3.4多相流体渗流特征解析
第四节多相流体的渗流特性
第四节多相流体的渗流特性一.名词解释1．有效渗透率（effective permeability）：2．相对渗透率（relative permeability）：3．流度（mobility）：4．产水率fw（water production rate）：5．退汞效率（efficiency of mercury ejection）：二．判断题，正确的在括号内画√，错误的在括号内画×1.在相对渗透率曲线上，若交点含水饱和度大于50%，则可判定岩石亲水。
（）2. 流度比是被驱替相流度与驱替相流度之比。
（）3.就非湿相流体而言，自吸过程的相对渗透率曲线必定高于驱替过程的相对渗透率曲线。
（）4.在油气水三相共存的油藏中，不可能出现单相流动。
（）5.两相流体流动时，并联孔道中较大孔道内的流速一定大于较小孔道内的流速。
（）6.同一油藏中，油气过度带的宽度大于油水过度带的宽度。
（）7.两相渗流时，随含水饱和度上升，产水率也上。
（）三．选择题1．在残余油饱和度时，产水率为，产水率随含水饱和度的上升率为。
A.1，1B.1，0C.0，1D.0，0 ( )2．自由水面为100% 的 界面，水淹界面为100%的 界面。
A.含水，含水B.产水，产水C.含水，产水D.产水，含水 ( )3．若某油藏束缚水饱和度为30%，水驱残余油饱和度为35%，则其水驱采收率为 。
A.30%B.40%C.50%D.65% ( )4．亲水岩石与亲油岩石的相对渗透率曲线相比，前者的交点含水饱和度较 ，前者的水相端点相对渗透率较 。
A.大，大B.大，小C.小，大D.小，小 ( )5．若某油藏油水过度带中平均毛管力Pc 为0.3kg/2cm ，油水重度差g 为0.2g/3cm ,则油水过度带平均为 。
A.1.5cmB.15mC.2/3mD.2/3cm ( )6．岩石润湿性发生显著变化后，下列参数中哪项的测定结果将发生显著变化 。
A.比面B.孔隙度C.绝对渗透率D.相对渗透率 ( )7．根据排驱毛管压力曲线和相对渗透率曲线确定出某油藏产纯油所需的最小闭合度为h30，油藏的实际高度为H，当____________时，该油藏可以生产无水石油.A. H>h30 B. H<h30C.H=h30D.不能确定( )8．根据毛管压力曲线和相对渗透率曲线，所确定的油水在构造纵向上的分布，得到某井为100％产水，它意味着该储层。
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。
多相流体的渗流机理
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
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
flac渗流分析
1. 流体力学—单向流动1.1. 简介FLAC3D通过具有渗流性的实体比如土来模拟流体的流动。
流动模型的建立可以独立于力学计算而自动完成，或者说可以与力学模型同时建立，这样就可以考虑流体与土体之间的相互作用。
流固耦合的一种类型是“固结”，即:空隙水压力逐渐消散而导致土体的沉降。
这个过程包括两种力学反映：一，空隙水压的改变导致有效应力的变化，这将影响到土体的力学反映（如：有效应力的减小可能导致塑性区的产生）；二，力学实体中某一区域的流动会随着空隙水压的改变而改变。
该程序可以计算完全饱和情况下的流动，也可以模拟具有自由水面的流动。
模拟具有自由水面的流动时，自由水面以上的部分空隙水压等于0，气相将不参与计算。
对于不考虑毛细水压力颗粒较粗的材料可以采用这种模拟方法。
流体计算就有以下特点：1 根据各项同姓和各项异性的渗流计算，相应采用两种流体运动定律。
流动中的null材料用来模拟流动范围内的非渗流材料。
2 不同区域可以拥有不同的流动模型（isotropic, anisotropic or null）和模型参数。
3 可以事先指定流体的压力、流量、非渗流区边界条件。
4 流体源可以以电源，也可以以体源的形式插入到材料中，这些源对应于流体的流入或流出，可以随着时间而变化。
5 对于完全饱和流动，可以采用显式和隐式两种算法，但对于非饱和流动则只能采用显示计算。
6 任何力学和温度计算模型都可以与流体模型一起使用，在耦合计算中，可以考虑饱和体的压缩性和热膨胀性。
7.流体与力学计算的耦合通过提供比奥系数来实现。
8．与温度的耦合计算可以通过提供线性热膨胀系数αt和不排水温度系数β（undrained thermal coefficient,可能翻译的不对）来实现。
