第15卷第22期2015年8月 科学技术与工程 Vo1.15 No.22 Aug.2015 1671—1815f2015)22—0089—10 Science Technology and Engineering @2015 Sei.Tech.Engrg. 石油技术 用毛细管压力曲线计算相对渗透率 曲线的方法综述 唐永强 , 吕成远 侯吉瑞 (中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院 ,北京100083 中国石油大学(北京) ,北京102249) 摘要相对渗透率曲线对研究地下流体的渗流规律及驱替特征具有重要的意义。利用毛细管压力与饱和度的关系来计算 相渗曲线的方法进行了综述。叙述了相渗曲线的计算原理,及引入分形理论的原理。按照公式相似性及继承关系,分组介绍 了毛细管压力法的研究历程,及主要研究成果。认为提出Kr—S关系来简化算法和分形理论的引入,推动毛细管压力法的发 展;认为各方法没有优劣之分,只是适应性不同;利用特定的实验数据,对各方法的优劣进行评价,本身有一定的局限性。据 此将毛细管压力法分为三个时期。通过对比评价各方法的特点及相互关系,阐释算法发展规律。最后提出毛细管压力将有 三个主要发展方向:①测定非常规储层的相对渗透率曲线;②测定特殊流体的相对渗透率曲线;( 与其他岩心检测手段相结 合来检测岩心。希望对今后的研究起到参考的作用。 关键词 毛细管压力 相对渗透率 分形理论 中图法分类号TE377; 文献标志码A 相对渗透率曲线是流体在多孔介质中渗流的宏 观表现,是研究流体渗流规律的重要参数,对渗流力 相流体的表面积,cm ;R表示非润湿相的球形表面 的等效半径,cm;r表示毛细管半径,cm;0表示接 触角。 想要使非润湿相进入孔隙中,就需要对非润湿 相施加外压,测量不同毛细管压力P 下累积进入孔 中非润湿相的体积 (P )即相应孔隙半径大于r 的孔体积。 s… = (P )/ (2) 学、水资源环境、石油科学、农田水利学等领域具有 重要意义。毛细管压力法是一种常见的相对渗透率 计算方法,该方法利用非润湿相的饱和度与毛细管 压力的关系计算相对渗透率曲线。 1 毛细管压力法的原理简述 毛细管压力和相对渗透率作为岩石的基本属 性,都是非润湿相饱和度的函数,利用毛细管压力与 饱和度的关系(P—S关系)推导相对渗透率与饱和度 的关系(K .S关系)就是毛细管压力法。 Youngl1 和Laplace_2 导出了附加压力、流体界 面张力和曲率半径之间的关系。默认界面近似于半 径为R的球面,根据能量守恒,增加压力所做的功 式(2)中,S.w ̄t表示非润湿相饱和度,%;I/c为半径r 的孔隙对应的累计注入体积,mL;P 为半径r的孔 隙对应的毛细管压力,MPa; 为孔隙体积,%。 实验测定岩石毛细管压力的方法很多,主要包 括:压汞法、离心法、动力法、蒸气压法及半渗透隔板 法等。以压汞法为例。汞是金属晶体,对大部分渗 流介质不润湿,施加外压才能使其进入孔隙中。压 和界面增大的功相等,提出了Laplace公式: P d =trdA; 汞法是单相流体测试方法,通过测定汞的饱和度随 压力的变化规律,来计算孔隙半径分布等岩心物性 参数,进一步计算非润湿相的相对渗透率。因其简 单和精度高而应用的最广。 P。=2o-/R=2trcosO/r (1) 式(1)中,P 表示毛细管压力,可通过测试得到, kPa;Vo表示毛细管压力下的累计注非润湿相流体 量,mL;13"表示界面张力,N/cm;A表示注入非润湿 2015年4月7日收到 而通常情况下都是在渗流公式的基础上,利用 毛细管压力计算相对渗透率,但实际应用中存在很 多影响因素,因此学者们常常引入经验系数,使计算 公式能够满足工程的需要。随着分形理论的发展, 基于分形理论的毛细管压力法也越受到学者们的 关注。 第一作者简介:唐永强(1983一),男,博士。研究方向:提高采收率。 E-mail:tangzai@126.corn。 科学技术与工程 15卷 Mandelbrotl3 最早提出了,分形理论,其数学定 义式为: N( )=c (3) 式(3)中, 表示分形尺度;Ⅳ( )表示大于尺寸分形 尺度的分形单元数量;C为比例常数;D为分形 维数。 Pfeifer和Avnirl4 用分子吸咐法,首次发现储层 孔隙是多层次嵌套的孔隙结构并具有分形结构。后 来Katz等 及Krohn 分别用扫描电镜观察岩石 断面验证了岩心孔隙分形结构。 