多相流体的渗流机理
第三章 油藏岩石中多相流体的渗流特性
2.驱替和吮吸的影响 2.驱替和吮吸的影响
亲油岩石中水驱油
亲水岩石中水驱油
a.驱替 a.驱替 b.吸吮 b.吸吮
非湿相驱替湿相流体的过程。 非湿相驱替湿相流体的过程。 湿相流体驱替非湿相流体的过程。 湿相流体驱替非湿相流体的过程。 流体驱替非湿相流体的过程
3、大庆油田岩石润湿性的分布和变化规律 (1)非烃、 (1)非烃、沥青质的影响 非烃 (2)渗透率的影响 (2)渗透率的影响 (3)注水对润湿性的影响 (3)注水对润湿性的影响 4、岩石润湿性对水驱油效率的影响 (1)无水采收率 (1)无水采收率 (2)最终采收率 (2)最终采收率
σwg 水
σwo
3. 影响界面张力的因素
(1)温度的影响：温度升高，张力降低 (2)吸附的影响
①吸附：溶解在具有两相界面系统中的物质， 自发地聚集到两相界面上，并降低界面层的 界面张力的现象。 ②表面活性物质：被吸附在两相界面上， 并能大大降低界面张力的物质。
③比吸附（G）： 定义：界面层单位面积上比相内多余 的吸附量，叫比吸附，记为G。 吉布斯比吸附定律： 1 ∂σ
Vo1 Vo1 = 油湿指数 Wo = Vo1 + Vo 2 Vo
测量的关键技术问题： 测量的关键技术问题：保持地层岩心的原始润湿性
四、润湿性对油水分布的影响
1.润湿性的影响 1.润湿性的影响
在孔道中各相 界面张力的作 用下， 用下，润湿相 总是力图附着 于颗粒表面， 于颗粒表面， 并尽力占据较 窄小的孔隙角 隅，而把非润 湿相推向更畅 通的孔隙中间 部位去。 部位去。
（2）动润湿滞后
定义：当水驱油或油驱水时， 定义：当水驱油或油驱水时，当三相周界沿固体表面移动 因移动迟缓而使润湿接触角发生变化的现象。 时，因移动迟缓而使润湿接触角发生变化的现象。
3.4多相流体渗流特征解析
3流度
定义:多相共渗时,某一相流体的有效渗透率与 该相的粘度之比。
油的流度：
K0 0 u0
水的流度：
Kw w uw
第7页
4流度比
定义:多相共渗时,水的流度与油的流度之比。
w 流度比： M 0
K w AP Kw w uw L uw w M K 0 AP K0 0 0 u0 L u0
W / O
第34页
2.利用相对渗透率曲线确定储层中油水的饱和度分布、100%产 纯水面的位置
相对渗透率
Kro Krw
Swi 液柱高度，m
Sor
产纯油
A
B 油水同产
80 100 100%含水 Sw %
第35页
C
产纯水
油水混合带
20
第36页
第37页
3利用相对渗透率曲线分析油井产水规律
定义：产水率是油水同产时产水量与总产液量的比值。
第8页
二、相对渗透率曲线特征及影响因素
定义:相对渗透率与饱和度之间的关系曲线，称为相对渗透率 曲线。 1、相对渗透率曲线特征：两相、三区、五个特征点
Kro 1.0
0.8
0.6
A
B
C Krw
0.4
0.2 Swi 0 20 40 60 80 Sor 100
Sw %
第9页
2 影响相对渗透率曲线的因素
1）岩石孔隙结构的影响
r 4 P q 8L 2 2 V r L,r V / L
2 cos 2 4( cos ) 2 PC ,r 2 r PC
2
r P ( cos ) PV q 2 2 8L 2 L P C
4
第27页
多孔介质多相渗流的基本概念
多孔介质多相渗流的基本概念前面几节课，我们主要讲述了单相流体渗流的问题，所谓单相流体渗流，也就是只有一相流体参与的渗流问题。
在这里我们主要介绍了，对于多孔介质，我们介绍了达西在1852～1855年通过大量实验得出达西定律。
达西定律是渗流中最基本的定律, 其形式简洁( v= kJ ), 最早是由实验在(1.4)式中q为单裂隙流量，J为水力坡降，b为裂隙宽度，g为重力加速度，ν为水流的运动粘滞系数。
那么，什么是多相渗流呢？实际上也就是两种或两种以上的流体在同一介质中流动。
自然界中有许多问题都涉及多相渗流问题，比如，我们熟知的油气田，在油气田中，孔隙的一部分由油占据，而其它部分由水或气体占据，原油中通常含有大量的溶解气，当地层压力降到饱和压力以下时，溶解气就会从原油中分离出来，从而形成油气两相渗流。
再比如，我们经常遇到的非饱和带水份运移问题，什么时非饱和带，也就是说水没有占据所有空间，有一部分空间被空气所占据。
这样，水和空气就在非饱和带中形成了多相渗流。
还有就是近些年来非常热点的海水入侵问题，当海水入侵到陆地下面的淡水层中会出现咸水和淡水可混溶的两相流渗。
