油层物理课件 第三章 储层中多相流体的渗流性质(共三章)
• 在两相界面上，表面张力是 在两相界面上， 以能量的形式存在的，在三σ Wg 以能量的形式存在的， 相周界上存在表面张力。 相周界上存在表面张力。
σ og
油
∑ σ Wg = ∑ σ wg + ∑ σ og
r
r
r
σ ow
1.油 1.油－气界面
压力的影响： 压力的影响：
静吸力=内聚力静吸力=内聚力-附着力
第二节 储层岩石的润湿性
一、润湿现象（润湿性）的含义 润湿现象（润湿性） 二、结合功和附着功 三、润湿接触角 四、影响润湿性的因素 五、润湿滞后现象 六、油藏岩石的润湿性 七、润湿性的测定方法 八、润湿性对油水分布和驱油效率的影响
一、润湿现象（润湿性）的含义 润湿现象（润湿性）
润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。 润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。
= 8πσ RdR
• 2、表面张力或表面自由能的几个性质
两相界面层表面能是由界面层分子力场的不平衡所致 自由表面能具有如下性质： 自由表面能具有如下性质： 只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。 （1）只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。 界面越大，自由表面能越大。 （2）界面越大，自由表面能越大。 表面或界面是具有一定厚度的界面层。 （3）表面或界面是具有一定厚度的界面层。 两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 （4）两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 还和物质的相态、密度，分子量有关， （5）还和物质的相态、密度，分子量有关， σ Sg > σ Lg > σ LL 通常
б表示形成单位面积所消耗 的功， 的功，即比表面能 б—每单位长度上的作 用力， 用力，即表面张力
F
• 例2、皂泡的收缩 • 设皂泡的半径为R 设皂泡的半径为R，则总表面自由能为 4πR 2 • σ • 假如半径减少dR，那么自由表面能的变化为： 假如半径减少dR 那么自由表面能的变化为： dR，
第三章 储层中多相流体的渗流特性
储层岩石中的界面现象 储层岩石的润湿性 储层岩石中的毛管压力 储层岩石中的各种阻力效应 储层岩石中的相对渗透率
第一节 储层岩石的界面现象
一 两相界面的自由表面能
分子B 分子B 分子A 分子A
分子B在液相内部,它所受的分子合力为零,可以在液相内自由运动. 分子B在液相内部,它所受的分子合力为零,可以在液相内自由运动. 分子A在界面层,它所受的分子合力不为零,其合力指向液体内部, 分子A在界面层,它所受的分子合力不为零,其合力指向液体内部, 因此, 因此,如果要把液相内部的分子移动到液体表面就必须克服这个 合力而做功, 表面层分子比内部分子具有多余的能量. 合力而做功,即:表面层分子比内部分子具有多余的能量.
W附 = σlg (1 + cosθ)
讨论: 讨论: ① θ=0o时:cosθ=1, W = 2σlg = W 附 结
液体在固体表面的附着功等于液体本身的结合功，也就是说液 液体在固体表面的附着功等于液体本身的结合功， 体与固体表面的吸引力等于液体本身的吸引力。这时， 体与固体表面的吸引力等于液体本身的吸引力。这时，液体在 固体表面上就象在液体本身表面上一样， 固体表面上就象在液体本身表面上一样，此时液体在固体表面 上完全铺展，称完全润湿。 上完全铺展，称完全润湿。 即从固体表面把液体剥下来，不需要做功。即固体对液体分子 即从固体表面把液体剥下来，不需要做功。 没有吸引力。因而液体在固体表面上完全不粘附， 没有吸引力。因而液体在固体表面上完全不粘附，即完全不铺 称完全不润湿。 展，称完全不润湿。
3、油藏流体间的界面张力
p↑,Rs↑,ρo↓,内聚力↓ ρg↑,附着力↑，静吸力↓ 所以： 所以：σ↓
温度的影响： 温度的影响：
T↑ρo↓＞ρg↓, 内聚力↓ 附着力↓ 内聚力↓＞附着力↓ 所以：静吸力↓ 所以：静吸力↓，σ↓
2.油 2.油－水界面
无溶解气的油水体系 温度、 温度、压力对油水密度和 热力学性质影响大体相同。 热力学性质影响大体相同。 有溶解气的油水体系 p ＜ p b时 ， ↑,ρ p↑,Rs↑,ρo↓, ρw不变 内聚力不变，附着力下降， 内聚力不变，附着力下降， 所以：静吸力上升， 所以：静吸力上升，σ↑ p ＞ p b时 ， P↑， P↑，ρo ↑, 油水密度差下 降， σ ↓
1 ∂σ G=− ⋅ C ⋅ ( )T RT ∂C
• 表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和 表面活性剂是一种两亲分子， 一个非极性端 • 就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物 就其极性而言， 质和含有极性的活性物质两类。 质和含有极性的活性物质两类。 • 烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是 烃类是非极性物质，烃与氧、 活性物质。 活性物质。 • 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。
二 界面吸附现象及其和界面张力的关系
• 吸附：溶解于两相系统 吸附： 中的物质， 中的物质，自发地聚集 到两相界面层并急剧降 低该界面层的表面张力 的现象。 的现象。 • 表面活性剂：被吸附在 表面活性剂： 两相界面上、 两相界面上、且能大大 降低界面张力的的物质 叫做表面活性物质或称 表面活性剂。 表面活性剂。
(1) 静润湿滞后 由于润湿次序的不同引起的接触角变化
∆θ = θ1 − θ2 ∆ = cosθ1 − cosθ2
(2) 动润湿滞后
表示静润湿滞后现象的严重程度
启示:测定润湿接触角时必须等到其平衡了才能测定. 启示:测定润湿接触角时必须等到其平衡了才能测定. 由于移动速度引起接触角的变化
现象:运动速度越大，则动润湿滞的现象越严重， 现象:运动速度越大，则动润湿滞的现象越严重，当运动速度超 过某一临界值后，会发生润湿反转现象。速度很大时， 过某一临界值后，会发生润湿反转现象。速度很大时，可 能使前进角变大， 能使前进角变大，使水驱油相对渗透率曲线具有亲油岩石 的特点. 的特点. 启示:油田注水速度不能过快,否则会影响驱油效果. 启示:油田注水速度不能过快,否则会影响驱油效果.
