毛管压力曲线实验

第9卷第2期　1998年6月　水科学进展A DVANCES IN WA TER SCIENCE　Vo l.9,N o.2　 Jun.,1998　岩石裂隙毛管压力-饱和度关系曲线的试验研究叶自桐　韩　冰　杨金忠　周创兵(武汉水利电力大学水利系　武汉430072)摘　要　介绍了三峡花岗岩体裂隙毛管压力-饱和度试验。

试验采用互不溶混驱替法。

试验结果表明,在渗流基本特征方面,裂隙非饱和渗流毛管压力-饱和度关系曲线与空隙介质水分特征曲线具有相似性,如毛管压力-饱和度关系曲线的滞后现象;湿润流体(水)的排泄曲线具有进气压和束缚水饱和度;非湿润流体的吸湿曲线具有残余饱和度。

这种相似性表明,孔隙介质非饱和渗流的研究成果可用于裂隙非饱和渗流,孔隙介质水分特征曲线的解析模型,可用于研究裂隙毛管压力-饱和度关系曲线和拟合毛管压力-饱和度排泄曲线的试验数据。

关键词　岩石裂隙　毛管压力　饱和度　试验分类号　P641.135岩体渗流补给主要来源于降雨入渗和/或因降雨形成的地面水体的入渗,因此,岩体裂隙渗流状况具有明显的季节性。

由于导水和持水特性的差异,在某一入渗补给强度下,风化岩体自上而下形成饱和—非饱和带交替分布渗流场;在非降雨入渗季节,风化岩体中主要是饱和—非饱和渗流状态交替分布的孔隙—裂隙渗流。

除在降雨季节及其饱和滞后期外,岩体裂隙系统处于非饱和渗流状态。

在非饱和状态下,渗透不均匀性、各向异性,以及渗流与变形间的耦合效应更加显著。

孔隙和裂隙介质中水分运动,是既相类似、又有显著差异的两类渗流现象。

它们基本渗流规律均服从达西定理。

由于岩体裂隙的空隙系统与孔隙介质的孔隙系统,在空隙和孔隙结构的几何特征、空间分布等方面的差异,使得裂隙和孔隙系统中渗流的基本特性具有很大差异。

对孔隙介质可通过引入表征单元体(REV)概念[1],将其孔隙尺度上固体颗粒——孔隙非连续体,概化为宏观尺度(远大于孔隙尺度)上的孔隙连续体,孔隙介质渗流的基本物理和水力参数比较易于测定和确定。

储层条件毛管压力电阻率测试系统油藏含油气饱和度是储层评价和油藏储量计算的重要参数。

自1942年阿尔奇公式公开发表以来，应用测井资料评价储层含油气饱和度的方法得到了广泛地应用。

最初是应用于纯砂岩，而后以阿尔奇公式为基础，后来的测井分析家提出了许多改进公式，使它得应用范围扩大到泥质砂岩的饱和度评价。

将方程中的参数统称为阿尔奇参数，起初人们假定这些参数不受温度、压力、流体性质等因素的影响，但随着实验技术水平的提高，应用领域的延伸，这一假设受到人们的质疑。

不仅如此，已有的实验研究表明，饱和度指数n还受润湿性和饱和度史、流体平衡条件的影响。

因此，实验室准确地确定阿尔奇公式参数，需要充分考虑上述影响因素，尽可能地模拟岩石储层条件下的原始状态进行岩电实验。

随着油田开发的不断深入，国内各主要油田已进入高含水期。

从发展趋势来看，国内各油田都认识到加强油田水淹机理研究、提高对不同地质条件下水淹层的认识水平是解决问题的关键。

以前的一些研究工作都只是表象的，没有揭示深层次的理论问题；要解决水淹层问题必须应用新理论、新方法和新思维。

油田长期注水必然导致油层的润湿性、含油性、孔渗性和电性等都发生变化，传统的方法对于一般的简单系统是可行的，而对于水淹层这样动态变化的系统就会遇到困难。

因此，加强基础理论和实验研究，提高对油层水淹机理及岩电关系变化规律的认识，进而针对性地选择测井系列和解释方法，是今后一个时期水淹层测井技术的面临重要问题。

复杂岩性（火成岩、裂缝性储层等）油气储层油气资源是目前国内勘探重点。

但是还没有建立与之相适应的测井解释模型，长期以来，复杂岩性油气储层饱和度测井解释成为捆绕测井分析家的难题。

储层岩石物理特性及其导电机理实验研究是建立有效的测井解释模型基础。

因此，有必要加强基础实验研究，深入研究不同岩性、不同开发过程的岩石电性变化特征，为测井解释储层含油气饱和度提供理论基础。

美国岩心实验系统公司（Coretest Systems, Inc.）生产的RCS-760储层条件毛管压力-电阻率测试系统是一套基于毛管平衡理论研究岩石电性特征的实验设备。

