油层物理3-4 第四节 毛管力
油层物理何更生版第三章3-4节课件
A1>A2
亲水
A1<A2
亲油
33
8.润湿指数W 和视润湿角
实验方法：将一块岩心一分为二,一块饱和
油后测定空气驱油的毛管力,另一块饱和水后测定 油驱水毛管力。得到两条毛管力曲线,分别求出两 条毛管力曲线的阈压PTog和PTwo，按以下指标判 断岩石的润湿性。
(1)润湿 指数W
cos wo PTwo og W cos og PTog wo
24
2 评 估 岩 石 储 集 性
25
3.
确
定
Swr
4.确定油层Pc（J（sw)函数） J（sw)=Pc(K/)0.5/cosθ 利用J（sw)函数可求出同一类型岩石平均Pc 曲线，还可找出不同类型岩石的物性特征。
26
5.确定自由水面的高度h（确定油水过渡带）油
水过渡带成因（见下图）：
图
3-50 油藏中的油水过渡带分布示意图
（3）测取的参数: Δ V：被驱替水的体积；Δ P：驱替压差（ Δ P=Pc)
17
(4)根据Pci∽Swi数据绘测Pc曲线。
18
19
2.压汞法和离心法 四、岩石毛管力曲线的 基本特征
1.Pc曲线的定性特征 Pc曲线的一般形状：两头 陡，中间缓，故分三段：初始段、 中间平缓段、和末端上翘段。
20
Pcc=б
wo/r wocosθ
Pcs=(2б )/R=(2б
)/r
由此看出：液体静止时，施于管壁的球面Pcs使液膜 变薄，Pcc则使液膜增厚，两种力作用的结果，液膜最后 保持一定的平衡厚度。最后静液珠Pcl（指向管壁）则为：
Pc1=(2б cosθ )/r-б /r = 2б (cosθ -0.5)/r
3-3毛管力讲解
R
cos
r
r
细端的曲率半径为：
R
cos
因此，圆锥形毛细管中弯液面的附加压力为：
2 cos Pc r
式中
β——管壁与管中心线的夹角,即锥角之半；
2. 任意曲面附加压力的应用
由于油藏岩石孔隙存在弯液面的附加压力,使液珠 或气泡在孔隙中静止及流动时均产生附加压力。 （1） 等直径毛管孔道中液珠或气泡的毛管效应
3.判断岩石的润湿性
岩石自动吸入流体的能力与毛管力的大小、方向有关。 毛管力的方向主要受控于流体对岩石的选择性润湿。
三、任意曲面的附加压力
拉普拉斯方程：
1 1 Pc R R 2 1
Pc ——曲面的附加压力(压强)； σ ——两相流体的界面张力； R1、R2 ——任意曲面的两个主曲率半径。
上式表明：油-水(或油-气)的界面张力越大,毛管 半径越小,施加于管壁液膜的净压力越大,液膜达到 平衡前其厚度减小的也越快。管壁液膜具有反常的 特性-高粘度和高强度,欲使珠泡在孔道中流动,必 须克服Pc1及反常膜的高粘度所产生的摩擦阻力。
②当液珠或气泡在两端压差的作用下,克服上述摩 擦阻力欲在孔隙中流动时,由于润湿滞后,弯液面 发生变形,产生第二种毛管阻力P c2, 即：
等直径毛管中有一液 珠(或气泡),其与管壁间 的接触面为柱面,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)；另 一个为直线(柱面),曲率 半径R2=∞,
1 1 Pc R R 2 1
Pc
r
对于裂缝性油气藏,处于两平 行裂缝壁之间的油 - 气、油 水界面就是柱面。
石油大学 油层物理课件 第三章(4)相渗及应用
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
2、有效渗透率(effective permeability)
例4: 设有一柱状岩样，L= 3 cm, A=4.9 cm2. 岩心中饱和50%的盐水 （μ w=1mPa·s）和50%的油（μ o=2.99 mPa·s)。当岩心两端压差为 △p=0.1MPa,盐水流量为0.09cm3/s，油的流量为0.05cm3/s，计算盐水 和油的有效渗透率。
三、影响相对渗透率曲线的因素
1、润湿性 一般情况下： 1）当岩石润湿性由亲油向亲 水转化时,油的相对渗透率趋 于升高,水的相对渗透率趋于 降低。 2）当岩石润湿性由亲油向亲 水转化时，油水相对渗透率曲 线右移。
随某相润湿程度的增强，其相对渗透率降低。
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
三、影响相对渗透率曲线的因素
当岩石孔隙为一种流体100％饱和时测得的渗透 率。 绝对渗透率只是岩石本身的一种属性,与通 过岩石的流体性质无关。
QL 达西公式： k Ap
达西公式三个假设条件？
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
1、绝对渗透率(absolute permeability)
例1：已知： 柱状岩心A＝4.9cm2, L＝3cm,△P=0.1MPa (1)100%饱和盐水，Qw=0.497cm3/s (2)100%饱和油，Qo=0.166cm3/s. uo=2.99mPa.s uw=1mPa.s 求该岩样的绝对渗透率。 解：
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
