恒速压汞与常规压汞的异同

何顺利 焦春艳 王建国 罗富平 邹 林

（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国中化集团石油勘探开发有限公司，北京 100031；3.中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆 400021）

恒速压汞与常规压汞的异同

何顺利1焦春艳1王建国1罗富平2邹 林3

（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国中化集团石油勘探开发有限公司，北京 100031；3.中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆 400021）

文中深刻剖析恒速压汞与常规压汞的区别，便于对微观孔隙结构进行分析时选择较合适的实验手段，更加准确地对微观孔隙结构进行描述与表征。从理论模型、实验过程、测量结果的可靠性等方面，分析对比常规压汞与恒速压汞的不同，揭示了它们的本质区别。研究发现：恒速压汞由于其实验过程是准静态过程，可以将孔隙与喉道区别开来，测量值更接近静态毛细管压力，得到的喉道半径结果比较接近真实情况。因此，恒速压汞是研究孔隙结构的比较好的方法。

恒速压汞；常规压汞；毛细管压力动态效应；静态毛细管压力

低渗特低渗砂岩油藏与常规油藏不同，其孔隙结构为小孔细喉或细孔微喉。常规压汞和恒速压汞是研究孔隙结构的2种主要研究手段。笔者对比研究了恒速压汞和常规压汞在研究孔隙结构方面的差异，揭示了常规压汞与恒速压汞的本质区别，对孔隙结构数据的认识、辨别具有一定的指导意义。

1 模型的区别

压汞的基本原理为：汞对于大多数固体界面为非润湿相，当汞进入毛细管时需要克服毛细管压力,其中毛细管压力pc与孔隙半径R、界面张力σ、静态接触角θ满足如下关系［1］：

根据压汞实验得到的进汞量和相应的压力，作出毛细管压力曲线，然后根据式（1）计算出孔隙或孔隙和喉道半径分布曲线。

恒速压汞与常规压汞遵循的原理相同。常规压汞法以毛细管束模型为基础，假设多孔介质由直径大小不同的毛细管束组成（见图1a）；恒速压汞假设多孔介质由直径大小不同的喉道和孔隙构成（见图1b）。恒速压汞模型假设的孔隙结构特征更加符合低渗、特低渗油藏小孔细喉或细孔微喉的结构特征，比常规压汞模型更接近真实的孔隙结构。因此，恒速压汞实验在模型方面具有一定的优势。

图1 常规压汞与恒速压汞毛细管模型

2 实验过程的区别

2种压汞法的实验过程大体相同，都是将汞压入岩心，通过进汞压力的变化来反映孔隙结构的信息。其主要区别是进汞速度和最大进汞压力。

恒速压汞实验以非常低的恒定速度（5×10-5mL· min-1）进汞，在此过程中，界面张力与接触角保持不变。汞进入岩心的每一个喉道处，都会憋压，此时整个毛细管系统的压力升高，当汞进入孔隙时，压力得到释放，此时整个系统的压力降低。记录此过程的进汞压力-进汞体积变化曲线，就可以获得孔隙喉道的信息（见图2）。图2a为进汞过程，图2b为该过程中所记录的压力涨落对应进汞体积的曲线，O为压降次序。

图2 恒速压汞原理示意

常规压汞也是以汞作为驱替流体的一种测量毛细管压力曲线的常规方法［2-4］，测试时间快。其主要的工作介质汞是一种化学稳定性好、界面张力很大、压缩性微弱的流体，因而计量准确，适合于进行高压实验。通过加压，使汞进入岩心，每达一个压力点，待压力稳定后，记下压力值及相应的进汞量，压力最高可以达到200 MPa。其测定原理为：汞不润湿岩石，汞则为非润湿相，在高压下把汞压入岩样中，求出与之平衡的毛细管压力pc和压入汞的体积，从而得到毛细管压力与岩样含汞饱和度的关系。

