第三课多相流体的渗流机理.docVIP

教学题目 第三章 多相流体的渗流机理 教学目的 掌握岩石润湿性的基本概念、度量标准以及对地层流体分布的影响规律；毛管力的基本概念和毛管力曲线的测定方法、基本特征和主要应用；各种渗透率和流度的基本概念以及相对渗透率曲线的测定方法、基本特征、影响因素和主要应用。 理解油藏流体间的表面张力的影响因素分析；润湿程度的定量描述方法；任意曲面毛管力的计算方法；毛管力曲线的应用；各种阻力效应的分析；相对渗透率曲线的影响因素及其应用。 了解界面现象、吸附规律。 教学重难点 教学重点：界面张力、润湿性、毛管力、渗透率等基本概念、影响因素及确定方法；毛管压力和渗透率的曲线特征及应用。 教学难点：任意曲面毛管力的计算方法、各种阻力效应的分析。 教学主要方法 讲授法、启发法、问题法、案例法。 教学过程 第三章 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。这和前面所讲的如流体的相对密度、粘度以及地层油的其它一些物理性质等不同，后者主要是与物质内部的分子力有关。 通常，把由相内分子所引起的一些性质叫做“体积性质”；而把由于两相界面层分子所引起的一些性质叫做“表面性质”。 为了和后面章节衔接，首先对流体和岩石间的界面现象、表面物理化学性质力、表面吸附、表面润湿性及毛管力、界面粘度等，做一简要的回顾。 一、储层流体的相间界面张力及其测定 1．界面张力的基本概念及影响因素 只要两相接触，就有界面出现。在习惯上，人们经常把“表面”和“界面”混用。严格来讲，只能当接触的两相中有一相是气相时，才能把与气相接触的界面称为表面。如固-气、液-气接触的界面叫做固体和液体的表面；对固-液、液-液相接触的界面仍应叫界面。那么处于界面层的分子与处于相内的分子有什么不同呢?为便于讨论，首先从水的表面层谈起。如图3-1所示，水相(液体)内分子层的每一个分子(如分子b)，由于它们同时受到周围同类分子力的作用，所以其分子力场处于相对平衡状态，即周围分子力的合力为零．而水表面层的分子(如分子a)，由于它们一方面受到液体(水)层内分子力的作用，同时另一方面又受到空气(气相)分子的作用，由于水的分子力远远大于空气的分子力，所以表面层分子就会自发地力图向下沉入水中，表面层分子受到周围分子力的作用合力不再为零，力场也不再平衡。表层分子比液相内分子储存有多余的“自由能”，这就是两相界面层的自由表面能。 如想将相内的水分子举升到水表面上，必须付出能量作功，这种能量将转化为自由表面能。可以看出，只有当存在有两相界面时，才有分子力场的不平衡，也才有自由表面能的存在。以上是从水和空气为界面开始讨论的，如果将水和空气两相换成任意两相，不论是气-液、液-液，还是气一固、液一固，只要存在有界面，就必然存在有上述的自由表面能，其原理是相同的。完全互溶的两