2、有效渗透率(effective permeability) 70%盐水，30%油：kw=0.1837, ko=0.0366, ko+kw=0.2203 < k=0.304 50%盐水，50%油：kw=0.0055, ko=0.0915, ko+kw=0.097 < k=0.304 1) 有效渗透率不仅与岩石孔隙结构有关，而且与流 体饱和度大小有关。 2) 流体有效渗透之和总是小于岩石的绝对渗透率。
第三节 油藏岩石的毛管力
第三节油藏岩石的毛管力一.名词解释1.毛细管压力Pc(capillary pressure)：2.贾敏效应(Jamin effect)：3.毛细管滞后(capillary hysteresis)：P(threshold pressure)：4.阈压T5.润湿指数W(wettability index)：6.J函数(j-function)：二．判断题，正确的在括号内画√，错误的在括号内画×1.毛管力曲线的中间平缓段愈高，则主要孔道半径愈大。
（）2.两相流动时，并联孔道中较大孔道的流速一定大于较小孔道的流速。
（）3.自吸过程毛管力一定大于驱替过程。
（）4.同一油藏中油气过渡带高度大于油水过渡带高度。
（）5.毛管力曲线上中间平缓段愈长，则毛细孔组成愈均匀。
（）6.毛细管插入非湿相流体中，毛细液面将上升。
（）三．选择题1．毛管中两相弯曲界面所形成的毛细管力方向应指向。
A.湿相一侧B.非湿相一侧C.管壁D.沿曲面切线( )2．有A,B两根等直径玻璃毛管，A管直接插入盛水烧杯中，稳定后A管内外的水面高差为ha，B管先装满水后再插入上述烧杯中，稳定后B管内外的水面高差为hb，那么ha与hb的关系为A.ha＞hbB.ha＜hbC.ha=hbD.不确定( )3．岩石毛管力与油水过度带厚度成，与岩石平均孔径成。
A.正比，正比B.正比，反比C.反比，正比D.反比，反比( )4．毛管力曲线测定方法中，是一种经典方法，测定速度最快。
A.压汞法，半渗法B.离心法，半渗法C.半渗法，离心法D.半渗法，压汞法( )5．毛管压力曲线上中值毛管力P愈大，则岩石孔隙愈偏，岩石综合物性愈c50A.粗，好B. 粗，差C.细，好D. 细，差( )6．将一根玻璃毛管插入盛油的烧杯中，则毛细管中液面将A.上升B.下降C.不变化D.不确定 ( )7．表征分选差歪度略细喉道的图是_____。
( )8．毛管力曲线上中值毛管力P是指的毛管力。
油层物理教学大纲(杜建芬)全文剖析
可编辑修改精选全文完整版油层物理教学大纲（杜建芬）-西南石油大学油气田油气井考研内部题库《油层物理》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Petrophysics2、课程类别：专业基础课程3、课程学时：总学时48，实验学时84、学分：35、先修课程：石油地质、物理化学、工程流体力学6、适用专业：石油工程、资源勘查工程及相关专业7、大纲执笔：石油工程教研室杜建芬8、大纲审批：石油工程学院学术委员会9、制定(修订)时间：2006.10二、课程的目的与任务：《油层物理》是石油工程、资源勘查工程等专业必修的一门重要的专业基础课，是一门建立在实验基础上的、实践性很强的课程，是学好其它后续专业课程如渗流力学、油藏工程、油藏数值模拟、采油工程、试井分析、保护储层技术、天然气工程、提高采收率等的非常关键的课程。
其主要目的与任务是培养学生的实验动手能力，掌握有关储层岩石和储层流体的基本物理性质以及多相流体在储层岩石中的基本渗流机理。
三、课程的基本要求：1、要求学生能准确理解、牢固掌握、正确运用本课程涉及到的基本概念、基本理论和基本方法。
2、要求学生掌握油层物理相应的实验技能，包括各种物性参数的实验测定原理，实验数据的处理方法等。
四、教学内容、要求及学时分配：(一)理论教学（42学时）绪论（2学时）教学内容：一、学科发展概况二、研究对象三、研究内容四、研究目的五、研究方法六、课程的特点和要求七、参考书●教学要求：了解油层物理的学科发展、研究对象、内容和方法，明确学习目和方法。
第一章储层岩石的物理特性（14学时）●教学内容及学时分配：第一节储层岩石的骨架性质（3学时）一、岩石的粒度组成二、岩石的比面第二节储层岩石的孔隙结构及孔隙性（4学时）一、储层岩石的孔隙结构二、岩石的孔隙度三、影响岩石孔隙度大小的因素四、岩石孔隙度的测定方法五、孔隙度与表征体积单元六、储层岩石的压缩性第三节储层岩石的流体饱和度（1学时）一、流体饱和度的概念二、几个重要的饱和度三、流体饱和度的测定方法第四节储层岩石的渗透性（3学时）一、达西定律及岩石的绝对渗透率二、岩石绝对渗透率的测定原理三、岩石渗透率的实验室测定四、影响岩石渗透率的因素五、岩石渗透率的估算第五节储层岩性参数的平均值处理方法（1学时）一、岩石物性参数的算术平均法二、岩石物性参数的加权平均法三、岩石物性参数的渗流方程平均法第六节储层岩石的其它物理性质（自学）一、储层岩石的热学性质二、储层岩石的导电性三、储层岩石的声学特性四、储层岩石的放射性第七节储层岩石的敏感性（2学时）一、胶结物及胶结类型二、胶结物中的敏感性矿物三、储层敏感性评价方法●教学要求：明确储层岩石的骨架结构和孔隙结构的复杂性；掌握各种岩石物性参数的基本定义、影响因素及测定方法；明确储层伤害机理及评价方法。
油层物理3.4-2004
