油层物理复习资料 31页

油层物理复习资料んail油层物理复习资料（未校稿）本资料由石工07级hail收集整理水平有限仅供参考\n油层物理复习资料んail绪论Petrophysics是研究油气层物理和物理化学现象的学科，主要内容有1>油气藏中流体的物理性质2>储油岩石的物理性质3>饱和多相流体的油气层的物理性质及多相渗流机理决定决定岩石性质⎯⎯⎯→流体的分布与流动规律流体性质⎯⎯⎯→流动状态第一篇储层流体的物化性质储层流体是指储存于油气藏中的石油、天然气和地层水。【高温高压】第一章油气藏流体的化学组成与性质石油中烃类主要是烷烃（50%~90%），环烷烃，芳香烃常温差压下（20℃，0.1MPa），C1~C4为气态，C5~C16为液态，C17以上为固态固态烃能以溶解或结晶状态存在于石油中第一节石油的化学组成元素：主要含碳（质量分数）83%~87%，氢11%~14%，合计95%~99%石油中烃类化合物：烷烃，包括正构烷烃和异构烷烃（一般正构含量高）环烷烃，五碳环和六碳环最多芳香烃，略石油中非烃类化合物：含氧化合物——环烷烃、苯酚、脂肪酸含硫化合物——硫化氢、硫醇、硫醚、硫等含氮化合物——吡咯、吡啶、吲哚等胶质和沥青质——较高或中等界面活性，对石油许多性质有影响第二节原油的物性与分类（侧重地面商品原油）1．颜色：由浅黄至黑褐胶质、沥青质含量越高，颜色越深m2．密度与相对密度：ρ=ooVo20ρo20℃ρo相对密度（中俄）d4=（欧美）γo=1atm15.6℃ρw4℃ρwAPI=1415.−1315.API越大越好γo3．凝固点：由流动状态到失去流动性的临界温度点。轻组分含量高，凝固点低，反之亦然。凝固点高于40℃称为高凝油。F/A4．粘度：μ=粘度越高越难流动dv/dy粘度单位：Pa▪s1mPa▪s=1cP1毫帕秒=1厘泊5．闪点：可燃气体的蒸汽同空气的混合物在临近火焰时能短暂闪火时的温度\n油层物理复习资料んail6．荧光性：发光现象是含芳香族化合物的特征7．旋光性：偏光通过原油时，偏光面将旋转一定角度8．导电率：原油为非极性物质，是非导体，电阻率大原油的分类（依据地面脱气原油的相对密度）相对密度API度轻质油<0.855>34中质油0.855~0.93434~20重质油>0.934<20地层油的分类地层条件下，低粘油（<5mPa▪s）中粘油（5~20mPa▪s）高粘油（20~50mPa▪s）稠油（>50mPa▪s）第三节天然气的化学组成天然气是以甲烷为主的烷烃，甲烷摩尔浓度高达70%~98%第四节油气藏分类根据深度<1500m浅层油藏1500~2800m中深层油藏2800~4000m深层油藏>4000m超深层油藏第五节地层水的化学组成与分类一、地层水的化学组成1．化学组成地层水中含有相当多的金属盐类，尤其以钠盐、钾盐最多主要阳离子：++2+2+主要阴离子：−−2−Na、K、Ca、MgCl、HCO、SO34地层水中还存在多种微生物，最常见为厌氧硫酸还原菌（腐蚀管柱、堵塞地层）2．矿化度与离子当量浓度矿化度代表水中矿物盐的总浓度，用mg/L或ppm(百万分之一)表示总矿化度水中正负离子含量之和离子毫克当量某离子的浓度除以该离子的当量(分子量)单位：毫克当量/L（注意钠钾离子通常合在一起计算，当量取23）3．硬度与地层水中钙、镁等二价阳离子含量的大小有关二、地层水的水型分类阳离子结合顺序钠钾离子首先结合氯离子、其次硫酸根离子、再碳酸氢根离子阴离子结合顺序氯离子首先结合钠钾离子、其次镁离子、再钙离子\n油层物理复习资料んail离子毫克当量浓度比水型环境+−[Na]−[Cl]<1硫酸钠型大陆冲刷环境2−[SO]4+−[Na>Cl]+−[Na]−[Cl]>1重碳酸钠型陆相沉积环境2−[SO]4−+[Cl]−[Na]<1氯化镁型海相沉积环境2+[Mg]+−[Na1氯化钙型深层封闭环境2+[Mg]第二章天然气的高压物性第一节天然气的视分子量和密度广义地说，天然气是从地下采出的，在常温常压下呈气态的可燃与不可燃气体的统称，是以烃类为主并含有少量非烃类气体的混合物。天然气的组成的表示方法1>摩尔组成ni2>体积组成Vi3>质量组成ωiyi=Φi=Gi=∑ni∑Vi∑ωinω/MG/M推导摩尔组成与质量组成的关系y=i=ii=iii∑ni∑(ωi/Mi)∑(Gi/Mi)天然气的分子量视分子量：0℃760mmHg下体积为22.4L的天然气所具有的质量M=∑(yiMi)天然气的密度和相对密度1．密度ρ=m/V或pMgρ=gZRT33单位：ρ−kg/mM−kg/kmolp−MPaT−KR−.0008314MPa⋅m/(kmol⋅K)g2．相对密度293K0.1MPa下，γg=ρg/ρair或γg=M/29一般，天然气比空气轻，当重烃含量或非烃组分含量高时，可能比空气重第二节天然气的状态方程和对比状态原理一、理想气体的状态方程理想气体，分子无体积，分子间无相互作用力的一种假想气体3pV=nRT单位：V−mn−kmol二、真实气体状态方程pV=ZnRT\n油层物理复习资料んailZ为压缩因子，给定压力和温度下，真实气体体积与相同温度压力下等量理想气体体积之比。Z>1，体积更大，更难压缩；反之亦然。Z的值与气体的组成、温度、压强有关。（注意教材图2-3）三、对比状态定律不同气体，在各自临界点有共同性质，以临界点作为基准点，则在相同的对比压力和对比温度下，所有纯烃气体具有相同的压缩因子。p=p/p绝对压力比临界压力r:relativercT=T/T绝对温度比临界温度c:criticalrc对比状态原理：两种气体处于相同的对比状态时，许多内涵性质近似相同（Z、μ）天然气是混合气体，引入视临界参数（pseudo）ppc=∑yipciTpc=∑yiTci引入视对比参数ppr=p/ppcTpr=T/Tpc非烃校正氮气>2%二氧化碳>1%必须进行校正1>图版修正法首先根据二氧化碳和硫化氢浓度，查图2-6，获得温度差ε（注意将华氏度与摄氏度的转化），修正'和，'，'ppcTpc，其中B为硫化氢的摩尔分数，最后算''，查TpcppcTpc=Tpc−εppc=Tprppr[T+B1(−B)ε]pc图得到Z。2>加权处理法（对氮气）将烃类视为一个整体，求得Tp，再求Tp，从而求得ZpcpcprprCH查表得氮气的ZN,故Z=ZNyN+ZCH1(−yN)2说明：气藏压力越高，Z越大。