第三章(3-3)毛管壓力.ppt

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1、第三節(jié)儲(chǔ)層巖石的毛管壓力本節(jié)內(nèi)容主要包括以下方面：1、毛管壓力的概念2、巖石毛管壓力曲線的測(cè)定與換算3、巖石毛管壓力曲線的基本特征4、毛管壓力曲線的應(yīng)用一、毛管中液體的上升及毛（細(xì)）管壓力１、毛管中液體的上升：將一干凈的玻璃毛細(xì)管插入大燒杯的水內(nèi)（如圖）（玻璃表面具有強(qiáng)水濕的性質(zhì)），毛細(xì)管中水面則沿毛細(xì)管上升一定高度h。這種上升高度是玻璃管壁和水之間的分子引力（附著力）以及毛管中液柱重度導(dǎo)致的結(jié)果?？諝饪諝馑y玻璃玻璃拉液柱向上的作用力是潤濕張力A；A=σ2,3-σ1,3=σ1,2cosθ毛細(xì)管中拉液柱的總潤濕張力為：2πrσw,gcosθ(向上)毛細(xì)管中液柱重量的增加

2、為:πr2h(ρw_ρg)g(向下)式中g(shù)為重力加速度，ρg為空氣密度。液面穩(wěn)定(平衡)時(shí)有:2πrσw,gcosθ=πr2h(ρw_ρg)g有:h=2σw,gcosθ/r(ρw_ρg)g若空氣為油時(shí),有:h=2σw,ocosθ/r(ρw_ρo)g2、毛細(xì)管力（毛管力）圖（a）中彎液面上側(cè)B1點(diǎn)的壓力為：Pb彎液面下側(cè)B點(diǎn)的壓力：Pw毛管中A的壓力為:Pa它們之間的關(guān)系為:Pb+hρgg=PaPw+hρwg=Pa所以有：Pb-Pw=h(ρw_ρg)g令：Pb-Pw=h(ρw_ρg)g=PcPc—毛細(xì)管力（毛管力）：是毛細(xì)管中彎液面兩側(cè)非潤濕相與濕相的壓力差。Pc的方向，指

3、向彎液面的凹方向；Pc的大?。阂?yàn)椋篜c=h(ρw_ρg)g；h=2σw,gcosθ/r(ρw_ρg)g所以有：Pc=2σw,gcosθ/r油水-玻璃系統(tǒng)有：Pc=2σw,ocosθ/r毛管力的通式為：Pc=2σcosθ/rσ為兩流體之間的界面（表面）張力，θ為系統(tǒng)的接觸角；毛管力的性質(zhì)：（1）Pc與毛管半徑r成反比，r越小，Pc越大；（2）Pc與兩相流體的界面自由能σ成正比，σ越大，Pc越大；（3）Pc與cosθ成正比，θ＜90°時(shí)，毛管孔道親水，毛管力Pc為正，水面自發(fā)上升；θ＞90°時(shí)，毛管孔道親油，毛管力Pc為負(fù)，水面自發(fā)下降；（4）傾斜毛管的毛管力的特征（如圖）

4、3、油藏巖石毛管力的作用油藏巖石，特別是砂巖巖石孔道極小，而將其視為一種理想的毛細(xì)管，因此，油藏巖石的毛管力就可以用上述的毛細(xì)管現(xiàn)象來描述。（1）油藏形成中的作用由于油藏中的孔隙大小不一，可看成是由大小不同的毛細(xì)管組成，使得油藏在形成時(shí)，油水界面和油氣界面不是一個(gè)鏡面，而是一個(gè)油水過渡帶和油氣過渡帶，且油藏中油水過渡帶的寬度比油氣過渡帶的寬度要寬。因?yàn)椋篽og=2σo,gcosθ/r(ρo_ρg)ghow=2σo,wcosθ/r(ρw_ρo)g假定兩個(gè)過渡帶中的θ、r相同因?yàn)椋?ρo_ρg)＞(ρo_ρw)又因?yàn)椋河椭腥芙庥写罅康奶烊粴?，且油氣間的極性差遠(yuǎn)小于油水間的極性

5、差，使得σo,w＞σo,g所以有：how＞hog（2）驅(qū)油過程中的作用二、任意曲面的附加壓力圖9—3任意曲面的附加壓力如圖9—3，任何簡(jiǎn)單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）：R1、R2為曲面的兩主曲率半徑二、任意曲面的附加壓力1、球面上的毛管壓力因?yàn)镽1=R2=R所以Pc=2σ/R2、毛細(xì)管中的毛管力Pc=2σ/R毛細(xì)管中的彎液面是球面的一部分。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。圖9—5親水毛管中的彎曲界面——球面與柱

6、面3、柱面上的毛管壓力在親水巖石孔道，除油水彎曲面外，還有壁面與水接觸的圓柱面（圖9—5）。因?yàn)槊鼙砻鏋槭`水膜，毛管中心為油(或氣)，此油-水界面為圓柱面。圖9—6柱面的曲率及毛管力的方向柱面的毛管力Pcz指向管軸心，毛管力的作用使毛管中的水膜厚度增加。角標(biāo)Z代表曲面為柱面，本章中毛管力無角標(biāo)Z時(shí)，則指曲面為球面。4、錐形毛管中的毛管力如圖9—7，粗端曲面的曲率半徑為R1＝r1／cos(θ+β)，細(xì)端曲面的曲率半徑為R2＝r2／cos(θ－β)，那么曲面上的毛管壓力為：裂縫寬度越小，則毛管壓力越大。(R1=cosθW/2，R2=∞)5.兩相流體處于裂縫間（平行板間）的

7、毛管力（兩相流體間的彎液面（界面）為柱面的一部分）圖9—9砂粒間濕相流體環(huán)狀分布及彎曲面（Rm=（1/R1+1/R2）/2）Rm—平均半徑6、理想砂巖砂粒接觸處流體環(huán)狀分布的毛管力圖9—9為砂巖中兩個(gè)等直徑砂粒，濕相流體在砂粒點(diǎn)周圍呈環(huán)狀分布，非濕相則位于孔道中心部分，兩相間有一彎曲界面。圖9—10圓柱形毛管孔道中的液珠或氣泡三、油藏巖石孔道中附加的毛管阻力效應(yīng)1、當(dāng)油柱(或氣泡)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)（第一種阻力效應(yīng)PⅠ）球形曲面產(chǎn)生的毛管力：（垂向指向毛管管壁，使管壁處流體粘度增大。）柱面產(chǎn)生的毛管力：：（垂向指向毛管中心，使管壁