(shù)數(shù)巖巖毛毛 LL kcrPccos2r 又又Pccos2kc kcosPcc2即即)Sw(Jc2 令令 kcosPc)Sw(J kPc)Sw(J 5、 用毛管壓力回線法研究采收率 用壓汞法測量毛管壓力曲線時，先加壓向巖樣中注入非濕相來驅(qū)替濕相的過程所得到的毛管壓力曲線稱為驅(qū)替型毛管壓力曲線，簡稱驅(qū)替曲線又叫注入曲線；然后降壓驅(qū)替非濕相得到毛管壓力曲線，稱之為吸入曲線又叫退出曲線。 壓汞法實驗中，把驅(qū)替叫作注入，

26、把吸入稱為退出。 毛管壓力回線的測定至少包括壓汞、退汞和重壓汞三個過程。 根據(jù)毛管壓力曲線上根據(jù)毛管壓力曲線上的最大汞飽和度和殘余汞的最大汞飽和度和殘余汞飽和度，沃德洛飽和度，沃德洛(Wardlaw(Wardlaw，1976)1976)把降壓把降壓后退出的汞體后退出的汞體積與降壓前積與降壓前注入的汞總體注入的汞總體積的比值叫積的比值叫作退出效率作退出效率E Ew w，即：即： %100maxmaxHgRHgwSSSE 圖中的毛管壓力曲線包括圖中的毛管壓力曲線包括次注入次注入( (曲線曲線)、退出、退出( (曲線曲線W W) )和二次注和二次注入入( (曲線曲線R R) )。一次注入。一次注入 時壓力從零到最高壓力，濕相飽和度從時壓力從零到最高壓力，濕相飽和度從100100降至降至S Sw wminmin( (最小濕相飽和度最小濕相飽和度) )，而非濕相飽和度從，而非濕相飽和度從0 0到最大值到最大值 S Snwnwmaxmax。退汞過程。退汞過程中，壓力從最大值降為零，但非濕相并不全部退出，部分汞因毛管力作中，壓力從最大值降為零，但非濕相并不全部退出，部分汞因毛管力作用而殘留于巖石中用而殘留于巖石中( (殘余汞飽和度殘余汞飽和度S SR