提高原油采收率原理(EOR)第二章PPT课件
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提高采收率(ERO)
一、球形曲界面压力差
1、球形曲界面压差的实验证明
p1
p2
p1 p2
2、球形曲界面两侧压差产生原因
• 表面能趋于减少，气泡表面倾向于收缩，必 然会产生一种作用，去阻碍气泡表面增大， 即表面能趋于减少的倾向会对鼓泡的方向施 加压力，阻碍表面增大，称为表面收缩压。 • 表面收缩压与鼓泡的压力平衡 • Δp = p 1 – p2
2.4 润湿性对采收率影响
（82-36） /82=0.56
（65-20） /65=0.69
3、 流度比
λw k w k o M wo= = / λo μ w μo
生产井
流度：流体通过孔隙介质能力的一种量度 油
λ=
水 油
k
油
μ
注入井
水 油
调剖堵水 K2>K3>K1
聚合物驱、热采
4、毛管数 • 定义 无因次准数
油湿 大于90 大于140 大于100
中性润湿 90 90~140 60~100
2.2 Amott指数法
IA(w)>0:水湿； IA(w)=0:油湿； IA(w)接近于0为中性润湿 IA(o)>0:油湿； IA(o)=0:水湿； IA(o)接近于0为中性润湿
2.3 USBM方法
W=lg(A1/A2) W正值：水湿 W负值：油湿 W为零：中性
3、球形曲界面两侧压差公式推导
对于液体下的一个气泡，半径为r，在Δp作用下试 图增加其体积，半径增加dr，体积增加 dV=4πr2dr，表面积增加dA= 8πrdr 按照热力学，此过程作功
W=ΔpdV=Δp 4πr2dr
按照表面能的概念，表面能增加
σdA= σ 8πrdr
容积功=表面能增加 Δp 4πr2dr= σ 8πrdr
提高石油采收率
第一章注水及空气驱油技术1.原油采收率Er：采出原油量与原始地质储量的百分数或比值。
2.一次采油：利用油层原有的天然能量采油，采油成本低，采出程度低。
二次采油：利用人工补充能量采油，机械能采油，采出程度和采油成本相对较高。
三次采油：利用物理化学能采油，即通过改变地层，流体的性质，特别是界面性质进行采油，采油成本高，采出程度高。
四次采油：利用生物能，核能等方法采油。
3.波及系数Ev：油藏被工作剂驱洗过的体积占总体积的百分数。
4.驱油效率Ed：被工作剂冲洗下来的油量与波及区域内总油量比值的百分数。
5.Er=Ev-Ed6.残余油:①剩余油：由于注水波及系数低，注入水未波及的区域内剩余的原油。
②残余油：注入水在波及区域内或孔道内已扫过区域仍然残留而未能被驱走的原油7.毛管数：粘滞力与局部毛细管力的比值。
（增大毛管数可降低残余油饱和度）8.影响水驱油效率的因素：①油藏岩石的润湿性②油层沉积韵律的影响：正韵律油层、反韵律油层、复合韵律油层③粘滞力和毛管力的影响9.影响波及系数Ev的因素：①油藏流体粘度（粘度↑，Ev↓）②流度比的影响③非均质的影响④井网的影响10.流度比：驱替相的流度与被驱替相的流度之比。
M=1，油水流动性能相同。
M<1水的流度小于油的流度，利于驱油，Ev高。
M>1水的流度大于油的流度11.油水前缘：分隔油区与油水两相区的界面。
水驱油前缘推进方式：①活塞式推进②非活塞式推进。
12.粘性指进：当一相流体驱替与其不混溶的另一相流体时，由于两相流体粘度的差异，造成驱替相流体在两相接触处呈分散液束，像手指状向前推进的现象。
13.舌进：在油层平面上，注入水沿高渗透区域高渗透区或高渗透带，首先到达油井，其水线前缘成舌状，故称舌进。
第二章聚合物驱油技术1.聚合物溶液驱油：把聚合物添加到注入水中，提高注入水的粘度，降低驱替介质的流度的一种改善水驱的方法。
2.聚合物：由被称为单体的低分子物质聚合而成的高分子化合物。
提高原油采收率EOR
1第一章1．波及系数：指注入流体波及区域的体积与油藏总体积之比。
2．洗油效率：指注入流体在波及范围内，采出的油量与波及区内石油储量的体积之比。
3．采收率：油藏累计采出的油量与油藏地质储量比值的百分数。
