[科普中国]-毛细管压力

简介

毛细管压力对油水两相渗流具明显影响。对于高渗透油藏，通常只考虑油水界面达到平衡状态的毛细管压力，而忽略毛细管压力的动态效应。但低渗透油藏由于孔喉细小，渗透率低，孔隙流体渗流速度低，其渗流规律和常规的高渗透油藏差别显著，油水界面未达到平衡状态时的毛细管压力动态效应更加显著，对油水渗流规律及水驱油开发特征影响更大，因此有必要分析低渗透油藏毛细管压力的动态效应1。

毛细管压力研究概况毛细管压力大小与界面张力、岩石润湿性及孔隙半径等有关。国内外学者对毛细管压力进行了大量研究，主要集中在两个方面：

1.对湿相和非湿相流体界面达到平衡状态的静态毛细管压力的研究，认为毛细管压力是湿相饱和度的函数。以洪世铎为代表的多数中国学者只研究了油水界面平衡状态下的静态毛细管压力及其对低渗透油藏水驱油效果的影响，认为毛细管压力只是含水饱和度的函数。

2.对湿相和非湿相流体界面未达到平衡状态时的动态毛细管压力的研究。以Hassanizadeh 为代表的国外学者研究了动态毛细管压力的效应，认为在非稳态运动过程中，毛细管压力不断变化，其不仅是湿相流体饱和度的函数，还受到湿相流体饱和度变化率的影响。

只有少数中国学者对湿相和非湿相流体界面非平衡状态下的动态毛细管压力开展了研究工作。王中才等通过微米级毛细管水油驱替实验研究了毛细管压力的变化，他们利用圆柱形石英毛细管来模拟多孔介质，发现了纯水驱替正癸烷过程中毛细管压力的变化现象，但没有对动态毛细管压力的作用机理作详细论述，对其影响规律也未作定量描述2。

动态毛细管压力和启动压力梯度的关系对于低渗透油藏，油水两相渗流满足非达西渗流规律，存在启动压力梯度。为了考察低渗透油藏动态毛细管压力与非达西渗流规律以及启动压力梯度的关系，利用所建立的一维水驱油渗流模型，先给定某一产量值，然后计算沿程压力分布，得到沿程平均压力梯度；然后给定不同的产量，可得到不同的压力梯度值，从而得到产量-压力梯度关系曲线，并求出启动压力梯度值。结果显示：在油水两相渗流情况下产量和压力梯度关系曲线都不是过原点的直线，存在明显的启动压力梯度。毛细管动态系数值越大（岩心渗透率越低），毛细管压力动态效应越明显，启动压力梯度值越大。低渗岩心油水渗流实验规律和本模型的计算结果吻合。可见低渗透油藏油水两相动态毛细管压力是导致油水两相流动符合非达西渗流规律的原因之一2。

动态毛细管压力对一维水驱油过程的影响利用建立的数学模型，计算分析了动态毛细管压力对一维水驱油过程的影响，比较了仅考虑静态毛细管压力情况和考虑动态毛细管压力情况下水驱效果的差别，并分析造成这种差别的原因，如考察分析了油藏不同位置（注水井附近和采油井附近区域）含水饱和度变化率的差别、沿程压力分布和压力损失的差别等。

1.考虑静态毛细管压力与动态毛细管压力的水驱效果对比分析

考虑动态毛细管压力条件下，见水时间延迟，见水时平均剩余油饱和度增大，采出程度降低。这是因为与静态毛细管压力相比，动态毛细管压力多考虑了含水饱和度变化率对渗流的影响，水驱油过程中渗流阻力更大，所以水驱油速度变慢，见水时间延迟，平均剩余油饱和度增大，采出程度下降。

2.注水井到采油井沿程压力变化对比分析

考虑静态毛细管压力与动态毛细管压力下注水井附近沿程压力对比分析结果。内边界条件为生产井定井底流压采油。与考虑静态毛细管压力的沿程压力相比，考虑动态毛细管压力情况下的沿程压力损失更大，因而导致沿程压力值上升。

3.产油量随时间变化对比分析

考虑动态毛细管压力时的产油量低于只考虑静态毛细管压力时的产量，这是因为与考虑静态毛细管压力情况相比，考虑动态毛细管压力时多考虑了含水饱和度变化率对渗流的影响，水驱油渗流阻力更大，所以产油量减小。可见，若在做生产预测时只考虑静态毛细管压力，则会导致预测的产量值比实际值偏高。

考虑静态毛细管压力下的含水饱和度变化率相比，考虑动态毛细管压力时的含水饱和度变化率较大，饱和度场变化较快，尤其注入井端和采油井产出端附近区域的含水饱和度变化较快，动态毛细管压力作用显著3。

总结通过测定数值模拟研究，定量描述了低渗透油藏动态毛细管压力及其对油水两相渗流的影响。结果表明，低渗透油藏毛细管压力的动态效应非常显著，不能忽略；动态毛细管压力和湿相饱和度变化率之间近似为线性关系，且不同渗透率岩心的毛细管动态系数大小不尽相同，岩心渗透率越低，毛细管动态系数值越大，毛细管动态效应越明显，启动压力梯度越大。认为毛细管压力动态效应是造成低渗透油藏油水两相流动符合非达西渗流规律的原因之一，会对水驱油前缘的推进速度、沿程压力分布、见水时间、产油量、采出程度等开发指标产生影响2。