3.7.2 相关经验公式法
利用有代表性的相关经验公式，对每块岩心的相对 渗透率曲线数据进行回归，求出能反映曲线特征的相关 参数，然后对相关参数进行平均，从而得到该油藏有代 表性的相对渗透率曲线。
对于亲水性油藏，油水相对渗透率的经验公式有：
K rw
含水饱和度
S w S wc ( )n 1 S wc S or
3.2.2 计算公式
1 d V t K ro S we f o S we 1 d I V t
w f w S we K rw S we K ro S we o f o S we
2.2 两相相对渗透率曲线的特征 A区：单相油流区 三个区 B区：油水同流区 C区：单相水流区
等渗点：油水相对渗透率曲线的交叉点
2.3 三相相对渗透率
§3.4
2.4 相对渗透率的影响因素
2.4.1 润湿性的影响
§3.4
当岩石润湿性从亲水向亲油转化时，油的相对渗透 率趋于降低，而水的相对渗透率趋于升高。
3.3 根据毛管力曲线计算法 3.3.1 原理
§3.4
岩石孔隙由大小不同的等直径的毛细管组成，当其中饱和单 相流体时，根据毛管渗流定律及达西定律，可计算一定压差下通 过岩样流体的流量及绝对渗透率；当用非湿相驱替湿相时，随外 加压力增加，非湿相优先进入较大的孔隙并在其中流动，而湿相 则占据较小的孔隙并在其中流动，用同样的方法可算出两者的流 量及有效渗透率。从而可计算出不同饱和度下的相对渗透率。
§3.4
Swe Swi Vo t fo Swe V t
I KPt
ouL
KAPt
o LQt
与稳定试验相比法，不稳定试验法测定速度快得 多，一不需要稳定，二不需要单独测定岩心中的流体 饱和度，三无需要考虑消除末端效应的措施；而且设 备简单、操作方便。
油层物理油层物理PPT课件
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§3.3
对于气－油界面：
hog
2 og cosog o gr
对于油－水界面：
how
2 ow cosow (w o )gr
(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，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θwo来判断岩石的润湿性。
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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
§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和束 缚水饱和度，即曲线向右上方偏移；
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。
6.2.2 定 量评价孔 隙喉道的 分布
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6.3 判断岩石的润湿性
§3.3
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。
(3) 离心法
油层物理第三章
— OB — WB
— WA —OA
人们将毛管压力定义为两相界面上的压力差，
其数值等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力，由
上述定义，得：
Pc=Pob-Pwb=（ρw-ρo）gh=Δρgh
4）
这是油层中毛细管平衡理论的基本公式。该式 表明：液柱上升高度直接与毛管压力值有关，毛管 压力越大，则液柱上升越高。
（1） 润湿：是指流体在界面张力作用下沿 岩石表面流散的现象。即铺展能力，能铺展 开的为润湿，否则为不润湿。
（2）润湿性（选择性润湿）：当岩石表面同 时存在两种非混相流体时，由于界面张力的差 异，其中某一相流体自发地驱开另一相流体而 占据固体表面的现象。
亲水憎油 亲油憎水 中间润湿
（3）润湿程度的衡量
的大小。
单位：牛顿·米/米
2，达因·厘米/厘米2=尔格/厘米2。
(2)界面张力：当以达因/厘米表示比界 面能时，则称为界面张力。即单位界面 长度上所受到的力。
虽然比界面能在表示为能量和力时具有相同的数 值，但比界面能和界面张力是两个不同的概念，数值 相等，因次不同，它们从不同的角度反映了不同现象。
注意：
定义：三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而
产生润湿接触角改变的现象。分为静润湿滞后 和动润湿滞后。
油 水B 2 固
A 1
润湿滞后的前进角和后退角
水驱油；前进角1> ，； 油驱水；后退角2< , 。 1 - 2越大，滞后越严重。
（1）静润湿滞后
定义：是指油、水与固体表面接触的先后次序不
同时所产生的滞后现象。即油驱水，还是水驱油 的过程时所产生的滞后。
吉布斯比吸附定律：
G
1
C
讨论：
RT CT
油层物理教学大纲42学时汉语
《油层物理》教学大纲英文名称：Physical Properties of Petroleum Reservoir课程编码: 02109135学分:3.5 参考学时: 42上机学时: 0 适用专业：石油工程专业留学生等。