对于超深气藏，Z很大，若Z值偏低，则原始储量会估算偏高范德瓦尔方程（VDW）RTa3p=−a,b为常数Vm为比容，单位m/kmol2V−bVmm第三节天然气的高压物性一、天然气的地层体积系数Bg一定量天然气在油气层条件下的体积与标况（20℃，0.1MPa）的体积之比VρZRTnnRTZTp273+TpZB=R=sc=/sc=sc=scgVρppTp293pscRscsc膨胀系数Eg，体积系数的倒数在油田开发中，温度视为常数，所以Bg仅为压力的函数即Bg=CZ/p(C为系数)二、天然气的等温压缩率1∂V理想气体C=−()Cg越大，弹性越大gTV∂T∂Zp−Z真实气体V=nRTZ/p∂V=nRT∂p，因此C=1−1∂Z2g∂TppZ∂p\n油层物理复习资料んail对于理想气体，Z=1，因此Cg=1/pZ不为1时，∂Z可正可负，低压时为负，高压时为正∂p对于多组分气体，p=pp，∂Z∂Z∂pprpcpr=∂p∂p∂ppr11∂Z11∂Z111∂ZC=−=−=(−)gpZ∂pppZp∂pppZ∂pprpcpcprpcprpr11∂Z视对比压缩系数C=Cp=−prgpcpZ∂pprpr可通过查图2-9得视对比压缩系数，最终还是要计算Cg三、天然气的粘度（单位常用μP，与组成、温度、压强有关）1．低压下的气体粘度1μ=ρvλ与压强无关，与温度有关33μ−g/cm⋅sρ−g/cmv平均运动速度−cm/sλ平均自由程−cm粘度随温度升高而增加，随分子量增加而减小2．高压下的气体粘度气体粘度随温度增加而减小，随分子量的增加而增加3．确定天然气粘度的办法Carr图版法低压下，由相对密度和温度查图2-12得到粘度，再由氮气、硫化氢、二氧化碳摩尔浓度得修正值，最后全部相加高压下，由相对密度和温度查图得大气压下的μ，求视临界温度和压力，视对比温度和压力，从图gl2-13中查出高压粘度比值⎛⎜μg⎞⎟，最后计算得μ=⎛⎜μg⎞⎟×μgl⎜μ⎟⎜μ⎟⎝gl⎠⎝gl⎠第四节湿天然气和天然气水合物一、天然气中水蒸气含量含水蒸汽的天然气称为湿天然气（1）含水蒸汽量随压强增加而降低，随温度增加而增加（2）地层水含盐量增加，含水量降低（3）气体密度越大，含水量越少1．绝对湿度X=W/V=p/(RT)VWWX−kg/m333W水蒸气质量−kgV−mp水蒸气分压−PaR−4615.Pa⋅m/(kg⋅K)VMW2．饱和绝对湿度X=p/(RT)sSWW3．相对湿度φ=X/Xs天然气含水量的确定方法，X=X×C×Cosβ第三章油气藏烃类的相态和汽液平衡第一节油气藏烃类的相态特征体系看作由边界面包围起来的空间体系中某一均质的部分称为相，物质一般分为气、液、固相，每一种相可以含有多种成分，每一个成\n油层物理复习资料んail分称为一种组分体系中所含组分及各组分在总体系中所占比例称为组成一个组成不变的体系，有状态方程F（p,V,T）=0平面（二维）相图（即某一参数保持不变）三角相图压力、温度一定三顶点为100%单组份体系（即纯物质）的相态特征以乙烯为例（上左图），曲线称为饱和蒸汽压线单组份体系泡点线、露点线、饱和蒸汽压线三线合一泡点压力，T一定时，压力下降，液相中出现第一批气泡时的压力露点压力，T一定时，压力上升，气相中出现第一批液泡时的压力C点位临界点，对应临界温度和临界压力由图3-5几种纯物质的饱和蒸汽压曲线可发现1．烷烃随分子量增大，临界温度增大，曲线往右偏2．氮气、甲烷的临界温度低于油藏温度，所以不可能两相共存双组份体系的相态特征C点临界点，泡点线与露点线的交点，在该点汽相与液相在此处内涵性质相同，C点的温度压力不对应最高温度和最高压力当温度高于T时，体系不能液化，T称为临界凝析温度CTCT当压强高于p时，体系不能汽化，p称为临界凝析压力CPCP由教材图3-7，甲烷、乙烷混合物的相图发现以下规律1．两相区必位于两个纯物质饱和蒸汽压线之间2．混合物临界压力高于各组分临界压力，临界温度介于两者之间3．随着混合物中较重组分比例增加，两相区右偏4．两组份比例越接近，两相区面积越大由教材图3-8可发现以下规律1．混合物临界压力远高于各组分临界压力2．两组份性质差别越大，则临界点轨迹所包围的面积越大多组分系统的相态特征（类比为重烃、轻烃组成，近似为双组份体系）J点，纯油藏，未被天然气饱和，故称欠饱和油藏I点，饱和油藏L点，带气顶油藏或已脱气油藏或过饱和油藏A点，（反）凝析气藏，特点：A点位于等温反凝析区上方，随压力下降将凝析油析出反凝析现象：压力下降，液相增加上露点，又称第二露点\n油层物理复习资料んail下露点，又称第一露点对于凝析气藏，重烃首先沉积，吸附在地层中，凝析油很难采出∵（1）凝析油饱和度较小，不能流动。（2）随压力降低，过第一露点后凝析油可能采出，但生产过程中轻烃被采出，混合物成分变化，包络线将向右下移动，阻止再蒸发的发生。（3）凝析油还增加了气流阻力，降低产能。低收缩油藏原始温度<临界温度原始压力>临界凝析压力气油比最低高收缩油藏原始温度<临界温度原始压力>临界凝析压力凝析气藏临界温度<原始温度<临界凝析温度原始压力>临界凝析压力产凝析油+凝析气湿气气藏原始温度>临界凝析温度原始压力>临界凝析压力产少量轻质油+气干气气藏原始温度>临界凝析温度原始压力>临界凝析压力产纯气第二节汽-液相平衡P-T相图两相区内任一点都对应体系的某个平衡状态，此状态下各组分的含量、组成唯一理想溶液：不同组分完全互溶、无化学反应、各分子体积大小相等、混合时与外界无热量交换，温度压力保持不变、体积具有加和性拉乌尔定律理想溶液两相平衡时，各组分在汽相中的分压等于饱和蒸汽压与该组分在液相中摩尔分数的乘积，即p=xpjjvj道尔顿定律气体混合物，各组分的分压等于其摩尔分数乘以总压，即p=ypjj因此，xp=yp，y=xp/pjvjiijvj总摩尔数摩尔分数组分j的摩尔分数组分j的摩尔数整个体系n1zjzjn汽相ngngyjyjng液相nlnlxjxjnln=n+n1=n+nzn=yn+xnglgljjgjl∵zn=yn+xnjjgjl消去y得zjn∑xj=1分子分母同除以n后更简便jx=jpvjn+nlgp消去x得zny=1分子分母同除以n后更简便j∑jy=jpn+nglpvj例题3-1已知各组分含量（Zj），压强p，温度T，求Xj，Yj\n油层物理复习资料んail过程：1、查表得pvj2、试算ng或nl值，直至满足∑xj=1，∑yj=1理想溶液泡点压力计算特点，ng=0，nl=n，由yj式可得pb=∑zjpvj理想溶液露点压力计算z特点，n=n，n=0，jglpd=1/(∑)pvj实际溶液相态方程定义组分j的平衡比为K=y/x=p/p，它与压强、温度有关，可查表得到jjjvjzjnzjn因此xj=yj=n+knn+n/kljgglj例题3-4已知Zj，p，T，Kj，求Xj，Yj类似例题3-1真实溶液泡点压力计算先试取泡点压力Pb，由给定T和Pb查表得Kj，验算∑zjKj=1?