4πR •σ − 4πσ(R − dR)
2
2
= 4πσ − 4πσ +8πσ R R RdR − 4πσ(dR)
2 2
2
皂泡的收缩使表面自由能减少， 皂泡的收缩使表面自由能减少，要使收缩的趋 势改为平衡，皂泡内的压力必须大于泡外压力， 势改为平衡，皂泡内的压力必须大于泡外压力，压 2 差作功为： 差作功为： W = ∆P • 4πR dR 当达到平衡时， 当达到平衡时，W一定等于表面自由能的减少 2σ 2 ∆P • 4πR • dR = 8πσ • R • dR ∴∆P = R
通过实验不难得出几个结论： 通过实验不难得出几个结论： ① 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。 ② 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。 ③ 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积， 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。 与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体, 与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体,或者说哪 一相液体容易沿固体表面流散。 一相液体容易沿固体表面流散。 ④ 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A种流体相比较为 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A 湿相, 湿相,而同B种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上,当 种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上, 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时，油又为湿 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时， 相了。 相了。
② θ=180o时: cosθ=0 ,W附=0 W
四 润湿滞后现象
定义: 定义:三相接触周界沿着固体表 面移动迟缓而产生润湿接 触角改变的现象. 触角改变的现象. 前进角θ 前进角θ1:湿相驱非湿相的角 后退角θ 后退角θ2:非湿相驱湿相的角 产生润湿滞后的原因: 产生润湿滞后的原因: 液体和固体表面的污染； 1 液体和固体表面的污染； 表面的粗糙； 2 表面的粗糙； 大分子的表面不可动性； 3 大分子的表面不可动性； 表面活性物质在固体表面的吸附和脱附过程都需要时间。 4 表面活性物质在固体表面的吸附和脱附过程都需要时间。 润湿滞后的分类: 润湿滞后的分类: (1) 静润湿滞后 (2) 动润湿滞后
三 、润湿接触角θ 润湿接触角θ
бlg бsg θ
液 固 气
бsl
Θ标定的规定： 标定的规定： 穿过密度大的相
根据力的平衡条件有： 根据力的平衡条件有：
σsg = σlg cosθ + σls
cos θ = σsg − σls σlg
杨—裘 皮公式
W附 = σsg + σlg − σsl
W附 = σlg + σlg cosθ
气 液 固 需做功 气ຫໍສະໝຸດ 液 固W附 = σ Lg + σ Sg − σ Ls
附着功可以表示液体在固体表面的附着能力 附着功可以表示液体在固体表面的附着能力,附着 可以表示液体在固体表面的附着能力, 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来， 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来，固体 表面越亲该液体。 表面越亲该液体。 附着功可以用来表示固体表面的润湿性 附着功可以用来表示固体表面的润湿性
二 、结合功和附着功
结合功：将面积为1cm 的纯液体拉开所做的功。 1cm² 结合功：将面积为1cm²的纯液体拉开所做的功。
需做功
液
液
释放能量
液
WLL = 2σ Lg
W结 = WLL = 2σLg
附着功：将面积为1cm 的固液界面拉开所需所做的功。 附着功：将面积为1cm2的固液界面拉开所需所做的功。
σ og
油
∑ σ Wg = ∑ σ wg + ∑ σ og
r
r
r
σ ow
1.油 1.油－气界面
压力的影响： 压力的影响：
静吸力=内聚力静吸力=内聚力-附着力
第二节 储层岩石的润湿性
一、润湿现象（润湿性）的含义 润湿现象（润湿性） 二、结合功和附着功 三、润湿接触角 四、影响润湿性的因素 五、润湿滞后现象 六、油藏岩石的润湿性 七、润湿性的测定方法 八、润湿性对油水分布和驱油效率的影响
一、润湿现象（润湿性）的含义 润湿现象（润湿性）
润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。 润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。
= 8πσ RdR
• 2、表面张力或表面自由能的几个性质
