羅伯遜－斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法
【專利摘要】一種羅伯遜－斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法，包括如下步驟：步驟a，提供多孔介質(zhì)的樣本，測量多孔介質(zhì)的孔隙度（φ）和顆粒半徑（R）；步驟b，根據(jù)多孔介質(zhì)的孔隙度（φ）和顆粒半徑（R）計算多孔介質(zhì)在分形模型中的結(jié)構(gòu)參數(shù)；步驟c，測量羅伯遜－斯蒂夫流體的特性參數(shù)，特性參數(shù)包括動力粘度系數(shù)（μ）、初始剪切速率（C）、流變指數(shù)（n）、表面張力（T）及固液接觸角（θ）；步驟d根據(jù)多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、羅伯遜－斯蒂夫流體的特性參數(shù)計算羅伯遜－斯蒂夫流體的啟動壓力梯度（λ）。上述羅伯遜－斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法能夠反應羅伯遜－斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)的啟動壓力梯度的具體規(guī)律。
【專利說明】羅伯遜一斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種原油在多孔介質(zhì)(地下巖石)中的啟動壓力梯度的預測方法，特別是涉及一種羅伯遜一斯蒂夫流體型的原油在多孔介質(zhì)(地下巖石)中的啟動壓力梯度的預測方法。
【【背景技術】】
[0002]多孔介質(zhì)可分為天然多孔介質(zhì)和人造多孔介質(zhì)。天然多孔介質(zhì)又分為地下多孔介質(zhì)和生物多孔介質(zhì)，前者如巖石和土壤；后者如人體和動物體內(nèi)的微細血管網(wǎng)絡和組織間隙以及植物體的根、莖、枝、葉等。
[0003]多孔介質(zhì)內(nèi)部的孔隙極其微小。儲集石油和天然氣的砂巖地層的孔隙直徑大多在不足I微米到500微米之間；毛細血管內(nèi)徑一般為5~15微米；肺泡-微細支氣管系統(tǒng)的孔隙直徑一般為200微米左右或更??；植物體內(nèi)輸送水分和糖分的孔隙直徑一般不大于40微米。
[0004]多孔介質(zhì)的孔隙度(孔隙率)為多孔介質(zhì)內(nèi)的微小空隙的總體積與該多孔介質(zhì)的外表體積的比值。在常見的非生物多孔介質(zhì)中，鞍形填料和玻璃纖維等的孔隙度最大達83%~93% ;煤、混凝土、石灰石和白云石等的孔隙度最小，可低至2%~4% ;與地下流體資源等能源、資源有關的砂巖的孔隙度大多為12%~30%，土壤的孔隙度為43%~54%，磚的孔隙度為12%~34%，皮革的孔隙度為56%~59%，均屬中等數(shù)值；動物的腎、肺、肝等臟器的血管系統(tǒng)的孔隙度亦為中等數(shù)值?？紫抖仁怯绊懚嗫捉橘|(zhì)內(nèi)流體容量和流體滲流狀況的重要參量。
[0005]多孔介質(zhì)中流入不同的流體時，其浸潤性不同，所謂濕潤性為在固體和兩種流體(兩種非互溶液體或液體與氣體)的三相接觸面上出現(xiàn)的流體浸潤固體表面的一種物理性質(zhì)。浸潤現(xiàn)象是三相的表面分子層能量平衡的結(jié)果。表面層的能量通常用極性表示，浸潤性也可用固體液體之間的極性差來表示。極性差愈小，就愈易浸潤。例如，金屬表面的極性較小，水的極性比油脂的極性大，金屬表面往往容易被油濕而不易被水濕，因此可稱金屬具有親油性或憎水性；玻璃和石英的表面極性較大，容易被水浸潤而不易被油脂浸潤，因此可稱玻璃和石英具有親水性或憎油性。
[0006]在一定條件下，浸潤性與溫度、壓力等因素有關。流體的性質(zhì)等因素也可能影響固體表面的浸潤性。例如，含有表面活性物質(zhì)的流體與固體表面接觸后，可能改變后者的浸潤性。有些固體表面的浸潤性呈現(xiàn)復雜的狀態(tài)，例如，由于曾經(jīng)與不同的液體接觸，在同一塊儲油巖石上可能出現(xiàn)親油表面和親水表面同時存在的現(xiàn)象。
[0007]浸潤性對多孔介質(zhì)中流體運動的規(guī)律及有關的生產(chǎn)過程有重要影響。例如，儲油巖石的浸潤性不同，則滲流力學計算方法、油田開發(fā)原則和生產(chǎn)控制措施都不同。
[0008]多孔介質(zhì)中存在 毛細管壓力，即，多孔介質(zhì)的微小空隙中的任何兩種非互溶流體分界面的兩側(cè)存在的壓力差，即非浸潤相的壓力與浸潤相的壓力之差。毛細管壓力取決于流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅(qū)替過程中，毛細管壓力可以是驅(qū)動力，也可以是流動的阻力。浸潤相在毛細管壓力作用下，可以自發(fā)地驅(qū)替非浸潤相，即滲汲作用。毛細管壓力的存在影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運動規(guī)律，因此是滲流力學及有關的工程技術必須考慮的問題。例如，在油田開發(fā)中，毛細管壓力影響油層的有效滲透率和油層的采收率；利用毛細管壓力曲線可確定多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙分布和流體分布，計算多孔介質(zhì)的相滲透率以及油層的采收率等。