真实溶液露点压力计算先试取露点压力Pd，由给定T和Pd查表得Kj，验算∑(zj/Kj)=1?实验表明，Kj=f(p,T,组成)组成对K的影响体现在1．低压时，每条曲线斜率几乎为-1，每条曲线与K=1的交点对应饱和蒸汽压∵K=p/pjvj2．除甲烷，曲线都是先减后增，最后收敛到Kj=1，此时压力称为收敛压力，记为Pcv∴Kj=f(p,T,Pcv)若两体系的组成为同系物，相同T下Pcv相同，则两体系平衡比相同图3-21在低压（小于0.7兆帕），多组分体系的组成对K影响不大，反之亦然第三节油气体系中气体的溶解与分离1．闪蒸分离或一次脱气（也称接触脱气）油气分离过程中，气与油始终保持接触，Zj不变注意，P-V关系曲线仅出现在饱和压力附近气油比Rs=Vg/Vo脱出气气体体积比上地面油体积特点：气油比高，气中轻质油较多，造成轻质油损失2．差异分离或多级脱气脱气过程中，将每一级脱出的气体排走，液相进入下一级，即Zj变化，体系饱和压力也变化对比：一次脱气，始终平衡，Kj=Yj/Xj重烃也有机会进入汽相中，故气重差异分离，每次都使轻烃先跑掉，留下重烃3．微分分离（n级脱气n趋近无穷）即不断降压，不断排气，Zj不断变化油气田开发过程中的脱气过程1．油层中，介于接触与微分分离，对于厚度较大，垂直渗透率好的油藏，接近接触分离\n油层物理复习资料んail2．油井中，汽相流速与液相流速相近时，类似于接触脱气3．地面储运过程中，多级分离天然气向原油中溶解与地面油相比，地层油一个重要特点就是溶解有天然气亨利定律单组份气体，温度一定时Rs=αPP，MPaα溶解系数，1/MPaRs溶解度m³/m³溶解度反映溶解气量的多少，溶解系数反映溶解气体的能力Rs=αP对不互溶的汽液系统适用，但对于烃类在原油中溶解，α不是常数低压时，PPA后，剩余气主要是甲烷，α接近于常数1．Rs与T的关系教材图3-30温度上升，气油比下降，因为T增，Pb增，原来的P不能使气体液化了2．Rs与气、油性质的关系教材图3-313-32天然气密度越大，石油密度越小，即性质越接近，Rs越大溶解度丙烷>乙烷>二氧化碳>甲烷>氮气溶解过程与分离过程的关系理论上，接触脱气曲线与溶解曲线完全重合，因为Zj不变微分脱气溶解曲线与脱气曲线不重合除了与脱气方式有关，溶解-脱气曲线还和组成有关甲烷溶-脱曲线接近重烃溶-脱曲线相差很大∴微分脱-溶差别主要由于重烃成分Pb较低，压力增加时，易于溶解，而压力下降时，转化为汽相比较困难第四节油气分离实例一次脱气求Xj,Yj同前面，查出给定温度、0.1兆帕下的Kj，利用∑xj=1试算''''二级脱气一级脱气按一次脱气计算，算出x、y、n、n。jjgl'''''''''二级脱气时，zj=xj（因为气体排出，只剩液）算出xj、yj、ng、nl''''''''''''''''''∴二级脱气n=n×nn=n×n总n=n总n=n+n见教材P77例题glglllllggg微分脱气⎧xifNfKi−1⎪=()⎨xibNbf-finalb-beginN：容器内液体的总摩尔数⎪⎩∑xif=1工程中两类问题一、已知系统组成和终点压力，求分离出Xj,Yj\n油层物理复习资料んail1.计算脱气过程中平均压力，查Kj2.Xib，Kj-1已知，试算Nf，满足∑x=1()ifNb3.Nb=1=>油为Nf气1-Nf二、已知系统组成和分离出的气体摩尔数，计算终点脱气压力1．分离出的气体1-Nf，油Nf则Nf/Nb已知，且Xib已知2．试算P,求平均压力，查表得Kj，验证∑xif=1第四章储层流体的高压物性第一节地层油的高压物性地下原油溶解有天然气，其密度比地面脱气油要低得多一般地，地下油密度随温度增加而下降（粘度也一样）当PPb时，压力增加，体积下降，因而密度增加。API度与Rs成正比地层原油的溶解气油比Rs指单位体积地面原油在地层条件下溶解天然气在标况下的体积Rsi为原始气油比，从Pb下开始脱气（以一次脱气为准）注意教材图4-2R=V/Vsigos地层原油体积系数B=V/V=V/VoOROS下上地层原油主要受溶解气、热膨胀影响，受压缩影响弱，因此通常Bo>1，且Rs越大，Bo越大收缩系数δ=/1B收缩率β=(B−/)1Boooo当PPb时，压力增加，原油受压收缩，V减少，∴Bo下降OR当P=Pb时，Bo最大两相体积系数Bt（描述地层中油气两相总体积与地面脱气油的关系）V+VV+(R−R)VBB=ORgR=ORsisOSg=B+(R−R)BtosisgVVOSOS见上图，当P>Pb时，Bt=Bo，∵Rsi=Rs降至大气压时，Rs=0，无溶解气，Bg=1，Bo=1，∴Bt=1+Rsi为最大Bt-P曲线只在PPb时为单一油相地层油压缩系数P>Pb时，地层油弹性膨胀或压缩等温压缩系数1⎛∂Vf⎞1ΔVf1Vb−Vf1Bob−BoC=−⎜⎟≈−=−=−oV⎜∂p⎟VΔpVp−pBp−pf⎝⎠TffbobCo的大小，①Rs增加，溶解气增多，弹性增大，Co增加②温度增加，原油密度下降，弹性增大，Co增大③压力增加，原油密度下降，Co减小，在Pb附近Co最大地层油的粘度内因，化学组成。