微尺度毛细管中不相溶两相驱替特性的实验研究

摘要

低渗透裂缝性油藏在我国分布广泛，自发渗吸是此类油藏的主要采油机理。由于毛细管力是自发渗吸的驱动力，因而其在低渗透裂缝性油藏采油中发挥了重要作用，研究低渗透油藏渗吸过程中毛细管力的变化规律具有重要的理论和应用研究意义。此外，关于低渗透裂缝性多孔介质中的流体流动是否存在由微尺度效应导致的启动压力梯度现象，目前依然存在争议，有待进一步的研究论证。本文利用与多孔基岩孔隙尺寸相近的微米级石英毛细管模拟真实多孔基岩，开展了不相溶的渗吸驱替实验，系统地研究了驱替过程中毛细管力的变化规律，初步探讨了微米级毛细管中不相溶渗吸驱替过程中启动压力梯度现象的存在与否。 本论文的主要内容如下: 1.组建了一套适于在水平定向的微米级石英毛细管中进行不相溶流体驱替的实验装置，并且建立了一套研究微米级毛细管中不相溶两相驱替的实验方法。 2.利用建造的实验装置及建立的驱替实验方法，以纯水为工作液，对本文所采用的四种微米级毛细管的内径进行了测量，同时与SEM端面扫描法的测量结果进行了对比，结果发现，两种测量方法所得结果几乎完全相同。另外，实验过程中还发现，相较于惯常采用的SEM端面扫描法，基于该装置的测量方法具有操作简便且易于分析管径分布均一性的突出优点。 3.通过在不同润湿性条件下进行不相溶的两相驱替实验，考察了润湿性对驱替过程中毛细管力的变化规律的影响。实验结果表明，在强水湿情形中，驱替过程中的毛细管力始终保持恒定;而在弱水湿及非水湿的情形中，驱替过程中的毛细管力均随驱替的进行而逐渐减小，但前者中的毛细管力始终为正值，而后者中的毛细管力始终为负值。驱替过程中发生的润湿滞后可能是导致上述变化规律差异的原因。 4.在亲水石英毛细管中进行了恒外压下的水-油渗吸驱替实验，毛细管内径介于0.92微米至6.53微米，水/油粘度比介于0.11～4.2。通过连续测定驱替过程中的动态毛细管力，阐述了驱替过程中动态毛细管力的速度依赖性，并将其与水/油粘度比关联了起来。实验结果表明，依水油两相粘度的相对大小不同，驱替过程中的动态毛细管力表现出不同的速度依赖性:当水油两相粘度相同时，驱速在驱替全程中保持不变，驱替过程中的动态毛细管力亦维持恒定;当水相粘度较小时，驱速随着驱替的进行逐渐增大，驱替过程中的动态毛细管力随驱速增加而不断增加;而当水相粘度较大时，驱速随着驱替的进行逐渐减小，驱替过程中的动态毛细管力随驱速减小而不断减小。驱替过程中产生的动态效应可能是导致出现动态毛细管力的速度依赖性的根本原因。 5.通过解析前文中获取自微米级石英毛细管中的水-油渗吸驱替实验数据，得出了以下初步结论:在管径r低至0.92μm时，驱替过程中仍然没有启动压力梯度现象出现。另外，通过分析水-油驱替实验数据发还发现，毛细管内壁表面润湿性、毛细管内径大小及水油两相的粘度大小对驱替速率随压力梯度的变化关系均有显著影响，具体表现为:相较于亲水管，对应于疏水管的驱替速率随压力梯度的变化率更大;管径越大，驱替速率随压力梯度的变化率越大;水油两相的总粘度越大，驱替速率随压力梯度的变化率越小。

目录

声明

摘要

本文的创新点

第一章绪论

1．1引言

1．2低渗透裂缝性油藏的采油机理

1．3提高低渗透裂缝性油藏采收率的方法

1．3．1通过原油中的极性组分改变润湿性

1．3．2通过注入水中的表面活性剂改变润湿性

1．4多孔介质渗吸驱替过程中的一些重要特性

1．4．1毛细管力的速度依赖性

1．4．2水/油粘度比对驱替稳定性及驱速变化的影响

1．4．3毛细管力与润湿相饱和度的关系

1．5多孔介质微尺度孔隙中流体流动规律的特殊性

1．5．1微尺度效应

1．5．2启动压力梯度

1．6多孔介质中不相溶两相驱替的研究方法

1．7．1研究思路

1．7．2结构安排

参考文献

第二章：驱替实验装置的组建及实验方法的建立

2．1引言

2．2实验装置的组建

2．2．1设计思路

2．2．2主要部件简介

2．2．3实验装置的测试

2．3．1驱替实验方法

2．3．2压力的测量

2．3．3瞬时驱速的测量

2．3．4驱替过程中瞬时毛细管力的测定

2．4驱替实验装置的应用展望

2．5本章小结

参考文献

第三章微米级毛细管内径的测量

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1材料与仪器

3．2．2实验方法

3．3实验结果

3．3．1液-气驱替法的测量结果

3．3．2 SEM端面扫描法的测量结果

3．3．3两种测量方法所得结果的比较

3．4结果讨论

3．5本章小结

参考文献

第四章润湿性对驱替过程中动态毛细管力变化规律的影响

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1材料与仪器

4．2．2实验方法

4．3实验结果

4．3．1纯水在亲水毛细管中驱替正癸烷

4．3．2纯水在疏水毛细管中驱替正癸烷

4．4结果讨论

4．5本章小结

参考文献

第五章水-油渗吸驱替过程中动态毛细管力的速度依赖性

5．1引言

5．2实验部分

5．2．1材料与仪器

5．2．2实验方法

5．3结果与讨论

5．3．1驱替速度随水/油粘度比的变化

5．3．2驱替过程中动态毛细管力的变化

5．3．3驱替过程中动态毛细管力的速度依赖性

5．4本章小结

参考文献

第六章：关于水-油驱替过程中启动压力梯度存在与否的初探

6．1引言

6．2实验方法

6．2．1驱替过程中压力梯度的计算

6．2．2启动压力梯度的测定

6．3实验结果

6．3．1毛细管内壁表面润湿性及管径大小对驱替速率(压力梯度)变化关系的影响

6．3．2水/油粘度比对驱替速率(压力梯度)变化关系的影响

6．4分析讨论

6．5本章小结

参考文献

第七章总结与展望

7．1全文总结

7．2研究展望

附录

作者在攻读博士学位期间所取得的科研成果

致谢