宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法
【专利摘要】一种宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法，包括如下步骤：步骤a，提供多孔介质的样本，测量多孔介质的孔隙度（φ）和颗粒半径（R）；步骤b，根据多孔介质的孔隙度（φ）和颗粒半径（R）计算多孔介质在分形模型中的结构参数；步骤c，测量宾汉姆流体的特性参数；步骤d，根据宾汉姆流体的特性参数计算宾汉姆流体在多孔介质中的平均毛细压差步骤e，根据多孔介质的结构参数、宾汉姆流体的特性参数及宾汉姆流体在多孔介质中的平均毛细压差及动力压差（Δpm）计算宾汉姆流体的有效渗透率（Ke）。上述宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法可提高预测的精度，并可提高采油效率。
【专利说明】宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种原油在多孔介质(地下岩石)中的有效渗透率的预测方法，特别是涉及一种宾汉姆流体型的原油在多孔介质(地下岩石)中的有效渗透率的预测方法。
【【背景技术】】
[0002]多孔介质可分为天然多孔介质和人造多孔介质。天然多孔介质又分为地下多孔介质和生物多孔介质，前者如岩石和土壤；后者如人体和动物体内的微细血管网络和组织间隙以及植物体的根、茎、枝、叶等。
[0003]多孔介质内部的孔隙极其微小。储集石油和天然气的砂岩地层的孔隙直径大多在不足I微米到500微米之间；毛细血管内径一般为5~15微米；肺泡-微细支气管系统的孔隙直径一般为200微米左右或更小；植物体内输送水分和糖分的孔隙直径一般不大于40微米。
[0004]多孔介质的孔隙度(孔隙率)为多孔介质内的微小空隙的总体积与该多孔介质的外表体积的比值。在常见的非生物多孔介质中，鞍形填料和玻璃纤维等的孔隙度最大达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% ;与地下流体资源等能源、资源有关的砂岩的孔隙度大多为12%~30%，土壤的孔隙度为43%~54%，砖的孔隙度为12%~34%，皮革的孔隙度为56%~59%，均属中等数值；动物的肾、肺、肝等脏器的血管系统的孔隙 度亦为中等数值。孔隙度是影响多孔介质内流体容量和流体渗流状况的重要参量。
[0005]多孔介质中流入不同的流体时，其浸润性不同，所谓湿润性为在固体和两种流体(两种非互溶液体或液体与气体)的三相接触面上出现的流体浸润固体表面的一种物理性质。浸润现象是三相的表面分子层能量平衡的结果。表面层的能量通常用极性表示，浸润性也可用固体液体之间的极性差来表示。极性差愈小，就愈易浸润。例如，金属表面的极性较小，水的极性比油脂的极性大，金属表面往往容易被油湿而不易被水湿，因此可称金属具有亲油性或憎水性；玻璃和石英的表面极性较大，容易被水浸润而不易被油脂浸润，因此可称玻璃和石英具有亲水性或憎油性。
[0006]在一定条件下，浸润性与温度、压力等因素有关。流体的性质等因素也可能影响固体表面的浸润性。例如，含有表面活性物质的流体与固体表面接触后，可能改变后者的浸润性。有些固体表面的浸润性呈现复杂的状态，例如，由于曾经与不同的液体接触，在同一块储油岩石上可能出现亲油表面和亲水表面同时存在的现象。
[0007]浸润性对多孔介质中流体运动的规律及有关的生产过程有重要影响。例如，储油岩石的浸润性不同，则渗流力学计算方法、油田开发原则和生产控制措施都不同。
[0008]多孔介质中存在毛细管压力，即，多孔介质的微小空隙中的任何两种非互溶流体分界面的两侧存在的压力差，即非浸润相的压力与浸润相的压力之差。毛细管压力取决于流体的表面张力、浸润角和界面的曲率。在流体互相驱替过程中，毛细管压力可以是驱动力，也可以是流动的阻力。浸润相在毛细管压力作用下，可以自发地驱替非浸润相，即渗汲作用。毛细管压力的存在影响多孔介质内的流体运动规律，因此是渗流力学及有关的工程技术必须考虑的问题。例如，在油田开发中，毛细管压力影响油层的有效渗透率和油层的采收率；利用毛细管压力曲线可确定多孔介质内的孔隙分布和流体分布，计算多孔介质的相渗透率以及油层的采收率等。
[0009]渗透率为多孔介质的一个较为重要的结构参数，表示多孔介质渗透性强弱的量。多孔介质允许流体通过相互连通的微小空隙流动的性质称为渗透性。常见的多孔介质均具有一定的渗透性。渗透率与多孔介质的另一物理性质——孔隙度之间不存在固定的函数关系，而与孔隙大小及其分布等因素有直接关系。渗透率值由达西渗流定律确定。物理系统的渗透率计量单位为平方厘米，而工程上常用达西和千分达西，即千分之一达西。一个达西等于9.8697X 10_9平方厘米。具有工业价值的砂岩油层的绝对渗透率值从几个到3000千分达西，大多数砂岩油层的渗透率为200~1000千分达西；砖的渗透率为5~220千分达西；土壤的渗透率一般为0.29~14达西。