文章编号:1000-2634(2003)06-0009-04核磁共振T2谱法估算毛管压力曲线综述Ξ阙洪培,雷卞军(西南石油学院基础实验部,四川南充637001)摘要:用油藏实测NMR T2谱换算毛管压力曲线,首先需正确确定T2截止值,将T2谱划分为束缚流体T2谱和可动流体T2谱,然后对可动流体T2谱进行烃影响的校正,校正后的可动流体T2谱加上束缚水T2谱获得S W为1条件下的T2谱,然后用换算系数κ将T2谱直接转换成毛管压力曲线。

经大量岩心分析和实际NMR测井数据试验表明,碎屑砂岩油藏NMR测井T2分布数据估算毛管压力曲线方法可靠,与岩心压汞毛管压力曲线吻合,其精度相当于常规测井解释。

应用这一方法换算的毛管压力曲线可用于确定含油(气)深度范围的饱和度—高度关系,确定油藏自由水面位置。

关键词:核磁共振T2谱;毛管压力曲线;碎屑砂岩;测井解释中图分类号:TE135 文献标识码:A 油藏毛细管性质决定油水分布,因此毛管压力的测定是油藏表征的基本要素。

迄今毛管压力曲线的测定仅限于岩心分析,通常岩心数量非常有限;其次取心有机械风险,且费用高,实验室岩心分析常常不能完全代表井下的渗透条件;第三只能取得小块岩心,不一定能代表目的层段。

用油藏NMR测井T2分布数据直接换算毛管压力曲线,其优点是不用取心,也不采用电缆测井连续取样,不失为缺乏岩心的油井获得毛管压力曲线的一种新方法,同时开辟了一种确定油藏饱和度—高度关系的新途径。

本文综述了根据NMR测井T2分布数据直接换算毛管压力曲线的方法及烃对T2谱影响的校正方法[1],举例介绍了这一方法的应用效果。

1　NMR T2谱直接换算毛管压力曲线的理论基础NMR测井工具测量氢核自旋磁化强度感应信号的强度及其随时间的衰减。

对于真实岩石,由于岩石的孔隙分布是非均匀的,弛豫时间呈多指数特征衰减。

核磁信号强度与测量体中的流体(水或烃)的氢原子量成正比,对100%水饱和的岩石而言,弛豫时间与孔隙大小成正比,孔隙越小,弛豫时间越短,反之弛豫时间越长,这样孔隙大小的分布就决定了弛豫时间的分布。

分布
油水毛管压力
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Sw
油水过渡带
Pc 大气压
二、毛管压力曲线在数值模拟中的应用
1、毛管压力在数值模拟中的作用
B、在数值模拟运算中提供驱动力或阻力
亲水油藏
水驱油：毛管压力为驱动力 油驱水：毛管压力为阻力
一、相对渗透率曲线在数值模拟中的应用
5、相对渗透率曲线应用过程中的一些问题
C、相渗曲线没有残余油饱和度
Kr
油水相对渗透率曲线
1
0.9
0.8
Kro
0.7
Krw
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Sw
一、相对渗透率曲线在数值模拟中的应用
二、毛管压力曲线在数值模拟中的应用
2、将试验室测试曲线转化为油藏条件下毛管压力曲线
Pc
实验室测定曲线
60
50
40
30
20
10
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
SW
实验室条件下测定的毛管压力与油藏条 件下的毛管压力不同，在数模模型中输 入的应是油藏条件下的毛管压力，因此 需要将实验室条件下测定的毛管压力转 换为油藏条件下的毛管压力。
5、相对渗透率曲线应用过程中的一些问题
D、相对渗透率曲线形态异常
标准形态的油水相对渗透率曲线
1
0.8
0.6