那么实际上，对于油气田和非饱和带这样的多相渗流问题，我们称为不可混溶多相渗流问题，英文叫immiscible.对于海水入侵这样的多相渗流问题，就immiscible.同时也叫solute transport.下面，我们讲四个多相渗流的基本概念：1.流体的饱和度对于多相渗流的饱和度概念，实际上是，单相渗流饱和度概念的推广，当多孔介质的孔隙空间被两种或两种以上流体所占据时，对于一相流体而言，其饱和度为Si=Vif/Vp特别地，对于水和油所饱和的多孔介质而言，随任时刻，水和油的饱和度之和均为1目前，在实验室中，不破坏被多种流体所饱和的多孔介质条件下，直接测量各相流体饱和度的方法是目前重要的研究课题。
目前，主要有电阻法（），x射线法，数字图像处理方法。
2.湿润性对于湿润性，我们以前学习单相渗流的时候，并没有涉及到，大家可能感到有点陌生。
石油工程 提高采收率 第四章 多相流体的渗流机理及残余油形成机理
应当指出，比界面能和界面张力是两个不同的概念。它们 的意义不同（仅仅是数值相等），在热力学上多用界面能的概 念，而界面张力则多用在力学和工程应用中。 严格地说，在两相系统的表面层上只存在比界面能而不存 在界面张力。界面张力只是自由界面能的一种表示方法，并非 存在什么真实的“张力”。只有在三相系统的周界上，这种界 面能才有界面的张力存在，它是各自两相界面层自由界面能在 三相周界的接触点相互“争夺”的结果。如图 4 - 4 所示，一滴 油滴在水面上则有三种界面，即油—气（ 2 - 3 ）、油—水（ 2 - 1 ）和水—气（ 1 - 3 ）界面，各自界面层的界面能在三相周 界的争夺则呈现三种界面张力σ2-3、σ1-2和σ1-3, 当三者达到平 衡时，则：
压很小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此 原油—CO2系统的界面张力随着压力增加而快速下降。对于原 油—天然气系统而言，天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、 丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度，故 界面张力随压力增加而急剧降低。 至于汽油和二氧化碳系统，界面张力要比原油—CO2系统还 要低，这是因为汽油是由轻质烃类组成的，它比原油能够溶解更 多的二氧化碳。 因此，对于原油—天然气系统，气相饱和蒸汽压越小，或气 体溶解度越大，或原油的相对密度越小，或天然气中重烃气越多， 或压力和温度越高，则原油—天然气系统的表面张力就越小。 总之，油气界面张力随气相在液相中溶解度的增大而 降低。天然气中含重烃气体越多，原油中的溶解气量就越大， 那么，当压力增加时，表面张力减小幅度也越大。
图 4 -1 液体相内及表面层分子力场示意图
如果要想把水的内部分子举升到水面，就必须作功。只 有对其作功才能使液相内的水分子上升到水表面，这种能量 （功）就转化为自由表面能。 综上所述，两相界面层界面能是由界面层分子力场的不 平衡所致。自由界面能具有如下的性质： ( 1 ) 只有存在不互溶的两相时自由界面能才存在。以上是 从水和空气界面讨论的。同理对于任意两相，不论是气和液、 液和液，还是气和固、液和固的界面，都存在有上述的自由 界面能。而完全互溶的两相（例如酒精和水、煤油和原油）， 由于它们之间不存在界面，所以也就不存在自由界面能。 ( 2 ) 界面越大，自由界面能也越大。根据热力学第二定律 知，任何自由能都有趋于最小的趋势。由于等体积物体以球 体表面积最小，表面能也最小，所以水银滴掉在桌面上变成 球形，而不是其他形状，以使自由表面能居于最小。
第一篇 第四章 多相流体的渗流机理
第四章多相流体的渗流机理前面已经分别研究了储层岩石本身的一些渗储性质以及多相流体(油、气、水)的相态转化及其物理性质。
那么当这两者相结合，即多相流体在高度分散、弯弯曲曲的毛细孔道所构成的岩石中，其分布及流动又会产生什么样的岩石—流体综合特性呢?岩石颗粒细、孔道小，使得岩石具有巨大的表面；流体本身又是多组分的不稳定体系，在孔道中又有可能同时出现油、气、水三相，这种流体分散储集在岩石中会造成流体各相之乱流体与岩石颗粒固相间存在着极大的多种界面(气一固、气一液、液一液、液一固界面)。
因此，界面现象极为突出，表现出与界面现象有关的界面张力、吸附作用、润湿作用及毛管现象、各种附加阻力效应等等，对流体在岩石中的分布和流动产生重大的影响。
因此，地下流体在岩石中的流动既不同于油、气、水在管路中的流动，更不同于水在河床中的流动而具有其特定的性质。
通常，人们把流体在多孔介质中的流动称为渗流。
渗流时，首先需要了解的是在岩石孔隙中油水究竟是怎样分布的?流动过程中会发生哪些变化?有什么特点?实用中采用哪些参数来描述地层中各种阻力的变化?如何减少和消除这些附加阻力?只有研究了渗流物理特性，才能找出油井生产指标(如产量、压力)变化的原因，也只有研究了渗储机理、岩石的润湿性等，才能对部分原油不能采出的原因有深刻的认识。