大纲执笔人: 李爱芬张志英系（教研室）主任:苏玉亮一、课程目标油层物理是为石油工程专业及其它相关专业开设的一门理论和实验并重的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生能够了解油藏流体、岩石、饱和多相流体的油藏岩石的物性及其确定方法、提高油藏采收率机理，了解该领域的新理论新方法，能够运用所学理论和方法解决油气田开发中的工程实际问题，为学习后续课程及将来从事石油工程领域的工作奠定基础，同时结合课程实践性强的特点，培养学生的动手能力和实际应用能力。
二、基本要求油层物理是一门理论性和实践性很强的专业基础课，分为汉语和英语两种课本（内容相同）和汉语、双语两种授课方式。
其先修课为：高等数学、普通物理、石油地质、化学原理Ⅰ、化学原理Ⅱ和传热学等，要求学生具有扎实的基础知识和较高的英语水平。
课程内容紧密联系油田实际，要求会用所学知识解决叫简单的油藏实际问题，掌握确定油藏岩石及流体的物性的研究方法及实验方法。
三、教学内容与学时分配建议绪论1学时油层物理的研究对象、目的、任务及其在油气田开发中的作用；油层物理的学习方法、研究方法和发展方向。
第一章储层流体的物理性质 13学时本章重点难点：相图、相态方程及应用、天然气在原油中的溶解、油气分离、天然气及地层油的高压物性及应用。
1、储层烃类系统的相态3学时储层烃类的化学组成，商品性质及分类方法；单组分、双组分及多组分烃的相图特征及应用；典型油气藏的相图，等温反常凝析现象。
2、油气体系中的气－液溶解与分离4学时亨利定律，天然气在原油中溶解及其影响因素；相态方程的推导及其应用；油气分离方式及多级分离计算。
3、天然气的高压物性3学时天然气的组成及其表示方法；天然气的视相对分子质量和相对密度；理想、真实气体状态方程，压缩因子的确定；等温压缩系数，体积系数，高、低压下天然气粘度的特点及确定方法。
油层物理学(复习)
砂岩储集岩的孔隙类型
粒间孔、溶蚀孔、微孔隙和裂隙。 粒间孔、溶蚀孔、微孔隙和裂隙。 粒间孔：砂岩中主要和普遍的孔隙类型。以此为主的岩石， 粒间孔：砂岩中主要和普遍的孔隙类型。以此为主的岩石， 通常孔喉大、渗透性好。经历成岩作用会有变化。 通常孔喉大、渗透性好。经历成岩作用会有变化。 溶蚀孔：岩石中易溶物质（如碳酸盐、长石、硫酸盐等矿物） 溶蚀孔：岩石中易溶物质（如碳酸盐、长石、硫酸盐等矿物） 的溶解形成，其类型与溶蚀组分密切相关。 的溶解形成，其类型与溶蚀组分密切相关。具溶蚀孔隙的砂 岩储集性变化大，主要取决于溶蚀孔隙和喉道的大小、分布 岩储集性变化大，主要取决于溶蚀孔隙和喉道的大小、 以及连通性；孤立的溶孔不会改善渗透能力。 以及连通性；孤立的溶孔不会改善渗透能力。 微孔隙：粘土矿物间、杂基内有大量的微孔隙。其特征常常 微孔隙：粘土矿物间、杂基内有大量的微孔隙。 是高比面、小孔径；低渗透性和高含水饱和度。 是高比面、小孔径；低渗透性和高含水饱和度。 裂隙：对储集空间的贡献一般不大， 裂隙：对储集空间的贡献一般不大，但它将提高任何一种储 集岩的渗滤能力。 集岩的渗滤能力。
（2）厚度加权平均法
φ =
孔隙度频率分布与累积频率分布曲线
∑
n
i=1 n
φ hi
hi
∑
i=1
∑
φ =
n
2. 油层的平均孔隙度
j =1
φ jS
S
j
第二节 储集岩的孔隙度 影响岩石孔隙度大小的因素
碎屑岩
1.岩石的矿物成份（成分比例、抗风化性、 1.岩石的矿物成份（成分比例、抗风化性、稳 岩石的矿物成份 定性、颗粒形状） 定性、颗粒形状） 2.粒度和分选性 2.粒度和分选性 3.胶结物含量 胶结物含量、 3.胶结物含量、成分及胶结类型 4.埋藏深度 4.埋藏深度
(3-4)毛管压力曲线
（2）仪器流程（低压（常压）半渗透隔板法）
（3）测定步骤（低压（常压）半渗透隔板法）
A、将岩石和半渗透隔板用地层水完全饱和后，纪录岩石中饱和水的体积，此饱和 水的体积既是岩石的孔隙体积，此时岩石的含水饱和度为100%，将隔板装入仪 器中； B、饱和水的岩石防在隔板上面，（纪录该度管中的液面读数，计为0位置）；
会造成误差，特别对于低孔隙、低渗透的岩样，其误差会更 大。
（三）毛管压力曲线特征的影响因素 1、岩石孔隙结构及岩石物性 A、孔道大小的分布越集中，分选越好，毛管力曲线的中间平缓段
也就越长并且越接近水平线。 B、孔隙半径越大，则中间平缓段越接近横轴，毛管压力值越小。 C、孔隙喉道大小及集中程度主要影响着曲线的歪度(又叫偏斜度)， 它是毛管压力曲线形态倾向于粗孔道或细孔道的量度。大孔道越多，
中、低各种渗透率岩心，且都能得到完整的毛管压力曲线。
3）形状不规则的岩样也能进行测试。 4）作退汞（湿相驱非湿相）试验很方便，而退汞曲线的应用很广。
压汞法的缺点：
1）不能模拟实际油层的润湿性和原生水饱和度，因此，所测毛管压力 曲线不宜直接用于油田。
2）水银有毒，对人体有害。
3）试验结束时，岩样充满水银，不宜再做其它试验。
（2）仪器流程 （3）实验结果
A、压汞曲线（驱替曲线）； B、退汞曲线（吸入曲线） C、退汞效率=从岩石中退出汞的体积/进入岩石中的汞的最大体积