毛管压力曲线测定
－行业标准宣贯
一. 毛管压力的定义及基本概念 二. 毛管压力曲线的测量 三. 毛管压力曲线的特征及解释 四. 毛管压力曲线的应用
一. 毛管压力的定义及基本概念
当不互溶的两相流体在岩石孔隙 内相互接触时，流体之间有一弯月 形的分界面，由于界面张力和润湿 性的作用，使得在分界面上两测流 体的压力是不相等的，其压力差就 定义为毛管压力。
三. 毛管压力曲线的特征及解释
2. 毛管压力曲线的滞后现象
引起毛管滞后分以下几种情况： a. 润湿滞后引起的滞后: 参看后示意图：图（a）表明相同的毛细管，在吸入和驱替过程中，由于润 湿次序不同，表现为润湿角不同。吸入过程的润湿角θ1为前进角，驱替过程的 润湿角θ2为后退角，且θ1 > θ2 ，使得吸入毛管力p1 小于驱替毛管力 p2 。 b.毛细管半径突变引起毛细管滞后 如图(b)所示，毛细管两头细(半径为r2)，中间突然变粗(半径为r1)，r1> r2， 对应的毛管力户p1< p2。假如驱替和吸吮过程中非湿相(空气)的压力都等于 pa，润湿角都等于θ(θ=0o，不考虑润湿滞后)，那么，在吸入时液面上升，弯 液面将稳定停留在中间的粗毛细管段内；而驱替时(液面下降)，弯液面将稳定 停留在上部细段内。结果是吸入过程湿相的饱和度小于驱替时湿相的饱和度， 这种毛细管滞后仅与毛细管半径的变化有关。
二. 毛管压力曲线的测量
2. 隔板法： 特点：是最经典的方法。多用来测量岩样的液一气 两相的毛管压力曲线，但也可用于测量油水两相系统 的毛管压力曲线和共存水饱和度。 这种实验方法测量比较费时，完成一批岩样测量一 般需一、两个月不等，甚至更长。
二. 毛管压力曲线的测量
3. 离心机法：
测量方法：将一圆柱状的小岩样洗净烘干后，抽真空饱和盐 水，称重确定其饱和盐水体积之后，置于特制的离心机盒内(岩 样系浸入油相中)，在离心机上，从某一较低的转速开始旋转。 由于油水密度不同，在离心力作用下，岩样中的水被驱替出来， 等量的油进入岩样中，记录下这一恒定转速下的恒定不变的岩样 排水量；然后，依次增加离心机的转速，重复上述过程；直至再 提高离心机转速时，岩样的累计排出水量基本上不变为止。实验 测量结果可以获得一系列的离心机转速及其对应的岩样排出水量 (体积)，则可以计算出岩样的毛管压力和含水饱和度。

毛管压力曲线特征参数计算
一、什么是毛管压力曲线？ 毛管压力曲线就是毛细管压力与湿相饱和度 的关系曲线。
二、压汞法的基本原理
必须对非湿相流体施压，才能将它注入到 岩芯的孔隙中去。所加的压力就是附加的毛管 压力。……随着注入压力的不断增加，水银就 不断进入较小的孔隙。
毛管压力是在多孔介质的微细毛管中，跨越两 种非混相流体弯曲界面的压力差，其数学表达式 为：
Dm = (D5 + D + D25 +L+ D85 + D95 ) /10 15
Dm = (D + D50 + D84 ) / 3 16
（3）峰值（dm），是最常出现的孔隙直径， 即频率曲线的峰。
分散度的量度
（4）孔隙的分选系数（Sp），是样品中孔隙大 小标准偏差量度。Sp值越小，则大直径的孔隙 越均匀。其计算公式为：
100pc1 h= 1 ρw −ρo
由此得油水过渡带高度
100pc2 h2 = ρw −ρo
how = h2 − h 1
4

2
改为：
SO SO − SOrg = 0.93752 1− Swi 1− Swi − SOrg
4
(2-49)

2
Kro
Og
(2-49)
（2）饱和度中值压力Pc50：饱和度中值压力是指饱 和度为50%时对应的注入曲线的毛管压力，这个数 值反映了两相流体各占一半时的特定条件。当孔隙 中充满油、水两相时，可以用 Pc50的值来衡量油的 产能大小。
2 平均毛管压力曲线的确定 根据储层的平均孔隙度、 渗透率以及束缚水饱 和度，利用上面回归出的J函数的表达式则可反求储 层的平均毛管压力曲线，即

