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第三章(3-3)毛管压力课件
第三节 储层岩石的毛管压力 本节内容主要包括以下方面: 1、毛管压力的概念 2、岩石毛管压力曲线的测定与换算 3、岩石毛管压力曲线的基本特征 4、毛管压力曲线的应用 一、毛管中液体的上升及毛(细)管压力 1、毛管中液体的上升: 将一干净的玻璃毛细管插入大烧杯的水内(如图)(玻璃表面具有强水湿的性质),毛细管中水面则沿毛细管上升一定高度h。这种上升高度是玻璃管壁和水之间的分子引力(附着力)以及毛管中液柱重度导致的结果。 拉液柱向上的作用力是润湿张力A; A = σ2,3 - σ1,3 = σ1,2 cosθ 毛细管中拉液柱的总润湿张力为:2πr σw,g cosθ(向上) 毛细管中液柱重量的增加为:πr2h(ρw_ρg)g (向下) 式中g为重力加速度,ρg为空气密度。 液面稳定(平衡)时有: 2πr σw,g cosθ= πr2h(ρw_ρg)g 有: h= 2 σw,g cosθ/r (ρw_ρg)g 若空气为油时, 有: h= 2 σw,o cosθ/r (ρw_ρo)g 2、毛细管力(毛管力) 图(a)中弯液面上侧B1点的压力为:Pb 弯液面下侧B点的压力:Pw 毛管中A的压力为:Pa 它们之间的关系为: Pb+hρgg= Pa Pw+ hρwg= Pa 所以有:Pb- Pw=h(ρw_ρg)g 令:Pb- Pw=h(ρw_ρg)g =Pc Pc—毛细管力(毛管力):是毛细管中弯液面两侧非润湿相与湿相的压力差。 Pc的方向,指向弯液面的凹方向; Pc的大小: 因为: Pc=h(ρw_ρg)g; h= 2 σw,g cosθ/r (ρw_ρg)g 所以有:Pc= 2 σw,g cosθ/r 油水-玻璃系统有: Pc= 2 σw,o cosθ/r 毛管力的通式为: Pc= 2 σcosθ/r σ为两流体之间的界面(表面)张力,θ为系统的接触角; 毛管力的性质: (1) Pc与毛管半径r成反比,r越小, Pc越大; (2) Pc与两相流体的界面自由能σ成正比,σ越大, Pc越大; (3) Pc与cosθ成正比, θ<90°时,毛管孔道亲水,毛管力Pc为正,水面自发上升; θ>90°时,毛管孔道亲油,毛管力Pc为负,水面自发下降; (4)倾斜毛管的毛管力的特征(如图) 3、油藏岩石毛管力的作用 油藏岩石,特别是砂岩岩石孔道极小,而将其视为一种理想的毛细管,因此,油藏岩石的毛管力就可以用上述的毛细管现象来描述。 (1)油藏形成中的作用 由于油藏中的孔隙大小不一,可看成是由大小不同的毛细管组成,使 得油藏在形成时,油水界面和油气界面不是一个镜面,而是一个油水过渡 带和油气过渡带,且油藏中油水过渡带的宽度比油气过渡带的宽度要宽。 因为:hog= 2 σo,g cosθ/r (ρo_ρg)g how= 2 σo,w cosθ/r (ρw_ρo)g 假定两个过渡带中的θ、r相同 因为: (ρo_ρg)>(ρo_ρw) 又因为:油中溶解有大量的天然气,且油气间的极性差远小 于油水间的极性差,使得σo,w> σo,g 所以有: how > hog (2)驱油过程中的作用 对于前进弯液面: 对于后退弯液面: 因 ,故 0,所以说是与驱动力相反的作用力,即阻力, 越大,毛管阻力越大。由于珠泡的运动和润湿滞后所产生的两弯液面变 形会给驱动带来阻力,由于这种曲面变形所产生的阻力为 那么要使珠泡运动就必须多施加的力: 只有当球泡两端压差克服了上述的PI、PII和液膜的反常粘滞阻力之后,珠泡才能流动,尽管这些阻力不太大,但这只是一个珠泡的情形,倘若孔道(毛细管)中有一连串的珠泡存在,那么它们对水驱油所形成的阻力是相当大的。所以说非湿相的流动条件就是驱替力要大过毛管力。 润湿研究对象: 不混容的两相液体-固体三相体系,或液体-气体-固体三相体系。 (2)润湿相流体与非润湿相流体: 能沿固体表面铺开的那一相称为润湿相流体,另一相称为非润湿相流体。(气相在大多数情况下是非润湿相) (水-空气-玻璃体系中,水为润湿相流体,空气为非润湿相流体) (水银-空气-玻璃体系中,水银为非润湿相流体,空气为润湿相流体) (3)选择性润湿: 固体表面优先于哪一种流体润湿。 (水-空气-玻璃体系中,玻璃表面对水选择性润湿) (水银-空气-玻璃体系中,玻璃表面对空气选择性
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