1 水驱油新

p1 8L1v1 r2 1
(1.22)
式中L1为被某一特定相充填的孔隙长度。由于孔隙被水优先润湿， 就会在油水界面两边的水和油之间形成压差。方程式（1.23）表明油相 压力大于水相的力：
2 cos Pc p o p w r
(1.23 )
如果我们考虑水进入孔隙1后A、B两点间的压力分布，即：
(1.12)
1.2 微观水驱油机理
油水是两种 不互溶液 体 ，其界面张力高达3050mN/m。油层是高度分散体系，界面性质对油水流 动有着关键影响，特别是毛管力对油的滞留和排驱有 着主导作用。油层岩石是由几何形状和大小极不一致 的矿物颗粒构成的，形成一个复杂的空间网络，且矿 物颗粒的组成也不完全相同，这些因素决定了孔隙介 质的微观几何结构和表面性质都是极不均一的。油层 性质的非均质性，增加了水驱油的复杂性，直接影响 微观水驱油效率ED。
Po是油水界面上一点的油相压力，Pw是界面下水 相的压力，产生的力平衡如下： Po=Pa+ρogh1 和 Pw=Pa+ρog（h1+h）- ρwgh h1、h：为图中液体的高度，cm； ρo、ρw：分别为油水密度， g/cm3； g：是重力加速度，980cm/s2。
图1。6 界面力导致的毛管压力图
Patm
表1.1 水润湿孔隙中，孔隙速度为3.35 μm ／s 时， 粘滞压力降同毛细管压力降的对比 孔隙半r （μm） 2.5 5 10 25 粘滞压力降 8Lv / r 2 （Pa） 2.26 0.56 0.141 0.023 毛细管压力△pc (Pa) 24000 12000 6000 2400 总压降pA-pB (Pa) -23998 -12000 -6000 -2400
h1 h pw po
(1.6) (1.7)
油
式中，Pa：为大气压，dynes/cm2；
水
水的压力可以通过穿过油的总压头减去水头计算得到。容器中油水 界面处的压 力 ，采用与 毛管中相同 高度水的压 力值 ，用方 程(1.6）(1.7） ，则： Po-Pw=h（ρw-ρ是负值，主要依优先润湿性而定， 非润湿相中的压力较大。在前面已了解油水的界面张力，通过换算毛管 压力为：
l qo pA
p1 q1
p2 q2 （a）
r1 r2
pB
q2
（b）
（c）
图1.9 并联毛管中的水驱油
并联孔隙模型中的捕获作用，可依据渗流的元体模型，估算每一个 孔隙中的水的流速和毛细管力来模拟。如果两相的密度都不变，各相的 渗流都是稳定的，而且可依据表达圆管中层流的Poiseuille方程式计算流 速。若v1为孔隙1中的流速，那么，由渗流流体和孔隙壁之间的粘滞力 引起的压力降就可由以下方程式求出：
P1 P2 2 cos / r2
(1.21)
图1.8 变直径毛细管内油、水的界面示意图
显然，欲使油滴移动的压力，大抵与孔隙喉道半径r2 相关。例如，r2=1μm，σ=5mN/m，油和水性质同前，则 要将此油滴推过孔喉的压力必将大于10-1bar。 现在假定这些形态相同的非等径孔隙的平均长度L为50 μm ，每个孔隙中都有一个 油滴，欲使每个油滴能够移动 ，则所需的压力梯度为：
1 水驱油机理


油藏排驱过程中的力 微观水驱油机理 宏观水驱油机理 毛管数及其意义 粘性指进与舌进 影响水驱采收率的因素
概述
目的：向地层补充能量的驱替方法。 水驱采收率（E）概念：指宏观扫油效率与微观驱油效率 的乘积，即：E=EV•ED EV--水波及体积占油藏总体积的百分数，等于面积扫油 效 率乘体积扫油效率，约50-70%； ED --水波及区内排驱的油量百分数，约30-40%。 故，水驱采收率约为15-30%OOIP。 OOIP-Original Oil in Place，原始石油地质储量。
因为：
p A pB
8wLwv1 r2 1