应用 。
２ 毛管压力 曲线应用
２ ． １ 排驱压 力 、储层 分类
毛 管压 力 曲线 中间平 缓段 延长 到与 纵轴 相交 ，
交 点对 应 的压力 为排驱 压力 （ Ｐ ｄ）。它 是评 价岩石
储 集 性 能 的 主要 参 数 之 一 ，排 驱 压力 与 岩 石物 性 （ 特别 是渗 透率 ）有 密切 关系 ，渗 透率越 低 排驱 压
（ 气） 藏油 （ 气 ）水 过 渡带 高 度 和过 渡带 内流 体饱 和 度 分布 、饱 和度 中值压力 、计 算孔 喉半 径 、孔 喉 半径 中值 等 。
有多种 方 法测试 毛 管压 力 ，不 同测试 方法 的测 试 条件有 所 不 同 ；研 究 目的不 同 ，测 试 的流体 系统 也 不 同。为 了将 实验 室测试 的毛管压 力较 好应 用 于 油 田实际开 发 ，必须 对 收集 的原始 资料进 行整 理 及 分 析 。下面 举 例说 明毛 管压力 曲线 的整理 、分 析 及
黄 山：毛 管压 力 曲线整理及 应 用
・ ３ ７ ・
图１ Ａ 气 田毛 管压 力 曲线及 排驱 压 力 表１ Ａ 气 田毛 管压 力分 组结 果表
２ ． ３ 束缚 水 饱和度
分 组
１
渗透 率（ ｍｄ ） 启 动 压力（ ＭＰ ａ ）
≤１ ０ ． ０ ８ ＜ Ｐ ｄ ＜ ０ ． ７
力 越 高 。Ａ 气 田毛管 压 力 曲线见 图 １ ，图 ｌ 表 明 ，具
有 不 同渗透 率 和孔 隙度 的岩心 ，测 得 的毛管 压力 曲 线 是不 相 同的 ，代表 的储 层也 不 同 。因此 ，如何 将 不 同渗 透率 级 别 的毛 管 压力合 理 分组 ，使得 每组 毛 管 压 力 反 应 的 储层 特 征 基本 一 致 ，就 显 得 十 分 重

二 孔渗及毛管压力曲线测定分析
1.1.3、总孔隙度的测定
岩心总孔隙度测定采用的是封蜡法。此方法适用于不能 采用氦气法和饱和煤油法测定的胶结疏松、易散的岩心和重 油胶结的岩心。岩样需采用冷冻采样，表面要处理光滑。
原理：首先用浮力定律求出岩样的总体积和颗粒体积 ，岩样的总体积减去岩样的颗粒体积就可求得岩样的有效 和无效孔隙体积之和，由此可求得岩样的总孔隙度。
三 常规物性特征参数的应用
1、孔隙度和渗透率的应用
应用之一：
碎屑岩储集层评价标准
是计算油田储量 的基本参数，也
分类参数
孔隙度 %
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
>20
15～ 20
10～ 15 5～10 <5
是确定油层有效
渗透率 10-3μ m2
>100 100～10
10～ 1 1～0.1 <0.1
厚度的基础数据
排驱压力 MPa
0 .0 0 5 mm）， 连 通 性 差
只含少量填隙物内孔隙 或个别含一些其它类型 孔隙，孔隙很小（直径 0 .0 0 5 ～ 0 .0 0 1 m m ），连 通
性很差 基本无孔隙或偶见一些 填隙物内孔隙，孔隙直 径 一 般 小 于 0.001mm，
基本不连通
以中细粒砂 岩 为 主 ，填 隙 物 含 量 低 ，主
(m3m1)10% 0 (m3m2)
二 孔渗及毛管压力曲线测定分析
1.1.2、氦孔隙度法
此方法操作简单准确、重复性高，但对样品规格要求很 高，样品必须绝对规则才能用此方法。此方法不适用于孔隙 度、渗透率极低的岩心，否则会影响数据的准确性。
原理：根据波义耳定律，以一定的压力向原来处于一个 大气压条件下的岩样内压入一定体积的气体，就能测出岩样 的有效孔隙体积。根据测出的压力数值可以计算出岩样的颗 粒体积和孔隙体积，根据岩心室中标准块体积可求出岩样的 总体积，由此就可计算出岩样的有效孔隙度。

V进 0
优点:测定速度快；测量范围大(20-30MPa)。
四、岩石毛管力曲线的测定方法
压汞仪
4.3 离心法
Pc
特点：测定速度快，所采用的流体又接近 油藏实际。
5
四、岩石毛管力曲线的测定方法
5、毛管力曲线的分析 5.1毛管力曲线的基本特征
进汞曲线退汞曲线来自四、岩石毛管力曲线的测定方法
曲线特点:
(1)进汞毛管力>退汞毛管力; (2)SHg退>SHg进
18605461123
8
1界面能依存于两相界任何界面都趋于缩小2面界面能分布于整个界面层3界面能的大小与两相分子的极性有关两相极性相近的分子间引力大界面张力越小h1h2界面层内分子比相内部分子多具有的那部分能量
李爱芬 中国石油大学（华东）石油工程学院
2010年3月
内 容：
一、界面张力 二、岩石的润湿性 三、岩石孔隙的毛管力 四、毛管力曲线的测定 五、毛管力曲线的应用
WE—相当于强亲水油藏 的水驱采收率。
裂缝油藏毛管力曲线特征
6、毛管力曲线的应用
6.1 评价孔隙的均匀程度
毛管力曲线的形状主要 受喉道的分选性和大小
控制。
•平缓段越长， 孔隙越均匀； •曲线位置越 低，渗透性越好。
6.2 研究岩石的孔隙结构
(1)可以确定岩石的最大孔隙半径
rmax
=
2σ cosθ PT
5.2 毛管力曲线的特征参数
(1)阈压PT： 非湿相开始进入岩心最大喉道 的压力。 (2)中值压力Pc50： 饱和度50% 所对应的毛管压力。
(3) 最 小 湿 相 饱 和 度 Smin ： 随 驱替压力升高，湿相饱和度 也不再减小时的饱和度 。
用驱替曲线研究岩石孔隙结构