两相界面层表面能是由界面层分子力场的不平衡所致 自由表面能具有如下性质： 自由表面能具有如下性质： 只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。 （1）只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。 界面越大，自由表面能越大。 （2）界面越大，自由表面能越大。 表面或界面是具有一定厚度的界面层。 （3）表面或界面是具有一定厚度的界面层。 两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 （4）两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 还和物质的相态、密度，分子量有关， （5）还和物质的相态、密度，分子量有关， σ Sg > σ Lg > σ LL 通常
б表示形成单位面积所消耗 的功， 的功，即比表面能 б—每单位长度上的作 用力， 用力，即表面张力
F
• 例2、皂泡的收缩 • 设皂泡的半径为R 设皂泡的半径为R，则总表面自由能为 4πR 2 • σ • 假如半径减少dR，那么自由表面能的变化为： 假如半径减少dR 那么自由表面能的变化为： dR，
第三章 储层中多相流体的渗流特性
储层岩石中的界面现象 储层岩石的润湿性 储层岩石中的毛管压力 储层岩石中的各种阻力效应 储层岩石中的相对渗透率
第一节 储层岩石的界面现象
一 两相界面的自由表面能
分子B 分子B 分子A 分子A
分子B在液相内部,它所受的分子合力为零,可以在液相内自由运动. 分子B在液相内部,它所受的分子合力为零,可以在液相内自由运动. 分子A在界面层,它所受的分子合力不为零,其合力指向液体内部, 分子A在界面层,它所受的分子合力不为零,其合力指向液体内部, 因此, 因此,如果要把液相内部的分子移动到液体表面就必须克服这个 合力而做功, 表面层分子比内部分子具有多余的能量. 合力而做功,即:表面层分子比内部分子具有多余的能量.
W附 = σlg (1 + cosθ)
讨论: 讨论: ① θ=0o时:cosθ=1, W = 2σlg = W 附 结
液体在固体表面的附着功等于液体本身的结合功，也就是说液 液体在固体表面的附着功等于液体本身的结合功， 体与固体表面的吸引力等于液体本身的吸引力。这时， 体与固体表面的吸引力等于液体本身的吸引力。这时，液体在 固体表面上就象在液体本身表面上一样， 固体表面上就象在液体本身表面上一样，此时液体在固体表面 上完全铺展，称完全润湿。 上完全铺展，称完全润湿。 即从固体表面把液体剥下来，不需要做功。即固体对液体分子 即从固体表面把液体剥下来，不需要做功。 没有吸引力。因而液体在固体表面上完全不粘附， 没有吸引力。因而液体在固体表面上完全不粘附，即完全不铺 称完全不润湿。 展，称完全不润湿。
3、油藏流体间的界面张力
p↑,Rs↑,ρo↓,内聚力↓ ρg↑,附着力↑，静吸力↓ 所以： 所以：σ↓
温度的影响： 温度的影响：
T↑ρo↓＞ρg↓, 内聚力↓ 附着力↓ 内聚力↓＞附着力↓ 所以：静吸力↓ 所以：静吸力↓，σ↓
2.油 2.油－水界面
无溶解气的油水体系 温度、 温度、压力对油水密度和 热力学性质影响大体相同。 热力学性质影响大体相同。 有溶解气的油水体系 p ＜ p b时 ， ↑,ρ p↑,Rs↑,ρo↓, ρw不变 内聚力不变，附着力下降， 内聚力不变，附着力下降， 所以：静吸力上升， 所以：静吸力上升，σ↑ p ＞ p b时 ， P↑， P↑，ρo ↑, 油水密度差下 降， σ ↓
1 ∂σ G=− ⋅ C ⋅ ( )T RT ∂C
• 表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和 表面活性剂是一种两亲分子， 一个非极性端 • 就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物 就其极性而言， 质和含有极性的活性物质两类。 质和含有极性的活性物质两类。 • 烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是 烃类是非极性物质，烃与氧、 活性物质。 活性物质。 • 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。
二 界面吸附现象及其和界面张力的关系
• 吸附：溶解于两相系统 吸附： 中的物质， 中的物质，自发地聚集 到两相界面层并急剧降 低该界面层的表面张力 的现象。 的现象。 • 表面活性剂：被吸附在 表面活性剂： 两相界面上、 两相界面上、且能大大 降低界面张力的的物质 叫做表面活性物质或称 表面活性剂。 表面活性剂。
(1) 静润湿滞后 由于润湿次序的不同引起的接触角变化
∆θ = θ1 − θ2 ∆ = cosθ1 − cosθ2
(2) 动润湿滞后
表示静润湿滞后现象的严重程度
启示:测定润湿接触角时必须等到其平衡了才能测定. 启示:测定润湿接触角时必须等到其平衡了才能测定. 由于移动速度引起接触角的变化
现象:运动速度越大，则动润湿滞的现象越严重， 现象:运动速度越大，则动润湿滞的现象越严重，当运动速度超 过某一临界值后，会发生润湿反转现象。速度很大时， 过某一临界值后，会发生润湿反转现象。速度很大时，可 能使前进角变大， 能使前进角变大，使水驱油相对渗透率曲线具有亲油岩石 的特点. 的特点. 启示:油田注水速度不能过快,否则会影响驱油效果. 启示:油田注水速度不能过快,否则会影响驱油效果.