2 cos 8o Lov1 r r2 1 1
（1.25）
o w 和 L L w Lo
则：
8Lv1 PAB 2 Pc1 r1
（1.26）
PAB
8Lv1 P1 c 2 r1
(1.26)
方程式(1.26)右边的两项的数值是有用的。设想在半 径为r的单一孔隙中水驱油速度为3.53 μm ／s 、孔隙的长 度为500 μm ，粘度为1mP.s 、界面张力为30mN／m）， 接触角θ为零。表1.1给出不同孔隙半径的pA-pB数值。
ED
S or 1 S oi
Oil
Grains
Water
Swept Area
1.1.1 孔隙介质中原油的捕集
孔隙介质中原油或其它流体的捕集作用不是非常清楚， 同时也不能以数学的方法给以精确的描述，但已知捕获机理 依赖于： 1）孔隙介质的孔隙结构； 2）与润湿性有关的流体-岩石间的相互作用； 3）界面张力反映的液-液间的相互作用和流动不稳定性。
1.单孔隙模型
尽管单孔隙模型与实际的油藏相比，可能相差甚远。 但是它仍然是一种有用的概念。如图1.7所示，我们先研究 一根等直的柱形毛细管。设毛细管的半径为r，油水界面的 表面张力为σ，油—水界面弯液面的曲率半径为R，则弯液 面两恻的压差（即毛细管压力）Pc应为：
2 po p w pc 2 cos R
通过分析微观水驱油机理，了解水驱残 余油的形成、滞留和排驱，本节在单孔隙模 型和双孔隙模型的基础上，说明残余油的形 成和捕集。
1.2.1 驱油效率（ ED）
(Displacement Efficiency)
定义：油藏被水波及的体积内，水驱替的油量与波及体积内原油 地质储量的比值，又称为洗油效率。驱油效率总是小于1。
σos –σws = σow cosθ (1.5）
σos、σws、σow分别是油固、水固和油水之间的界面张力 ，θ为接触角。 σow
油
σws
θ
水
σos
图1.5 油、水、固界面间的界面力
1.1.2 毛管压力
毛管中因为两种不互溶流体中的界面存在张力，在分界面 上存在压力差，这个压力差称为毛管压力—Capillary Pressure， 两种流体中有一种流体比另一种流体更优先地润湿固体表面。 毛管压力可以表现为毛管中液体上升或下降行为，如图1.6玻璃 毛管中上升的水，水上面的液体是油，因为水完全润湿玻璃毛 管，所以表现为毛管中液体上升。
表面力即表面抗张力。用表面张力σ来确定表面力的大小，表 面力指表平面的单位表面长度上的作用力。表面张力可如图1.2那样 形象化。F是对长度为L的液体表面作用的法向力，单位长度上的法 向力（F/L）就是表面张力，通常用dynes/cm表示。 表面张力与产生新的表面所要作的功有关。 假定，图1.2中的力F移动了dx距离，产生的新 的表面是Ldx，所作的功可表示为： W=Fdx (1.1) F 或者， W=σdA (1.2） 式中，F为施加于表面的力；L是表面受力 长度；σ即IFT，界面张力；dA=Ldx是新的表 L 液体 面。产生附加表面所需要作的功与界面张力成 正比，σdA 也就是表面能。 图1.2 定义表面张力的力和长度
（1.19）
式中，Po，Pw分别为油相和水相的压力，θ为接触角。
图1.7所示的油水界面，在柱形毛细管中系处于平衡状 态。亦即，油、水两相处于静态平衡。如果，r=1μm， σ=5mN/m，θ=0（表示毛细管表面完全为水所润湿），则： Pc=2×5mN/m×10-6m =104barN/m2=10-1bar 显然，如欲改变油—水相的静态平衡，而使油水两相 在毛细管中流动，则所施加的压力必须大于Pc。这就是通 常所说的克服毛细阻力。
2 ow cos Pc r
(1.11）
毛管压力与液/液界面张力、流体的润湿性、毛管大小有关。毛管压 力可以是正值，也可以是负值；符号仅仅表示毛管中相压力较低。具有 较低压力的一相总是优先润湿毛管。作为毛管半径和润湿性的函数，当 毛管半径和岩石表面润湿相的亲合力增加时，毛管压力Pc减小，这一点 非常重要。
1.1 微观水驱油机理
1.1.1 单毛管中的水驱油
油水是两种不互溶液体，其界面张力高达30-50mN/m。 油层是高度分散体系，界面性质对油水流动有着关键影响， 特别是毛管力对油的滞留和排驱有着不可忽视的作用。油 层岩石是由几何形状和大小多极不一致的矿物颗粒构成的， 形成一个复杂的空间网络，矿物颗粒的组成不完全相同。 这些因素决定了孔隙介质的微观几何结构和表面性质都是 极不均一的。油层性质的非均质性，增加了水驱油的复杂 性，直接影响微观水驱油效率ED。
用毛细管测定某一液体界面张力的方法很简便。如图1.3，将半径 为r的毛管插入一盛水的烧杯中，毛管中水将升到某一高度，并且因为 力的差异会产生一弯液面。静态条件下, 力是通过作用在液柱上的重力所平衡：表面张力向上的垂直分力×润 湿周长=作用在液柱上向下的重力。即： σcosθ2πr=πr2h（ρw-ρa）g (1-3） 式中，r：毛细管半径，cm； h：毛细管中水的上升高度，cm； ρw、ρa：分别为水和空气的密度，g/Cm3； g：重力加速度，980cm/s2； r θ：水和毛管之间的接触角。 空 为了计算界面张力，方程(1.3）可写为： θ 气 h
( P P2 ) / L 104 Pa / 50 106 m 200MPa / m 1
十分明显，这样大的压力梯度，对任何一个油藏的储 层都是无法建立的（除非通过增产措施，比如，压裂）。 也就是说，要使油滴移动必须降低所需的压力梯度。然而 通常油藏能达到的压力梯度水平是0.1bar/m，亦即，要把 界面张力减小2×104倍。
三.粘滞力
孔隙介质中的粘滞力是以流体流过介质时所出现的压降大小 反映出的。计算粘滞力大小的最简单近似方法是考虑把一束平行 毛管作为多孔介质，则以层流的方式通过单根毛管的压降可由 Poiseuille定律给出：