賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法
2023-12-10 05:12:01 3
賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法
【專利摘要】一種賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法，包括如下步驟：步驟a，提供多孔介質的樣本，測量多孔介質的孔隙度（φ）和顆粒半徑（R）；步驟b，根據多孔介質的孔隙度（φ）和顆粒半徑（R）計算多孔介質在分形模型中的結構參數；步驟c，測量賓漢姆流體的特性參數；步驟d，根據賓漢姆流體的特性參數計算賓漢姆流體在多孔介質中的平均毛細壓差步驟e，根據多孔介質的結構參數、賓漢姆流體的特性參數及賓漢姆流體在多孔介質中的平均毛細壓差及動力壓差（Δpm）計算賓漢姆流體的有效滲透率（Ke）。上述賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法可提高預測的精度，並可提高採油效率。
【專利說明】賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種原油在多孔介質(地下巖石)中的有效滲透率的預測方法，特別是涉及一種賓漢姆流體型的原油在多孔介質(地下巖石)中的有效滲透率的預測方法。
【【背景技術】】
[0002]多孔介質可分為天然多孔介質和人造多孔介質。天然多孔介質又分為地下多孔介質和生物多孔介質，前者如巖石和土壤；後者如人體和動物體內的微細血管網絡和組織間隙以及植物體的根、莖、枝、葉等。
[0003]多孔介質內部的孔隙極其微小。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；毛細血管內徑一般為5~15微米；肺泡-微細支氣管系統的孔隙直徑一般為200微米左右或更小；植物體內輸送水分和糖分的孔隙直徑一般不大於40微米。
[0004]多孔介質的孔隙度(孔隙率)為多孔介質內的微小空隙的總體積與該多孔介質的外表體積的比值。在常見的非生物多孔介質中，鞍形填料和玻璃纖維等的孔隙度最大達83%~93% ;煤、混凝土、石灰石和白雲石等的孔隙度最小，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%，均屬中等數值；動物的腎、肺、肝等臟器的血管系統的孔隙 度亦為中等數值。孔隙度是影響多孔介質內流體容量和流體滲流狀況的重要參量。
[0005]多孔介質中流入不同的流體時，其浸潤性不同，所謂溼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的流體浸潤固體表面的一種物理性質。浸潤現象是三相的表面分子層能量平衡的結果。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溼而不易被水溼，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，含有表面活性物質的流體與固體表面接觸後，可能改變後者的浸潤性。有些固體表面的浸潤性呈現複雜的狀態，例如，由於曾經與不同的液體接觸，在同一塊儲油巖石上可能出現親油表面和親水表面同時存在的現象。
[0007]浸潤性對多孔介質中流體運動的規律及有關的生產過程有重要影響。例如，儲油巖石的浸潤性不同，則滲流力學計算方法、油田開發原則和生產控制措施都不同。
[0008]多孔介質中存在毛細管壓力，即，多孔介質的微小空隙中的任何兩種非互溶流體分界面的兩側存在的壓力差，即非浸潤相的壓力與浸潤相的壓力之差。毛細管壓力取決於流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅替過程中，毛細管壓力可以是驅動力，也可以是流動的阻力。浸潤相在毛細管壓力作用下，可以自發地驅替非浸潤相，即滲汲作用。毛細管壓力的存在影響多孔介質內的流體運動規律，因此是滲流力學及有關的工程技術必須考慮的問題。例如，在油田開發中，毛細管壓力影響油層的有效滲透率和油層的採收率；利用毛細管壓力曲線可確定多孔介質內的孔隙分布和流體分布，計算多孔介質的相滲透率以及油層的採收率等。
[0009]滲透率為多孔介質的一個較為重要的結構參數，表示多孔介質滲透性強弱的量。多孔介質允許流體通過相互連通的微小空隙流動的性質稱為滲透性。常見的多孔介質均具有一定的滲透性。滲透率與多孔介質的另一物理性質——孔隙度之間不存在固定的函數關係，而與孔隙大小及其分布等因素有直接關係。滲透率值由達西滲流定律確定。物理系統的滲透率計量單位為平方釐米，而工程上常用達西和千分達西，即千分之一達西。一個達西等於9.8697X 10_9平方釐米。具有工業價值的砂巖油層的絕對滲透率值從幾個到3000千分達西，大多數砂巖油層的滲透率為200~1000千分達西；磚的滲透率為5~220千分達西；土壤的滲透率一般為0.29~14達西。