=（SHgmax- SHgr) / SHgmax
SHgmax——岩石中最大进汞饱和度, SHgr——岩石退汞后残留汞饱和度。
（4）优缺点
压汞法的优点：
1）测定速度快，通常每1-2小时测一块样品，低渗岩样也只不过半天。 2）测量压力高，最高压力可达6000psI（420atm），因此适用于高、
储油(气)岩石的毛细管压力(毛管力)ppt课件
结论：压汞法计算
的喉道直径，是岩 石连通（有效）的 视（等效）喉道直 径，它随着岩石孔 隙结构的均一性增 加而趋向于真实的 连通（有效）视 （等效）喉道直径
294
喉 道
255 236
的
177
实
际
体
94
积
68
1 23 4 5 6
628
喉
道
的
339
视
体
积
81
33
18
15
6号压力下仅18个单位注入， 其余的276个单位的喉道未注 入 3号尺寸的喉道实际体积为177 个单位，而视喉道体积却有 628个单位注入，原因是那些 被小喉道遮蔽的大喉道在3号 这一较高的压力下被注入了
最小非饱和的孔隙体积表示 当注入水银的压力达到仪器最高 压力时，没有被水银侵入的孔隙 体积百分数。这个值表示仪器最 高压力所相应的孔喉半径（包括 比它更小的）占整个岩样孔隙体 积的百分数。 Smin越大表示这种 小孔喉越多。 Smin值还取决于所 使用仪器的最高压力。
1、如果岩石是亲水的，利用Smin值就 能较好地确定储油岩的束缚水饱和度。 Swi= Smin
假定用 1 、 2 、 1 、 2 与 pc1 、 pc2 分别代表两种流 体或两种系统的毛细管压力的有关参数，那么它们之间有 如下关系：
pc1
21cos1
r
pc2
22cos2
r
将上两式相比，就可将某一种流体或某一种系统的毛细 管压力换算成另一种流体或另一种系统的毛细管压力。 即所求的换算系数：
右图曲线1平行纵座标的距离所 确定的Smin即为束缚水饱和度，但对 曲线2，则要先确定孔喉的储油下限， 然后才能确定束缚水饱和度。
油层物理3-4 第四节 毛管力
Pcz
R1
2 cos W
裂缝宽度越小，则毛管 压力越大。
16
二、 各种曲面附加压力
5、理想砂岩砂粒接触处流体环状分布的毛管力
砂 粒
R
湿 相
1
图为砂岩中两个等 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。
R
2
Pc Rm
P S ) c f( w
17
砂粒间湿相流体环状分布及弯曲面
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 力效应）
θ
R
r
R
圆柱形毛管孔道中的液珠或气泡
18
三、孔道中的毛管效应附加阻力
球形曲面产生的毛管力
2 2 cos P R r
柱面产生的毛管力 方向指向油相内
( P R r ,R ) 1 2 r
P cf( s ) w
岩心中湿相饱和度与毛管压力之间存在着某种函数关系。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用曲线的形式来描述，这种曲 线就是毛管压力曲线。 29
五、毛管压力曲线的测定
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 所示。
Pob Poa θ Pwb Pwa — OB — WB 油
水 — WA —OA
2
一、毛管中液体的上升
油相中，Pob=Poa-ρ ogh （1 ）
水相中，Pwb=Pwa-ρ wgh
中国石油大学(华东)油层物理实验报告 毛管力曲线的测定
毛管力曲线的测定一、实验目的1. 了解压汞仪的工作原理及仪器结构；2. 掌握毛管力曲线的测定方法及实验数据处理方法。
二、实验原理岩石的孔隙结构极其复杂，可以看做一系列相互连通的毛细管网络。
汞不润湿岩石空隙，在外加压力作用下，汞客服毛管力可进入岩石空隙。
随压力增加，汞依次由大到小进入岩石孔隙，岩心中的汞饱和度不断增加。
注入压力与岩心中共饱和度的关系曲线即为毛管力曲线，如图1所示。
图1 典型毛管力曲线1-压汞曲线；2-退工曲线三、实验流程图2 压汞仪流程图1-指针手柄；2-汞杯升降手柄；3-汞杯；4-补汞阀；5-抽空阀；6-岩心室；7-岩心室阀；8-隔离阀；9-汞体积测量管；10-压差传感器；11-校正阀；12-压力阀；13-截止阀1；14-截止阀2；15-截止阀3；16-酒精容器；17-进液阀；18-高压计量泵；19-真空表；20-放空阀；21-真空阀；22-真空泵四、实验操作步骤1. 装岩心、抽真空：将岩样放入岩心室，关紧岩心室，关闭岩心室阀，打开抽空阀，关闭真空泵放空阀；打开真空泵电源，抽空15～20min；2. 充汞：打开岩心室阀，打开补汞阀，调整汞杯高度，使汞杯液面至抽空阀的距离H与当前大气压力下的汞柱高度（约760mm）相符；打开隔离阀，重新调整汞杯高度，此时压差传感器输出值为28.00～35.00cm之间；关闭抽空阀，关真空泵电源，打开真空泵放空阀，关闭补压阀；3. 进汞、退汞实验：关闭高压计量泵进液阀，调整计量泵，使最小量程压力表为零；按设定压力逐级进泵，稳定后记录压力及汞体积测量管中汞柱高度，直至达到实验最高设定压力；按设定压力逐级退泵，稳定后记录压力及汞体积测量管中汞柱高度，直至达到实验最低设定压力；4. 结束实验：打开高压计量泵进液阀，关闭隔离阀；打开补汞阀，打开抽空阀；打开岩心室。