4πR •σ − 4πσ(R − dR)
2
2
= 4πσ − 4πσ +8πσ R R RdR − 4πσ(dR)
2 2
2
皂泡的收缩使表面自由能减少， 皂泡的收缩使表面自由能减少，要使收缩的趋 势改为平衡，皂泡内的压力必须大于泡外压力， 势改为平衡，皂泡内的压力必须大于泡外压力，压 2 差作功为： 差作功为： W = ∆P • 4πR dR 当达到平衡时， 当达到平衡时，W一定等于表面自由能的减少 2σ 2 ∆P • 4πR • dR = 8πσ • R • dR ∴∆P = R
通过实验不难得出几个结论： 通过实验不难得出几个结论： ① 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。 ② 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。 ③ 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积， 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。 与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体, 与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体,或者说哪 一相液体容易沿固体表面流散。 一相液体容易沿固体表面流散。 ④ 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A种流体相比较为 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A 湿相, 湿相,而同B种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上,当 种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上, 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时，油又为湿 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时， 相了。 相了。
② θ=180o时: cosθ=0 ,W附=0 W
四 润湿滞后现象
定义: 定义:三相接触周界沿着固体表 面移动迟缓而产生润湿接 触角改变的现象. 触角改变的现象. 前进角θ 前进角θ1:湿相驱非湿相的角 后退角θ 后退角θ2:非湿相驱湿相的角 产生润湿滞后的原因: 产生润湿滞后的原因: 液体和固体表面的污染； 1 液体和固体表面的污染； 表面的粗糙； 2 表面的粗糙； 大分子的表面不可动性； 3 大分子的表面不可动性； 表面活性物质在固体表面的吸附和脱附过程都需要时间。 4 表面活性物质在固体表面的吸附和脱附过程都需要时间。 润湿滞后的分类: 润湿滞后的分类: (1) 静润湿滞后 (2) 动润湿滞后
三 、润湿接触角θ 润湿接触角θ
бlg бsg θ
液 固 气
бsl
Θ标定的规定： 标定的规定： 穿过密度大的相
根据力的平衡条件有： 根据力的平衡条件有：
σsg = σlg cosθ + σls
cos θ = σsg − σls σlg
杨—裘 皮公式
W附 = σsg + σlg − σsl
W附 = σlg + σlg cosθ
气 液 固 需做功 气ຫໍສະໝຸດ 液 固W附 = σ Lg + σ Sg − σ Ls
附着功可以表示液体在固体表面的附着能力 附着功可以表示液体在固体表面的附着能力,附着 可以表示液体在固体表面的附着能力, 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来， 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来，固体 表面越亲该液体。 表面越亲该液体。 附着功可以用来表示固体表面的润湿性 附着功可以用来表示固体表面的润湿性
二 、结合功和附着功
结合功：将面积为1cm 的纯液体拉开所做的功。 1cm² 结合功：将面积为1cm²的纯液体拉开所做的功。
需做功
液
液
释放能量
液
WLL = 2σ Lg
W结 = WLL = 2σLg
附着功：将面积为1cm 的固液界面拉开所需所做的功。 附着功：将面积为1cm2的固液界面拉开所需所做的功。
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油层物理基础PPT课件
二 油层物理的研究对象
储运工程 采油工程 油藏工程
用户
对整个油气藏的认识
Gas
GOC
Oil
取一小块岩 心出来研究
WOC
Water
第3页/共142页
三 油层物理学的研究内容
粒
基质
单间
重孔 介隙
裂缝
质介 质
溶洞
裂裂双 缝缝重 孔溶多 隙洞重 介介介 质质质
岩石骨架
孔隙(含有Gas、Oil、Water等)
第5页/共142页
五 油层物理学与其它课程的关系
数学 物理学 有机化学 物理化学 表面化学 流体力学
油藏物理学
渗流力学 油藏工程 采油工艺原理 油藏数值模拟 现代试井分析 提高原油采收率原理 采油新技术 油井增产措施
自我体会：学好油藏物理是学好其它专业课程的基础！！！
第6页/共142页
六 油层物理学的特点及学习方法
第一章 绪 论
一、 什么叫油层物理学? 二、 油层物理的研究对象. 三、 油层物理学的研究内容. 四、 油层物理学的发展历史. 五、 油层物理学与其它课程的关系. 六、 油层物理学的特点及学习方法. 七、 油层物理学的授课计划. 八、 主要参考书目. 九、 课堂要求及考核方式.
