第三章儲層中多相流體的滲流機(jī)理儲層流體物性儲層巖石物性儲層中多相流體的滲流機(jī)理一般說來油藏中單相流體的情況極少，大多存在不互溶的油、水兩相流體或是油、氣、水三相流體。2儲層中多相流體的特點(diǎn)1、流體與巖石、流體與流體的接觸面積相當(dāng)大油藏巖石是比面極大的多孔介質(zhì)，即使孔道中只含有一相流體時，它與巖石孔隙的接觸面積已經(jīng)相當(dāng)大。而當(dāng)油藏流體以油、氣、水兩相或三相同時存在于巖石孔隙中時，在各相流體之間、流體與巖石顆粒固相間就存在著多種界面——水和巖石、油和巖石、油和水、油和氣、氣和水等多種接觸面，這些界面總面積極大。3研究的目的和意義由于界面現(xiàn)象與兩相內(nèi)部及界面的分子力有關(guān)，我們必須從微觀角度入手，研究是多相流體在儲層中：1、巖石的潤濕性2、毛管力及各種毛管阻力，探討消除和降低附加阻力的規(guī)律，3、微觀滲流機(jī)理，掌握油、水在巖石孔隙中的分布特點(diǎn)，掌握剩余油分布規(guī)律及其影響因素，4、多相滲流特征（相對滲透率）為宏觀上掌握油井生產(chǎn)規(guī)律，合理開發(fā)油田，改善開發(fā)效果以及提高采收率等工作打下基礎(chǔ)。5第一節(jié)儲層流體的界面張力一、兩相界面的界面能物質(zhì)界面層的分子與其內(nèi)部分子所處的狀態(tài)不同。在水相的內(nèi)部，由于同時受到周圍同類分子力的作用，所以其分子力場處于相對平衡狀態(tài)。把由相內(nèi)分子力引起的一些性質(zhì)稱“體積性質(zhì)”把由兩相界面分子引起的性質(zhì)稱“界面性質(zhì)”任何兩相分界面稱“界面”例子：當(dāng)兩相中其中一相為氣體時，則把界面稱“表面”把固和液、液和液相接觸的界面稱“界面”把固體和氣體接觸界面稱“固體表面”把液體和氣體接觸界面稱“液體表面”6一、兩相界面的界面能分子B分子A分子B在液相內(nèi)部,它所受的分子合力為零,可以在液相內(nèi)自由運(yùn)動.分子A在界面層,它所受的分子合力不為零,其合力指向液體內(nèi)部,因此,如果要把液相內(nèi)部的分子移動到液體表面就必須克服這個合力而做功,即:表面層分子比內(nèi)部分子具有多余的能量.7自由界面能的性質(zhì)（1）只有存在不互溶的兩相時自由界面能才存在。以上是水-空氣界面。同理對于任意兩相，不論是氣和液、液和液，還是氣和固、液和固的界面，都存在有上述的自由界面能。而完全互溶的兩相（例如酒精和水、煤油和原油），由于它們之間不存在界面，所以也就不存在自由界面能。（2）界面越大，自由界面能也越大根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，任何自由能都有趨于最小的趨勢。由于等體積物體以球體表面積最小，表面能也最小，所以水銀滴掉在桌面上變成球形，而不是其它形狀，以使自由表面能居于最小。9自由界面能的性質(zhì)（3）界面是具有一定厚度的界面層界面層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與每一相的性質(zhì)都不同，是一個逐漸過渡的分子層。在該過渡層中的分子，都具有自由表面能，只是大小不同而已。在過渡層中，分子的熱力學(xué)性質(zhì)也是逐漸過渡并且是連續(xù)變化的，最終分子力場達(dá)到平衡的某一單相。例如，水與空氣接觸的表面層厚度至少有幾個分子層厚。10自由界面能的性質(zhì)（4）自由界面能的大小與兩相分子性質(zhì)有關(guān)系。兩相分子的極性差越大，界面能越大。水是液體中極性最大的，而干凈的空氣極性很小，因此水-空氣界面的表面能最大。原油和四氯化碳的極性差很小，乃至界面消失而互溶，正因?yàn)槿绱?，油層物理?shí)驗(yàn)中用四氯化碳來提取巖心中的石油。（5）自由界面能還與兩相的相態(tài)有關(guān)。液相和氣相界面的自由表面能一般比液相和液相界面的自由界面能要大。