因此，本章研究的内容也是如何提高采收率的部分基础。
此外，本章中有关相对渗透率曲线及毛管压力曲线的研究，是油藏工程计算分析中极为重要的基础和资料，具有极大的实际意义。
第一节储层岩石中的各种界面现象无论在天然原始油层中存在有束缚水的情况还是注水开发的油层，其中流体至少存在着油水两相，当地层压力降到泡点压力后，还会因原油脱气而出现油气水三相。
因此，可以认为油层是一个由固相和两个不互溶的液相，以及有时还有气相等所构成的比面极大的高度分散系统。
而在这一系统中，所呈现的有关界面性质的一些问题，诸如水驱洗油问题，互溶混相驱油时的油水界面消失的问题，以及由于存在油水界面时的毛细管附加阻力问题等，都是与两相界面分子的相互作用有关的。
第三章 储层岩石多相流体渗流特性
a、三相周界上有界面的张力存在； b、各该两相界面张力的大小等于各自的比表面能； c 、界面张力的方向确定： 界面为平面时，则在界面上；界面为曲面时，则在
界面的切平面上； d、张力的作用点为三相周界的作用点。
三、油藏流体间的界面张力分析
油藏流体（油、气、水）间的界面张力取决 与流体的组成、油藏温度和压力。
由上面分析结果知道：表明水分子 a 比水相内部水分子 b具有更多的“自由能”。因此有： A、假若 把水分开使其产生新界面（界面积增大），就必须做功，做功的能量就转化为新
生界面（界面积增大）的自由表面能。 B、假若 把水的内部分子举升到水面，就必须做功。做功的能量就转化为自由表面能。 自由表面能性质： （1）只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。
的应用。
4、油藏岩石的相对渗透率曲线
有效渗透率和相对渗透率、相对渗透率曲线特征及影响因素、相对渗透率曲
线的应用。
?
本章教学重点、难点：
1、岩石润湿性及润湿性与水驱油的相互关系
2、岩石毛管压力曲线特征及其应用
第一节 油藏流体的表面张力
一、两相界面层的自由表面能
界面：任何两相分界面通称为界面，如岩石－油（水）界面、油－水界面。 表面：当接触的两相中有一相是气相时,则把界面习惯称为表面，如空
气—水的分界面称为“水的表面”；岩石—气体的分界面称为“岩石 的
表面”。 内聚力：同一相的内部分子之间的作用力。 吸附力（附着力）： 界面两种不同相的分子间的作用力。 净吸力：净吸力=内聚力- 吸附力
一、两相界面的自由表面能
1、自由表面能的概念
以水的表面为例，进行自由表面能的分析：
b分子—— 水相内部分子。受到周围同类水分子力的作用，其分子力场处于相对平衡状态。 a分子 —— 表面层水分子。水分子间的作用力大于空气分子对其的作用力，所受的合力的方
油层物理(复习重点)
在地面脱气后的体积之比，用 Bo 表示，即： VOR——原油在压力 p、温度 T 下的体积，m3；
Bo=VOR/VOS
VOS——原油在地面条件下（0.1MPa，20ºC）脱气后的体积，m3. 油藏原始条件（p，T）下的体积系数称为地层原油体积系数，记为 Boi。 原油收缩系数★★
地层油由地下至地面脱气后，其体积必然变小，这种现象称为地层原油的收缩，收缩的
它们在地面脱气后原油体积之比，用符号 Bt 表示。
定义：所谓原油压缩系数是指地下原油体积随压力的变化率。
（2）当 p>ps 时，体积系数随压力的增加而降低。这 是由于地下原油受压缩，体积 Vf 缩小，故 Bo 也减小。 （3）当 p=ps 时，溶解气油比 Rs 最大，体积系数 Bo 也最大。
地下油、气两相体积系数★
地下油、气两相体积系数是指：当油层压力低
于饱和压力时，地层中原油和析出气体的总体积与
Bt=Bo+（Rsi-Rs）Bg Rsi——地层油原始溶解气油比 Rs——压力为 p 时的溶解气油比 Bg——分离出的气体体积系数 地层原油的压缩系数★★★
对比温度 Tr=T/Tc
p——绝对压力
pc——临界压力 T、Tc 同理
对比状态定律指出，所有纯气体在相同的对比压力和对比温度下，都具有相同的压缩因
子。
视临界压力 ppc=∑yipci 视临界温度 Tpc=∑yiTci 视对比压力 ppr=p/ppc=p/∑yipci 视对比温度 Tpr=T/Tpc=T/∑yiTci ★★★天然气的体积系数 Bg 定义为：一定量的天然气在油气层条件（某一 p、T）下的体积 VR 与其在地面标准状态下（20Oc,0.1MP）所占体积 VSC 之比，即：
空间。边界面可以是客观存在的固体界面，也可以是假设的概念界面。边界面可以是运动的，
渗流机理名词及解释
渗流机理名词及解释多孔介质porous media以固相介质为骨架、含有大量孔隙、裂隙或洞穴的介质叫多孔介质。