取出废岩心，关紧岩心室，关闭抽空阀；清理台面汞珠。
注意：进泵时，压力由小到大，当压力达到压力表量程的2/3时，关闭相应的压力表；退泵时，压力降到高压表量程的1/3以下并在下一级压力表的量程范围内时，才能将下一级压力表打开。
第三章油层物理基础
第三章油层物理基础第三章油层物理基础§3-1储层流体的组成及其物理性质⼀、⽯油的组成及其物理性质⽯油是⼀种以液体形式存在于地下岩⽯孔隙中的可燃性有机矿产之⼀。
从直观上看，它表现为⽐⽔稠但⽐⽔轻的油脂状液体，多呈褐⿊⾊；化学上是以碳氢化合物为主体的复杂的混合物。
液态⽯油中通常溶有相当数量的⽓态烃和固态烃，还有极少量的悬浮物。
因此，⽯油没有确定的化学成分和物理常数。
（⼀）⽯油的组成1．⽯油的元素组成⽯油没有确定的化学成分，因⽽也就没有确定的元素组成。
⽯油尽管是多种多样，但它们的元素组成却局限在较窄的变化范围之内，碳（C）、氢（H）占绝对优势。
根据对世界各地油⽥⽯油化学分析资料统计，⽯油中含碳量在80％～88%，含氢量在10％～14％,碳、氢含量的总和⼤于95％，⽯油的碳氢⽐（C／H）介于5.9～8.5之间。
碳、氢两元素在⽯油中组成各种复杂的碳氢化合物，即烃类存在，它是⽯油组成的总体。
⽯油中除碳、氢外，还有氧（O）、氮（N）、硫（S）等元素，⼀般它们总量不超过l％，个别油⽥可达5％～7％，这些元素在⽯油中多构成⾮烃有机化合物。
它们含量虽少，但对⽯油质量有⼀定影响，如⽯油中含硫则具有腐蚀性，且降低⽯油的品质。
除上述元素外，在⽯油成分中还发现有30余种微量元素。
但含量较少。
其中以钒（V）、镍（Ni）为主，约占微量元素的50％～70％。
因此，在⽯油残渣中提炼某些稀有元素，是⼀个值得注意的领域。
2．⽯油的烃类组成从有机化学⾓度来讲，凡是仅由碳、氢两个元素组成的化合物，称为碳氢化合物，简称“烃”。
⽯油主要是由三种烃类组成：即烷族烃、环烷族烃和芳⾹族烃。
3．⽯油的组分组成根据⽯油中不同的物质对某些介质有不同的吸附性和溶解性，将⽯油分为四种组分。
（1）油质：油质是由烃类（⼏乎全部为碳氢化合物）组成的淡⾊油脂状液体，荧光反应为浅蓝⾊，它能溶解于⽯油醚中，但不能被硅胶吸附。
油质是⽯油的主要组成部分，含油量约为65％⼀100ok。
《油层物理学》第三节油藏岩石的毛管压力曲线
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
3. 上翘段：到Swmin时再怎么加水也吸不进 去了。对灰岩，判断其驱油好坏程度应有： φ、Ｋ、毛管压力曲线三要素。
4. 曲线与湿相流体饱和度的变化方向有 关
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
非湿相→湿相 Snw不断增加， Sw不断降低，驱替过程； 湿相→非湿相 吸吹过程。 在同一饱和度下，P驱>P吸 用途：可用于判断岩石的润湿性。
岩石不能重复使用。
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
3. 离心机法
P
1 2
2 (r2 2
Hale Waihona Puke r12 )优点：快；缺点：误差大
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
五. 毛管压力曲线的分析
初始段 非湿相刚刚能够驱替湿相时的压力称之为阀
压。记作(Threshold)
１）最大孔道半径：
PT
2 cos
rmax
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
５. 驱替和吸吮毛管压力曲线的对比
Ⅰ：油→水 Ⅱ：水→油
Pc~Sw曲线的下包 面积比较
Ⅲ：有→水
Pc~Sw曲线的下包面积比较
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
将反映出油藏岩石的润湿特性。
（1） 若
A1
A2 , lg
A1 A2
0
，水湿；
（2） 若
A1
A2 , lg
rmax
2 cos
PT
油藏物理学——油藏岩石的毛管压力曲线
２）润湿指数：
coswo PTwo og cosog PTog wo
ω∈（０，１）
实际上是将阀压进行比较 ω＝１（亲水） 越接近于１越亲水； ω＝０（亲油） 越接近于０越亲油。
毛管力ppt课件
通过非湿相流体排驱湿相流体过程测 得的毛管力曲线称为驱替曲线； 通过湿相流体排驱非湿相流体过程测 得毛管力曲线称为吸吮(入)曲线。
吸入曲线始终位于 驱替曲线的下方。
27
2.毛管力曲线的特征参数
(1)阈压PT
最大喉道半径
非湿相流体开始进r入ma岩x 心中最大喉道的压力或非
湿相开始进入岩心的最小
(3)毛管力Pc和毛管半径r成反比,毛管半径越小,毛 管力则越大,毛管中弯液面上升(或下降)高度越大。
7
二、毛管力公式的应用
1.油藏中流体界面是过渡带
对于气-液界面：
Pco g ogohg2ogcroosg
对于油-水界面：
P co w wogoh w 2ow c roosw