液和固之間的自由界面能大于液和氣之間的自由表面能。111.比表面能和表面張力比表面能的單位：SI單位制：焦耳/米2（J/m2），1焦耳/米2（J/m2）=1牛頓／米（N/m），工程上常用毫牛頓／米（mN/m）。CGS單位制：爾格/厘米2。1爾格/厘米2=1達(dá)因／厘米（dyn/cm）。1毫牛頓／米（mN/m）=1達(dá)因／厘米（dyn/cm）從因次上看，比表面能等于單位長度上的力，所以習(xí)慣上把比表面能稱為表面張力，用符號σ表示。131.比表面能和表面張力由于體系表面層上的分子力的不對稱作用，使得其能量比相內(nèi)分子能量高，故增加體系的新表面積，相當(dāng)于把更多的分子從相內(nèi)移到表層來，就必須克服相內(nèi)分子的吸引力而做功，這種作功的能量就轉(zhuǎn)化為新生界面的表面能。141.比表面能和表面張力兩相界面的表面張力只是自由表面能的一種表示方法，兩相界面上并不存在著什么“張力”，只有三相周界上，表面能才表現(xiàn)出表面張力的作用。不規(guī)則的絲環(huán)在表面張力的作用下形成圓環(huán)151.比表面能和表面張力界面張力的特點(diǎn)①兩相界面張力的大小等于其比界面能。②界面張力的作用點(diǎn)為三相周界的接觸點(diǎn)。③界面張力的方向，若界面為平面則在界面上，若界面為曲面，則在界面切線上，方向指向使界面收縮的方向。172.界面張力的影響因素界面張力產(chǎn)生的根本原因是界面層中分子的凈吸引力。1、物質(zhì)的組成可以看出，水銀與空氣接觸時的表面張力要大于與水接觸的界面張力，這是因?yàn)閮上嚅g分子的極性差越大，表面能也就越大的特點(diǎn)。在液體中水的極性最大，而空氣的極性很小，所以水與空氣的界面張力最大。作為有機(jī)溶劑的原油與甲苯，由于它們都是有機(jī)物，因而之間的極性差很小，界面張力也就很小，甚至可以達(dá)到互溶以至界面消失。物質(zhì)與空氣接觸時的表面張力（20°C）mN/m與水接觸時的界面張力（20°C）mN/m水銀484.0375水72.8苯28.633.4變壓器油39.145.1杜依瑪茲石油27.230.3182.界面張力的影響因素2、相態(tài)自由界面能的另一個特點(diǎn)是它的大小與兩相的相態(tài)有關(guān)，如液、液之間的自由界面能一般大于液氣之間的自由界面能3、溫度一方面：溫度升高，增大了液體分子間的距離，使液相分子間的引力減少；另一方面：增加了液體的蒸發(fā)，加大了蒸氣的密度，使氣相與液相間的引力增加。兩者都使界面層內(nèi)分子所受到的指向相內(nèi)部的凈引力減小。溫度升高，界面張力降低。19對于任何液、氣兩相來說，都會有隨著溫度和壓力的增加，表面張力的減小的現(xiàn)象。而升高壓力將增加氣體在液體中的溶解度，液體的密度因而減少，而氣體受壓密度增加，兩相的密度差減少，從而導(dǎo)致了兩相分子間的差異變小，分子力場不平衡減弱，最終表現(xiàn)為表面張力降低。212.界面張力的影響因素在油氣儲層中，存在多種界面，但固體表面張力很難確定，為此，通常只限于討論流體間的界面張力。油藏流體組成復(fù)雜而且油藏中各處的溫度、壓力大小也不同，溫度、壓力條件又改變著流體的組成，這些因素決定了油層中流體間的界面張力變化的復(fù)雜性，即使在同一個油氣層，界面張力不是定值，不同油氣層則差別會更大。下面根據(jù)上述界面張力的概念及其特點(diǎn)，解釋油藏流體界面張力的大小及變化規(guī)律。22隨溫度、壓力及油中溶解氣量的增加，油氣界面張力降低油氣界面的界面張力很小（遠(yuǎn)小于地面脫氣原油的表面張力）高溫，高壓溶有大量的天然氣原油中純烴(包括飽和烷烴與不飽和烷烴)與氣體的界面張力隨溫度的升高而降低，隨分子量的增加而增加，這是因?yàn)榉肿恿吭黾樱肿娱g作用力增強(qiáng)的緣故。1.油氣界面23卡佳霍夫(1956年)：沒有影響因?yàn)樵黾訙囟群吞岣邏毫⑼瑫r改變油水各自的分子間作用力