若多孔介质对流体是可渗的，称为可渗多孔介质。
双重孔隙介质dual-porosity media;double porosity media这类介质由两个系统组合而成，孔隙性介质构成岩块系统；裂缝性介质构成裂缝系统。
两个系统按照一定规律发生彼此间的传质交换。
不可压缩流体incompressible fluid随压力变化，体积不发生弹性变化的流体。
亦称刚性流体。
可压缩流体compressible fluid随压力改变，体积发生弹性变化的流体。
亦称弹性流体。
渗流速度flow volocity流体流量与多孔介质横截面积之比称为渗流速度。
流体在多孔介质中流动的渗流速度不是流体质点的真实速度。
流体真实速度应等于流量除以孔隙面积，所以渗流速度小于真实速度。
稳定渗流steady state flow流体在多孔介质中渗流时，密度和速度等物理量仅为空间函数而不随时间变化的渗流。
亦称定常流动、稳态流动。
不稳定渗流unsteady-state flow流体在多孔介质中渗流时，各物理量不仅是空间的函数，而且是时间的函数。
亦称非定常流动；非稳定流动。
非线性渗流non-linear flow渗流速度与压力梯度之间不成线性关系的渗流状态。
单相渗流single-phase flow through porous medium在多孔介质中只有一种流体参与的流动。
两相渗流two-phase flow through porous medium多孔介质中有两种互不混溶的流体同时参与的流动。
多相渗流multiple-phase flow through porous medium多孔介质中同时有两种以上互不混溶流体参与流动。
多组分渗流multi-component flow through porous medium含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中的流动。
多相流体渗流特征油藏物理课件知识介绍
实验结果应用
根据实验结果，可以指导油田开发实践，优 化开发方案，提高采收率和经济效益。
05
多相流体渗流在油藏工程中的应用
提高采收率的方法与技术
注水技术
化学驱油技术
热力采油技术
气驱技术
通过向油藏注水，增加 油藏压力，提高驱油效 率，从而提高采收率。
利用化学剂改变油水界 面张力，提高驱油效率，
从而提高采收率。
的参考依据。
优化油田开发方案
03
通过模拟实验，可以优化油田开发方案，提高油田开发效果和
经济效益。
实验设备与流程
实验设备
包括模拟装置、压力计、流量计、加热器、冷却器等。
实验流程
包括准备实验材料、建立模型、注水、注气、生产等步骤。
实验结果分析与应用
实验结果分析
通过分析实验数据，可以得出多相流体在油 藏中的流动规律、渗流特征和油藏参数等。
渗流现象及其重要性
定义
渗流是指流体在多孔介质中流动 的现象，这种流动是受孔隙介质 阻力控制的。
重要性
渗流在石油、天然气、水文学等 领域具有广泛的应用，是研究油 藏工程、地下水动力学、土壤水 文学等学科的重要基础。
多相流体渗流的研究方法
实验研究
通过实验模拟多相流体的渗流过 程，测量相关参数，如流量、压 力、持水率等，以揭示渗流规律。
通过加热油藏，降低原 油粘度，提高流动性，
从而提高采收率。
利用气体提高油藏压力， 从而提高采收率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 油藏数值模拟与优化
01
02
03
04
建立数学模型
根据油藏地质、流体和工程数 据，建立数学模型。
数值求解
利用数值方法求解数学模型， 得到油藏动态变化规律。
油层物理课件__第三章__储层中多相流体的渗流性质(共三章)
二 、结合功和附着功
结合功：将面积为1cm²的纯液体拉开所做的功。
需做功
液
液
释放能量
液
WLL 2Lg
W结 WLL 2Lg
附着功：将面积为1cm2的固液界面拉开所需所做的功。
气
液 固 需做功
气
液 固
W附 Lg Sg Ls
附着功可以表示液体在固体表面的附着能力,附着 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来，固体 表面越亲该液体。 附着功可以用来表示固体表面的润湿性
② 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。
③ 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相
与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体,或者说哪