视接触角θwo越接近0°岩石越水湿,越 接近90°岩石越油湿。
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4.确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措 施的效果
通过对比岩石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。
(1)润湿指数W
Wcoswo PTwoog cosog PTog wo
润湿指数的物理意义是：以油-空气系统油润湿岩石 能力为标准, 比较水-油系统水润湿岩石的能力。
W=1 水完全润湿岩石 W=0 油完全润湿岩石
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(2)视润湿角θ
coswo
PTwo og PTog wo
压力PT称为阈压,或“入 口压力”或“门坎压力”。
渗透性好的岩石,阈压均比较低；反之,阈压比较大。
28
中值半径 r50
(2)饱和度中值压力Pc50
指驱替毛管力曲线上非湿 相饱和度为50%时对应的 毛管压力,简称中值压力。
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五、毛管压力曲线的测定
❖ 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 所示。
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五、毛管压力曲线的测定
❖ 2、毛管压力曲线的测定 ▪ 半渗透隔板法（状态恢复法） ▪ 离心机法 ▪ 水银注入法（或称压汞法） ▪ 动力毛细管压力法 ▪ 蒸汽压力法
)
方向也指向油相内
故油柱或液泡静态的毛管力效应PⅠ为:
PI
P P
2 R
r
2 r
(cos 0.5)
注意两 者方向 的不同
方向垂直指 向毛管壁
19
三、孔道中的毛管效应附加阻力
❖ 2、在压差作用下，当油柱欲运动时 （第二种阻力效应）
θ θ′ R
r
R
′
R′
R"
外加压差使弯液面变形
14
二、 各种曲面附加压力
❖ 3、锥形毛管中的毛管力
如图，粗端曲面的曲率半径为R1＝r1／cos(θ+β)，细 端曲面的曲率半径为R2＝r2／cos(θ－β)，那么曲面上的
毛管压力为：
Pci
2
cos(
ri
)
15
二、 各种曲面附加压力
❖ 4.两相流体处于裂缝间（平行板间）的毛管力
Pcz R1
（1） （2）
又， Poa = Pwa
（3）
Pob
h
Poa
Pwθb
油
Pwa
水
因为连通管中同一水平高度 上的压力相等，并且认为烧杯 容器足够大，OA点所处油水界 面为水平的，即毛管力为零。
— OB
— WA
— WB
—OA
3
一、毛管中液体的上升
❖1.1 毛管力公式的推导
当液面上升到一定高度时， 存在平衡关系式：
❖ 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。
吸入
驱替
非湿相
r
θ2
θ1
湿相
a
界面运动方向
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四、毛管滞后现象
❖ 概念： ▪ 由于毛管中润湿滞后的影响，驱替和吸入过程 所 产生的液柱高度并不相同，吸入液柱高度 小于驱替液柱高度。发生在毛管中的这种现象 被称为毛细管滞后现象。
第四节 储层岩石的毛管力
❖ 一、毛细管中液面的上升或下降现象
▪ 如果将一根毛细管插入润湿相液体中，则管内气液界 面为凹形，液体受到一个附加向上的力，使湿相液面 上升一定高度；反之，如果把毛细管插入到非润湿相 中，则管内液面呈凸形，液体受到一个向下的压力， 使非润湿相液面下降一定高度。这种在毛管中产生的 液面上升或下降的曲面附加压力，称为毛细管压力， 简称毛管力。
21
三、孔道中的毛管效应附加阻力
❖ 3、贾敏(Jamin)效应
▪ 当珠泡欲通过狭窄孔喉时，界面变形，前后端
弯液面曲率不等，阻力增加，故第三种毛管效
应附加阻力PIII为：
P P 2 R
P P 2 R
PIII
P
P
2(
1 R
1 R
)
珠泡通过窄口的最大压差
PIII
2 ( 1
R
-
1)
2
R22
贾敏(Jamin)效应
❖ 通常，人们把液滴通过孔道狭窄处时，液滴变形 产生附加阻力的现象称为“液阻效应”。而将气 泡通过窄口时产生附加阻力的现象称为气阻效应， 或称贾敏(Jamin)效应。
❖ 当两相流动时，特别是当一相连续，另一相可能 不连续，成分散状于另一相时，加之岩石中孔道 大小不一，孔喉很多，使得各种阻力效应十分明 显。这就是在生产中应尽可能避免钻井泥浆进入 油层，酸化后应尽力排出、排尽残酸，以及使地 层压力不要低于饱和压力而造成油层脱气的理论 根据。当然，事物总是一分为二的，近代发展的 各种堵水技术，三次采油中的泡沫驱等，就是变 不利为利的例子。
11 P ( )
R1 R2
1
1
1
Rm
R1
R2
Pc P Rm
Pc f (sw )
岩心中湿相饱和度与毛管压力之间存在着某种函数关系。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用曲线的形式来描述，这种曲