9.热-流体计算以线性理论为基础，假定材料参数为常数，不考虑对流。
流体与实体的温度保持局部平衡。
非线性行为可以采用FISH语言改变孔隙压力、材料特性来实现。
动力水压力的产生以及循环荷载引起的液化也可以用FLAC3D模拟（3.4.4节）。
流体力学—渗流讲解
积分
Q
R dr 2 k
H
zdz
得
r r0
h
Q
k
H 2 h2 ln R
2
kHS ln R
1
S 2H
r0
r0
令S H h
上式即为完全潜水井的产水量计算公式。
§9-3 集水廊道和井
式中R为井的影响半径，近似计算时，可按
R 3000 S k
估算，这里S=H-h为水位最大降深。
根据上述浸润曲线变化的规律分析，壅水曲线和降水 曲线如图所示
将顺坡渗流浸润曲线的微分方程改写为
i ds d d
h0
1
§9-2 地下水的均匀流 和非均匀流
对上式从断面1-1到断面2-2（见下图）进行积分， 可得顺坡渗流的浸润曲线方程
il h0
2
1
ln
2 1
1 1
1区的浸润线为水深沿程增加的壅水曲线，即dh/ds>0； 2区的浸润线为水深沿程减小的降水曲线，即dh/ds<0。
3. 界限情况分析 浸润线在上游与正常水深线N-N渐近相切； 1区的浸润线在向下游无限加深时，渐趋于水平直 线； 2区的浸润线在向下游无限减小时，其浸润线的切线 与底坡线正交。
§9-2 地下水的均匀流 和非均匀流
通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等，即
Q模型 Q实际
§9-1 渗流基本定律
对某一确定的作用面，从渗流模型所得出的动水压力， 应当与真实渗流的动水压力相等，即
FP模型 FP实际
渗流模型的阻力和实际渗流应当相等，也就是说水头 损失应当相等，即
hw模型 hw实际
第十章 孔隙介质中多相渗流特性与相对渗透率曲线
(r12 r22 )r1 r2 q 1.6 105 4L(r1 r2 )
厘米3／秒
计算说明，当q＝1.6×10—5厘米3／秒时，油水界面能同时到达出口端B点。
当q＜1.6×10—5厘米3／秒时，在毛管力的作用下，则小孔道中的流速较大，油水 界面先到达出口端，就会在大孔道中留下残油。
V1 r1 2 ( ) V2 r2
r 2 P V 8L
两根毛管，如压差△P、粘度μ、毛管长度L均 相同，而毛管中流动速度V与管径平方成正比。
1.3 互不连通的毛管孔道，两相液流
c
P1
水μ 1
油μ 2 t= 0 t
P
P1
水μ 1 Lt x
P′ P′ 1 2
油μ 2
P2
L
水相流速：
dx r 2 ( P 1P 1' ) V1 dt 81 x
2 ' 1 2 ' 2
' 又因为， P2' P 1 P c 程：
则得两相界面运动的微分方
r 2 ( P1 P2 Pc ) dx dt 8[ 1 x 2 ( L x)]
（3）分离变量并积分，整理后解得
V
r 2 ( P1 P2 Pc )
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。
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。
多相渗流基本知识
4.相对渗透率
稳态实验方法首先将待实验的岩样烘干，烘干后用水饱 和。然后用泵将油和水按一定比例分别送入岩芯，当进 口与出口处油和水的流量分别相等时，表明岩芯中油、 水两相趋于稳定。由压力计测得岩芯两端的压差，并由 集液器测出油和水的流量，即可按Darcy公式算出油和水 的相对渗透率，同时算出相应的含水饱和度。
液体、气体或固体）相接触时，在他们之间
存在一种自由能，要想将接触面上的物质分
离，必须有外力做功。每分离出单位面积所
需做的功就定义为界面张力σ，其单位为N/m。
2.界面张力和湿润性
2.界面张力和湿润性
3.毛管力
3.毛管力
3.毛管力
3.毛管力
由于存在上述现象，用湿润流 体驱替非湿润流体与用非湿润 流体驱替湿润流体所得的毛管 力曲线不相重合。
4.相对渗透率
4.相对渗透率
4.相对渗透率
4.相对渗透率
4.相对渗透率
4.相对渗透率
相对渗透率曲线是多相渗流的一个重要特性，是油田开 发中的重要关系曲线，准确测定能代表油藏实际特性的 相对渗透率曲线对油田开发是必不可少的。
在实验室中测定相对渗透率曲线的方法可分为两类，即 稳态实验和非稳态实验。
4.相对渗 毛管力
相对渗透率
1.流体饱和度
1.流体饱和度
1.流体饱和度
在钻井过程中，根据演示研究资料以及返出 泥浆的荧光分析和测定资料，可以确定地层 中的含油饱和度，也可借助于矿场地球物理
资料研究确定。
2.界面张力和湿润性