从理论上来说，取决于波及效率（系数）（EV ）和驱（洗）油效率（ED ） 。
因此，采收率（ER ）定义为：ER （η）=EV · ED4．影响采收率的因素：（1）地层的不均质性（2）地层表面的润湿性（3）流度比（4）毛管数（5）布井 5．流度比：指驱油时驱动液流度与被驱动液（原油）流度之比。
w ro orw w o o w o o w w o w wo k k k k /k /k M μμμμμμλλ====6．毛管数：粘滞力与毛管力的比值。
毛管数增大，洗油效率提高，使采收率提高（即剩余油饱和度减少）－影响残余油饱和度的主要因素。
σμd d V Nc =7．增大毛管数的途径： （1）减小σ水驱油时，毛管数的数量级为10-6。
从图1-8可以看到，若将毛管数的数量级增至10-2，则剩余油饱和度趋于零。
若油水界面张力由101mN.m-1降至10-3mN.m-1数量级，即满足此要求。
因此提出表面活性剂驱和混相驱的采油法。
（2）增加µd这也是提出聚合物驱的依据。
（3）提高Vd 但有一定限度。
8．、第二章1．2．在亲水地层，毛细管上升现象是水驱油的动力，在亲油地层，毛细管下降现象是水驱油的阻力。
233.Jamin 效应：是指液珠或气泡通过喉孔时由于界面变形而对液流产生的阻力效应。
)R 1R 1(2p p 2112-=-σ4.（1）Jamin 效应始终是阻力效应，亲水地层Jamin 效应发生在油珠或气泡通过喉孔之前；亲油地层Jamin 效应发生在油珠或气泡通过喉孔之后。
（2）Jamin 效应具有叠加作用即总的Jamin 效应是各个喉孔Jamin 效应的加和。
5.润湿现象：固体表面上一种流体被另一种流体取代引起表面能下降的过程。
提高原油采收率原理 103页PPT文档
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
第5页
热力采油的发展史
提高采收率原理 石油工程专业选修课
热力采油在EOR采油中的地位及潜力
几个主要国家稠油和沥青砂的储量：
加拿大：3820108t
委内瑞拉：2270108t
美国：300108t
中国：20108t 前苏联：242108t
第二节 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐开采过程 二、蒸汽吞吐机理 三、影响蒸汽吞吐的因素 第三节 蒸汽驱 一、蒸汽驱采油机理 二、影响蒸汽驱效果的因素 第四节 火烧油层 一、火烧油层的采油机理 二、火烧油层的采油方法
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
第2页
第八章 热力采油
2010年11月10日
本章重点：
1、稠油 2、蒸汽吞吐 3、蒸汽驱
资源学院石油系 Yuan Caiping
第3页
热力采油的发展史
提高采收率原理 石油工程专业选修课
热采发展史
任何技术的发展都是以生产的需要为动力，生产的 需要是热力采油技术发展的原动力。由于发现的稠油 无法用天然能量和注水进行正常开发，人们开始了研 究新技术。早期的研究包括：
• 中 国：2019年初：EOR的产量:40万桶/d 注蒸汽产量占50％
2010年11月10日
资源学院石油系 Yuan Caiping
第8页
第一节 基本理论
提高采收率原理 石油工程专业选修课
一、基本概念
1、热力采油方法：是指利用热能加热油藏, 降低原油的粘 度, 将原油从地下采出的一种提高采收率的方法。
热采的总的目的：加热油层提高原油温度，使原油易于流动。
提高原油采收率原理(EOR)第二章-3-B
则p1-p3<0，即p1<p3 ，
引起砂面上油膜变薄 油将集中在砂粒间的接触处。 引起砂面上油膜变薄，油将集中在砂粒间的接触处。 变薄，
3、水驱油通过并联毛细管时的分散现象 的 移 动 速 的 移 动 速 取 决 于 若ν1＜ν2，由于 ν1＜ν2， 毛细管力， 毛细管力，则在大细 管中留下油滴； 管中留下油滴；亲水 且水驱油速度太低时 也如此。 也如此。