第二节储层岩石的毛管压力曲线（8学时）一、教学目的会计算任意曲面的附加压力，了解毛管压力曲线的测定与换算；了解毛管压力的滞后现象；分析毛管压力曲线；了解毛管压力曲线的应用。

二、教学重点、难点教学重点：1、任意曲面的附加压力的计算；2、毛管压力曲线的测定与换算；3、毛管压力的滞后现象；4、毛管压力曲线的分析及应用。

教学难点1、任意曲面的附加压力的计算；2、毛管压力曲线的测定与换算；3、毛管压力曲线的分析及应用。

三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍五个方面的问题：一、任意曲面的附加压力二、毛管中液体的上升(与下降)三、毛管压力曲线的测定与换算四、毛管压力的滞后现象五、毛管压力曲线的分析及应用（一）、任意曲面的附加压力一、任意曲面的附加压力拉普拉斯方程：讨论: (1).毛管中弯液面为球面时毛管压力Pc:毛管中弯液面两侧非湿相压力与湿相压力之差 大小: 方向:指向弯液面内侧 分析讨论:Pc 与r 成反比, r 越小,Pc 越大Pc 与б成正比, б越大,Pc 越大Pc 与cos θ成正比, θ→0°或θ→180°,Pc 越大(2).毛管中弯液面为平面时)11(21R R P +=∆σrR P P c θσσcos 22==∆=rP c θσcos 2=(3).毛管中弯液面为柱面时(4).毛管断面渐变时(5).裂缝中的毛管压力（二）、毛管中液体的上升(与下降)气-液系统:式中：A ——附着张力=σcos θ，达因/cmr ——毛管半径，cmρ——液体密度，g/cm 3g ——重力加速度，cm/s 2σ——液体的表面张力，达因/cm=∆P rP P c σ=∆=rP P c )cos(2βθσ±=∆=WP P c θσcos 2=∆=gr h w ρθσcos 2=θ——接触角h ——液体上升高度，cm油-水系统:根据毛细管公式我们可以看到：1、毛管压力c P 和θcos 成正比，090 θ，极性大的那一相为润湿相，θcos 为正，c P 为正，此时润湿相沿毛管自发吸入上升。

（2）仪器流程（低压（常压）半渗透隔板法）
（3）测定步骤（低压（常压）半渗透隔板法）
A、将岩石和半渗透隔板用地层水完全饱和后，纪录岩石中饱和水的体积，此饱和 水的体积既是岩石的孔隙体积，此时岩石的含水饱和度为100%，将隔板装入仪 器中； B、饱和水的岩石防在隔板上面，（纪录该度管中的液面读数，计为0位置）；
会造成误差，特别对于低孔隙、低渗透的岩样，其误差会更 大。
（三）毛管压力曲线特征的影响因素 1、岩石孔隙结构及岩石物性 A、孔道大小的分布越集中，分选越好，毛管力曲线的中间平缓段
也就越长并且越接近水平线。 B、孔隙半径越大，则中间平缓段越接近横轴，毛管压力值越小。 C、孔隙喉道大小及集中程度主要影响着曲线的歪度(又叫偏斜度)， 它是毛管压力曲线形态倾向于粗孔道或细孔道的量度。大孔道越多，
中、低各种渗透率岩心，且都能得到完整的毛管压力曲线。
3）形状不规则的岩样也能进行测试。 4）作退汞（湿相驱非湿相）试验很方便，而退汞曲线的应用很广。
压汞法的缺点：
1）不能模拟实际油层的润湿性和原生水饱和度，因此，所测毛管压力 曲线不宜直接用于油田。
2）水银有毒，对人体有害。
3）试验结束时，岩样充满水银，不宜再做其它试验。
（2）仪器流程 （3）实验结果
A、压汞曲线（驱替曲线）； B、退汞曲线（吸入曲线） C、退汞效率=从岩石中退出汞的体积/进入岩石中的汞的最大体积
=（SHgmax- SHgr) / SHgmax
SHgmax——岩石中最大进汞饱和度, SHgr——岩石退汞后残留汞饱和度。
（4）优缺点
压汞法的优点：
1）测定速度快，通常每1-2小时测一块样品，低渗岩样也只不过半天。 2）测量压力高，最高压力可达6000psI（420atm），因此适用于高、