分子量增加，μ增大；沥青质增加，μ增大；Rs增大，μ减小；\n油层物理复习资料んail地面油μ较大，∵Rs减小，温度降低外因，μ对温度敏感，温度升高，粘度降低压力对μ的影响以Pb为界，P>Pb时，压力增加，原油被压缩，内摩擦增大，μ增加P筛选法由粗到细一套筛子叠放、振动（200目即每英寸长度上200孔，两级间差2或2）2>沉降法能分辨极细粉末∵不同d的颗粒下降速度不同两极间平均直径11⎛11⎞=⎜+⎟⎜'''⎟d2ddi⎝ii⎠粒度组成的曲线图左图为分布曲线，右图为累积分布曲线分布曲线中，尖峰越高表明以某一粒度为主，组成越均匀，尖峰越靠右表明粗粒越多累积曲线中，上升段越陡，颗粒越均匀在我国常用1作图表示（累积图），显然与前一种图增减性相反φ=logi2di分选系数S标准偏差σ越小越好1偏度SK>0称粗（正偏态）峰偏向粗粒度一侧，颗粒以粗粒为主，反之亦然1峰度，K越大越尖锐G岩石的比面（可描述岩石骨架分散性）S=A/V单位体积岩石内孔隙的总内表面积单位cm²/cm³V：视体积23颗粒点接触（球模型）S=4πr/(2r)=π2/r教材127页模型因此，r越小，S越大，骨架分散程度越高另外两种表示SS=A/VSSP=A/VPVs以骨架为体积Vp为孔隙体积所以S=φS=1(−φ)SpS由岩石的粒度组成估算比面每个球粒表面积22体积V=16(πd3)Si=4πr=πdi1(6−φ)单位体积岩石孔隙度为φ则骨架体积为1-φ颗粒个数N=3πd1(6−φ)21(6−φ)比面S=NS=⋅πd=i3πdd1(6−φ)故S=Gdi为不同粒径Gi为含量百分比iidi\n油层物理复习资料んailn实际情况引入系数S=c∑Sii=1三、砂岩的胶结物及胶结类型胶结物质，结晶或非结晶的自生矿物，胶结物增加，储油能力下降，渗流能力下降1>泥质（粘土）胶结物泥质，粒度小于0.01mm的物质的总称粘土矿物是粘土的主要成分，粘土是泥质的主要组成粘土矿物中的水、吸附水、层间水、结构水脱出难度依次增大路源粘土矿物，结晶差，自生粘土矿物，结晶好自生粘土矿物在孔隙中的产状：（1）分散质点式，降低孔隙度，降低渗透率，可随流体流动，可能堵塞孔喉（2）薄膜式，减小孔隙有效半径，造成孔喉堵塞（3）架桥式，在孔隙中形成比面积很大的束缚水区，降低了储油能力2>灰质胶结物（碳酸盐类矿物组成，方解石CaCO，白云石）3地层岩石中，碳酸盐含量越低，岩石孔隙度越大（地下水侵蚀）3>硫酸盐胶结物（主要为石膏CaSO⋅nHO硬石膏CaSO）424胶结类型（1）基底式胶结原生胶结，胶结物含量高，胶结强度高，储油气能力很差（2）孔隙式胶结次生胶结，胶结物含量一般，胶结强度一般（3）接触式胶结含量很少，强度低，胶结物常见的为泥质，孔渗性好第二节储层岩石的空隙性岩石颗粒间未被占据的空间称为空隙空隙分为孔隙（一般对砂岩）、空洞（碳酸盐岩）和裂缝常笼统地将空隙称为孔隙岩石的孔隙类型——按成因1）粒间孔隙（最普遍）胶结物少，孔隙大，喉道粗，渗透率大2）杂基内微孔隙渗透率极小3）晶体次生晶间孔隙渗透率降低4）纹理及层理面渗透率具有方向性5）裂缝孔隙能极大改善渗透性，但应力变化时可能裂缝闭合6）溶蚀孔隙按大小分类1）超毛细管孔隙孔径>0.5mm或缝宽>0.25mm管流2）毛细管孔隙孔径0.5~0.0002mm或缝宽0.25~0.0001mm渗流3）微毛细管孔隙孔径<0.0002mm或缝宽<0.0001mm无效孔隙其他分类原生孔隙和次生孔隙孔道（较大的孔洞）和喉道（连通大孔隙之间的细小通道）连通孔隙和死孔隙岩石孔隙组成岩石的各种直径的孔隙数量的比例。纵坐标表示某一半径的孔隙体积百分数类比粒度组成即可注：孔隙半径由毛管力曲线求得孔隙结构\n油层物理复习资料んail岩石的孔隙结构是全部孔隙特征的总称主要参数①孔隙大小及分选；②孔喉比，直径的比例，越接近1越好；③孔隙配位数，每个孔道所连通的吼道数；④迂曲度τ，流体质点实际流经路程长L与岩石外观长度L之比值孔隙结构类型（1）单重孔隙介质粒间孔隙结构。粒间孔隙既是储油空间，又是渗流通道纯裂缝结构。致密硫酸盐产生微裂缝，裂缝既储油又渗流（2）双重孔隙介质裂缝—粒间孔结构。粒间孔隙介质被裂缝分隔为块状单元，块状单元中孔隙主要储油，裂缝主要渗流，即双孔双渗孔洞—粒间孔结构。粒间孔隙渗流，孔洞管流三重孔隙结构（略）第三节储层岩石的孔隙度Vb=Vp+VsVb视体积Vp孔隙体积Vs骨架体积孔隙度φ=Vp/Vb⎧⎧可流动的孔隙体积Vf岩石总孔隙体积Va⎪有效体积Ve⎨⎨⎩不可流动的孔隙体积⎪⎩不连通孔隙体积绝对孔隙度φa=Va/Vb有效孔隙度φe=Ve/Vb流动孔隙度φf=Vf/Vb孔隙度分级%25~2020~1515~1010~55~0评价极好好中等差无价值双重介质岩石孔隙度Φt=φp+φfφp基质孔隙度φf裂缝孔隙度实验测得φm=基质孔隙体积/基质总体积>φp=基质孔隙体积/视体积∴基质孔隙体积=φm·基质总体积=φm(视体积–裂缝体积)=φm(1–φf)故φp=φm(1–φf)φt=φm(1–φf)+φf影响孔隙度大小的因素（1）颗粒大小及排列方式3438r−πr等径球理想模型3φ=×100%=476.%38r22等径圆柱立方体模型4rL−πrLφ=×100%=215.%24rL（2）颗粒的分选型分选越好，孔隙度越大φ随粒径增加而减小，因为半径小磨圆更差综合以上两点，分选系数越接近1，粒径大小对φ影响很小，教材128页图5-23（3）矿物成分与胶结物质矿物成分影响颗粒形态，石英=>粒状云母=>片状粘土矿物遇水会发生膨胀，减小孔隙度长石亲水或亲油性都较强，形成较厚液膜\n油层物理复习资料んail胶结物（泥质）含量越高，φ越小（4）埋藏深度与压实作用砂岩随深度增加φ急剧减小碳酸盐岩，同上白云岩比石灰岩硬白云岩裂缝发育，石灰岩次之，泥岩最差。压实作用下，白云岩φ变小最快另外，厚层的裂缝密度小，规模大，反之亦然（5）成岩后生作用受构造应力，产生裂缝，φ增加地下水溶蚀作用φ增加，水中矿物充填φ下降第四节储层岩石的压缩性岩石有孔隙，所以有弹性，能被压缩油气田开采过程中，地层压力下降，上方压力不变，因此压差增大，岩石被压缩，φ减小岩石压缩系数C=1ΔVp=−1ΔVpfVΔpVΔpbbe△P油层压力变化△Pe有效覆压变化△Vp孔隙体积缩小值另一种表示C=1ΔVp，因此C=φCpfpVΔpp综合弹性压缩系数C=(CS+CS+CS)φ+CS为饱和度tOOggwwf不能认为液体的压缩性对弹性储量贡献一定比岩石大要比较φC和CLfAh(p−p)Cibt弹性可采储量ΔN=，Bob饱和压力下的Boh有效厚度Bob油藏从原始压力降至饱和压力时，依靠液体和岩石体积变化而产出的油量第五节储层岩石流体饱和度1.岩石空隙被多种流体所饱和，某种流体所占孔隙体积的百分数称为饱和度VoVoVgVgVwVwS+S+S=1So==Sg==Sw==ogwVVφVVφVVφPbPbPbVwi2.原始含水饱和度——（通常）束缚水饱和度S=wiVPVoi3.