[0010]渗透率可分三类:绝对渗透率，是通常以空气通过多孔介质测定的渗透率值；有效渗透率，是考虑了流体性质及其运动特征的渗透率，例如，二相或多相流体渗流时，多孔介质对每一相流体的渗透率总是小于绝对渗透率，称为相渗透率；相对渗透率，即相渗透率与绝对渗透率的比值。相渗透率由多相渗流的达西公式计算。实验证明，相渗透率值与该相流体在空隙中所占的体积百分比即该相的饱和度等因素有关。相对渗透率与饱和度之间的关系曲线称为多孔介质的相对渗透率曲线。
[0011]渗透性是多孔介质的基本物理的力学性质之一。渗透率是渗流力学及有关的工程技术的一项重要基础数据，它表征渗流过程的特征。以地下流体资源和能源为例，地层渗透率愈大,生产能力及采收率也愈大。
[0012]石油开采与地下岩石的渗透率有密切相关的关系，石油是一种非牛顿流体，例如，宾汉姆流体。因此，预测宾汉姆流体在地下岩石中的有效渗透率对石油开采有重要意义。目前，国外已经有相关预测方式，例如，美国雪佛龙公司申请的申请号为CN200680052503.7、发明名称为“利用溶气驱重油进行储层模拟的方法、系统和程序存储设备”的中国专利。
[0013]由于地下岩石的孔隙尺寸较小，因此，宾汉姆流体类型的石油在地下岩石中流通时的毛细管压差较大。然而，目前的宾汉姆流体的预测方法大多没有考虑毛细管压差这一重要因素，使得预测结果偏差较大。
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【发明内容】
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[0014]鉴于上述状况，有必要提供一种预测较为精确的宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法。
[0015]一种宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法，所述宾汉姆流体的本构方程为:
[0016]r = t0+ μr ；
[0017]其中，式中τ为切应力，τ。为所述宾汉姆流体的屈服应力，μ为所述宾汉姆流体的粘度，I是剪切速率；
[0018]所述预测方法包括如下步骤:
[0019]步骤a，提供所述多孔介质的样本，测量所述多孔介质的孔隙度(Φ )和颗粒半径(R)；
[0020]步骤b，根据所述多孔介质的孔隙度(Φ)和颗粒半径(R)计算所述多孔介质在分形模型中的结构参数，所述结构参数包括最小孔隙半径(rmin)、最大孔隙半径(r_)、毛细管的直线长度(U)、流体路径的弯曲度0- )、毛细管的迂曲度分形维数(DT)、孔隙分形维数(Df)，其分别由如下公式计算得出:
【权利要求】
1.一种宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法，所述宾汉姆流体的本构方程为:
τ = TnjT μY% 其中，式中τ为切应力，τ。为所述宾汉姆流体的屈服应力，μ为所述宾汉姆流体的粘度，f是剪切速率； 其特征在于，所述预测方法包括如下步骤:步骤a，提供所述多孔介质的样本，测量所述多孔介质的孔隙度(Φ )和颗粒半径(R)；步骤b，根据所述多孔介质的孔隙度(Φ )和颗粒半径(R)计算所述多孔介质在分形模型中的结构参数，所述结构参数包括最小孔隙半径(rmin)、最大孔隙半径(r_)、毛细管的直线长度(U)、流体路径的弯曲度0- )、毛细管的迂曲度分形维数(DT)、孔隙分形维数(Df)，其分别由如下公式计算得出:
2.如权利要求1所述的宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法，其特征在于，在步骤e之前，还包括步骤f:根据所述多孔介质的结构参数、所述宾汉姆流体的特性参数及圆周率(η)按照如下公式计算所述宾汉姆流体在所述多孔介质中的横截面积的流量(Q);
3.如权利要求2所述的宾汉姆流体在多孔介质中的有效渗透率的预测方法，其特征在于，在步骤e之前，还包括步骤g:根据所述多孔介质的结构参数、所述宾汉姆流体的特性参数及施加在所述多孔介质的样本两端的动力压差(ΛPm)按照如下公式计算所述宾汉姆流体在所述多孔介质中的平均流速(V)；
【文档编号】G01N15/08GK103776748SQ201410051477
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】员美娟 申请人:武汉科技大学