一相液体容易沿固体表面流散。 ④ 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A种流体相比较为 湿相,而同B种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上,当 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时，油又为湿 相了。
第二节 储层岩石的润湿性
一、润湿现象（润湿性）的含义 二、结合功和附着功 三、润湿接触角 四、影响润湿性的因素 五、润湿滞后现象 六、油藏岩石的润湿性 七、润湿性的测定方法 八、润湿性对油水分布和驱油效率的影响
一、润湿现象（润湿性）的含义
润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。
通过实验不难得出几个结论： ① 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。
五 油藏岩石的润湿性及其影响因素
1 油藏岩石的润湿性
亲水(water wet)(地质学家) 亲油(oil wet)(化学家) 部分润湿或混合润湿 斑状润湿(斑点、斑状润湿)
储层中多相流体的渗流特性(精)
• 表面能和表面张力是两个不同的概念。
• （3）界面张力示意图
界面张力 的方向： 平面上或 曲线的切 线上
Wg
og
油
两相表面 张力的大 小为各自 的比表面 能
ow
界面张力 的作用点
Wg wg og
3、影响界面张力的因素
• （1）物质的影响因素
• 两相间分子的极性差越大，表面能就越大。 某些物质与空气、水的界面张力
α相
β相
A S B
热 力 学 性 质
α相 β相 A S B
a-假想几何界面
b-界面热力学性质
两相物质的表面分子层性质示意图
（4）自由界面能具有如下性质：
• • • • • 只有存在两相不互溶的两相时自由表面能才存在。 界面越大，自由表面能越大。 表面或界面是具有一定厚度的界面层。 两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 还和物质的相态、密度、分子量有关。
一
界面自由能和界面张力
1、两相界面的界面自由能
（1）定义： 内聚力：同向分子间的力叫内聚力。 附着力：异向分子间的力叫附着力。 （2）净吸力与内聚力、附着力的关系： 净吸力=内聚力—附着力 （3）界面自由能
分子B 所受合力为 零，可以自 由运动
分子A 所受合力不 为零，合力 指向液体内 部
• 因此，分子B要移动到分子A的位置必须克服这 个合力而做功。 • 这种表面分子比液体内部分子多余的能量称为界 面自由能。
2、比表面能和界面张力
（1）定义： 比表面能：单位面积具有的自由表面能， 也叫表面张力。 （2）皂膜拉伸试验
б
L
F
x
dx
做功的能量转化为新生界面的表面能
多孔介质多相渗流的基本概念
多孔介质多相渗流的基本概念多孔介质多相渗流的基本概念前面几节课，我们主要讲述了单相流体渗流的问题，所谓单相流体渗流，也就是只有一相流体参与的渗流问题。
在这里我们主要介绍了，对于多孔介质，我们介绍了达西在1852～1855年通过大量实验得出达西定律。
达西定律是渗流中最基本的定律, 其形式简洁( v= kJ ), 最早是由实验在(1.4)式中q为单裂隙流量，J为水力坡降，b为裂隙宽度，g为重力加速度，ν为水流的运动粘滞系数。
那么，什么是多相渗流呢？实际上也就是两种或两种以上的流体在同一介质中流动。
自然界中有许多问题都涉及多相渗流问题，比如，我们熟知的油气田，在油气田中，孔隙的一部分由油占据，而其它部分由水或气体占据，原油中通常含有大量的溶解气，当地层压力降到饱和压力以下时，溶解气就会从原油中分离出来，从而形成油气两相渗流。
再比如，我们经常遇到的非饱和带水份运移问题，什么时非饱和带，也就是说水没有占据所有空间，有一部分空间被空气所占据。
这样，水和空气就在非饱和带中形成了多相渗流。
还有就是近些年来非常热点的海水入侵问题，当海水入侵到陆地下面的淡水层中会出现咸水和淡水可混溶的两相流渗。
那么实际上，对于油气田和非饱和带这样的多相渗流问题，我们称为不可混溶多相渗流问题，英文叫immiscible.对于海水入侵这样的多相渗流问题，就immiscible.同时也叫solute transport.下面，我们讲四个多相渗流的基本概念：1.流体的饱和度对于多相渗流的饱和度概念，实际上是，单相渗流饱和度概念的推广，当多孔介质的孔隙空间被两种或两种以上流体所占据时，对于一相流体而言，其饱和度为Si=Vif/Vp特别地，对于水和油所饱和的多孔介质而言，随任时刻，水和油的饱和度之和均为1目前，在实验室中，不破坏被多种流体所饱和的多孔介质条件下，直接测量各相流体饱和度的方法是目前重要的研究课题。