毛管压力曲线、 孔喉分布特征参数
9505 型压汞仪
评价储集层孔隙结构、孔喉 分布特征、储层分类及渗流
规律研究
二 孔渗及毛管压力曲线测定分析
1、孔隙度、渗透率测定分析
孔隙度和渗透率的测定，是提供地面条件下的有效 孔隙度值和渗透率值，考察岩样孔隙发育程度和孔喉连 通程度。测定的理论依据是气体状态方程、流体渗流原
小不一（直径 0.05～ 0.01mm），连通性较差
处于中部位置，略细歪度， 细喉峰明显高于粗喉峰，粗 喉峰位置可降至大于 10φ
处
普遍发育填隙物内孔 隙，孔径小（直径 0.01～
0.005mm），连通性差
右上方分布，细歪度，细喉 峰非常明显，粗喉峰不明显 或出现在 10～12φ 处，但峰
值一般比较低
35
30
25
100 90 80 70 60
20
50
40 15
30 10
20
5 10
0
0
3.2 6.4 12.5 25 50 100 200 400
Éø ͸ ÂÊ £¬ 10-3¦Ì m2
øÉ ¸Í Ê ¬£ 10-3̦ m2 Ù°Ö·¬º ¿Á ¬£ %
ÛÀ Ƽ Ù°Ö·¬º ¿Á ¬£ % Ù°Ö·¬º ¿Á ¬£ % ÛÀ Ƽ Ù°Ö·º¬ ¿Á ¬£ %
y = 0.002e0.611x R2 = 0.7398
100
10
1
0.1 0
5
10
15
20
25
30
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１ ２ 实验 装 置 ．
都不知道 毛管压力存 在定量 的函数关 系式 。本次研
究先进行 压汞 实验 ， 再分 别用 各 个数 学 模 型进 行 拟
合， 从拟合 效果 上来 评 价数 学模 型。通 过选 取 合适
的参数 ， 应用 毛管 压 力定 量数 学模 型 能 获取 毛 管压 力 曲线 ， 在一定程度 上减少 了实验次数 。 这
汞 不润湿 岩 石 孔 隙 ， 在外 加 压 力 作 用 下 ， 克 汞 服 毛管力 （ 口毛管 阀压 ） 进 入 岩石 孔 隙 。随 压 人 可 力增 加 ， 汞依 次进 入岩 石大 、 小孔 隙 ， 岩心 中 的汞 饱 和度 不断 增加 。注入 压 力 与 岩 心 中汞 饱 和 度 的关 系 曲线 即为毛 管力 曲线 。
建 晓 江。 ，
６ ００ ； １５ ０
７ ５０ ） ４ １０ 庆阳
（ ．油气藏地质及开发工程 国家重 点实验室 西南石油大学 ， １ 四川 成都
２ ６５ ；．中油长 庆油 田分 公司 ， ６５ ５ ３ 甘肃
摘 要 ： 了探 究毛 管 压 力 曲 线 定 量 函数 关 系 ， 取 ３块岩 样 进 行 压 汞 实验 ， 出毛 管压 力 曲 线 ， 为 选 作 然后 分 别 用描 述 毛 管 压 力 曲线 定 量 函数 关 系的 Ｃ ｒｙ模 型 、 ｒｏｓ ｏ ｙ模 型 、ａ ｅｕｈｅ ｏｅ Ｂｏｋ —Ｃ ｒ ｅ ｖｎＧ ｎ ｃｔ ｎ
第 １ 囊 第５ ９ 期 ２ １ 年 １ 月 ０２ ０
Ｄ Ｉ１． ９ ９ｊｉ ｎ １０ ６ ３ ．０ ２ ０ ．３ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ６— ５ ５ ２ １ ． ５ ０ ３ ｓ
毛 管压 力 曲线 定 量 关 系探 究 学 ， 山东 青岛