测定多孔介质毛管压力时,外部施加的压力P 越大,非润湿相能够进入的孑L隙半径r越小,因此也 就有了局部形态和整体态的相似的情况,可以近似 认为其具有分形理论的自相似原则和迭代生成原 则。因此以分形理论为基础,发展出了一种利用毛 细管压力曲线数据估算相对渗透率的方法。 t'rma N (r)=I n (r)dr=Cr (4) J r 式(4)中,N (r)表示孔隙半径大于r的孔隙数目; n (r)表示半径为r的孑L隙数量;r为储集层的孔隙 半径, m;r 为最大孔隙半径, m;D 为孔隙分形 维数。 根据Katz等 及Krohn_6, 对大量岩心的研究, 得到的孔隙分维数D 在2.27~2.89之问。 综合Navier—Stokes方程及Irmay和Carman等 的研究结果,得到了分形孔隙度、分形渗透率及分形 渗流速度等。 孑L隙半径大于r的孔隙体积 可以计算分形渗 流速度如下: (r):r rJ r )了4,J ITF3dr=C r…3-Dr—r ) (5) 贺承祖 针对两相渗流,推导了基于分形理论 的两相饱和度: S = r3-D 3-Df 一r…一3-Df3-Df (6) r—‘max rmln s 。” ‘一 : : 3一r…D f3-D / —r i f (7) 由于rmin趋近于零,根据Laplace公式可知: 3【1'w et一= 一1 S=(一… I rJ =一 … 22oo''ccoossOO//PP c)。 = ㈣ i ,, \ P/ ‘。 式(8)中,s 为有效润湿相饱和度,%;Si 为润湿 相的束缚饱和度,%。 2毛细管压力法模型综述 每种毛细管压力法都是在大量的实验数据的基 础上提出的,毛细管压力法本质上是一种经验公式, 因此该方法的模型较多。目前已有的毛细管压力法 模型达数十种之多,但这些方法往往是在对其它方 法进行改进的基础上提出的。按照理论研究的发展 过程,将各毛细管压力法的发展历程分为三个时期 来论述。 2.1 基于经验公式推导的计算模型 这一时期利用毛细管压力计算相对渗透率曲线 方法是以孔隙模型和渗流体力学为基础,利用毛细 管束模型研究毛细管压力与相对渗透率存在的联 系,通过公式推导计算出相对渗透率。 2.1.1 Purcell模型 Purcell[9 用毛细管束模型,结合牛顿内摩擦定 律和Laplace公式推导出一个利用毛细管压力曲线 估算相对渗透率的公式: rSwet I P dS = —一 (9) d5 .K… = J P一 ds (10) J O J dS 式中,K 和K… 分别表示润湿相和非润湿相的相 对渗透率,%;s 为润湿相饱和度,%。 白Purcell_9 提出根据毛管束模型和毛细管压 力资料计算多孔介质的相对渗透率以来,由于毛细 管压力资料比较容易获得,计算方法简单,而为研究 者所注目。但多孑L介质并非毛管束,计算结果往往 与实测值相差较大,因而出现了很多改进方案或用 较为复杂的网络模型取而代之。 Fatt和Dykstra[1。。建立了电路网络模型,模型具 有不同半径的毛细管以随机的方式分布于网络中, 最终推导出与Purcell相似的公式: Pj K…= 广—— (11) J。P ds K… = 一 (12) J Pc ds 2.1.2 Burdine模型 Burdine_J 提出毛管曲率与润湿相饱和度有关, 毛管能够束缚润湿相,使其不参与流动。Burdine在 22期 唐永强,等:用毛细管压力曲线计算相对渗透率曲线的方法综述 91 ] 甓 _[1一 ] 黑 :C ( )S 1 S一 (15)… P ds K…=(S'w ) 一 (16) J。 ds f P ̄1 2dS Kr =(1—5 ) L (17) JJ Pc dS 0 Mua1em 在总结Burdinel1l、Wyllie和Gard一 … 篱]2 fs +fJ S一 Jp z ls——Sm2 f 一 g Pi 。 J 1一Sig (19) 式(19)中,s。 表示束缚气相饱和度,%;Smax表示三 相饱和度之和,%。 Mark等 利用玻璃珠模型研究了两相流体的 毛细管压力、相对渗透率及界面性质的关系。 2.2基于 - 关系的计算模型 上述的毛管压力法都是利用相对渗透率与毛细 管压力的关系模型(K 一P关系)或与毛细管压力及 饱和度的关系模型(Kr—P—S关系)计算相对渗透率。 这些模型需要对毛细管压力数据进行积分,而毛细 管压力数据常常是离散的数值,因此计算难度很大。 以Corey , 和Parker 为代表的,利用相对渗透 率与饱和度的关系模型(K 一s关系)来计算相对渗 透率,使得计算过程得到大大的简化,吸引了更多的 学者对毛细管压力法进行研究。 