目前，主要有电阻法（），x射线法，数字图像处理方法。
3.储层中多相流体的渗流机理
润湿作用(Wettability) 现象 生活事例中的 生活事例中的润湿作用
�
在两相物质的界面上和相内部，其物化学性质不同。
由两相 界面层分子 引起的性质； 界面性质： 界面性质：由两相 由两相界面层分子 界面层分子引起的性质； 由相内分子 引起的性质。 体积性质： 体积性质：由 相内分子引起的性质。
3.1 储层岩石中的界面现象与润湿性
Interfacial phenomena and wettability in reservoir rock
本节内容 1．储层流体的相间界面张力 2．界面吸附现象 3．储层岩石的润湿性
物理学观点：能量是力的内在根源，力是能量的表现形式。
) 一、两相界面的界面自由能(Interfacial free energy energy)
238 － 2
238 － 3
徐波 讲授
Chapter 3 Seepage Mechanism of multiphase fluid
徐波 讲授
Chapter 3 Seepage Mechanism of multiphase fluid
物化医生、文和平
�
界面 (Interface) 和表面(Surface) ？
�
①膨化食品和干果包装里面的小白袋，其内装何物？ 物理 吸附 或化学 吸附(即吸收 ）水蒸气 的固体材料。 为能物理 物理吸附 吸附或 化学吸附 吸收） 水蒸气的固体材料。 Desiccant ：为能 干燥剂或者防潮剂类型： SiO2 ， CaO，CaCl2，CaCO 3等
�
问题②：两类物体受重力作用后，为何未沉入液体中？
徐波 讲授
Chapter 3
� �
Chapter 3 多相流体的渗流机理
多相流体的渗流机理
流体在岩石孔隙中的分布 孔隙中毛管力的大小 流体的渗流
三、 吸附作用
两相界面层的分子受力不平衡，因此存在界面能。物 质总有使其界面能趋于最小的趋势。这种趋势表现为 界面面积减小，也可通过吸附与其相邻的物质分子来 实现，后者是吸附的原理。
液体界面的吸附
极性端朝向水而非极性端朝向空气， 使空气对表面上分子的引力增加， 空气与水之间的极性差减小，从而 使界面张力减小。
它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加， 此时溶质为非表面活性剂。
第二节
润湿现象:
油藏岩石润湿性 和油水微观分布
水迅速散成薄薄的一层
干净的玻璃板上滴一滴水
干净的玻璃板上滴一滴水银
水银聚拢形成球状
在铜片上滴一滴水银
水银呈馒头状
一、岩石的润湿性
1、润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。
★不同的物质，界面张力不同；
表3.1.1 不同液体在室温条件下(20℃ )与空气接触时的界面张力
物质 界面张力 (mN/m) 物质 界面张力 (mN/m)
正己烷
乙醚
正辛烷
四氯化碳 邻二甲苯
18.4
苯
17.0 28.5
21.8 32.5
26.9 73.2
30.3
甲苯
三氯甲烷 二氯乙烷 二硫化碳
29.0
二、 比界面能和界面张力 1.概念
单位面积界面上具有的界面能数值表示两相界 面的界面能大小，称为比界面能。
Us ＝ A
Us—— 两相界面的界面能，J(焦耳)； A—— 界面面积，m2； σ——比界面能，J/m2。
J/m2=N· m/m2=N/m
只有在三相 周界上才有
比界面能可看作是作用于单位界面长度上的力，称界面张力。
何更生版《油层物理》--课后答案经典详细
何更生版《油层物理》--课后答案经典详细第一章 储层岩石的物理特性24、下图1-1为两岩样的粒度组成累积分布曲线，请画出与之对应的粒度组成分布曲线，标明坐标并对曲线加以定性分析。
ABLog d iWWi ∑图1-1 两岩样的粒度组成累积分布曲线答：粒度组成分布曲线表示了各种粒径的颗粒所占的百分数，可用它来确定任一粒级在岩石中的含量。
曲线尖峰越高，说明该岩石以某一粒径颗粒为主，即岩石粒度组成越均匀；曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。
一般储油砂岩颗粒的大小均在1～0.01mm 之间。
粒度组成累积分布曲线也能较直观地表示出岩石粒度组成的均匀程度。
上升段直线越陡，则说明岩石越均匀。
该曲线最大的用处是可以根据曲线上的一些特征点来求得不同粒度属性的粒度参数，进而可定量描述岩石粒度组成的均匀性。
