油层物理毛管力公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx
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1、1第四节 储层岩石毛管力v一、毛细管中液面上升或下降现象假如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力,使湿相液面上升一定高度;反之,假如把毛细管插入到非润湿相中,则管内液面呈凸形,液体受到一个向下压力,使非润湿相液面下降一定高度。这种在毛管中产生液面上升或下降曲面附加压力,称为毛细管压力,简称毛管力。第第1页页第第1页页2一、毛管中液体上升v 若在一个装有油水两相容器中插入毛细管,则湿相水会沿毛管上升,上升高度为h。v 设油水界面张力为,润湿接触角为,油、水密度分别为o、w;v且设毛管中,紧靠油水界面附近,油相中OB点压力为Pob,水相中WB点压力为Pwb;在
2、大容器中,紧靠油水界面附近,油相中OA点和水相中WA点压力分别为Poa和Pwa,则有:hPwa油水PoaPobPwb OA WB OB WA第第2页页第第2页页3油相中,Pob=Poa-ogh (1)水相中,Pwb=Pwa-wgh (2)hPwa油水PoaPobPwb OA WB OB WA又,Poa=Pwa (3)由于连通管中同一水平高度上压力相等,并且认为烧杯容器足够大,OA点所处油水界面为水平,即毛管力为零。一、毛管中液体上升第第3页页第第3页页4v1.1 毛管力公式推导当液面上升到一定高度时,存在平衡关系式:由此得到:再由U形管原理得:式中Pc为毛管力,定义为两相界面上压力差,其数值等
3、于界面两侧非湿相压力减去湿相压力。一、毛管中液体上升第第4页页第第4页页51.1 毛管力公式推导v人们将毛管压力定义为两相界面上压力差,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:P Pc c=P=Pobob-P-Pwbwb=(w w-o o)gh=ghgh=ghv这是油层中毛细管平衡理论基本公式。v该式表明:液柱上升高度直接与毛管压力值相关,毛管压力越大,则液柱上升越高。又可得:gh=2cos/r则该式可用于计算液体(如水)在储层中上升高度。第第5页页第第5页页61.1 毛管力公式推导气气气气-液系统液系统液系统液系统:油油油油-水系统水系统水系统水系统:第第6页页第第6页页7
4、毛管力性质v毛管压力:毛管中弯液面两侧非湿相与湿相压力差,称为毛管压力。方向朝向凹向,大小等于毛管中上升液柱压强。v1)毛管力存在于任何方向放置毛细管中。上述讨论是指垂直毛细管,在实际油层中毛管倾斜时,只要其它参数(如,r,cos,)不变,液柱上升高度将不改变。当毛细管水平时,水槽中水被吸出,在地层中水湿毛细管毛管力是驱油动力。第第7页页第第7页页8毛管力性质v2)毛管力Pc与cos成正比。对油水体系,岩石表面亲水时,即90,cos0时,毛管力为正,水面就会上升,岩样能够自然吸水。反之,岩石表面亲油时,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
5、毛管力。v3)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,毛细管中液面参差不齐,油水界面或油气界面成为一个含有相称厚度油水或油气过渡带,而不是一个截然分开平面。v4)对于实际油层来说,当岩石表面为亲水性时,水能在毛管力作用下自动进入岩心,驱出了岩心中油,这一过程就称为吸吮过程或称自吸过程。反之,当岩石表面亲油(90)时,岩样不能自动吸水,如要使水进入岩心使水驱油,则必须施加一个外力克服毛管力,这种过程即为驱替过程。第第8页页第第8页页91.2 毛管力公式应用v1)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
6、、r、cos、)相同时,上升液柱高度将不改变。当毛管孔道半径改变时,则湿相上升高度会高下不一致,孔道越小,上升越高。v因此可得出:实际油藏中油水界面不是一个截然分开平面,而是含有相称高度油水过渡带(或油气过渡带)。普通而言,由于w-o o-g(或w-g),故油水过渡带比油气过渡带厚度更大。第第9页页第第9页页101.2 毛管力公式应用v2)岩石亲水,毛管力是水驱油动力;岩石亲油,毛管力是水驱油阻力。v3)判断岩石润湿性 第第10页页第第10页页11二、各种曲面附加压力 曲面附加压力 如图,任何简朴曲面必定存在附加压力,该毛管压力方向与液面凹向一致(即图中箭头所表示),附加压力大小由拉普拉斯方程
7、可得(忽略重力作用):1、球面上毛管压力 第第11页页第第11页页12二、各种曲面附加压力 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。第第12页页第第12页页13二、各种曲面附加压力v2、柱面上毛管压力 亲水毛管中弯曲界面球面与柱面 在亲水岩石孔道,除油水弯曲面外,尚有壁面与水接触圆柱面。由于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。第第13页页第第13页页14二、各种曲面附加压力柱面曲率及毛管力方向 柱面毛管力Pcz指向管轴心,毛管力作用使毛管中水膜厚度增长。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
8、为球面。第第14页页第第14页页15二、各种曲面附加压力v3、锥形毛管中毛管力 如图,粗端曲面曲率半径为R1r1cos(+),细端曲面曲率半径为R2r2cos(),那么曲面上毛管压力为:第第15页页第第15页页16二、各种曲面附加压力v4.两相流体处于裂缝间(平行板间)毛管力 裂缝宽度越小,则毛管压力越大。第第16页页第第16页页17二、各种曲面附加压力v5、抱负砂岩砂粒接触处流体环状分布毛管力 砂粒间湿相流体环状分布及弯曲面 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。第第17页页第第17页页18三、孔道中毛管效应附加阻力 v1、当
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