第二章毛管压力曲线的应用第一节压汞法基本原理及应用一、基本原理由于表面张力的作用，任何弯曲液面都存在毛细管压力。

其方向总是指向非润湿相的一方。

储油岩石的孔隙系统由无数大小不等的孔隙组成，其间被一个或数个喉道所连结，构成复杂的孔隙网络。

对于一定流体，一定半径的孔隙喉道具有一定的毛管压力。

在驱替过程中，只有当外加压力（非润湿相压力）等于或者超过喉道的毛管压力时，非润湿相才能通过喉道进入孔隙，将润湿相从其中排出。

此时，外加压力就相当于喉道的毛细管力。

毛细管压力是饱和度的函数，随着压力升高，非润湿相饱和度增大，润湿相饱和度降低。

在排驱过程中起控制作用的是喉道的大小，而不是孔隙。

一旦排驱压力克服喉道的毛细管压力，非润湿相即可进入孔隙。

在一定压力下非润湿相能够进入的喉道的大小是很分散的，只要等于及大于该压力所对应的喉道均可以进入，至于孔隙，非润湿相能够进入与否，则完全取决于连结它的喉道。

以上是毛细管压力曲线分析的基础。

压汞法又称水银注入法，水银对岩石是一种非润湿相流体，通过施加压力使水银克服岩石孔隙喉道的毛细管阻力而进入喉道，从而通过测定毛细管力来间接测定岩石的孔隙喉道大小分布，得到一系列互相对应的毛管压力和饱和度数据，以此来研究油层物理特征。

在压汞实验中，连续地将水银注入被抽空的岩样孔隙系统中，注入水银的每一点压力就代表一个相应的孔喉大小下的毛细管压力。

在这个压力下进入孔隙系统的水银量就代表这个相应的孔喉大小所连通的孔隙体积。

随着注入压力的不断增加，水银不断进入更小的孔隙喉道，在每一个压力点，当岩样达到毛细管压力平衡时，同时记录注入压力（毛细管力）和注入岩样的水银量，用纵坐标表示毛管压力p c，横坐标表示润湿相或非润湿相饱和度，作毛管压力与饱和度关系曲线一毛管压力曲线，该曲线表示毛管压力与饱和度之间的实测函数关系。

通常把非润湿相排驱润湿相称为驱替过程，而把润湿相排驱非润湿相的反过程称之为吸入过程。

在毛细管压力测量中，加压用非润湿相排驱岩芯中的润湿相属于驱替过程，所得毛管压力与饱和度关系曲线称之为驱替毛管压力曲线，降压用润湿相排驱非润湿相属于吸入过程，所得毛管压力与饱和度关系曲线称之为吸入毛管压力曲线，在压汞法中，通常把驱替叫注入，把吸入叫退出。

压汞法测定岩石毛管压力曲线一 作用1、描述孔喉分布及大小的系列特征参数2、确定各孔喉区间对渗透率的贡献二 特点由于其仪器装置固定，测定快速准确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛细管压力的主要手段。

三 基本原理原理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞的压力和孔喉的毛细管压力相等时，汞就能克服阻力进入孔隙，根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就得到毛细管压力曲线。

压力和孔喉半径的关系为：⑴Pc=0.735/r ； ⑵Pc 为毛管压力，MPa ； ⑶r 为毛管半径，μm 孔径与毛细管压力关系m r mp P a c μ毛管半径，毛细管压力，-- ;r P c θσcos 2=02140/480==θσcm 达因cc P r r P 735.735.=→=四 压汞试验所用岩样岩样一般为直径2.5cm ，长2.5cm 左右的柱塞(柱状岩心），测定前将油清洗干净，测定氦气法孔隙度、岩石总体积和岩石密度。

五 三个关键特征参数① 排驱压力Pd②饱和度中值管Pc50管压力Pc50③最小非饱和孔体积百分数S min参数含义：排驱压Pd 最大尺寸连通孔隙所对应的毛管压力。

反映了孔隙和喉道的集中程度和大小，是划分岩性好坏的重要指标之一。

p p 100%50 S Hg 汞饱和度 毛细管压力Pc饱和度中值毛管压力 Pc50 注汞量达到孔隙体积50％时对应的毛细管压力。

反映了孔隙中存在油水两相时，产油能力的大小,Pc50越小，岩石对油的渗透性越好，产能越高。

最小非饱和孔隙体积百分数Smin注汞压力达到仪器的最大压力时，未被汞饱和的孔隙体积百分数。

Smin 越大，小孔隙占的孔隙体积越多，对油气渗透不利。

孔隙结构特征参数排驱半径rd:排驱压力对应的最大孔喉半径；中值半径r50：饱和中值压力对应的半径；平均孔喉半径rc：汞所占据部分喉道的平均半径；主喉道半径r主：渗透率大于5％之后的孔喉平均半径。