蒙 脱 石 （微 晶 高 岭 石 ） 的 晶 体 构 造
密 ， 水 分 子 易 进 入 而 发 生 膨 胀 。
有 较 强 的 离 子 交 换 能 力 ， 晶 胞 连 接 不 紧
而 与 － 八 面 体 所 共 有 。 易 晶 格 取 代 ，
个 － 四 面 体 顶 端 的 都 指 向 中 央 ，
夹 在 中 间 的 一 层 － 八 面 体 组 成 。 每
地层水的pH值一般在 地层水的pH值一般在6.5~7.5范围，方解石的表面是带 值一般在6.5~7.5范围 范围， 正电 正电的。 正电的。 由于地层水中通常还含有其他来源的离子， 由于地层水中通常还含有其他来源的离子，因此方解石 表面的电性还与这部分离子有关。 表面的电性还与这部分离子有关。
在油田使用的化学剂，在水中起作用部分常带 在油田使用的化学剂， 一定电性。 一定电性。这些化学剂在带相反电性的地层使用时 会使地层表面电性符号改变 电性符号改变（ 21） 润湿反转， 会使地层表面电性符号改变（图2-21）或润湿反转， 从而使化学剂耗量大大增加。 从而使化学剂耗量大大增加。
第二章 油层中的界面现象
第五节 岩石表面的带电现象
一、砂岩表面
表2-2 组成砂岩的一些矿物及它们的化学式
组成砂粒和胶结物的矿物（除硅质胶结外） 组成砂粒和胶结物的矿物（除硅质胶结外）主要是硅铝酸盐
引起砂面上油膜变薄 油将集中在砂粒间的接触处。 引起砂面上油膜变薄，油将集中在砂粒间的接触处。 变薄，
3、水驱油通过并联毛细管时的分散现象 的 移 动 速 的 移 动 速 取 决 于 若ν1＜ν2，由于 ν1＜ν2， 毛细管力， 毛细管力，则在大细 管中留下油滴； 管中留下油滴；亲水 且水驱油速度太低时 也如此。 也如此。
蒙 脱 石 （微 晶 高 岭 石 ） 的 晶 体 构 造
密 ， 水 分 子 易 进 入 而 发 生 膨 胀 。
有 较 强 的 离 子 交 换 能 力 ， 晶 胞 连 接 不 紧
而 与 － 八 面 体 所 共 有 。 易 晶 格 取 代 ，
个 － 四 面 体 顶 端 的 都 指 向 中 央 ，
夹 在 中 间 的 一 层 － 八 面 体 组 成 。 每
地层水的pH值一般在 地层水的pH值一般在6.5~7.5范围，方解石的表面是带 值一般在6.5~7.5范围 范围， 正电 正电的。 正电的。 由于地层水中通常还含有其他来源的离子， 由于地层水中通常还含有其他来源的离子，因此方解石 表面的电性还与这部分离子有关。 表面的电性还与这部分离子有关。
在油田使用的化学剂，在水中起作用部分常带 在油田使用的化学剂， 一定电性。 一定电性。这些化学剂在带相反电性的地层使用时 会使地层表面电性符号改变 电性符号改变（ 21） 润湿反转， 会使地层表面电性符号改变（图2-21）或润湿反转， 从而使化学剂耗量大大增加。 从而使化学剂耗量大大增加。
第二章 油层中的界面现象
第五节 岩石表面的带电现象
一、砂岩表面
表2-2 组成砂岩的一些矿物及它们的化学式
组成砂粒和胶结物的矿物（除硅质胶结外） 组成砂粒和胶结物的矿物（除硅质胶结外）主要是硅铝酸盐
采油工程PPT课件
5.2.1自喷采油
1、自喷井生成过程中，原油流至地面分离器一般要经过四个流 动过程：
计量站
井口装置
Байду номын сангаас
油层
自喷井
5.2.2、人工举升采油： 气举采油 有杆泵采油 无杆泵采油
人工举升（机械采油）
有杆泵（杆柱传递能量）
常规深井泵（抽油机抽油）
地面驱动螺杆泵
电泵（电缆传递能量）
无杆泵
不同点：实现其导流性的方式不同
目标均是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减少油气水渗流阻力。
水力压裂：裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合； 酸压：一般不适用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均 匀溶蚀产生一定的导流能力。
5.3.3酸化压裂