一种流体w与另一种物质（与流体w不溶混的
水力学-第11章渗流可编辑全文
P s pds
P g(1 2 )
11.2渗流的几个基本概念
11.2.1水在土壤中的形态
1.气态水
气态水是以水蒸气的形式悬浮在土壤孔隙之中，其数量极少。
2.附着水与薄膜水
两种水都是由于土壤颗 粒分子和水分子之间相 互吸引作用而包围在土 壤四周 的水分，也称为结合水 ，很难移动数量少。
3.毛管水
由于毛细管作用保持在土壤孔隙中。
4.重力水
ln R r0
11.5.2承压完整井 当r R时，z H
A 2rt J dz
dr
Q vA 2rtk dz
dr
z Q ln r C
2kt
当r
r0时，z
h0得C
h0
Q
2kt
ln
r0
z
h0
Q
2k t
ln
r r0
Q 2kt (H h0 ) 2kts
ln R ln R
r0
r0
11.5.3井群
h22 )
3.负坡（逆坡）（ i 0)
i i
Q kA(i dh) ds
k
bh0i
k
bh(i
dh ds
)
若令 h h0
h0d i(1 1 )
ds
ds h0 ( )d i 1
l
h0 i
(1
2
ln
1 2 1 1
)
1
h1 h0
,2
h2 h0
Q kA0i
h0 i i dh
h
ds
dh i(1 1 )
ds
11.5井的渗流
11.5.1普通完整井
z2
h02
Q
k
长江大学第三章 储层岩石多相流体渗流特性
2、吸附基本概念
1）吸附：溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界面上并显 著减小该界面层的表面张力的过程称之为“吸附”。被吸附的物 质 是表面活性物质。
如肥皂溶于水的过程——吸附过程
代表浓度增加
2）吸附原则 极性A＞极性C ＞极性 B
其中C为吸附在A、 B两相界面层的物质。
3）吸附特征： 发生在两相界面、溶液中浓度分布不均匀、 降低界面张力
•
本章教学主要内容：
界面自由能、界面张力、吸附现象及其对界面张力的影响
1、油藏流体的界面张力 2、油藏岩石的润湿性
岩石的润湿性及其影响因素、岩石润湿性与水驱油的相互关系 。
3、油藏岩石的毛管压力曲线
毛细现象和毛管力、任意曲面的附加压力、毛管中液体的上升（或下降）岩
石毛管压力曲线的测定及换算、岩石毛管压力曲线的基本特征、毛管压力曲线
动。岩石中多相流体存在时，流体的渗流特性将变得更加复杂：
1、由于分子力作用等因素的变化，使油-水-岩石系统或油-气-岩石系统界面性质的 复杂性； 2、由于岩石表面的润湿性等因素的变化，使油、气、水在岩石孔隙中分布的复杂 性； 3、由于岩石的润湿性的不同以及严重的毛管现象等，使油、气、水多相流体在岩 石孔隙中流动的复杂性；
接触角θ的确定：通过水-油-岩石三相交点做水-油界面的切线，切线与水-岩 石界面之间的夹角（经过水相）称为接触角（θ）。 （ 0° ＜ θ ＜１８0°）
（１）当θ＜90°时，
水对岩石表面选择性润湿；水为润湿相流体；岩石亲水
或称水湿岩石； θ越小，岩石的亲水性越强； （２）当θ＞90°时， 油对岩石表面选择性润湿；油为润湿相流体；岩石亲油 或称油湿岩石； θ越大，岩石的亲油性越强； （３）当θ=90°时， 油、水润湿岩石的能力相当，岩石既不亲水也不亲油， 即岩石为中性润湿；
多孔介质中流体渗流特征及机理研究
多孔介质中流体渗流特征及机理研究多孔介质在各个领域中具有广泛的应用，例如岩石油气储层中的流体运移、土壤水分运动、水资源管理以及生物组织中的流体输运等。
研究多孔介质中流体渗流的特征和机理，有助于我们深入了解多孔介质中的流动规律，并为相关领域的工程设计和科学研究提供理论支持。
多孔介质中的流体渗流特征主要包括渗透率、渗透系数和渗流速度等。
渗透率是描述多孔介质对流体渗透能力的物理量，它与孔隙度、孔径分布以及孔隙连通性有关。
渗透系数是渗透率与流体的粘度之比，反映了流体在多孔介质中的渗透速度。
而渗流速度则是指单位时间内流体通过多孔介质的体积。
流体在多孔介质中渗流的机理主要包括孔隙流和扩散流。
孔隙流是指流体通过多孔介质中的连通孔隙进行的流动，其机制可以用达西定律来描述。
扩散流是指流体通过多孔介质中的非连通孔隙进行的流动，其机制主要受到孔隙尺度和流体分子扩散的影响。
多孔介质中流体渗流特征及机理的研究可以通过实验与数值模拟相结合的方法来开展。
实验研究可以利用可视化技术观察流体在多孔介质中的渗流过程，并利用流量计、压力计等仪器设备来测量渗透率、渗透系数和渗流速度等参数。
数值模拟可以利用计算流体力学模型对多孔介质中流体渗流过程进行模拟与计算，从而得到不同参数下的渗流特征和机理。
