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油藏儲(chǔ)層油水界面張力是形成啟動(dòng)壓力梯度的微觀(guān)成因

來(lái)源:科學(xué)技術(shù)與工程 瀏覽 402 次 發(fā)布時(shí)間:2024-08-21

低滲儲(chǔ)層油水兩相滲流時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度,充分認(rèn)清水驅(qū)油時(shí)啟動(dòng)壓力梯度的變化和影響因素對(duì)油藏水驅(qū)開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。為了搞清油藏儲(chǔ)層油水兩相滲流啟動(dòng)壓力梯度特點(diǎn)及其影響因素,對(duì)不同滲透率、不同含水飽和度、不同潤(rùn)濕性巖心水驅(qū)油兩相滲流的啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析了產(chǎn)生啟動(dòng)壓力的巖心孔隙內(nèi)部的阻力效應(yīng)和微觀(guān)成因。


研究結(jié)果表明:氣體滲透率小于50×10-3μm2的低滲巖心隨含水飽和度增加,啟動(dòng)壓力梯度增大;氣體滲透率大于50×10-3μm2的中高滲巖心啟動(dòng)壓力梯度隨含水飽和度變化不大,總體呈下降趨勢(shì),且數(shù)值較小;對(duì)于低滲油藏,啟動(dòng)壓力梯度隨巖心滲透率降低而增大,隨巖心潤(rùn)濕指數(shù)增加而減小;巖心邊界層液體厚度越大,啟動(dòng)壓力梯度越大。產(chǎn)生啟動(dòng)壓力的附加阻力效應(yīng)有油滴毛管力產(chǎn)生的摩擦阻力、靜潤(rùn)濕滯后導(dǎo)致油珠變形產(chǎn)生的阻力及液阻效應(yīng)產(chǎn)生的阻力,其大小和巖石孔喉半徑、潤(rùn)濕指數(shù)、微觀(guān)孔隙的油水分布狀態(tài)、邊界層厚度及固液界面張力有關(guān)。


親水、親油巖石附加阻力Pw和Po是和油水兩相界面張力σ、孔喉半徑r、潤(rùn)濕接觸角θ、液膜摩擦阻力系數(shù)f有關(guān)的函數(shù),是在液滴靜止時(shí)存在的阻力,要使液滴移動(dòng),驅(qū)替壓差ΔP必須大于附加阻力,這也是啟動(dòng)壓力梯度形成的主要原因。


油水兩相的相互作用對(duì)啟動(dòng)壓力梯度形成的原因分析


油水兩相相互作用的主要表現(xiàn)是油水在孔隙內(nèi)的微觀(guān)分布和存在油水界面張力。


由2.1節(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知,低滲巖心含水飽和度越高,啟動(dòng)壓力梯度越大,主要原因是油水在孔隙內(nèi)的微觀(guān)分布。含水飽和度越高,孔隙中游離的油滴越多,則會(huì)產(chǎn)生越多的附加阻力PⅠ、PⅡ、PⅢ,油滴流動(dòng)需要更大的壓差,所以啟動(dòng)壓力梯度增大。


由于油水分子結(jié)構(gòu)的不同,在油水兩相接觸時(shí)存在油水界面張力;在流體和油藏巖石接觸時(shí)存在固液界面張力。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)測(cè)量中,可以測(cè)出油水界面張力和氣液表面張力,并且測(cè)量的數(shù)值會(huì)應(yīng)用到油藏孔隙的各種界面張力計(jì)算中。其實(shí)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的油水界面張力和表面張力與真實(shí)油藏孔隙中的存在很大的差距。


油藏儲(chǔ)層尤其低滲儲(chǔ)層孔隙吼道半徑細(xì)小,固液分子力作用強(qiáng)烈,固液界面張力不是一個(gè)定值。


閻慶來(lái)等[23]通過(guò)毛細(xì)管模型和單分子層作用模型,推導(dǎo)出了固液界面分子力與滲透率和孔隙半徑的近似關(guān)系式為


Eslm∝K-12∝1R(13)


式(13)中:Eslm為固液界面分子力;K為滲透率;R為孔隙半徑。


式(13)表明,固液界面分子力與滲透率的平方根和孔隙半徑都成反比,滲透率越小,孔隙半徑越小,固液界面分子力越大,固液界面張力也就越大。


把楊氏方程應(yīng)用到油、水、巖石三相表面,可以得到油、水、巖石三相的界面張力關(guān)系式為


σos=σws+σow cosθ(14)


σow=σos-σws


cosθ(15)


式中:σos為油固界面張力;σws為水固界面張力;σow為油水界面張力。


假如滲透率K減小n倍,變?yōu)閗n,由式(13)可知,固液界面分子力變?yōu)閚Eslm,那么油固界面張力和水固界面張力變?yōu)閚σos和nσws,則由


式(15)可知,油水界面張力變?yōu)閚σow,增加n倍。由此看來(lái),油水界面張力并不是一個(gè)定值,在微小孔隙內(nèi)隨著滲透率的減小而增加。所以對(duì)于孔喉狹小的低滲儲(chǔ)層來(lái)說(shuō),啟動(dòng)壓力梯度比較大的原因除了滲透率低、孔喉半徑比較小之外,油水界面張力增加也是很重要的一個(gè)因素。

結(jié)論


通過(guò)對(duì)3種阻力效應(yīng)影響因素的分析,得到巖石孔隙半徑狹小、巖石對(duì)油水的不同潤(rùn)濕性、含水飽和度變化引起油水的微觀(guān)分布改變、邊界層流體的存在及油水界面張力是形成啟動(dòng)壓力梯度的微觀(guān)成因。