曲线A 基本成直线型，说明每种直径的颗粒相互持平，岩石颗粒分布不均匀；曲线B 上升段直线叫陡，则可看出曲线B 所代表的岩石颗粒分布较均匀。
30、度的一般变化范围是多少，Φa 、Φe 、Φf 的关系怎样？常用测定孔隙度的方法有哪些？影响孔隙度大小的因素有哪些？答：1）根据我国各油气田的统计资料，实际储油气层储集岩的孔隙度范围大致为：致密砂岩孔隙度自＜1%～10%；致密碳酸盐岩孔隙度自＜1%～5%；中等砂岩孔隙度自10%～20%；中等碳酸盐岩孔隙度自5%～10%；好的砂岩孔隙度自20%～35%；好的碳酸盐岩孔隙度自10%～20%。
2）由绝对孔隙度a φ、有效孔隙度e φ及流动孔隙度ff φ的定义可知：它们之间的关系应该是a φ>e φ>ff φ。
3）岩石孔隙度的测定方法有实验室内直接测定法和以各种测井方法为基础的间接测定法两类。
间接测定法影响因素多，误差较大。
实验室内通过常规岩心分析法可以较精确地测定岩心的孔隙度。
4）对于一般的碎屑岩 (如砂岩)，由于它是由母岩经破碎、搬运、胶结和压实而成，因此碎屑颗粒的矿物成分、排列方式、分选程度、胶结物类型和数量以及成岩后的压实作用（即埋深）就成为影响这类岩石孔隙度的主要因素。
油层物理各节重点
题型：名词解释简答题画图题计算题（平时成绩40%+考试成绩60%）第一章储层流体的高压物性第一节油气藏烃类的相态特性1、单、双、多组分体系的相态特征单组分体系：两点:临界点C,三相共存点T三线:饱和蒸汽压线,溶点线,升华线三区:气相区,液相区,固相区临界温度:高于该温度，无论施加多大压力，气体不可液化 .临界压力:高于此压力，无论温度多少，液体和气体不会同时存在.泡点压力:温度一定，开始从液相中分离出第一批气泡的压力.露点压力:温度一定，开始从气相凝析出第一批液滴的压力.泡点线: 是等温降压时体系出现第一批气泡的轨迹线。
露点线: 是等温升压时体系中出现的第一批液滴的轨迹线饱和蒸汽压线:单组分的饱和蒸汽压线为泡点线和露点线的共同轨迹.分析1----2 3-----4相态变化多组分体系：（1）双组分体系的相图不再是一条单调曲线，而是一开口的环形曲线.（2）双组分体系的临界点不再是两相共存的最高压力和温度点, 而是泡点线和露点线的对接点.（3）双组分体系的两相区介于两纯组分的饱和蒸汽压曲线之间, 且临界压力高于各组分的临界压力,但临界温度确界于两组分的临界温度之间.（4）两组分中哪个组分的含量占优势,露点线或泡点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线。
（5）两组分的浓度越接近则两相区的面积越大，两组分的组成有一组分的含量占绝对优势，两相区就越窄长.（6）两组分系统中，组成系统的物质不同其临界点也不同，而且分子结构越相近的两组分，其临界点轨迹曲线越扁平。
如果两组的挥发性和分子量差别愈大时，临界点轨迹所包围的面积愈大，临界凝析压力也愈高.2、等温反凝析现象的解释当体系处于A点时体系为单一气相。
当压力降至B点时，由于压力下降，烃分子距离加大，因而分子引力下降，这时被气态轻烃分子吸引的(或分散到轻烃分子中的)液态重烃分子离析出来，因而产生了第一批液滴。
而当压力进一步下降到D点时，由于气态轻烃分子的距离进一步增大，分子引力进一步减弱，因而就把液态重烃分子全部离析出来，这时在体系中就凝析出最多的液态烃而形成凝析油。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、界面张力及其影响因素 i)自由能的大小用比表面自由能(单位面积上 的过剩的自由表面能，常称表(界)面张力)来描 述。单位：mN/m2
假设在恒温、恒压和组成一定的条件下,以可逆 增加新表面面积A,外界所做的表面功为W,则体 系自由能的增量为U
化学吸附：吸附质与吸附剂形成表面化合物，共 价键。 实际上多为混合吸附 1、降低的三条途径
a、界面面积界面总自由能; b、选择性润湿 ； c、吸附作用(加活性剂),减小界面张力； 2、液体表面的吸附(可以 )
表面活性剂：被吸附在两相界面层上，并能大大 降低界面张力的这种物质。
吸附：溶解在两相界面中的物质，自发地聚集到 两相界面上，并降低界面张力的现象。
G=f(c) G
=f(c)
表面活性剂浓度
4、气体在固体表面上的吸附
朗格茂吸附等温式：
＝
1
bP bP
b——吸附系数
一定量吸附剂上气体吸附质的摩尔数
一定量吸附剂所能吸附气体最大摩尔数
5、液-固体表面吸附 特点：(1) 存在边界层。该吸附层力学性质反常， 具有很高的抗剪切能力，高的界面粘度。
(2) 固体表面物质成分不均匀。极性表面
原因： P 气体溶于液体中，气体密度增加
改善了气液分子间的力场不平衡。