3 测量值的可靠性

压汞实验的主要测量值是进汞压力（对应喉道半径）与进汞饱和度（对应喉道或孔隙体积）。

常规压汞实验的进汞速度较快，整个进汞过程在1～2 h就可以完成，而恒速压汞实验由于要保持准静态的进汞过程，进汞速度5×10-5mL·min-1，需要2～3 d才能完成。

式（1）中依据孔隙半径、接触角、界面张力计算的毛细管压力是平衡状态下的毛细管压力，即静态毛细管压力。恒速压汞过程逼近于准静态过程，测试得到的喉道半径与真实的喉道半径比较接近。而常规压汞则不同，它的进汞速度较快，弯液面也会发生相应变化［5］，这时的毛细管压力就会变大（见图3），即pc2＞pc1。

图3 静、动态毛细管压力示意

此现象还可以通过F Kalaydjian等人的实验结果来说明（见图4）［6-9］，驱替速度越大，毛细管压力越大。

图4 砂岩样品在不同驱替速度下的毛细管压力曲线

在相同的进汞饱和度下，由于常规压汞测得的压力值大于恒速压汞测得的压力值，所以常规压汞实验计算得到的半径要比恒速压汞的半径小，如图5所示。因此，常规压汞实验计算孔隙半径需要进行接触角校正，才能使得测量值更接近真实值。

图5 平行样常规压汞与恒速压汞毛细管压力曲线

4 结论

1）常规压汞法以毛细管束模型为基础，假设多孔介质由直径大小不同的毛细管束组成；恒速压汞假设多孔介质由直径大小不同的喉道和孔隙构成。恒速压汞模型假设的孔隙结构特征更符合低渗特低渗油藏小孔细喉或细孔微喉的结构特征。

2）恒速压汞逼近于准静态过程，可以将孔隙与喉道区别开来；常规压汞过程较快，不能很好地区分岩心孔隙与喉道。

3）恒速压汞逼近于准静态的进汞过程，接触角θ更接近于静态接触角，测试得到的喉道半径与真实的喉道半径比较接近；而常规压汞速度快，测试得到的喉道半径与真实的喉道半径存在一定的差异，常规压汞实验需要进行接触角θ的校正。

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Discussion on the differences between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques

He Shunli1Jiao Chunyan1Wang Jianguo1Luo Fuping2Zou Lin3
（1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Oil and Gas Exploration and Development Co.Ltd.of Sinochem Group,Beijing 100031,China;3.Chongqing Natural Gas Division,Southwest Oil&Gas Field Company,PetrolChina,Chongqing 400021,China）

In this paper,the difference between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques was studied in order to choose the correct method to describe the microscopic pore structure accurately.The differences between the conventional mercury injection and constant-speed mercury injection were discussed from the reliability of theoretical model, experimental process and measurements in this paper.So the essential differences between them were revealed.Study result shows that the pore and throat can be distinguished because the experimental process of constant-speed mercury injection is a quasi-static process.The measured values are closer to static capillary pressure and the obtained throat radius is closer to the real situation. Therefore,the constant-speed mercury injection is a good method to study the pore structure.

constant-speed mercury injection;conventional mercury injection;dynamic effect of capillary pressure;static capillary pressure

国家科技重大专项“油田开采后期提高采收率新技术”（2009ZX05009-004）

TE311

：A

1005-8907（2011）02-235-03

2010-05-28；改回日期：2011-01-10。

何顺利，男，1952年生，1990年获法国I M G学院博士学位，现为中国石油大学（北京）石油天然气工程学院教授，主要从事油藏工程与油藏描述专业研究。E-mail：heshunli1952@163.com。

（编辑赵卫红）

何顺利，焦春艳，王建国，等.恒速压汞与常规压汞的异同［J］.断块油气田，2011，18（2）：235-237. He Shunli，Jiao Chunyan，Wang Jianguo，et al.Discussion on the differences between constant-speed mercury injection and conventional mercury injection techniques［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：235-237.