第1页/共142页
一 什么叫油藏物理学?
第17页/共142页
4 石油中的非烃类化合物
含氧化合物
环烷酸,脂肪酸,苯酚等Fra bibliotek石油含硫化合物
硫化氢,硫醇,硫醚,噻吩等
含氮化合物
吡咯,吡啶,喹啉,吲哚,咔唑等
胶质与沥青
高分子杂环硫,氧,氮化合物, 具有较高的表面活性
第18页/共142页
5 原油的分子量、含蜡量及胶质、沥青含量
石油大学 油层物理课件 第三章(4)相渗及应用
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
2、有效渗透率(effective permeability)
例4: 设有一柱状岩样，L= 3 cm, A=4.9 cm2. 岩心中饱和50%的盐水 （μ w=1mPa·s）和50%的油（μ o=2.99 mPa·s)。当岩心两端压差为 △p=0.1MPa,盐水流量为0.09cm3/s，油的流量为0.05cm3/s，计算盐水 和油的有效渗透率。
三、影响相对渗透率曲线的因素
1、润湿性 一般情况下： 1）当岩石润湿性由亲油向亲 水转化时,油的相对渗透率趋 于升高,水的相对渗透率趋于 降低。 2）当岩石润湿性由亲油向亲 水转化时，油水相对渗透率曲 线右移。
随某相润湿程度的增强，其相对渗透率降低。
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
三、影响相对渗透率曲线的因素
当岩石孔隙为一种流体100％饱和时测得的渗透 率。 绝对渗透率只是岩石本身的一种属性,与通 过岩石的流体性质无关。
QL 达西公式： k Ap
达西公式三个假设条件？
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
1、绝对渗透率(absolute permeability)
例1：已知： 柱状岩心A＝4.9cm2, L＝3cm,△P=0.1MPa (1)100%饱和盐水，Qw=0.497cm3/s (2)100%饱和油，Qo=0.166cm3/s. uo=2.99mPa.s uw=1mPa.s 求该岩样的绝对渗透率。 解：
第四节 饱和多相流体岩石的渗流特征
一、有效渗透率和相对渗透率的概念
2、有效渗透率(effective permeability) 70%盐水，30%油：kw=0.1837, ko=0.0366, ko+kw=0.2203 < k=0.304 50%盐水，50%油：kw=0.0055, ko=0.0915, ko+kw=0.097 < k=0.304 1) 有效渗透率不仅与岩石孔隙结构有关，而且与流 体饱和度大小有关。 2) 流体有效渗透之和总是小于岩石的绝对渗透率。
油层物理 第三章(渗透率)PPT精选文档
前面介绍的公式是建立在一块岩心实验基础上的， 并且认为这块岩心的孔隙介质由均质介质组成，流体在 内部的渗流向一个方向。
实际上，地下流体的渗流是相当复杂的，下面主要 讨论几种简单渗流方式的达西公式表达式。
16
1. 水平线性稳定渗流
从达西定律一般表达式推导，Z1=Z2（水平），代入一般表达式
Q K P A r K P 1 A P 2 g Z 1 Z 2
13
二、达西公式的推广 （一）达西公式的微分方程
对于实际中不均匀的孔隙介质，加上不均质的流体（即 多相）流体同时渗流时，常作非平面、非稳定的线性渗流。 大量实验证明，达西定律也是适用的。
达西公式的一般表达式为：
Q K P A r K P 1 A P 2 g Z 1 Z 2
L
L
当岩样水平时，流体作水平渗流，Z1-Z2=0，则：
27
气体在致密岩石中低速渗流时会产生滑动效应 ——克林肯博格效应，必须对达西定律进行修正
气体渗透率与平均压力 的关系——实验发现
1）同一岩石、同一种气体， 在不同的平均压力下测得 的气体渗透率不同，低平 均压力下气体渗透率比较 高，高平均压力下气体渗 透率比较低
2）同一岩石，同一平均压力，不同气体测得的渗透率不同
可压缩气体的最大特点是：当压力减小时，气体会发生 膨胀，温度一定时气体的膨胀服从波义尔定律：
p1Q 1p2Q 2pQp0Q 0
Q p0Q0 p
因： p p1p2 2
故Q： p0Q0 2p0Q0 p p1p2
22
只要将流量用平均流量代替即可 水平线性稳定渗流
Q K （ P L A 1 P 2 ） 或 Q 0 K 2 (p p 1 2 0 A L p 2 2 )或 K A 2 ( Q p 1 0 2 p 0 p L 2 2 )
实际上，地下流体的渗流是相当复杂的，下面主要 讨论几种简单渗流方式的达西公式表达式。
16
1. 水平线性稳定渗流
从达西定律一般表达式推导，Z1=Z2（水平），代入一般表达式
Q K P A r K P 1 A P 2 g Z 1 Z 2
13
二、达西公式的推广 （一）达西公式的微分方程
对于实际中不均匀的孔隙介质，加上不均质的流体（即 多相）流体同时渗流时，常作非平面、非稳定的线性渗流。 大量实验证明，达西定律也是适用的。
达西公式的一般表达式为：