原始含油饱和度S==1−SoiwiVP渗透性好，Soi增加，Swi降低，原油粘度越大Soi降低，Swi升高4.残余油饱和度Sor第六章储层岩石的流体渗透性孔隙性决定了岩石的储积性能，而渗透性是表示一定压差下允许流体通过的性能。流体在多孔介质中的流动称为渗流第一节达西定律及岩石的绝对渗透率\n油层物理复习资料んailAΔp达西定律Q=KμLQ流量，cm³/sA截面积，cm²L长度，cmμ粘度，mPa·s△P压力差，0.1MPaK绝对渗透率，单位达西，D仅取决于多孔介质的孔隙结构1D=1μm²1mD=0.001μm²K越大，孔道总面积越大，液体在其中流动越容易，渗透性也越好渗透率分级大于1μm²渗透性极好小于0.001μm²非渗透性测定和计算岩石绝对渗透率时必须符合以下条件：1）流动的是不可压缩的稳态单相流2）渗流为一维直线渗流3）液体性质稳定，不发生物化作用，比如不能用盐酸、蒸馏水，要用地层水4）渗流速度有临界渗流速度，超过此速度，达西公式不再适用v=Q/A因为A内颗粒要占据一定的面积，因此实际孔道中的真实流速要高于渗流速度3/2临界流速175.Reμφv=cρKRe雷诺数μ粘度，mPa·sφ孔隙度ρ密度，g/cm³K渗透率，D对于低渗透性致密岩石，存在一个启动压力梯度（a点）第二节气测渗透率及气体滑脱效应22KA(p−p)2QpμLg12ooQ=ÙKg=Po为大气压o222poμLA(p1−p2)气体滑脱效应（可理解为液测与气测的差别，滑脱越严重，差别越大）新问题：1.不同的（P1+P2）/2测，Kg不同2.相同的（P1+P2）/2测，不同气体的Kg不同液测K时，液-固间分子力大，v=0壁液测K时，气-固间分子力小，且分子间动量交换，于是不存在v=0=>“气体滑脱效应”壁因此：1）液测K，孔道壁上有一层流不动的液膜，占据孔道体积，K值必小于Kg，Kg更能反映真实的岩石渗透率2）（P1+P2）/2越小，气体密度越小，分子间碰撞越少，越容易流动，滑脱现象越严重，因此Kg越大。平均压力增至无限大时，渗透率接近于常数K（等效渗透率）K=K1(+b)∞g∞pB滑脱因子或滑脱系数b=4(cλp/)rC为常数λ平均自由程r毛管半径3）不同气体b不同，∴测得渗透率也不同4）岩石不同，Kg与K差值大小不同只有平均自由程和孔道直径相当时，滑脱效应才能表现出来致密岩心孔道半径小，滑脱因子大，滑脱效应严重高渗岩心孔道半径比平均自由程大很多，b很小，滑脱效应弱反之，从液测考虑，孔道半径越大，不流动的液膜厚度相对越小综上所述，低渗低压时，滑脱效应更显著实验室测气测渗透率\n油层物理复习资料んail1.做几组不同平均压力下实验，得到几个Kg，绘制Kg与平均压力倒数的关系曲线，在Kg轴上取截距K为所求∞2.用教材图6-7进行校正，注意KCr2(pp4/)μL∴22r=rv=0=−v=(r−r)(p−p4/)μL0012012224qr0r0(p−p)(r−r)πr(p−p)因此q=∫dq=∫vdA=∫120×2πrdr=012泊稷叶定律0004μL8μL3．渗透率和孔隙半径的关系设单位面积上有几根毛细管，则42nAπrΔpKAΔpφrQ=nAq===>K=8μLμL84．渗透率和比面的关系∵r=2φ/SK=φr²/8=φ·4φ²/(8S²)=φ³/(2S²)=φ/(2Sp²)=φ³/[2Ss²（1-φ）²]5．修正3φ其中ζ为高才尼系数渗透率与比面成反比K=2ζS另外，实际孔隙是弯曲的，于是引入迂曲度进行修正23φrφK==2228τ2τS第七节砂岩储层岩石的敏感性粘土矿物与水接触后会发生膨胀（表面水化=>渗透水化）、絮凝、分散等不稳定现象不同粘土矿物对储层的潜在影响（1）蒙脱石对水有极强的敏感性典型速敏体积急剧膨胀降低渗透率（2）高岭石充填在粒间孔隙变为晶间孔隙降低渗透率附着力很差容易脱落破碎阻塞喉道（3）伊利石①纤维状、毛发状在孔隙中交错分布孔隙结构复杂降低渗透率②比表面积很大强烈吸水具有很高的束缚水饱和度③受流体剪切作用易破碎（4）绿泥石遇酸后溶解并释放出铁离子酸耗尽后会形成氢氧化铁胶体沉淀（强酸敏）<1>渗透率伤害率由速敏性引起的伤害率DKV=()KL−KLmin/KL速敏指数IV=DKV/vcVc为临界流速\n油层物理复习资料んail<2>水敏性评价水敏指数I=(K−K/)KKw为去离子水渗透率KL为地层水渗透率WLWLIw越大，水敏性越强Dkv越大伤害越大第七章储层岩石的其他物理性质第一节含流体岩石的导电性质物质的导电性与电阻率ρ=rA/Lr电阻，Ωρ电阻率，Ω·m岩石分类两大类：离子导电的岩石电子导电的岩石离子导电的岩石（沉积岩为主）：孔隙中溶液的正负离子导电电子导电的岩石（火成岩为主）：颗粒本身的自由电子导电因为油气不导电，砂岩固相绝大部分不导电，∴沉积岩的导电能力主要取决于孔隙几何形态和地层水的导电能力大部分火成岩电阻率很高，沉积岩电阻率较低地层水电阻率与盐类化学成分的关系：电离度大，粒子数目多，离子价高，迁移率大，地层水电阻率小地层水可以近似地认为是氯化钠溶液（等效氯化钠矿化度）1）计算总矿化度2）查换算系数图版，用相应系数乘上其矿化度数值求和电阻率与温度、浓度的关系温度上升，电阻率下降浓度上升，电阻率下降电阻率与孔隙度的关系孔隙度增加，电阻率降低胶结物增加，电阻率增加实验表明：饱和地层水岩石的电阻率Ro与地层水电阻率Rw有正比关系地层因子or相对电阻F=Ro/Rw电阻率单位Ω·mRτaF=o==m胶结系数a比例系数φ孔隙度Aa有效导电面积mRA/Aφwa含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系''RwLa电阻指数I=Rt=Aa/AaAa’、La’含油后的有效面积和长度R=t''LAaRwLa/Labb含油越多电阻率越大I==nn1(−So)Sw第二节储层岩石的热学性质一、油层的热容量（单位体积岩石升高1℃吸收的热量）M=φ(ρSC+ρSC)+1(−φ)(ρC)ooowwwpRCo、Cw油层条件下油水的比热容(ρCp)干岩石的热容量kJ/(m³·℃)二、岩石的比热kJ/(kg·℃)孔隙度越大，含水饱和度越大，温度越高，比热容越大一般泥岩的比热大于灰岩砂岩的比热QLh三、导热系数λ=Δt⋅A⋅ΔT四、热扩散系数α=λ/(Cρ)C比热容ρ密度