3-3毛管力解析.ppt

* 第三节 油藏岩石的毛管力 一、弯液面在毛细管中上升的现象 毛管力 水在毛细管内上升至一定高度h，是毛细管管壁对水的附着张力与毛细管中液柱的重力平衡的结果。 （1）由表面张力推导毛管力公式 1. 玻璃毛细管和水-气系统 作用于三相周界上的各个界面张力之间的关系： 附着张力A 则： （2）由流体力学推导毛管力公式 设： 弯液面内侧B′点压力为PB′；弯液面外侧的B点压力为PB； 水面上A′点压力为PA′，毛细管中A点的压力为PA； 根据U形管原理： PA′=PA=Pa； PB′=Pa(大气压力)、PA′=Pa (大气压力)； 则： 而 毛细管压力 (毛管力) PC为毛细管压力(简称毛管力),它的物理意义： 毛细管中弯液面两侧两种流体(非湿相流体与湿相流体)的压力差,是附着张力与润湿性共同作用在弯液面上产生的附加压力。 毛管力的大小等于毛细管中水柱的重力；方向指向弯液面内侧(毛管力的作用使弯液面两侧的非湿相流体的压力高于湿相流体的压力)。 2. 玻璃毛细管和油-水系统 又 所以 归纳如下： (1)毛管力Pc与cosθ成正比,θ＜90°,毛管亲水，Pc为正值,弯液面上升；θ＞90°,毛管憎水(亲油)，Pc为负值, 弯液面下降。 (2)毛管力Pc和两相界面的界面张力σ成正比； (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。 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： 对于油-水界面： 过渡带高度取决于最细的毛管中的油(或水)柱的上升高度。 因为ρw-ρo＜ρo,所以油-水过渡带比气-液过渡带宽,且油越稠，ρw-ρo越小,油水过渡带越宽。 σog很小,故气-液过渡带高度较小。 当毛管倾斜时,水沿毛管上升,但垂直高度不变；当毛管水平放置时,毛管力则成为水驱油的动力。若岩石亲油,毛管力将阻止水进入毛管,从而成为水驱油的阻力。 2.岩石亲水,毛管力是水驱油的动力,否则毛管力是水驱油的阻力。 毛管力的方向主要受控于流体对岩石的选择性润湿。 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。 三、任意曲面的附加压力 拉普拉斯方程： 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。 1.不规则曲面的附加压力 （1）球面的附加压力 过毛管轴心线,用两垂直相交的平面截得的两相流体界面均为球面,曲率半径相同,即R1=R2=R ； （2）柱面的附加压力 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=∞, 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。 设缝宽为W,缝中弯液面的主曲率半径分别为R1、R2(R2=∞)； 裂缝宽度越小,毛管力越大。 *（3）断面渐变毛管的附加压力 因此，圆锥形毛细管中弯液面的附加压力为： 毛细管粗端弯液面的曲率半径为： 细端的曲率半径为： 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 ①液珠或气泡静止时： 由柱面产生的毛管力： 由球形弯液面产生毛管力为： 由于压强的传递作用,球形弯液面的毛管力Pc′施于管壁,柱面的毛管力Pc″与其相反,故静态时管壁液膜所受的净压力为： 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： 当珠泡两端压差克服了上述两种阻力以及液膜阻力后,珠泡才能流动。 液珠或气泡通过孔隙喉道时,产生的附加阻力称为贾敏效应。 钻井液、完井液、压井液：失水时对油流向井造成阻力。 调剖堵水：封堵大孔道、调整流体渗流剖面，通过增加驱替液的波及体积来提高原油采收率。 （2）贾敏效应 3.毛细管滞后现象 毛细管滞后现象与润湿滞后及孔隙几何形态有关： (1)润湿滞后引起毛细管滞后 (2)毛细管半径突变引起毛细管滞后 (3)毛细管半径渐变引起毛细管滞后 毛细管中吸入液柱高度小于驱替液柱高度的现象叫做毛细管滞后现象。 四、岩石毛管力曲线的测定方法 半渗隔板法 压汞法