5.4提高采收率技术： 5.4.1概述、基本概念 5.4.2化学驱油法 5.4.3混相驱油法 5.4.3热力采油法 5.4.5微生物采油法
三大矛盾—
层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍，注水后，各层受效时间、地层压力、产油速度、含水率都不一样。
层间矛盾
三大矛盾—
平面矛盾
一口注水井要对应两口以上的油井注水，由于沉积相的影响，各油井受效情况差异很大。
三、分层注水、分层调剖和分层增注
三大矛盾—
层内矛盾
在同一油层内，由于油层的非均匀质存在，影响该层的注水采收率。
油层
采油工程部分
水井
油井
油藏工程部分
人工补充能量
人工举升采油
液气
集输油气
脱水处理
污水
原油
回注或排放液
采油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏、钻井、采油和采油地面工程等。
1、自喷井生成过程中，原油流至地面分离器一般要经过四个流 动过程：
计量站
井口装置
Байду номын сангаас
油层
自喷井
5.2.2、人工举升采油： 气举采油 有杆泵采油 无杆泵采油
人工举升（机械采油）
有杆泵（杆柱传递能量）
常规深井泵（抽油机抽油）
地面驱动螺杆泵
电泵（电缆传递能量）
无杆泵
不同点：实现其导流性的方式不同
目标均是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减少油气水渗流阻力。
水力压裂：裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合； 酸压：一般不适用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均 匀溶蚀产生一定的导流能力。
5.3.3酸化压裂
5.4提高采收率技术： 5.4.1概述、基本概念 5.4.2化学驱油法 5.4.3混相驱油法 5.4.3热力采油法 5.4.5微生物采油法
三大矛盾—
层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍，注水后，各层受效时间、地层压力、产油速度、含水率都不一样。
层间矛盾
三大矛盾—
平面矛盾
一口注水井要对应两口以上的油井注水，由于沉积相的影响，各油井受效情况差异很大。
三、分层注水、分层调剖和分层增注
三大矛盾—
层内矛盾
在同一油层内，由于油层的非均匀质存在，影响该层的注水采收率。
油层
采油工程部分
水井
油井
油藏工程部分
人工补充能量
人工举升采油
液气
集输油气
脱水处理
污水
原油
回注或排放液
采油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏、钻井、采油和采油地面工程等。
《提高采收率技术》PPT幻灯片
老油田经过长期注水开发（大庆1959年，胜利1964年），现在已 经进入高含水期，目前胜利综合含水达到89.8%。老油田注水开发 的效率越来越低，如胜利油田年产量为2625万吨（7.19万吨/ 日）， 日注水61.07万立方米，采1吨原油需注水8.49立方米。
西部资源勘探程度不高，加之区域远离消费市场，短期内很难做到 石油探明储量与产量的大幅度增长。因此，需要继续做好用提高采 收率技术稳定东部这篇大文章。
8
§1 水驱油波及效率
在井网控制的范围内，从注入井到生产井油区不能被 注入水完全波及到，水波及体积占该油层体积的百分比， 称为波及效率，即：
ES A As hhs EAEh
表示注入的工作液在井网控制的油层区域内 的波及程度，包括面积波及和垂向波及。
注入水波及不到的地方形成剩余油。
9
§2 水波及区内的驱油效率
4
EOR分类
化学驱 包括：聚合物驱，表面活性剂驱，碱水驱，及其二元、 三元复合驱。
气体混相驱 包括：干气驱，富气驱，CO2驱，烟道气驱。
热力采油 包括：蒸汽吞吐，蒸汽驱，火烧油层，SAGD法。
油田稳油控水技术 包括调剖堵水、深部调驱技术。
5