第三节声学特性\n油层物理复习资料んail孔隙度越大，密度越小，声波速度越小第四节放射性泥岩中尤其丰富可用伽马测井识别泥岩隔层第五节力学特性杨氏模量=F/A=应力/应变值越大越不容易变形()L−L/Lnoo()l−l/l泊松比=noo=横向应变/纵向应变值越大塑性越小()L−L/Lnoo第三篇储层中多相流体的渗流机理油藏中大多数存在油水两相或油气水三相流体水和岩石、水和油、水和气、岩石和油、岩石和气、气和油界面的总面积极大第八章储层岩石中的界面现象与润湿性由两相界面层分子引起的性质称为“界面性质”第一节储层流体的相间界面张力一、两相间的自由能任何两相分界面称为界面，其中有一相为气相的话则称为表面表层分子力场的不平衡使得表面分子储存了多余的能量，即“自由能”自由界面的性质（1）只有存在不互相溶解的两相时自由界面能才存在（2）界面越大，自由能越大，自由能有趋向于最小的趋势（3）界面具有一定的厚度（4）自由能的大小与两相分子性质有关，两相极性差越大，界面能越大（5）自由能还与两相相态有关，液-气>液-液液-固>液-气二、比界面能和界面张力恒温恒压下，可逆过程增加表面积△A，外界做功W，体系自由能增加△U比界面能定义为ΔU⎛∂U⎞单位N/mmN/mJ/m²σ==⎜⎟ΔA⎝∂A⎠T、P、n比界面能数值上等于单位长度上的力，故又称为界面张力两相界面，有界面能无界面张力三相系统的周接上，界面张力存在，且相互争夺，最终平衡σ3−1=σ1−2+σ2−3两相界面张力的大小取决于各自比界面能提界面张力必须说明两相，不加说明一般认为其中某一相为空气三、界面张力的影响因素1．物质的组成分子的极性差别越大，表面能也就越大2．相态两液相间界面张力σ=σ−σ表面张力之差12123．温度和压力温度升高，分子间距离增大，引力下降，界面张力下降，温度升高，引起蒸发，力场差异减小，表面张力下降。压力升高，两相密度差减小，界面张力减小。\n油层物理复习资料んail四、油藏流体间的界面张力1．油—气界面（教材图8-5）总体来说，压力升高，界面张力下降，与溶解度有关，与饱和蒸汽压有关降低情况气油与二氧化碳>原油与二氧化碳>原油与天然气>原油与空气故油—气系统，饱和蒸汽压越小，溶解度越大，或油相相对密度越小，气中重烃越多，或压力和温度越高，表面张力越小2．油—水界面（1）无溶解气的油—水界面（两种不同观点）温度升高，同时压力升高，表面张力基本不变温度升高，表面张力下降，而压力对表面张力基本无影响（2）有溶解气的油—水界面（取决于溶解气的多少）P小于Pb时，P增大，表面张力增加∵气体在油中溶解度大于水中，使油水间极性差更大P大于Pb时，P增大，表面张力变化不大油—水界面张力随原油组成不同而不同轻烃含量高，原油密度小，粘度小，表面张力也小储层条件下界面张力的确定（诺模图）已知地面条件下的表面张力、温度和地层温度，查地层油表面张力图8-12为地层条件下甲烷—水界面张力图，压力下降，表面张力增加，温度增加，表面张力下降第二节界面吸附现象吸附现象发生在两相界面，溶解于某一相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧降低该界面层的表面张力的现象称为“吸附”物理吸附：范德华力吸附、解吸动态平衡化学吸附：共价键吸附、解吸动态平衡气—液界面的吸附原油可以认为是表面活性物质在非极性烃类中的一种溶液活性剂分子：一端极性基团，一端非极性基团，具有该结构的分子所组成的物质在液体中都能降低界面张力表面活性剂：被吸附在两相界面层上，能大大降低表面张力的物质吉布斯比吸附量1∂σG=−C()TRT∂C∂σ<0，G>0正吸附，加活性剂，C增大到一定程度后形成“胶束”，σ不再变∂C化∂σ，G<0正吸附，加无机盐NaCl等>0∂C极性平衡原则，C为吸附在A、B两相界面的物质，则A极性>C极性>B极性气—固界面上的吸附V=VbpV吸附气体的摩尔数b吸附系数p压强∞1+bpbp远小于1时，V正比于pbp远大于1时，V=V∞吸附规律：1）固体表面凹凸不平，成分不均一，所以吸附具有选择性2）面积增大，吸附增大\n油层物理复习资料んail3）吸附自发，放热，所以温度升高吸附量降低（有特例）4）吸附量与被吸附物质的浓度成正比液—固界面上的吸附（吸附针对两相而言，润湿为三相）石油在岩石中吸附程度主要取决于石油中所含极性物质的多少固体表面的吸附层十分牢固有效孔隙半径大于吸附水膜厚度bcΓ为吸附量C为浓度Γ=Γ∞1+bc流体在岩石表面上流动时所表现出的粘度（界面粘度）不同于流体粘度第三节储层岩石的润湿性当两相以上不互溶的液体与固体界面接触时，该固体表面对其中某一相流体的选择性吸附称为润湿润湿角θ从极性大的液体一面算起杨氏方程σ=σ+σcosθgslslg附着功：在非润湿相流体中，将单位面积的湿相从固体界面拉开所做的功W=σ1(+cosθ)gl润湿角越小，W越大，润湿程度越好对于油、水、岩石三相，W=σ1(+cosθ)，所以W>σ，即θ<90°，岩石亲水，反之亦然owow表面活性物质对润湿性的影响：表面活性物质吸附在岩石表面，可能使亲水=>亲油，也可能使亲油=>亲水（润湿反转）见教材图8-218-22润湿滞后现象A点水驱油，θ1为前进角B点油驱水θ2为后退角θ1>θ>θ2所谓润湿滞后，即在外力作用下开始运动时，三相周界沿固体表面移动迟缓而使得润湿角改变的一种现象1．与三相周界的移动方向有关静润湿滞后，即水驱油或油驱水过程产生的滞后。水驱油θ1>θ，油驱水θ2<θ润湿之后程度cosθ2-cosθ12．与三相周界的移动速度有关动润湿滞后是水驱油或油驱水过程中，油、水界面各处移动速度不同，而使接触角发生变化θ1>θ>θ2运动速度越大，动润湿滞后越严重，超过临界值后会发生润湿反转3．与石油中的表面活性物质在岩石表面上的吸附有关表面活性物质在岩石表面上吸附，形成吸附层，加重静润湿的程度4．与岩石颗粒表面粗糙程度有关粗糙程度和非均质性越严重（棱角、尖锐凸起），润湿滞后越严重储层岩石的润湿性及其影响因素（1）有的油藏亲水，有的亲油，中等润湿最多，其次亲油（2）对同一个油藏，部分表面水湿，部分表面油湿非均质湿润\n油层物理复习资料んail①斑状润湿：同一岩样，水湿、油湿表面无特定位置②混合润湿：大小不同的孔道，润湿性不同，小孔道水湿不含油，大孔道大多亲油，油可以形成渠道流动。