Q K P A r K P 1 A P 2 g Z 1 Z 2
L
L
当岩样水平时，流体作水平渗流，Z1-Z2=0，则：
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气体在致密岩石中低速渗流时会产生滑动效应 ——克林肯博格效应，必须对达西定律进行修正
气体渗透率与平均压力 的关系——实验发现
1）同一岩石、同一种气体， 在不同的平均压力下测得 的气体渗透率不同，低平 均压力下气体渗透率比较 高，高平均压力下气体渗 透率比较低
2）同一岩石，同一平均压力，不同气体测得的渗透率不同
可压缩气体的最大特点是：当压力减小时，气体会发生 膨胀，温度一定时气体的膨胀服从波义尔定律：
p1Q 1p2Q 2pQp0Q 0
Q p0Q0 p
因： p p1p2 2
故Q： p0Q0 2p0Q0 p p1p2
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只要将流量用平均流量代替即可 水平线性稳定渗流
Q K （ P L A 1 P 2 ） 或 Q 0 K 2 (p p 1 2 0 A L p 2 2 )或 K A 2 ( Q p 1 0 2 p 0 p L 2 2 )
油层物理何更生版第三章3-4节课件
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2 评 估 岩 石 储 集 性
25
3.
确
定
Swr
4.确定油层Pc（J（sw)函数） J（sw)=Pc(K/)0.5/cosθ 利用J（sw)函数可求出同一类型岩石平均Pc 曲线，还可找出不同类型岩石的物性特征。
26
5.确定自由水面的高度h（确定油水过渡带）油
水过渡带成因（见下图）：
图
3-50 油藏中的油水过渡带分布示意图
22
复习思考题： 1.毛管压力Pc公式是怎样建立的？ 2.指出毛管压力Pc的三个意义。 3.油水润湿角大于900 时，是水驱油的动 力还是阻力？ 4.何谓贾敏效应?写出其公式。 5.简述毛管压力Pc曲线的测定原理。 6.毛管压力Pc曲线的形状与岩石的分选有 何关系?
23
五、毛管力曲线的应用
1.研究岩石孔隙结构 (1)孔隙喉道分布曲线； (2)孔隙喉道累积分布曲线。
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应用上式需将室内（Pc)l换成油层条件下的（Pc)R: 室内（Pc)L=2б 地层 (Pc)R=2б 因为 cosθ
wgcosθ wg/r 0wcosθ 0w/r
（Pc)R/(Pc)L=б
owcosθ 0w/б wgcosθ wg;
0w/cosθ wg≈1
∴ (Pc)R=(Pc)L （б
w0
/б
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3.贾敏效应 珠泡在孔道窄口遇阻时产生的阻力效应。此种情况， 前后两端弯液面曲率不等，因而产生了第三种毛管效应 Pc3，即 Pc3 = 2б wo(1/R2"-1/R1ˊ) 若使珠泡通过喉道，所需的附加压差为 Pc3=2б wo/(1/r-1/R1ˊ) r = R 2" 若考虑液滴后端的R1ˊ=∞，则Pc3为最大时， Pc3=2б wo(1/r-1/∞)
《油层物理学》PPT课件
PTP课件
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学科的发展历史
20－30年代——美国前苏联注意到油藏流体特性及影响， 初步形成了流体性质的测试方法。 49年——M.麦盖特的《采油物理原理》汇总了20世纪上半 叶关于储油岩石和油、气、水流体性质的研究实践资料， 概括并提升到物理学角度予以描述和解释，指导了各种驱 动类型油气田的科学开发。 56年——苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫出版了《油层物理 基础》，把油层物理从采油工程中独立出来，形成一个新 的学科分支。
4．吴迪祥，张继芬等，《油层物理》，石油工业 出版社，1994年4月。
5、杨胜来，魏俊之，《油层物理学》，石油工业 出版社，2004
6、沈平平，《油水在多孔介质中的运动理论与实 践》，石油工业出版社，2000
PTP课件
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第一大部分 储层屑颗粒、胶结物 岩石空隙——孔隙、裂隙、溶孔、溶洞等
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浊流
辫状河
曲流河 三角洲和障壁坝 浅滩
风成沙丘
A:：悬浮为主
B：悬浮和跳跃
C：跳跃和悬浮
D：跳跃、滚动和悬浮
E：跳跃、滚动和悬浮
F：跳跃 PTP课件
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2、参数法
不均匀系 a数 d60 分选系数 S d75
d10
d25