在实际应用中，多孔介质中流体渗流特征及机理的研究对于岩石油气储层开发、土壤水分管理以及地下水保护等具有重要意义。
研究流体在多孔介质中的渗流特征能够帮助我们预测地下水位和水质变化，进而实现对地下水资源的合理利用和管理。
此外，对多孔介质中流体渗流机理的深入了解，有助于改善油藏开发方案，提高天然气的采收率，从而提高油气田的经济效益。
总之，多孔介质中流体渗流特征及机理的研究是一个复杂而有挑战性的领域。
通过实验研究和数值模拟相结合的方法，可以更好地理解多孔介质中流体渗流的特征和机理，并为相关领域的应用和研究提供理论支持和指导。
随着科学技术的不断发展，我们相信在多孔介质中流体渗流特征及机理研究领域，将会取得更加重要的进展。
多孔介质中的渗流特性分析
多孔介质中的渗流特性分析多孔介质是一种由固体颗粒或纤维构成的材料，具有复杂的微观结构和多个孔隙空间。
在自然界和工程领域中，多孔介质渗流特性的分析对于地下水资源开发、油田开采、土壤水分运动以及过滤、吸附、传质等过程的理解和优化都至关重要。
本文将对多孔介质中的渗流特性进行详细的分析。
首先，多孔介质中的渗流特性与其微观结构和孔隙结构密切相关。
多孔介质的孔隙结构可以分为连通和非连通两种类型。
连通孔隙结构指的是孔隙之间存在直接通路，使得流体可以自由通过；而非连通孔隙结构指的是孔隙之间没有直接通路，流体无法自由通过。
多孔介质的渗透性主要由其孔隙结构决定。
孔隙结构的几何性质如孔隙直径分布、孔隙形状等都对渗透性产生影响。
其次，多孔介质中的渗流特性还受到多种因素的影响。
渗流特性的研究需要考虑流体的物理性质、多孔介质的化学性质以及宏观外部力场等因素。
流体的物理性质包括粘度、密度和表面张力等，这些参数会影响渗流速率和渗透压力。
多孔介质的化学性质则主要涉及其吸附性能、离子交换和酸碱性等，这些性质会影响多孔介质的渗透性和流场分布。
此外，宏观外部力场如重力场、压力场和电场等也会对多孔介质的渗流特性产生重要影响。
多孔介质中的渗流可以用流体力学和多相流理论进行建模和分析。
流体力学是研究流体运动规律和力学性质的学科，其中的达西定律和斯托克斯定律常被用于描述多孔介质中的渗流现象。
多相流理论则考虑了流体和固体相的相互作用，用于描述多孔介质中多个相（如气体-液体、液体-固体）同时存在的渗流现象。
通过建立适当的数学模型和方程组，并结合合适的边界条件，可以定量描述多孔介质中的渗流特性，如渗透率、流速分布和压力场分布等。
在实际应用中，通常采用实验和数值模拟相结合的方法研究多孔介质中的渗流特性。
实验方法主要包括渗透率试验、渗透性测定、压力变化实验等。
这些实验可以获取多孔介质的物理特性参数，验证模型的可靠性，并得到与实际应用相关的渗流特性信息。
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)
油层物理学 第三章 多相流体的渗流机理
§3.1 储层岩石中各种界面现象的回顾
★与物质的极性有关；
两相分子的极性越相近，两相分子间的引力越大，界面张力越小， 甚至发生互溶。
★与温度有关；
一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分子间的 引力减少； 另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密度，使气相与液 相间的引力增加。 两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。
吉布斯(Gibbs)吸附等温式：
G
1 RT
C
d dC
G—— 吸附量，单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称为比吸附； C—— 溶质的浓度,mg/L； σ —— 界面张力,mN/m； T、R——分别为绝对温度和通用气体常数； d ―--界面张力随溶质浓度的变化率。 dC
§3.1 储层岩石中各种界面现象的回顾
岩石润湿性
岩石表面完全水湿 岩石表面亲水 岩石表面中间润湿 岩石表面亲油 岩石表面完全油湿
实际标准
θ ＝0° θ <85° 85°< θ < 100° θ >100° θ =180°
润湿是指三相体系：一相为固体,另一相为液体,第三相为气体或 另一种液体。 液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体(或液体)而言的。
§3.1 储层岩石中各种界面现象的回顾
气体在固体表面上的吸附量可用兰格缪(Langmuir)吸附等温式表示：
V V
bP 1 bP