毛管力曲线的测定一、实验目的1．了解压汞仪的工作原理及仪器结构；2．掌握毛管力曲线的测定方法及实验数据处理方法。

二、实验原理岩石的孔隙结构极其复杂，可以看作一系列相互连通的毛细管网络。

汞不润湿岩石孔隙，在外加压力作用下，汞克服毛管力可进入岩石孔隙。

随压力增加，汞依次由大到小进入岩石孔隙，岩心中的汞饱和度不断增加。

注入压力与岩心中汞饱和度的关系曲线即为毛管力曲线，如图1所示。

图1 典型毛管力曲线三、实验流程图2 压汞仪流程流程图(岩心尺寸：φ25×20--25mm，系统最高压力50MPa)四、实验步骤1．用游标卡尺测量岩心直径和长度，并记录；2．装岩心、抽真空：将岩样放入岩心室并关紧岩心室，关岩心室阀，开抽空阀，关真空泵放空阀；开真空泵抽空15~20分钟；3．充汞：开岩心室阀，开补汞阀，调整汞杯高度，使汞杯液面至抽空阀的距离H 与当前大气压力下的汞柱高度（约760mm ）相符；开隔离阀，重新调整汞杯高度，此时压差传感器输出值为28.00~35.00cm 之间；关抽空阀，关真空泵，打开真空泵放空阀，关闭补汞阀；4．进汞、退汞实验：关高压计量泵进液阀，调整计量泵，使最小量程压力表为零；按设定压力逐级进泵，稳定后记录压力及汞体积测量管中汞柱高度，直至达到实验最高设定压力；按设定压力逐级退泵，稳定后记录压力及汞体积测量管中汞柱高度，直至达到实验最低设定压力；5．结束实验：开高压计量泵进液阀，关隔离阀；开补汞阀，开抽空阀；打开岩心室，取出废岩心，关紧岩心室，清理台面汞珠。

(注意：进泵时，压力由小到大，当压力达到压力表量程的2/3时，关闭相应的压力表；退泵时，压力降到高压表量程的1/3以下并在下一级压力表的量程范围内时，才能将下一级压力表打开。

)五、实验数据处理实验原始记录如表1（最后附表）所示。

1．计算岩心含汞饱和度，绘制毛管力曲线（举例说明计算过程，并将含汞饱和度填入原始记录表）；任一毛管力P c 对应岩心含汞饱和度S Hg ：0()100%100%Hg i Hg PPV A h h S V V '-=⨯=⨯ 式中： h 0－进汞压力为零时，汞体积计量管中汞柱的高度，cm ；A －计量管横截面积，cm 2；V p －岩心中的孔隙体积，24P V d L πφ= ，cm 3；d －岩心直径，cm ；L －岩心长度，cm ；Ф－岩心孔隙度，小数； 以第二组数据为例：02()0.3576(33.1232.99)100%100% 1.42%2.574 2.3620.268i Hg P A h h S V π'-⨯-=⨯=⨯=⨯÷⨯⨯ 以此计算其他组压力下汞饱和度，并填入数据记录表1。

进入岩石的孔隙，不能进入半渗透隔板。当外加压差
等于岩石中某一孔隙所对应的毛管压力
时，岩石孔隙中的水被驱替出岩石。
Pc=
岩石中含水饱和度发生变化，测定毛管压力
2? L
cos r
?L
和饱和度的数据，可测定毛管压力曲线。
（2）仪器流程（低压（常压）半渗透隔板法）
（3）测定步骤（低压（常压）半渗透隔板法）
（4）优缺点
压汞法的优点： 1）测定速度快，通常每1-2小时测一块样品，低渗岩样也只不过半天。 2）测量压力高，最高压力可达6000psI（420atm），因此适用于高、
中、低各种渗透率岩心，且都能得到完整的毛管压力曲线。 3）形状不规则的岩样也能进行测试。 4）作退汞（湿相驱非湿相）试验很方便，而退汞曲线的应用很广。 压汞法的缺点： 1）不能模拟实际油层的润湿性和原生水饱和度，因此，所测毛管压力
A、将岩石和半渗透隔板用地层水完全饱和后，纪录岩石中饱和水的体积，此饱和 水的体积既是岩石的孔隙体积，此时岩石的含水饱和度为 100%，将隔板装入仪 器中；
B、饱和水的岩石防在隔板上面，（纪录该度管中的液面读数，计为0位置）；
C、抽真空产生△P1的负压，当△P1= Pc1=
2? L
cos r
?L
时，岩石中半径为 r1
曲线不宜直接用于油田。 2）水银有毒，对人体有害。 3）试验结束时，岩样充满水银，不宜再做其它试验。
3、离心机法
（1）基本原理 利用离心作用产生的强大驱替压力达到非湿相从多孔介质中把湿相驱替出来的 目的。根据普通物理学知识得，沿转动轴转动的物体所产生的离心力F应为：
F=ma=mw2R 式中： m——转动物体的质量 a——向心加速度，a=w2R w——角速度 R——转动半径