[0010]滲透率可分三類:絕對滲透率，是通常以空氣通過多孔介質測定的滲透率值；有效滲透率，是考慮了流體性質及其運動特徵的滲透率，例如，二相或多相流體滲流時，多孔介質對每一相流體的滲透率總是小於絕對滲透率，稱為相滲透率；相對滲透率，即相滲透率與絕對滲透率的比值。相滲透率由多相滲流的達西公式計算。實驗證明，相滲透率值與該相流體在空隙中所佔的體積百分比即該相的飽和度等因素有關。相對滲透率與飽和度之間的關係曲線稱為多孔介質的相對滲透率曲線。
[0011]滲透性是多孔介質的基本物理的力學性質之一。滲透率是滲流力學及有關的工程技術的一項重要基礎數據，它表徵滲流過程的特徵。以地下流體資源和能源為例，地層滲透率愈大,生產能力及採收率也愈大。
[0012]石油開採與地下巖石的滲透率有密切相關的關係，石油是一種非牛頓流體，例如，賓漢姆流體。因此，預測賓漢姆流體在地下巖石中的有效滲透率對石油開採有重要意義。目前，國外已經有相關預測方式，例如，美國雪佛龍公司申請的申請號為CN200680052503.7、發明名稱為「利用溶氣驅重油進行儲層模擬的方法、系統和程序存儲設備」的中國專利。
[0013]由於地下巖石的孔隙尺寸較小，因此，賓漢姆流體類型的石油在地下巖石中流通時的毛細管壓差較大。然而，目前的賓漢姆流體的預測方法大多沒有考慮毛細管壓差這一重要因素，使得預測結果偏差較大。
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【發明內容】
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[0014]鑑於上述狀況，有必要提供一種預測較為精確的賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法。
[0015]一種賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法，所述賓漢姆流體的本構方程為:
[0016]r = t0+ μr ；
[0017]其中，式中τ為切應力，τ。為所述賓漢姆流體的屈服應力，μ為所述賓漢姆流體的粘度，I是剪切速率；
[0018]所述預測方法包括如下步驟:
[0019]步驟a，提供所述多孔介質的樣本，測量所述多孔介質的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)；
[0020]步驟b，根據所述多孔介質的孔隙度(Φ)和顆粒半徑(R)計算所述多孔介質在分形模型中的結構參數，所述結構參數包括最小孔隙半徑(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(DT)、孔隙分形維數(Df)，其分別由如下公式計算得出:
【權利要求】
1.一種賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法，所述賓漢姆流體的本構方程為:
τ = TnjT μY% 其中，式中τ為切應力，τ。為所述賓漢姆流體的屈服應力，μ為所述賓漢姆流體的粘度，f是剪切速率； 其特徵在於，所述預測方法包括如下步驟:步驟a，提供所述多孔介質的樣本，測量所述多孔介質的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)；步驟b，根據所述多孔介質的孔隙度(Φ )和顆粒半徑(R)計算所述多孔介質在分形模型中的結構參數，所述結構參數包括最小孔隙半徑(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(DT)、孔隙分形維數(Df)，其分別由如下公式計算得出:
2.如權利要求1所述的賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法，其特徵在於，在步驟e之前，還包括步驟f:根據所述多孔介質的結構參數、所述賓漢姆流體的特性參數及圓周率(η)按照如下公式計算所述賓漢姆流體在所述多孔介質中的橫截面積的流量(Q);
3.如權利要求2所述的賓漢姆流體在多孔介質中的有效滲透率的預測方法，其特徵在於，在步驟e之前，還包括步驟g:根據所述多孔介質的結構參數、所述賓漢姆流體的特性參數及施加在所述多孔介質的樣本兩端的動力壓差(ΛPm)按照如下公式計算所述賓漢姆流體在所述多孔介質中的平均流速(V)；
【文檔編號】G01N15/08GK103776748SQ201410051477
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2014年2月14日
【發明者】員美娟 申請人:武漢科技大學