式中 V——单位质量固体吸附剂吸附的气体的克分子数，mol/g; V∞——单位质量固体吸附剂所能吸附的气体的最大克分子数，mol/g; P——气体的压力，MPa； b——吸附常数。
油气界面的界面张力很小（远小于地面脱气原油的表面张力）
原油中纯烃(包括饱和烷烃与不饱和烷烃)与气体的界面张力随温度的升高而 降低，随分子量的增加而增加，这是因为分子量增加，分子间作用力增强 的缘故。
渗流的基本概念和基本规律
第一章渗流的基本概念和基本规律内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；流体在地下渗流需要里的作用，故还要了解流体受到哪些力的作用、地层中有哪些能量；然后学习渗流的基本规律-达西定律；流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了，在本章也做一简单介绍。
第一节油气储集层及渗流过程中的力学分析内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；掌握他们的特点。
流体在地下渗流需要力的作用，本节应掌握流体受到哪些力的作用，其中哪些是动力、哪些是阻力；地层中有哪些能量为地层流体流入井底提供动力，理解油藏的驱动方式，了解各种驱动方式下油藏的生产特点。
课程讲解：讲解ppt教材自学：油气储集层本节导学油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；掌握他们的特点。
本节重点1、油气层的概念★★★★★2、油气层的分类和特点★★★3、多孔介质的概念★★★4、多孔介质的表征参数★★★一、油气层的概念油气层是油气储集的场所和流动空间，在其中油气水构成一个统一的水动力学系统，包括含油区、含水区、含气区及它们的过渡带。
在一个地质构造中流体是相互制约、相互作用的，每一局部地区的变化都会影响到整体。
可分为：层状和块状 1.层状油藏往往存在于海相沉积和内陆盆地沉积中，厚度较小，分布面积大、多油层、多旋回。
水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流体的运动和物质交换。
按边界类型可分为：封闭边界油藏： 边界为断层或尖灭，没有边水供给定压边界油藏：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持一个恒定的压头。
定压边界油藏 封闭式油藏1-供给边缘;2-含油边缘；3-含气边缘 1-封闭边缘;2-含油边缘;3-含气边缘特点：边界压力保持不变。
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。
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1、掌握有效渗透率、相对渗透率、流度比的 概念 2、理解相对渗透率曲线的影响因素； 3、掌握相对渗透率曲线的应用； 4、学会分析相对渗透率曲线的形态和特征。
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一.相对渗透率的概念
1.相(有效)渗透率 相渗透率:指多相流体共存和流动时,岩石允许其中某一相流体通过能 力大小,称为该相流体的相渗透率或有效渗透率。
第15页
4）油水饱和顺序（饱和历史）的影响 流体作为驱动相时的相对渗透率大于作为被驱动相时相 对渗透率。 Kr驱动>Kr被驱动。 对于同一饱和度，作为驱动相时是全部连续，而作为被 驱动相时只有部分连续，所以，Kr驱动>Kr被驱动。 驱动相流体争先占据阻力小的大孔道，并有沿大孔道高 速突进的趋势，所以， Kr驱动>Kr被驱动。
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2）岩石润湿性的影响 亲水岩石： 等渗点含水饱和度大于50％； 亲油岩石： 等渗点含水饱和度小于50％。 随接触角增加，油相相对渗透率 依次降低，水相相对渗透率依次 升高。（如教材图10－13）
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强水湿岩石 束缚水饱和度SWi 等渗点含水饱和度SW Krw(Swmax) >20% >50% <30%
2相对渗透率
定义:多相共渗时,某一相流体的有效渗透率与岩石的 绝对渗透率之比。
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通式：Kro = Ko/K；Krg = Kg / K；Krw = Kw/K