影响因素：1．岩石的矿物组成亲水矿物：石英、长石、云母、碳酸盐……亲油矿物：滑石、石墨……泥质胶结物存在会增加岩石的亲水性含铁矿物能吸附表面活性物质，使岩石向亲油性转变2．油藏流体组成的影响原油的组成按润湿性分为三类：非极性烃类（主要成分）、含有极性的氧、硫、氮化合物、活性物质原油中烃类所含原子数越多，在亲油岩石上接触角越大在同一表面上，油的性质不同，可能亲水，可能亲油3．表面活性物质的影响地层水中活性物质，吸附在岩石表面上，吸附量随电解质增加而减少另外，加入某些金属离子也能改变润湿性，如铜，可使亲水=>亲油4．岩石孔隙表面的非均质性及粗糙度的影响油水在岩石孔隙中的分布：1)润湿性对油水微观分布的影响润湿相总是附着于颗粒表面，并力图占据较窄的粒隙角隅，而把非润湿相推向更通畅的孔隙中间【亲水岩石】Sw较低时，全为束缚水，环状分布，油处于“迂回状”Sw增大，成为“共存水”，能否流动取决于压差Sw再大，油变成油滴、油珠，以“孤滴状”分布，压差足够大时可驱走但可能堵塞喉道判断亲水或亲油，①看小孔隙，②看驱替后颗粒表面油水的流动是以“渠道流动”的形式沿着各自的一套流道进行的，Sw增加，水流渠道数量增加油水在岩石孔隙中的分布不仅仅与饱和度有关，而且与驱替过程有关：润湿相驱替非润湿相还是非润湿相驱替润湿相非润湿相驱替润湿相：“驱替过程”润湿相驱替非润湿：“吸吮过程”饱和历史（顺序）是从原始岛现在的饱和次序，其中也包含静润湿滞后的含义，因为“静润湿滞后”就是由于饱和顺序不同引起的滞后2)润湿性决定着孔道中毛管压力的大小和方向亲水毛细管的毛管压力的方向与注水驱动方向一致，∴毛管力为驱油动力亲油毛细管的毛管压力的方向与注水驱动方向相反，∴毛管力为驱油阻力3)润湿性对采收率的影响亲水油藏采收率应高于亲油油藏采收率∵水自动吸入，油水分布有利于驱油，水所波及的范围更大但是，近中间润湿的采收率最高，∵在强亲水油藏中，水趋向于小孔道通过，绕过含油的大孔隙，又或者强界面张力更容易掐断油流4)注水对润湿性的影响长期注水亲油=>亲水石油行业标准θ：0~75°亲水θ：75~105°中间润湿θ：105~180°亲油第九章储层多孔介质中的毛细管压力及毛细管压力曲线第一节毛细管压力的概念\n油层物理复习资料んail毛细管中产生的液面上升或下降的曲面附加压力，称之为毛管压力或毛管力没有润湿性就没有毛管力1．气—液体系的毛管力（A：附着张力r毛管半径）22A2σcosθA⋅2πr=πrhρg=>h==wrρgrρgww毛管压力p=ρgh=2A/r=2σcosθ/rPc:Par:mmσ：mN/mcw2．油水体系的毛管力22σcosθA⋅2πr=πrh(ρ−ρ)g=>h=worΔρgp=Δρgh=2σcosθ/rcwowo毛管力性质①存在于任何方向放置的毛细管中，Pc一定时，无论如何放置h一定②Pc∝cosθ，对于油水体系，岩石亲水时，cosθ>0，毛管力为正，可以自然吸水，岩石亲油时，cosθ<0，毛管力为负，必须外加一个力克服毛管力，才能使水进入③Pc∝1/r，半径越小，毛管力越大，油藏中毛细管中液面参差不齐，有相当厚度的油水或油气过渡带，∵油水密度差<油气密度差∴油水过渡带厚度更大一点各种曲面附加压力任何简单曲面必然存在附加压力，方向与液面凹向一致11p=σ(+)cRR12σ—两相间界面张力R1,R2—两个主曲率半径1．球面上的毛细管压力112σ2σcosθp=σ(+)==cRRRr122．柱面上的毛细管压力11σp=σ(+)=方向：指向管轴心，使得毛细管中水膜厚度增加c∞rr3．锥形毛细管中的毛管力2σcos(θ±β)p=ciriβ—锥角的一半i—表示前端或后端粗端“+”细端“—”4．两相流体处于平行板间的毛管力p=σ=2σcosθW为宽度czRW15．理想砂岩砂粒接触处流体环状分布的毛管力11p=σ(+)cRR12R1：垂直剖面上的曲率半径R2：水平剖面上的曲率半径平均半径Rm211∴p=2σRm可以通过△ρgh=2σ/Rm=+cRmR1R2Rm当润湿相饱和度增加，流体环体积增大，Rm变大，Pc变小，因此Pc=f(Sw)孔道中毛细管效应附加阻力1．当油柱（或气泡）处于静止状态'2σcosθ液柱两端球形曲面产生毛管力p=，两端毛管力大小相等，方向相反，相互抵消cr\n油层物理复习资料んail但它可以施加于管壁上，同时，圆柱体曲面产生指向轴心的p''=σcxr2σ''毛管力使液膜变薄，pcz使得液膜变厚，合力pI=(cosθ−)5.0rσ越大，r越小则PI越大，液膜变薄，液滴水平运动阻力越大2．在压差作用下，当油柱欲运动时，'''112σ'''p=p−p=2σ(−)=(cosθ−cosθ)II'''RRrPⅡ方向与流动方向相反，是一种附加阻力∴所加压差要大于PⅠ、PⅡ、摩擦Ps之和3．当珠泡流到孔道窄口时11p=2σ(-)液阻、气阻、贾敏效应III'''RR当R’’等于孔道最窄处半径r时，珠泡才能通过，因此外加压差必须大于PIII毛细管阻力效应对石油天然气开采是有害的，因此要避免出现两相流但有时也会利用，如利用珠泡阻力效应堵水毛管滞后现象：由于饱和顺序不同，毛细管中吸入过程产生的高度小于驱替过程产生的高度1．接触角滞后引起毛管滞后显然，前进角θ1>θ>后退角θ2则cosθ1h1Ⅱ-->Ⅲ各自含义（油驱水、水驱油、油驱水）Aod为Ⅲ的下包面积Awd为Ⅱ的下包面积Aod>Awd表明油驱水做功大于水驱油做功即岩石亲水即Aod亲水log>0Awd第四节毛细管压力曲线的应用一、确定储层岩石的润湿性润湿指数W=cosθwo=pTwoσog因为θog≈0cosθog≈1∴气驱油需较大PTogcosθpσogTogwoW=1θow=0°强亲水W=0θow=90°中性W=-1θow=180°强亲油pσθow视接触角为arccos(Twoog)pσTogwo二、确定油层的平均毛管压力J(Sw)函数2/1100Pc⎛K⎞其中，J无因次Pc，MPaK，μm²σ，mN/mJ=⎜⎟w⎜⎟σcosθ⎝φ⎠如何作毛管力曲线1>n组Sw、Pc、σ、cosθ、K、φ得n个J值，在坐标轴上描点2>做一条近似曲线\n油层物理复习资料んail3>反算得到Pc与Sw的关系三、确定油（水）饱和度随油水过渡带高度之间的变化关系pC(Sw)Sw从100%到束缚水饱和度间对应油水过渡带h(S)=w(ρ−ρ)×.981wo四、强亲水岩石V−V注入油退出油×100%=S残余油V注入水第十章孔隙介质中多相渗流特点与相对渗透率曲线第一节多孔介质中多相渗流特性一、水驱油的非活塞性1．