平均 M z 值 163 5084
标准 偏 (84 差 1)6(95 5)
研究储油气层内与油气运动有关的问题，
包括：
1、影响油气储集与渗流的介质特征
2、储油气岩石介质中的流体特征
3、储油气岩石中油气的流动特征及其与
介质的相互作用
PTP课件
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课程主要内容——渗流力学部分
1、渗流力学的基本理论、基本概念和基本规律
2、表征流体渗流过程的基本能量方程、流体势方程、达
油层物理(第三章)
1 G C ( )T RT C
溶质在溶液中 的平衡浓度
恒温下，表面张 力随溶液浓度的 变化率，称溶质 表面活度
G－吉布斯吸附量，为单位面积表面层中溶质的摩尔 数与溶液中任一相当薄层中溶质的摩尔数之差(或过 剩值、多余量)，又称比吸附。
4、吸附规律
( )T 0, G 0 C
u比界面自由能：
单位界面面积上的界面自由能。
比界面自由 能 ，J/m2
U ( )T、p、n A
或：在T、p 及组成一定下，可逆地增加物系单 位表面积需对物系作的非体积功
W / A
1、自由界面能和界面张力
如图，用力F 拉L 边： 薄膜面积新增△A 做功W
新增表面自由能△U
第三章 多相流体的渗流机理
本章内容
第一节 储层岩石中的各种界面现象 第二节 储层岩石的润湿性 第三节 储层岩石的毛管压力曲线 第四节 储层岩石驱油过程中的阻力效应
第五节 储层岩石的有效渗透率和相对渗透率曲线
第一节 储层岩石中的各种界面现象
本节内容
储层流体相间的界面张力 界面吸附现象
第一节 储层岩石中的各种界面现象
2、润湿程度的衡量——接触角，附着功
(1)接触角(润湿角)θ ①概念： 接触角：：气液两相流体与某固相接触时，过气液固三相交点 对液体界面作切线，切线与液固界面的夹角。 规定：确定θ 角时，从密度大的液相一侧算起。
油、水、储层岩石体系
空气、水、玻璃
空气、水银、玻璃
2、润湿程度的衡量——接触角，附着功
体系的状态函数，可求改变量，无法求绝对量。
1、自由界面能和界面张力
u影响因素：
界面面积↑→自由界面能↑ 分子极性差异↑→自由界面能↑(分子间作用力↑) 相及相态(T、p)不同→自由界面能不同 任何引起体系界面状态改变的因素，都会使体系界 面自由能发生变化。
多相流体渗流特征油藏物理课件知识介绍
实验结果应用
根据实验结果，可以指导油田开发实践，优 化开发方案，提高采收率和经济效益。
05
多相流体渗流在油藏工程中的应用
提高采收率的方法与技术
注水技术
化学驱油技术
热力采油技术
气驱技术
通过向油藏注水，增加 油藏压力，提高驱油效 率，从而提高采收率。
利用化学剂改变油水界 面张力，提高驱油效率，
从而提高采收率。
的参考依据。
优化油田开发方案
03
通过模拟实验，可以优化油田开发方案，提高油田开发效果和
经济效益。
实验设备与流程
实验设备
包括模拟装置、压力计、流量计、加热器、冷却器等。
实验流程
包括准备实验材料、建立模型、注水、注气、生产等步骤。
实验结果分析与应用
实验结果分析
通过分析实验数据，可以得出多相流体在油 藏中的流动规律、渗流特征和油藏参数等。
渗流现象及其重要性
定义
渗流是指流体在多孔介质中流动 的现象，这种流动是受孔隙介质 阻力控制的。
重要性
渗流在石油、天然气、水文学等 领域具有广泛的应用，是研究油 藏工程、地下水动力学、土壤水 文学等学科的重要基础。
多相流体渗流的研究方法
实验研究
通过实验模拟多相流体的渗流过 程，测量相关参数，如流量、压 力、持水率等，以揭示渗流规律。
通过加热油藏，降低原 油粘度，提高流动性，
从而提高采收率。
利用气体提高油藏压力， 从而提高采收率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 油藏数值模拟与优化
01
02
03
04
建立数学模型
根据油藏地质、流体和工程数 据，建立数学模型。
数值求解
利用数值方法求解数学模型， 得到油藏动态变化规律。
油层物理第三四章
研 究
第一节 油藏岩石的润湿性 和油水分布
1 润湿的概念 2 润湿滞后
3 油水在岩石孔道中的分布
1 润湿的概念
润湿是指液体在分子力作用下在固体表面的流 散现象；或指：当存在两种非混相流体时，其中某 一相流体沿固体表面延展或附着的倾向性。
液体对固体的润湿程度通常用润湿角(也称接触角)
表示。润湿角是指过三相周界点，对液滴界面所作切线与 液固界面所夹的角。
2 不同驱动方式和采收率
式中 EV——体积波及系数或简称波及系数；
第一节 油藏岩石的润湿性和油水分布
驱动方式不同，采收率也不同。
第二，开采技术研究
岩石亲油，毛管力是水驱油的阻力。
第二章 储层岩石的物理性质
目前，世界上广泛采用“EOR”这个术语来概括除天然能量采油和注水、注气采油以外的任何方法，而不管它使用在哪一个采油期，
1 润湿的概念
图3.2.1 油水对岩石表面的接触角
a一水湿，θ<90°；b一中间润湿性，θ=90°；c一油湿，θ>90°
按接触角(也称润湿角)定义，可得：