中国各EOR方法所占的比例
3 2
1
2
1
3
1—热采方法（60%）
随着聚合物驱的进行（ r ），聚合物溶液具有自动稳 定驱替前缘的能力。
16
第二章 表面活性剂驱
Surfactant Flooding
17
§1 驱油用表面活性剂
EOR一般使用阴离子型表活剂(稳定性好、 吸附量小、成本低)，少量使用非离子型（耐高 矿化度，活性稍差），一般不使用阳离子型 （因为地层中吸附损失大）。
西部资源勘探程度不高，加之区域远离消费市场，短期内很难做到 石油探明储量与产量的大幅度增长。因此，需要继续做好用提高采 收率技术稳定东部这篇大文章。
8
§1 水驱油波及效率
在井网控制的范围内，从注入井到生产井油区不能被 注入水完全波及到，水波及体积占该油层体积的百分比， 称为波及效率，即：
ES A As hhs EAEh
表示注入的工作液在井网控制的油层区域内 的波及程度，包括面积波及和垂向波及。
注入水波及不到的地方形成剩余油。
9
§2 水波及区内的驱油效率
4
EOR分类
化学驱 包括：聚合物驱，表面活性剂驱，碱水驱，及其二元、 三元复合驱。
气体混相驱 包括：干气驱，富气驱，CO2驱，烟道气驱。
热力采油 包括：蒸汽吞吐，蒸汽驱，火烧油层，SAGD法。
油田稳油控水技术 包括调剖堵水、深部调驱技术。
5
中国各EOR方法所占的比例
3 2
1
2
1
3
1—热采方法（60%）
随着聚合物驱的进行（ r ），聚合物溶液具有自动稳 定驱替前缘的能力。
16
第二章 表面活性剂驱
Surfactant Flooding
17
§1 驱油用表面活性剂
EOR一般使用阴离子型表活剂(稳定性好、 吸附量小、成本低)，少量使用非离子型（耐高 矿化度，活性稍差），一般不使用阳离子型 （因为地层中吸附损失大）。
2 提高采收率基本原理
三、渗透率
渗透率的测定方法
ห้องสมุดไป่ตู้
四、油层的非均质性
１油层的微观非均质性 ２油层的宏观非均质性
五、流变学基础
• 流变学是现代化学工程的三大基础之一 • 在聚合物科学与工程中的应用 分子量测定、聚合物加工
• 在胶体和表面化学中的应用
粘弹性表面活性剂、正电胶泥浆 • 在现代化学工程中的应用 管路阻力和泵的计算、对流热、质传递 • 在石油工业中应用
４）矿物颗粒形状
一般来说，在相同的粒径中值条件下，颗粒间无接触的孔隙 尺度比点接触的大，其连通性也好；点接触的孔隙尺度比线接触的 大。
二、孔隙度
１定义 孔隙度是岩心中的孔隙体积与岩心的总体积之比。 ２孔隙度的测量方法 １）岩心骨架体积测定方法
（１）氦孔隙法。 测试原理为波义耳定律。 （２）润湿法。 此方法适用于纯砂岩。
二者的共同特征：材料中的各点发生了一定的相对位移。
• (2) 三种基本形变模型（典型流场）
① 简单拉伸（或压缩）（拉伸流场）
例如：纤维纺丝
薄膜吹塑
• ② 简单剪切
材料中平行于力作用方向的相邻面发生相对滑移，材料 线的夹角改变，但尺寸不变。
十五863子课题验收
• ③ 体积压缩（或膨胀）
仅改变体积元的体积，材料线，面发生相似变 化，但线.夹角和长度比保持不变。
１）孔隙尺度及其分布 油层中孔隙大小具有随机分布特征，一般用孔隙半径中值（R５０） 来表征油层孔隙尺度的统计平均特性。R５０为毛管压力曲线（压 汞曲线）上水银饱和度５０％所对应的孔隙半径 。
孔隙的尺度分布可用孔隙的分选性和孔隙分布歪度来表征。
２）孔喉比
孔喉比为孔隙与喉道的直径之比，可由岩样薄片统计求得。
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第二章 油层中的界面现象
Interfacial Phenomena in Formation
预备知识
1、界面
2、 界面现象(Interfacial Phenomena)
