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《油層物理3-4第四節(jié)毛管力》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第四節(jié)儲層巖石的毛管力一、毛細管中液面的上升或下降現(xiàn)象如果將一根毛細管插入潤濕相液體中,則管內(nèi)氣液界面為凹形,液體受到一個附加向上的力,使?jié)裣嘁好嫔仙欢ǜ叨?;反之,如果把毛細管插入到非潤濕相中,則管內(nèi)液面呈凸形,液體受到一個向下的壓力,使非潤濕相液面下降一定高度。這種在毛管中產(chǎn)生的液面上升或下降的曲面附加壓力,稱為毛細管壓力,簡稱毛管力。1一、毛管中液體的上升若在一個裝有油水兩相的容器中插入毛細管,則濕相的水會沿毛管上升,上升高度為h。設(shè)油水界面張力為σ,潤濕接觸角為θ,油、水的密度分別為ρo、ρw;且設(shè)毛管中,緊靠油水界面附近,油相中OB點的
2、壓力為Pob,水相中WB點的壓力為Pwb;在大容器中,緊靠油水界面附近,油相中OA點和水相中WA點的壓力分別為Poa和Pwa,則有:hθPwa油水PoaPobPwb—OA—WB—OB—WA2油相中,Pob=Poa-ρogh(1)水相中,Pwb=Pwa-ρwgh(2)hθPwa油水PoaPobPwb—OA—WB—OB—WA又,Poa=Pwa(3)因為連通管中同一水平高度上的壓力相等,并且認為燒杯容器足夠大,OA點所處油水界面為水平的,即毛管力為零。一、毛管中液體的上升31.1毛管力公式的推導當液面上升到一定高度時,存在平衡關(guān)系式:由此得到:再由U形
3、管原理得:式中Pc為毛管力,定義為兩相界面上的壓力差,其數(shù)值等于界面兩側(cè)非濕相壓力減去濕相壓力。一、毛管中液體的上升41.1毛管力公式的推導人們將毛管壓力定義為兩相界面上的壓力差,其數(shù)值等于界面兩側(cè)非濕相壓力減去濕相壓力,由上述定義,得:Pc=Pob-Pwb=(ρw-ρo)gh=Δρgh這是油層中毛細管平衡理論的基本公式。該式表明:液柱上升高度直接與毛管壓力值有關(guān),毛管壓力越大,則液柱上升越高。又可得:Δρgh=2σcosθ/r則該式可用于計算液體(如水)在儲層中上升高度。51.1毛管力公式的推導氣-液系統(tǒng):油-水系統(tǒng):6毛管力性質(zhì)毛管壓力:毛管
4、中彎液面兩側(cè)非濕相與濕相的壓力差,稱為毛管壓力。方向朝向凹向,大小等于毛管中上升液柱的壓強。1)毛管力存在于任何方向放置的毛細管中。上述討論是指垂直毛細管,在實際油層中毛管傾斜時,只要其它參數(shù)(如σ,r,cosθ,△ρ)不變,液柱上升的高度將不變化。當毛細管水平時,水槽中的水被吸出,在地層中水濕毛細管的毛管力是驅(qū)油的動力。7毛管力性質(zhì)2)毛管力Pc與cosθ成正比。對油水體系,巖石表面親水時,即θ<90°,cosθ>0時,毛管力為正,水面就會上升,巖樣可以自然吸水。反之,巖石表面親油時,θ>90°,毛管力為負,巖樣不能自動吸水,毛管力成為阻力,如
5、要使水進入巖心,則必須施加一個外力克服毛管力。3)毛管力Pc與毛細管半徑r成反比。毛管孔道半徑越小,毛管力越大,親水毛管中液面上升越高。因此,油藏中毛細管直徑不同,毛細管中的液面參差不齊,油水界面或油氣界面成為一個具有相當厚度的油水或油氣過渡帶,而不是一個截然分開的平面。4)對于實際油層來說,當巖石表面為親水性時,水能在毛管力作用下自動進入巖心,驅(qū)出了巖心中的油,這一過程就稱為吸吮過程或稱自吸過程。反之,當巖石表面親油(θ>90°)時,巖樣不能自動吸水,如要使水進入巖心使水驅(qū)油,則必須施加一個外力克服毛管力,這種過程即為驅(qū)替過程。81.2毛管力公
6、式的應用1)油藏中流體界面是過渡帶在實際油藏中毛管傾斜時,只要其它參數(shù)(如σ、r、cosθ、Δρ)相同時,上升的液柱高度將不變化。當毛管孔道半徑變化時,則濕相上升高度會高低不一致,孔道越小,上升越高。因此可得出:實際油藏中油水界面不是一個截然分開的平面,而是具有相當高度的油水過渡帶(或油氣過渡帶)。一般而言,因為ρw-ρo<ρo-ρg(或ρw-ρg),故油水過渡帶比油氣過渡帶厚度更大。91.2毛管力公式的應用2)巖石親水,毛管力是水驅(qū)油的動力;巖石親油,毛管力是水驅(qū)油的阻力。3)判斷巖石的潤濕性10二、各種曲面附加壓力曲面的附加壓力如圖,任何簡單
7、曲面必然存在附加壓力,該毛管壓力的方向與液面的凹向一致(即圖中箭頭所示),附加壓力的大小由拉普拉斯方程可得(忽略重力的作用):1、球面上的毛管壓力11二、各種曲面附加壓力毛管壓力與毛管半徑成反比;毛管半徑越小,毛管壓力越大。兩相界面張力越大,接觸角越小,毛管力也就越大。12二、各種曲面附加壓力2、柱面上的毛管壓力親水毛管中的彎曲界面——球面與柱面在親水巖石孔道,除油水彎曲面外,還有壁面與水接觸的圓柱面。因為毛管表面為束縛水膜,毛管中心為油(或氣),此油-水界面為圓柱面。13二、各種曲面附加壓力柱面的曲率及毛管力的方向柱面的毛管力Pcz指向管軸心,
8、毛管力的作用使毛管中的水膜厚度增加。角標Z代表曲面為柱面,本章中毛管力無角標Z時,則指曲面為球面。14二、各種曲面附加壓力3、錐形毛管中