θ＝0°完全润湿； 也可称为：亲水性极强或强水湿；
θ<90° 润湿好；
亲水性好或水湿；
θ>90° 润湿不好
亲油性好或油湿；
θ=180°完全不润湿； 亲油性极强或强油湿；
也不管它使用何种方式(如驱替方法、单井吞吐等)。
可将其分为三段—初始段、中间平缓段和末端上翘段。
它是在注入水中添加各种化学剂，以改善水的驱油及波及性能，从而提高原油的采收率。
同时考虑波及程度及洗油效率两个因素时，原油采收率ER可为 ：
目前，世界上广泛采用“EOR”这个术语来概括除天然能量采油和注水、注气采油以外的任何方法，而不管它使用在哪一个采油期，
油层物理学PPT课件
测定仪器如图3-1-4所示：。 图3－3
第23页/共246页
• 当液滴在重力作用下要脱离毛细管末端 时，表面张力也与脱落时的液滴形状成比 例。将正要滴出的液滴进行拍照，然后在 照片上测量液滴的最大直径d1，以及距 离液滴顶端为d1处的直径d2，根据下面 的公式计算表面张力
(1 2 )d12 g
第2页/共246页
第一节 表面张力和表面能
一 表面张力和表面能的基本概念
• 度量分子－表面现象的物理性质是 表面张力和表面能，并由表面张力过 渡到润湿性。
第3页/共246页
图3-1-1 界面分子受力状况示意图
• 对含有多相流体的孔隙介质的特性来说，必须考虑 到两个互不相溶的“相”的分界面上力的影响。如果 一相是液体而另一相是气体时，它们的分界面实际上 就是液体表面。其界面分子的受力状况如图3-1-1所 示。
第19页/共246页
表3-1-4 固体表面液体（气体）吸附层厚度
固体 玻璃 石英 石英 玻璃 玻璃毛管 固体
液体
水溶液 水溶液
水 水 庚基酸 N2，CO2
吸附层厚度 （微米） 0.01—0.001
0.02 0.1 0.075 0.21 0.001
第20页/共246页
• 液体中溶解有各种可溶物质，这些溶 解物质的存在会改变液体原来的界面性 质。例如，水中溶有醇、酸等有机物质， 可以使表面张力降低；而当溶入某些无 机盐类时，如NaCl、MgCl2、CaCl2等则 可提高其表面张力。
第三章 饱和多相流体时岩石的 物理性质
第1页/共246页
储油气层岩石内饱和着油、气、水多相流体，因而存 在着错综复杂的流体之间以及流体和孔隙壁面之间的界 面关系，它直接影响流体在孔隙中的分布和渗流。 • 在研究饱和多相流体的岩石物理性质时，通常是以研 究油层中与界面现象有关的表面性质为基础。与界面现 象有关的表面张力、吸附作用、润湿作用以及毛细管现 象将对流体渗流产生重大影响。此外，多相流体在岩石 孔隙中的渗流性质－相渗透率也取决于上述表面性质。 • 运用表面物理化学的研究成果，研究油层中的各种界 面现象，对于认识油层，寻找油气运移富集的规律以及 提高油层石油采收率均具有重要的理论和实际意义。
油层物理第三章
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
⑵有效（相）渗透率：当多相流体共存时，岩石让其 中一种流体通过的能力。
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
有效渗透率特点： ⑴有效渗透率与岩石自身的属性、流体饱和度、润湿 性有关。⑵Ko+Kw＜K
⑶相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的比值。
3、润湿滞后
3.1 定义： 由于三相周界沿固体表面 移动的迟缓，而使润湿角发 生改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
3.2 影响润湿滞后的因素
⑴与三相周界的移动方向有关：
静润湿滞后：由于润湿次序不同而引起的润湿角改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
3.2 影响润湿滞后的因素
⑵与三相周界的移动速度有关： 动润湿滞后：由于流体流动速 度引起的润湿角改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
5.3 水驱油过程：
亲油岩石：
驱替过程：非湿相驱替湿相的过程。
第三节 油藏岩石的毛管力
1、毛管中的液体上升现象 1.1 毛管插入水中
三相周界受力
水柱受到向上及向下的力：
毛管力
第三节 油藏岩石的毛管力
◇毛管插入水中
毛管力的大小=拉起h高的 水柱产生的压力
◇毛管插入油水界面处
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
2、储层岩石的润湿性及其影响因素
2.1 油藏岩石亲油、亲水性的争论：
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
2、储层岩石的润湿性及其影响因素
2.2 影响油藏岩石润湿的因素 凡是影响油-固、水-固界面张力的因素都影响岩石 的 润湿性。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布