l曲界面两侧压力差(Pressure difference between two sides of curved interface) l毛细管现象(Capillary phenomena) l润湿现象(Wetting phenomena) l吸附现象(Adsorption phenomena) l岩石表面的带电现象(Electrification phenomena on rock surface) l水驱油时的分散现象(Dispersion phenomena of oil)
R1、R2——液珠或气泡通过喉孔时
前后的曲率半径。
2 p1 p3 p1 R1
p2
p3
p2
2
R2
p3
θ
p1
R2
（2）贾敏效应始终为阻力效应
θ
亲油
亲水 亲水地层Jamin效应发生在油珠或气泡通过喉孔之前； 亲油地层Jamin效应发生在油珠或气泡通过喉孔之后。
2 Jamin效应(Jamin effect)
表面能自动趋于减少的规律
• 在净吸引力作用下，表面有自动收缩的倾向。 根据能量最小化原理，表面能有自动减少的倾 向。在等温下，表面能自动趋于减少，这是一 切表面现象所遵循的普遍规律
• 曲界面压力差、吸附、润湿和毛细管现象都是 该规律起作用的表现。
第一节 曲界面两侧的压力差
PRESSURE DIFFERENCE BETWEEN TWO SIDES of CURVED INTERFACE
过渡带
w o o g
油水过渡带比油气过渡带厚度更大。
（1）亲水地层，毛细管力是水驱油动力 亲油地层，毛细管力是水驱油阻力
l 如将饱和油的亲水岩心浸泡在水中， 可发现水在毛细管压力作用下自动进 入岩心，驱出岩心中的非湿相油，这 一过程被称之为自吸过程。岩心的亲 水性越强，自吸性越强。
l 反之，岩心亲油时，表现出岩心不能 自动吸水。如果使水进入岩心，则必 须施加一个外力克服毛管压力，才能 使水驱油，这种过程即为驱替过程。
p 2
r
说明：
• 球形曲界面，内部的压 力总是大于外部的压力；
• r为曲率半径；
• p1/r； • 只适用于球形界面；
根据能量守恒原则 即界面能增量与容积 功相等导出
二、任意曲界面压力差
一般的曲界面两侧压力差的公式，Laplace公式
Δp ABCD
,, , ,
ABCD
x x+dx
y y+dy
z z+dz
贾敏效应越小，残余油滴越容易被驱动，驱油效率越高。 影响贾敏效应的因素有： l油水界面张力。油水界面张力越小，驱动孔喉油滴的阻 力越小。 l油层岩石的润湿性。亲水油藏的润湿角越大，对残余油 的驱动阻力越小，驱油效率越高。因此，对于亲水油藏， 减弱其水湿性（增大润湿角），可以提高对孔喉处残余 油的驱替效率；同理，亲油油藏中，减弱其亲油性，可 以提高对孔喉处残余油的驱替效率；中性润湿，贾敏效 应为零。 l油藏的孔隙结构。孔喉比越大，驱动孔喉油滴的阻力越 大。
3、马鞍形面L
当曲界面为马鞍形面时:R1与R2一正一负
p ( 1 1 )
R1 R2
柱面
马鞍形面
第二节 毛细管现象
CAPILLARY PHENOMENA
一、毛细管上升(Capillary elevation) 或下降(Capillary depression)现象
毛细管上升高度的计算
p6
3、球形曲界面两侧压差公式推导
对于液体下的一个气泡，半径为r，在p作用下试 图增加其体积，半径增加dr，体积增加 dV=4r2dr，表面积增加dA= 8rdr
按照热力学，此过程作功
W=pdV=p 4r2dr
按照表面能的概念，表面能增加
dA= 8rdr
容积功=表面能增加
p 4r2dr= 8rdr
容积功=（xydz)Δp
界面能增量=σ(xdy+ydx)
图2-1 任意曲面两侧的压力差
能量守恒 Δp.xydz=σ(xdy+ydx）
AOB与
，，
AOB
相似
x dx x R 2 dz R 2 dx xdz
R2 dy ydz
R1
p xydz (xdy ydx) ( xydz xydz)
一、球形曲界面压力差
1、球形曲界面压差的实验证明
p2 p1
p1 p2
2、球形曲界面两侧压差产生原因
• 表面能趋于减少，气泡表面倾向于收缩，必 然会产生一种作用，去阻碍气泡表面增大， 即表面能趋于减少的倾向会对鼓泡的方向施 加压力，阻碍表面增大，称为表面收缩压。
• 表面收缩压与鼓泡的压力平衡
•