理想水驱油模型——活塞式驱油模型油水具有分界面，水推动油前进，一次推进可将油全部驱出2．实际水驱油过程——非活塞式驱油模型水驱油时油层形成三个不同的流动区纯水流动区（水+残余油）油水混合流动区纯油流动区（油+束缚水）原因：1）孔隙结构非常复杂（孔隙大小、润湿性、粗糙度……均不同）2）毛管力存在亲水孔为动力，亲油孔为阻力，且大小各异=>流速不同3）油水粘度引起的粘滞力不同，加剧流速的差异4）油水两相引起的各种阻力二、互不连通的毛细管孔道，单相液流单根毛细管孔道，只考虑粘滞力的作用（毛管力为0）242πrΔprΔpv⎛r⎞q=，流速v==>1=⎜1⎟⎜⎟8μL8μLvr2⎝2⎠因此在压差作用下，渗流主要发生在大孔道中三、互不连通的毛细管孔道，两相液流1）运动速度v与时间有关，受粘度差、半径、孔道总长L，界面走过的距离影响2）水粘度μ1，油粘度μ2，水为湿相，若μ2>μ1，水驱油则流速将越来越大，指进现象将导致油井提前见水3）合适的压差下，水驱油界面才能比较均匀地推进4）P1-P2=0，μ2趋近于0，仅靠毛管力吸水驱气，开始时v为极大值，以后逐步变慢四、不等径并联孔道，两相液流8q1μL8q2μLΔp=Δp=1424πr1πr22σcosθ2σcosθp=p=c1c2rr12p−p=−p+Δp=−p+Δpq=q+qABc11c22121）当毛管力不起作用时，即θ=90°时，cosθ=0，大孔道速度大于小孔道速度2）cosθ≠0时，并不总是v1>v23）从提高水驱油效率来看，v1=v2最好q较小时，△p小，主要靠毛管力作用，小孔道中流速较大，大孔道中留下残油\n油层物理复习资料んailq较大时，△p大，主要靠压强差作用，大孔道中流速较大，小孔道中留下残油五、毛细管孔道的混合液流淤塞效应毛细管长度为L，半径为r0,油滴半径为r2r(p−p)012只有单相液流时，v=08μL4(r2−r4)(p−p)v⎛r⎞012L=1−⎜⎟孔道充满液滴（或气泡）vL=2v⎜r⎟8μLr00⎝0⎠第二节两相渗流的相对渗透率多相流体共存和流动时，岩石对某一相流体的通过能力大小，称为该相流体的相渗透率或有效渗透率1．单相流体渗流——绝对渗透率2．多相流体渗流——相渗透率仍然用达西定律，油、水两相Kw+Ko非润湿相饱和度上图中Swi>Sor四个特点点：如图，SwiSor等渗点Sor对应的Krw驱油效率=（Soi-Sor）/Soi注意：S增加，K增加，但非润湿相饱和度增加的速率比润湿相要快影响相对渗透率的因素1．孔隙结构1）高渗透，大孔隙砂岩B区大Swi低2）孔隙小，连通性不好Kro与Krw终点都较小3）同样大小孔隙，连通性不好，接近于小孔隙连通性好的曲线4）渗透性差、连通性好的岩心共存水饱和度高，两相流覆盖饱和度的范围较窄2．润湿性岩石从强润湿性(θ=0°)到强非润湿性(θ=180°)油相相对渗透率下降，水相相对渗透率增加判断岩石水湿（1）Swi>20%~50%（2）等渗点对应的Sw>50%（∵水不易流动∴水湿）\n油层物理复习资料んail（3）Sor对应的Krw<30%判断油湿（1）Swi<15%（2）等渗点对应的Sw<50%（3）Swi对应的Kro>50%3．流体物性1>粘度非润湿相粘度很高时，其相对渗透率随（非润湿/润湿相）粘度比增加而增加可超过100%润湿相相对渗透率与粘度比无关粘度比的影响随孔隙半径增大而减小渗透率大于1μm²时，可忽略粘度比的作用还必须在饱和度较高时才能表现出来4．饱和历史饱和历史对非润湿相相对渗透率的影响远大于对润湿相相对渗透率的影响5．温度观点一：影响不大观点二：温度升高，Swi增加，更加水湿，Kro增加Krw减小观点三：温度升高，Kro增加Krw增加6．驱动因素（π准数）σσLπ=或π=毛管压力梯度与驱动压力梯度的比值νμKΔp教材图10-21π值越小，两相渗透率都增大，B区增大；∵σ减小或压差增大可以克服贾敏效应，非连续相开始流动（低界面张力采油）π≥0.5×10^6压差对相对渗透率影响很小第三节三相体系的相对渗透率当气饱和度低时，体系视为水—烃（油+气）两相，水为湿相，油为非湿相当水饱和度低时，体系视为气—液（油+水）两相，液为湿相，气为非湿相第五节相对渗透率曲线的应用一、计算油井产量，水油比，流度比KoAΔpKroKAΔpKwAΔpKrwKAΔp油：Q==水：Q==owμLμLμLμLooww定义流度λ=K/μ流度越大，流动越容易∴Qw/Qo=λw/λo=M流度比即水油比二、利用相对渗透率曲线分析油井产水规律1．相对渗透率的比值和饱和度的关系教材图10-29Kro/Krw与Sw的函数图，在单对数坐标上，中间段为直线Kro=Ko=ae−bSwa—直线的截距b—直线的斜率KKrww2．分析产水规律地下产水率QK/μ11wwwf====wQo+QwKw/μw+Ko/μo1+(Ko)(μw)1+(μw)ae−bSwKμμwoo\n油层物理复习资料んailQ/Bww地面产水率f=wQ/B+Q/Booww因此1）fw随流度比M增大而增大2）油越稠，fw越大3）Sw越大，fw越大4）fw(Sw)曲线，两头慢中间快三、确定油水在储层中的垂向分布油水相对渗透率曲线和毛细管压力曲线共同应用，就可以准确确定A、B的位置、高度四、确定自由水面1）自由水面：毛管力为0的水面2）100%产水的水面：低于它便100%产水，不产油自由水面的深度h1=h2+dh油的相对渗透率为零的水面深度h2，而由相对渗透率曲线可确定Kro=0时对应的Sw，根据此Sw查毛管力曲线查出该饱和度距自由水面的高差，记为dh地层渗透率越高，孔隙结构越接近超毛细管系统，dh就越小五、计算驱油效率和油藏水驱油采收率波及系数、扫油系数Ev=(Ashs)/(Ah)VV−（V+V）o采出o原始o未波及o波及区残余的采收率E===EERVDVVo原始o原始ED驱油效率Soi−SorE=DSoi提高采收率：提高Ev(提高As、提高hs)提高ED(降低Sor)残余油饱和度影响因素定义油滴上的动力与阻力之比Δp/l为毛管数当此值达到一定值时，油滴便能流动σKΔp/lvμ1对介质N===Nc越大Sor越小Cσσπ