岩石毛管压力

岩石毛管压力

岩石毛管压力

岩石毛管压力

参考文献

GB/T 29171-2012 岩石毛管压力曲线的测定
SY/T 6738-2008 岩心毛管压力测量仪器通用技术条件
《岩石物理学》第三版[美] Djebbar Tiab,[美] Erle C.Donaldson 著,周灿灿,胡法龙,李潮流 等 译

毛管压力

毛管中两种非混相流体在稳定弯曲界面两侧形成的平衡压力差。弯曲界面是其中一相流体有限润湿毛管壁的结果。
将润湿相和非润湿相之间的压力差成为毛管压力:

$$ p_c = p_{nw} - p_w $$

$ p_{nw} $:非润湿相流体压力;
$ p_w $:润湿相流体压力,通常为水相。

岩石孔隙中油水界面的曲率半径是关于润湿性、油水饱和度、孔隙几何形态、孔壁矿物组成和体系饱和过程的函数。因此,从一个孔隙到另一孔隙,其曲率半径和接触角是变化的,毛管压力是岩石样品的宏观平均性质。

不同润湿体系示意图

a:非混相流体接触。水润湿固体表面;油是非润湿相且滞留在润湿相流体界面膜上,非润湿相中压力>润湿相,结果流体界面呈凸型。
b:油水对固体表面的润湿程度相等,每相流体中压力相等。两相流体间界面垂直于固体表面而且毛管压力为0。
c:水相压力大于油相压力时,界面曲率指向油相且毛管压力为正。

不同润湿性毛管的弯液面

压汞法

原理

汞对绝大多数岩石都是非润湿相,如果对汞施加的压力大于或等于孔隙喉道的毛管压力,汞就克服
毛管阻力进人孔隙。根据进汞的孔隙体积分数和对应压力,就能得到毛管压力与岩样含汞饱和度的关系曲线,称之为压汞法毛管压力曲线。
由于汞的表面张力和润湿接触角比较稳定,常用注人型的压汞仪测得的毛管压力曲线换算孔隙大
小及分布。假设孔隙系统是由粗细不同的圆柱形毛管束构成,则毛管压力与孔径间的关系如下所示。

$$ P_c = \frac{2\delta cos\theta}{r_c} $$

$ P_c $:毛管压力(绝对压力)的数值,MPa;
$ \delta $:表面张力的数值,N/m;
$ \theta $:润湿接触角,°;
$ r_c $:毛管半径数值,μm。

$$ P_c = \frac{0.735}{r_c} $$

麻皮效应

在做压汞试验的最初进汞阶段中,进汞量的增加是由于非润湿相汞在岩样粗糙表面的坑凹处的贴合而引起的虚假侵入体积。随着压力的逐渐增大,坑凹被汞占满,此时汞还并没有真正进人孔喉系统,压力也没有达到排驱压力。但在仪器进汞量中,如把这一部分的空腔体积累计到总孔喉系统的进汞量中,会造成进汞饱和度数值偏大,这一现象称为麻皮效应。麻皮效应所产生的附加饱和度应当进行校正。
麻皮效应的确定方法是首先确定排驱压力,过排驱压力点,作X轴的平行线,该平行线与毛
管压力曲线相交点所对应的汞饱和度即为麻皮效应值。

用途

1.进退汞曲线
2.最大进汞饱和度——求取束缚水饱和度
3.孔候半径分布频率
4.排驱压力——最大毛管半径
5.饱和度中值压力——中值半径

离心机法

原理

将饱和润湿(非润湿)相流体的岩样,装人充满非润湿(润湿)相流体的离心机样盒中,使其在一系列
选定的角速度下旋转、由于岩样内外流体密度不同、使得两种流体所受的离心力不同,借助两相流体的离心压力差,克服岩样的毛管压力,使非润湿(润湿)相流体进人岩样,排驱出其中的润湿(非润
湿)相流体。离心机的转速越高,则两相流体的离心压力差越大,因而随着离心机转速的增大,孔隙中润湿(非润湿)相流体不断被排驱出来。测量一系列稳定转速下润湿(非润湿)相流体的累积排出体积,即可获得岩样的离心法毛管压力曲线。

本方法适用于孔隙度大于或等于10%、空气渗透率大于5mD的岩样,其他岩心可参照执行。

不同转速下两相流体压力差等于毛管压力。

$$ p_{ci} = 1.097 × 10^{-9} \Delta\rho L (R_e - \frac{L}{2}) n^2 $$

$ p_{ci} $:岩样驱替毛管压力的数值,MPa;
$ \Delta\rho$:两相流体密度差的数值,g/cm^3;
$ L $:岩样长度,cm;
$ R_e$:岩样的外旋转半径,cm;
$ n $:离心机转速,r/min;

离心法绘图

离心法绘图2

仪器

离心法工作原理示意图

岩样盒结构示意图

岩样盒结构示意图2

工作转盘示意图

用途

1.孔隙度
2.孔喉半径
3.残余油

半渗透隔板

原理

在小于突破压力下,只有润湿相能通过半渗透隔板,将岩心放在隔板上,利用抽真空或加压方法在岩样两端建立驱替压差,把润湿相液体从孔隙中驱替出来所需的压力就等于这些孔隙的毛管压力。驱替过程中毛管压力平衡时可以得到岩样中相应的润湿相饱和度,用一系列毛管压力和润湿相饱和度值做图就可得到隔板法毛管压力曲线。

毛管压力公式是从单根等直径毛管的基础上推导出来的,然而岩石的孔隙是由大小不内部彼此联系的孔隙组成。另外,由于与流体接触的矿物成分复杂,所以岩石内部从占到另一点的孔隙表面的润湿性也是多变的。就导致以流体饱和度、平均岩石润湿性为函数的毛管压力也是变化的。
油藏原先饱和水,后来水被运移来的原油驱替。油积聚在地质构造中,为水所圈闭,因此才形成了油藏。这个过程可通过岩心进行油(气)驱水得以再现。非润湿相(油或气)驱替润湿相(水)达到平衡时所需的压力就是排水毛管压力,它是关于含水饱和度的函数。
当黏土与淡水接触时容易发生膨胀或运移,充满岩心中的盐水(NaCl、 CaCl2 或KCl)可以保持黏土矿物稳定性。饱和后的岩心放在也被水饱和的多孔隔板上。 多孔隔板上的孔隙比岩心样品小(隔板的渗透率至少比岩心低10倍),多孔隔板的孔院应该小到足够防此驱替液渗透,直到岩心的含水饱和度达到束缚水饱和时为止。

半渗透隔板仪器绘图

渗透板为饱和水,岩心饱和油。如果水先润湿孔隙表面,那么水从岩心中被驱出来之前,即可以得到门限压力($p_{ct}$)。如果岩心被油先润湿,油是驱替液,那么油会自吸进入岩心驱替水,这是毛管压力为0。

渗透板为饱和油,岩心将饱和水。如果岩心被水优先润湿,那么水会自吸进岩心,从而驱替油条件下的含水饱和度$S_{wor}$至残余油饱和度$S_{or}=1-S_{wor}$,5.9-2。如果岩心被油先润湿,其将遵循图5.10-2。

仪器

常温常压毛管压力仪

高温高压毛管压力仪

应用压力计测量

用途

1.确定束缚水饱和度
2.门限压力
3.孔喉半径

文章作者: HibisciDai
文章链接: http://hibiscidai.com/2021/04/19/岩石毛管压力/
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