p = p1 – p2
p1
2
r
p3 p4 p2
p5 p6
p2 p1 w gh p4 p5 o gh p5 p1 (w o )gh
p5 p1 p6 p1
(w
o )gh
2
r
r' r cos
对公式的理解
h 2cos (w o)gr
油藏中存在油-水、油-气过渡带的原因
岩石中的流动孔 隙可看作毛细管， 毛细现象的存在 使油水气界面为
（2）孔喉结构使毛细管力得不到充分发挥
（3）毛细管缝上升高度计算公式
r´— 1/2缝宽
2 Jamin效应(Jamin effect)
Jamin效应是指液珠或气泡通过喉孔时由 于界面变形而对液流产生的阻力效应。
（1）计算公式
p2
p1
2
1 ( R1
1 R2
)
2
cos
r'
1 R2
pσ2-—p1——界—面液张珠力或；气泡前后的压力差；p2
3、表面张力(Surface Tension)
1 净吸引力 2 净吸引力指向液体 内部 3 表面能
3、表面张力(Surface Tension)
在净吸引力的作用下，表面层内的所有液体分子 均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉 进液体内部的趋势，从而把表面层紧紧拉向液体 内部。在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。 这种沿着表面的收缩液面的力叫液体的表面张力。
R1
R2
p ( 1 1 ) Laplace公式
R1 R2
式中，R1、R2是任意曲面的两个主曲率半径
Laplace公式有三种重要的形式
1、球面
当曲界面为球面时:R=R1=R2
2、柱面L
p ( 1 1 ) 2
R1 R2
R
当曲界面为柱面时:R2=∞
p ( 1 1 ) R1源自R2 R1
Interfacial Phenomena in Formation
预备知识
1、界面
2、 界面现象(Interfacial Phenomena)
l曲界面两侧压力差(Pressure difference between two sides of curved interface) l毛细管现象(Capillary phenomena) l润湿现象(Wetting phenomena) l吸附现象(Adsorption phenomena) l岩石表面的带电现象(Electrification phenomena on rock surface) l水驱油时的分散现象(Dispersion phenomena of oil)
R1、R2——液珠或气泡通过喉孔时
前后的曲率半径。
2 p1 p3 p1 R1
p2
p3
p2
2
R2
p3
θ
p1
R2
（2）贾敏效应始终为阻力效应
θ
亲油
亲水 亲水地层Jamin效应发生在油珠或气泡通过喉孔之前； 亲油地层Jamin效应发生在油珠或气泡通过喉孔之后。
2 Jamin效应(Jamin effect)
表面能自动趋于减少的规律
• 在净吸引力作用下，表面有自动收缩的倾向。 根据能量最小化原理，表面能有自动减少的倾 向。在等温下，表面能自动趋于减少，这是一 切表面现象所遵循的普遍规律
• 曲界面压力差、吸附、润湿和毛细管现象都是 该规律起作用的表现。
第一节 曲界面两侧的压力差
PRESSURE DIFFERENCE BETWEEN TWO SIDES of CURVED INTERFACE
过渡带
w o o g
油水过渡带比油气过渡带厚度更大。
（1）亲水地层，毛细管力是水驱油动力 亲油地层，毛细管力是水驱油阻力
l 如将饱和油的亲水岩心浸泡在水中， 可发现水在毛细管压力作用下自动进 入岩心，驱出岩心中的非湿相油，这 一过程被称之为自吸过程。岩心的亲 水性越强，自吸性越强。
l 反之，岩心亲油时，表现出岩心不能 自动吸水。如果使水进入岩心，则必 须施加一个外力克服毛管压力，才能 使水驱油，这种过程即为驱替过程。
p 2
r
说明：
• 球形曲界面，内部的压 力总是大于外部的压力；
• r为曲率半径；
• p1/r； • 只适用于球形界面；
