《储层地质力学》毛细管力

该讲座系统阐述了毛细管压力在石油工程（尤其是油藏工程）中的理论基础、实验验证与工程应用，核心内容如下：

1. 物理本质与基础理论

• 毛细管现象：通过玻璃管实验（水/空气系统）演示液体因界面张力上升的现象，推导单毛细管力平衡方程：

  =2cos=Δρh

  强调关键参数：孔径（r）、界面张力（σ）、润湿角（θ）。

• 工程意义：在油藏中，毛细管压力控制非混相流体（油/水）分布，决定原始含油饱和度与可采储量。

2. 毛细管压力曲线特性

• 曲线形态：

• 位移压力（Pd）：最大孔喉的进入压力，决定曲线起始点。

• λ参数：Brooks-Corey方程 Pc=Pd⋅(Sw∗)−1/λ中的形态因子，控制曲线陡峭度（λ越小曲线越陡，孔喉分布越均一）。

• 束缚水饱和度（Swi）：对应曲线高压力端渐近线，表示不可动水比例。

• 滞后效应：排驱（驱水）与吸吮（复水）路径不同，导致曲线不重合，需区分开采（排驱）与注水（吸吮）过程。

3. 渗透率预测与工程关联

• Purcell-Burdine模型：将岩石视为毛细管束，推导渗透率方程：

  =ϕd

  其中 τ为曲折度因子，实际应用中常简化为经验参数（如 α≈2）。

• Brooks-Corey实用方程：结合岩心数据，建立渗透率与毛细管参数关联：

  ∝ϕ⋅λ+2λ

  工程洞见：

• Pd与最大孔喉半径负相关，可间接表征渗透率（高 Pd→ 低 k）。

• 渗透率预测有效性受黏土类型影响（如离散颗粒黏土 > 孔桥式黏土）。

4. 实验与数据验证

• 汞注入实验：展示实际岩心的毛细管压力曲线（汞/空气系统），强调需换算为油藏条件（界面张力修正）。

• 岩心尺度现象：

• 饱和水岩心浸水实验：水湿岩心自发排油（类似注水开采机理）。

• Austin灰岩案例：天然裂缝系统注水后短期高产，印证毛细管力驱动开采可行性。

5. 局限性与前沿讨论

• 模型简化争议：Brooks-Corey幂律方程虽实用，但Benson基于吉布斯自由能的理论模型更严谨（计算复杂）。

• 核心挑战：渗透率作为动态流动参数与毛细管压力（静态界面属性）的物理关联性仍不完善，依赖经验修正。

• 实践准则：强调物质平衡不可简化，避免数学便利性牺牲物理真实性。

总结：讲座从基础物理推导延伸至油藏工程应用，揭示了毛细管压力对油藏评价与开发的核心价值，同时批判性指出模型简化背后的工程妥协，为理论与实践架设桥梁。