线就是毛管压力曲线。
❖ 1)油藏中流体界面是过渡带 ▪ 在实际油藏中毛管倾斜时，只要其 它参数（如σ、r、cosθ、Δρ）相 同时，上升的液柱高度将不变化。 当毛管孔道半径变化时，则湿相上 升高度会高低不一致，孔道越小， 上升越高。
❖ 因此可得出： ▪ 实际油藏中油水界面不是一个截然 分开的平面，而是具有相当高度的 油水过渡带（或油气过渡带）。 ▪ 一般而言，因为ρw- ρo ＜ρo- ρg （或ρw- ρg），故油水过渡带比 油气过渡带厚度更大。
Pc=Pob-Pwb=（ρw-ρo）gh=Δρgh ❖ 这是油层中毛细管平衡理论的基本公式。
❖ 该式表明：液柱上升高度直接与毛管压力值有关，
毛管压力越大，则液柱上升越高。
又 则
Pc 2
h 2
cos
cros
rg
可得 ： Δρgh =2σcosθ/ r
（5）
该式可用于计算液体(如水)在储层中上升高度。 5
2r1,2 cos r 2hg 由此得到： h 2 1,2 cos
rg
再由U形管原理得：
pB' pB gh pc
式中Pc为毛管力，定义为两相界面上的压力差，其数值 等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力。
4
1.1 毛管力公式的推导
❖ 人们将毛管压力定义为两相界面上的压力差，其 数值等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力，由 上述定义，得：
湿相
a
界面运动方向
毛管直径突变引起毛管滞
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四、毛管滞后现象
3、毛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
吸入
非湿相
rp
θβ
湿相
驱替
rt
θβ
界面运动方向
毛管直径渐变引起毛管滞后
吸入
非湿相
驱替
θ2
θ1
湿相
界面运动方向
实际岩石孔隙毛管滞后现象
28
五、毛管压力曲线的测定
1、毛管压力曲线的定义
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四、毛管滞后现象
❖ 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a)，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b)。
Pc
( 1
R1
1 R2
)
11
二、 各种曲面附加压力
R r
c os
Pc
2
R
2 cos
r
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。
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二、 各种曲面附加压力
❖ 2、柱面上的毛管压力
水 球面
油
亲水毛管中的弯曲界面——球面与柱面
2 cos
W
裂缝宽度越小，则毛管 压力越大。
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二、 各种曲面附加压力
❖ 5、理想砂岩砂粒接触处流体环状分布的毛管力
砂粒
R1
湿相
图为砂岩中两个等 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。
R2
Pc R m
砂粒间湿相流体环状分布及弯曲面
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。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。
13
二、 各种曲面附加压力
2
σ
R1 = ∞
柱面的曲率及毛管力的方向
Pcz
(1
1) r
r
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。
3. 逐步提高压力，并将岩样中的润湿液体进一步排出。每 次提高压力时，必需要等到刻度管（8)中的弯液面不再 向前推进，亦即达到岩样内润湿相与非润湿相的压力平 衡时为止。这时读出刻度管(8)中的数值。这个读数就是 在该压力间隔下所排出的润湿液体体积。不断提高压力， 一直到润湿液不再自岩心中被驱出时为止。
7
毛管力性质
❖ 2）毛管力Pc与cosθ成正比。对油水体系，岩石表面亲 水时，即θ＜90°，cosθ＞0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，θ＞ 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。
Pc f (Sw )
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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 力效应）
r
θ
R
R
圆柱形毛管孔道中的液珠或气泡