T 分子活性或分子吸性 液体分子间作用 力下降>气分子间作用力改善了气液分子间的 力场不平衡。
P、T=const,分子极性差异；
gasco2
oilco2
oilCH 4
oilair
设分子极性差异为D:
D gas-CO2 < D oil-CO2 < D oil-gas < D oil-air
活性剂为：极性端和非极性端
活性剂在界面上富集，起到过渡带(缓冲)的作用。
非极性端，朝极性小的物质 极性端，朝极性大的物质
Pb Por Rs d、矿化度增加，
活性剂浓度
4、界面张力的测定 高:吊片法(1∼100mN/m） 中:悬滴法(10-1∼1mN/m) 低:旋滴法(10-3∼10-1mN/m) 1)实验室测定
油
气
形成缓冲区
水
水
3、Gibbs吸附量：描述单位面积上界面层活性剂
的摩尔数与溶液内任意相当薄层中活性剂摩尔数
之差。
1
G
RT
C
( C
)T
C－溶质在溶液内的平衡浓度。
T，R－绝对温度和气体常数。
如：(
C
)T
0, G
0 正吸附，随 C ，，
活性剂。
(
C
)T
0, G 0负吸附，随 C ， ，
非活性剂。
-W可=FX=A=2LX
F Nm-1
2L
表面张力:在液体表面上,垂直作用于单位长度线 段上的表面收缩力。
单位：mN/m,N/m,达因/厘米； 注意：A、比表面自由能在数值上等于表面张力；
B、表面张力与表面的大小无关； C、表面张力的作用方向和作用点。 ii)影响的因素 a、对油气系统
P , T ;
i)滴体积法： Vg F
ii)最大气泡压力法： PmR
2
iii)滴外形法: gd 2
H
d1 dd
iv)吊片法：
2P L1 L2
v)吊环法： P F 4R
2)查图法( 诺模图 )求 P172图3- 10 ,已知地面o-w和 T地层,查图得地下o-w
二、华力。
则: U W
增加单位新表面所做的功: U W
A A
例如:在一定条件下,将金属框蘸上肥皂液;为增 大表面,将金属框施加拉力F,移动距离X,使肥皂 膜的表面增大A。
共增大表面积为:A=2LX；
• • •
•••••
• • •
F 环境对液体所做的功为:-W可=FX；
该能量储藏在液膜的表面,成为表面能,即:
的能量，称为表面自由能。
讨论 使自由表面积增大 把液相内部分子升到表面
必须作功功能转化自由表面能
A
B
A—不平衡，下沉
B—平衡
ii)自由表面能性质
a、有界面，才有自由表面能；
b、界面面积 自由表面能；
c、自由能不仅在界面一层分子，而是逐渐过渡。
d、分子极性差异自由表面能； 分子极性差异自由表面能；
吸附极性物，非极性表面吸附非极性物质。 三、润湿现象和毛管力
润湿现象－当不混相的两相流体与岩石固体接 触时，其中一相流体沿着固体表面铺开，从而 使体系的表面自由能降低的现象。 润湿作用支配着油、气、水在岩石孔隙中的微 观现象。 毛管力PC对油、气、水在岩石中渗流起着十分 重要作用。 四、界面粘度
测试仪器不同，结论不同。但界面µ>> 体相µ （大106倍) 。
§3.1 储层岩石中的各种界面现象现象
一、储层流体的相间界面张力及其测定
1、表面与界面是否是同一概念………..?
表面:当接触的两相中有一相是气相时,把与气相 接触面称表面。
界面：固－液，液－液相接触面。
2、界面张力的基本概念及影响因素
i)自由表面能现象: 原因：界面上，分子
毛管力
Hg
受力不平衡，存在多余
第三章 多相流体的渗流机理
i) 岩石－流体 流体－流体
接触面积极大
ii)流体对岩石表面有选择性润湿
iii)流体间有界面张力，孔道小，毛管现象严重
流体在这种介质中的流动规律 与在管道中的流动规律不同
一、只研究渗流机理(还不是原理)
(1) 流体在岩石中是如何分布的(微观分布)?
(2)流体在渗流过程中,会产生毛管力, 多大? 是驱 油动力还是阻力? 粘滞阻力对渗流有哪些影响?
(3)流体在流动过程中的各种附加阻力,如何评价? 如何消除?
(4)多相流体共渗时,每相的流动能力多大?—相渗 透率
二、为什么研究渗流机理?P
(1)找出油井生产指标(Q, )变化的原因
(2)注水过程中，更好地了解水驱油机理。以便提 高油水同产井中原油量。
(3)提高原油采收率的研究。了解油藏中的油为什 么不能100％采出？残余油的分布状况如何？
Rs gas-CO2 > Rs oil-CO2 > Rs oil-gas > Rs oil-air
b、油水系统 对脱气原油—水
与P、T无关——油水都为液态，压缩性及界面 分子热力学性质变化一致。
对溶气原油——水 PRs;T Rs;油的性质好(o) Rs; P<Pb时，PRs， o; 原因：原油与水分子极性差异。 P<Pb时，相当于纯油水系统，P稍有下降； c、当有表面活性剂时