由例三可知：油、水的相对渗透率：
K ro Ko / K 0.045 / 0.375 0.12(OR : 12%)
K rw KW / K 0.225 / 0.375 0.6(OR : 60%)
q r P V A 8L
2
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5）温度对相对渗透率的影响
6）驱动因素的影响= L/KP≥0.5×106进入自模拟区
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三、 三相体系的相对渗透率
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四、 相对渗透率的测定和计算 1.稳态法
第21页
◆末端效应
定义：在岩心端面，由于毛细管孔道突然失去连续性而引起 的距岩心端面一定范围内湿相饱和度偏高和出口见水出现短 暂滞后的现象。 消除办法： 1）增大流速，减少末端效应当影响范围； 2）增加实验岩心长度，降低末端效应存在长度占岩心总长 度的百分数； 3）三段岩心法。
第6页
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
强油湿岩石 <15% <50%
Kro(Swi)
50%~100%
第14页
3）流体物性的影响 A.流体粘度的影响（见教材图13－16） 非湿相粘度很高时，非湿相相对渗透率可以大于100％， 而润湿相相对渗透率与粘度无关。 粘度比的影响随孔隙半径增大而减小，K>1μm2时，粘度 比的影响可以忽略。 粘度比只有在含油饱和度较高时才有影响；而含水饱和度 很高时，粘度比的影响就很小了。 B.流体中表面活性物质的影响（见教材图13－17） 表面活性物质的存在，可以改变油、水的存在形式（分散 相或分散介质），分散介质的渗透能力大于分散相。
QO O L QW W L KO , KW , AP AP 2Q0 P0 g L Kg 2 2 A( P 1 P 2 )
第2页
例一：L=3cm,A=2cm2 ,=1mPa.s的盐水100% 饱和， P=0.2MPa,Q=0.5 cm3/s. 则该岩样的K绝为:
K绝
QL 0.5 1 3 1 10 10 1 0.375( m 2 ) AP 2 0.2
结论：尽管Sw+So=100% ，但 Kro+Krw =72% <100 %。
即：多相共渗时, 同一岩石中，各相流体的相对渗透率之和 总是小于1或小于100%。
对比一下实验结果： Sw/So =70 / 30 =2.33 倍
Krw/Kro= 0.6 / 0.12 = 5倍
若Sw增加 10%，即： Sw= 80 %， So = 20% ， Krw和 Kro之间是否仞然是 5 倍关系？通过做实验，得到了它们 之间的关系 —— 采用相对渗透率曲线来描述。
(2)当So=30%时，油的有效渗透率Ko为：
Qo o L Ko 10 1 0.045( m 2 ) AP
Ko + Kw =0.27 ( µm2 ) < K绝=0.375 ( µm2 )
第4页
结论:多相共渗时,Ki< K绝( i =o,g,w ),即:多相共 渗时,同一岩石中的各相流体的相渗透率之和总是小 于岩石的绝对渗透率。 原因：多相共渗时，共用同一渠道的各相流体相互 干扰，不仅要克服粘滞阻力，还要克服毛管力Pc ， 附着力和由于液阻现象增加的附加阻力。对某一相 而言，其它相的存在实际降低了该相的流动空间。
第3页
例三：用油水同时流过此岩心，测得盐水的饱和度为 Sw=70%，和油的饱和度为So=30%时，盐水的流量为 0.30 cm3/s ,而油的流量为 0.02cm3/S,此时油、水的相渗透率为 多少?
解：(1)当Sw=70%时，盐水的有效渗透率Kw 为：
QW W L KW 10 1 0.225( m 2 ) AP
0.2MPa， Q
例二: 如果 =3mPa.S 的油100%饱和岩心,P= =0.167 cm3/s , K绝为:
QL 0.167 3 3 1 1 2 K 10 10 0.375( m ) AP 2 0.2
结论:绝对渗透率是岩石固有的性质,与通过岩石的流体性质无关。
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
0.6ABC Krw0.4
0.2 Swi 0 20 40 60 80 Sor 100
Sw %
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2 影响相对渗透率曲线的因素
1）岩石孔隙结构的影响