[0009]滲透性是多孔介質(zhì)的基本物理的力學性質(zhì)之一。滲透率是滲流力學及有關的工程技術的一項重要基礎數(shù)據(jù)，它表征滲流過程的特征。以地下流體資源和能源為例，地層滲透率愈大,生產(chǎn)能力及采收率也愈大。
[0010]在低滲透油藏開發(fā)過程中，啟動壓力梯度存在并對油藏的開發(fā)效果產(chǎn)生影響這一觀點已經(jīng)被油藏工程師們廣泛接受。因此，對低滲透油藏啟動壓力梯度的研究具有十分重要的意義。
[0011]對低滲透油藏的巖石來說，其孔隙系統(tǒng)可基本看作由小孔道組成，由于孔道表面邊界表面張力的影響，只有當驅(qū)動壓力梯度大于某孔道的啟動壓力梯度時，該孔道中的流體才能流動。由此可知，低滲透油藏存在啟動壓力梯度，并且石油開采與地下巖石的啟動壓力梯度有密切相關的關系，石油是一種非牛頓流體，例如，羅伯遜一斯蒂夫流體。因此，預測羅伯遜一斯蒂夫流體在地下巖石中的啟動壓力梯度對石油開采有重要意義。目前，已經(jīng)有相關的油藏啟動壓力梯度測試方法，例如，中國石油天然氣股份有限公司申請的申請?zhí)枮镃N200910090075.2、發(fā)明名稱為“低滲透儲層啟動壓力測試方法”的中國專利。
[0012]然而，申請?zhí)枮镃N200910090075.2的中國專利只能對低滲透儲層啟動壓力進行簡單的模擬測試，并不能反應地下油藏的啟動壓力梯度的具體規(guī)律。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0013]鑒于上述狀況，有必要提供一種能夠反應羅伯遜一斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)的啟動壓力梯度的具體規(guī)律的預測方法。
[0014]一種羅伯遜一斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法，所述羅伯遜一斯蒂夫流體的本構(gòu)方程為:
[0015]τ = μ{y +C)"；
[0016]其中，式中τ為切應力，μ為所述羅伯遜一斯蒂夫流體的動力粘度系數(shù)，#是剪切速率，C為初始剪切速率，η是流變指數(shù)；
[0017]所述預測方法包括如下步驟:
[0018]步驟a，提供所述多孔介質(zhì)的樣本，測量所述多孔介質(zhì)的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)；
[0019]步驟b，根據(jù)所述多孔介質(zhì)的孔隙度(Φ)和顆粒半徑(R)計算所述多孔介質(zhì)在分形模型中的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括最小孔隙半徑(rmin)、最大孔隙半徑(r_)、毛細管的直線長度(U)、流體路徑的彎曲度0- )、毛細管的迂曲度分形維數(shù)(DT)、孔隙分形維數(shù)(Df)，其分別由如下公式計算得出:[O020]
【權利要求】
1.一種羅伯遜一斯蒂夫流體在多孔介質(zhì)中的啟動壓力梯度的預測方法，所述羅伯遜一斯蒂夫流體的本構(gòu)方程為:τ = μ{Y + 0"； 其中，式中τ為切應力，μ為所述羅伯遜一斯蒂夫流體的動力粘度系數(shù)，;>是剪切速率，C為初始剪切速率，η是流變指數(shù)； 其特征在于，所述預測方法包括如下步驟:步驟a，提供所述多孔介質(zhì)的樣本，測量所述多孔介質(zhì)的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)；步驟b，根據(jù)所述多孔介質(zhì)的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)計算所述多孔介質(zhì)在分形模型中的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括最小孔隙半徑(rmin)、最大孔隙半徑(r_)、毛細管的直線長度(U)、流體路徑的彎曲度0- )、毛細管的迂曲度分形維數(shù)(DT)、孔隙分形維數(shù)(Df)，其分別由如下公式計算得出:
【文檔編號】G01N13/04GK103776739SQ201410051469
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權日:2014年2月14日
【發(fā)明者】員美娟 申請人:武漢科技大學
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