根据能量守恒原则 即界面能增量与容积 功相等导出
二、任意曲界面压力差
一般的曲界面两侧压力差的公式，Laplace公式
Δp ABCD
,, , ,
ABCD
x x+dx
y y+dy
z z+dz
贾敏效应越小，残余油滴越容易被驱动，驱油效率越高。 影响贾敏效应的因素有： l油水界面张力。油水界面张力越小，驱动孔喉油滴的阻 力越小。 l油层岩石的润湿性。亲水油藏的润湿角越大，对残余油 的驱动阻力越小，驱油效率越高。因此，对于亲水油藏， 减弱其水湿性（增大润湿角），可以提高对孔喉处残余 油的驱替效率；同理，亲油油藏中，减弱其亲油性，可 以提高对孔喉处残余油的驱替效率；中性润湿，贾敏效 应为零。 l油藏的孔隙结构。孔喉比越大，驱动孔喉油滴的阻力越 大。
3、马鞍形面L
当曲界面为马鞍形面时:R1与R2一正一负
p ( 1 1 )
R1 R2
柱面
马鞍形面
第二节 毛细管现象
CAPILLARY PHENOMENA
一、毛细管上升(Capillary elevation) 或下降(Capillary depression)现象
毛细管上升高度的计算
p6
3、球形曲界面两侧压差公式推导
对于液体下的一个气泡，半径为r，在p作用下试 图增加其体积，半径增加dr，体积增加 dV=4r2dr，表面积增加dA= 8rdr
按照热力学，此过程作功
W=pdV=p 4r2dr
按照表面能的概念，表面能增加
dA= 8rdr
容积功=表面能增加
p 4r2dr= 8rdr
容积功=（xydz)Δp
界面能增量=σ(xdy+ydx)
图2-1 任意曲面两侧的压力差
能量守恒 Δp.xydz=σ(xdy+ydx）
AOB与
，，
AOB
相似
x dx x R 2 dz R 2 dx xdz
R2 dy ydz
R1
p xydz (xdy ydx) ( xydz xydz)
一、球形曲界面压力差
1、球形曲界面压差的实验证明
p2 p1
p1 p2
2、球形曲界面两侧压差产生原因
• 表面能趋于减少，气泡表面倾向于收缩，必 然会产生一种作用，去阻碍气泡表面增大， 即表面能趋于减少的倾向会对鼓泡的方向施 加压力，阻碍表面增大，称为表面收缩压。
• 表面收缩压与鼓泡的压力平衡
•
p = p1 – p2
p1
2
r
p3 p4 p2
p5 p6
p2 p1 w gh p4 p5 o gh p5 p1 (w o )gh
p5 p1 p6 p1
(w
o )gh
2
r
r' r cos
对公式的理解
h 2cos (w o)gr
油藏中存在油-水、油-气过渡带的原因
岩石中的流动孔 隙可看作毛细管， 毛细现象的存在 使油水气界面为
（2）孔喉结构使毛细管力得不到充分发挥
（3）毛细管缝上升高度计算公式
r´— 1/2缝宽
2 Jamin效应(Jamin effect)
Jamin效应是指液珠或气泡通过喉孔时由 于界面变形而对液流产生的阻力效应。
（1）计算公式
p2
p1
2
1 ( R1
1 R2
)
2
cos
r'
1 R2
pσ2-—p1——界—面液张珠力或；气泡前后的压力差；p2
3、表面张力(Surface Tension)
1 净吸引力 2 净吸引力指向液体 内部 3 表面能
3、表面张力(Surface Tension)
在净吸引力的作用下，表面层内的所有液体分子 均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉 进液体内部的趋势，从而把表面层紧紧拉向液体 内部。在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。 这种沿着表面的收缩液面的力叫液体的表面张力。
R1
R2
p ( 1 1 ) Laplace公式
R1 R2
式中，R1、R2是任意曲面的两个主曲率半径
Laplace公式有三种重要的形式
1、球面
当曲界面为球面时:R=R1=R2
2、柱面L
p ( 1 1 ) 2
R1 R2
R
当曲界面为柱面时:R2=∞
p ( 1 1 ) R1源自R2 R1