2.2.1 Corey模型及其改进模型 Corey等 坶 按照润湿性质的不同将流体分为 润湿相、非润湿相和中间润湿相,并提出了一个三相 渗流的相对渗透率模型: K =(S 。 ) (20) 。=K =(1一S ) [1一(S ) ] (21) K…i =(s 一s 。 ) [(S ) 一(S'w。 ) ] (22) 式中,s 表示总液相有效饱和度,%。s 的定义与 式(7)略有不同,Js 和s 的表达式如下: = (23) S 。 l— —J)d (24) 式(24)中,.s 表示总液相饱和度,%;S 为残余液相 饱和度,%。 Corey模型假定润湿相、非润湿相的相对渗透 率独立于其他相的饱和度,这与有限的实验数据得 出的结论一致。且该模型只需要一组在恒定含水饱 和度下测得的油气相对渗透率数据,就可以预测所 有饱和度下的气和油的相对渗透率。 Naar和Wygall2 设计了孔隙随机连接模型和 流体捕集模型,并据此提出了一种利用毛细管压力 计算相对渗透率的公式: K =s (S。+3S ) (25) Brooks和Coreyl2 认为Corey模型忽略了岩石 孔隙分布的差异,对不同孔隙介质测定的三相相对 渗透率一致,这与实际不符。因此对Corey模型改 进,把孔隙介质理想化为一束毛管,把等效的毛管水 科学技术与工程 15卷 力半径近似为岩石中的流动通道,引入了岩石孔隙 大小分布指数A,提出的Brooks—Corey模型(BC模 型)公式为: Krw =(S 。 ) ” (26) K… =(1一S ) [1一(S:)一十 ] (27) K i =(S;一Sw。 ) [(S:)} 一(s )亍 ] (28) 当A为2时,BC模型即为Corey模型。 之后不断有学者对BC模型进行修正及简化。 其中影响力最大的是Oostrom和Lenhard 提出的 BC模型与Burdine理论相结合的Brooks—Corey-Bur- dine模型(BCB模型);以及Valiantzas等 提出的 将BC模型与Mualem理论相结合的Brooks—Corey— Mualem模型(BCM模型),见表1。 表1 Brooks-Corey改进模型 Table 1 Brooks-Corey modified model Mayr和Jarvis_2 将BC模型用于计算土壤的渗 流特征,因此引入Hutson.Cass土壤水分特征参数来 修正BC模型,使其适于计算土壤的渗流特征,并对 英格兰和威尔士的286个土层的相对渗透率曲线进 行测试。 Valiantzas和Londra_2刮通过幂函数对离散实验 数据进行拟合,从而直接确定BC模型参数,来降低 模型的计算量。 2.2.2 vanGenuchten模型 vanGenuchten_2 引入了同样与岩石孔隙大小分 布相关的指数n,提出了一个P—S关系模型(VG模 型): 1 1 P =Ot (S 。 一1)i (29) Niessner等 利用vanGenuchten模型研究非均 质多孔介质的三相渗流模型,其所用参数n为1/3。 Jacinto等 、Han等 、Ghanbarian—Alavijeh等 、 Maio等 均针对不同土壤性质,研究了vanGenu— chten模型的适应性。 设定参数为m=1—2/n,并将其与Burdine的 K 一P—S模型相结合就得到一个K -s模型,该模型也 被称为vanGenuchten.Burdine模型(VGB模型): K 。 =(S ) [1一(1一Swot ) ] (30) K =(1一S ) [1一Swot ] (31) 设定参数为m=1—1/n,并将其与Mualem的 Kr.P—S模型相结合就得到一个 一s模型,该模型也 被称为vanGenuchten.Mualem模型(VGM模型): K =(S ) [1一(1一S ) ] (32) K 。 =(1一S 。 ) [1一S i] (33) Dumerl3 给出了一个VGM模型的饱和度的计 算公式。Dettmann等 利用VGM模型计算矿质土 Parker和Lenhard等 在vanGenuchten 的 P—S关系与Mualem的Kr—P—S模型的基础上,推导出 模型(PL模型),该模型具有两种形式。 PL模型的毛细管压力.相对渗透率(K 一P-S关 =舞[ ]‘ , 式(34)中,s 表示残余油饱和度,%;Ss表示气相饱 Krw= ̄/Js [1一(1—5 音) ] (35) =。 ̄/5:一s [(1一s 音) 一(1一s ) ] 模型适用于计算存在扩散的非水相流体(NAPL) DiCarlo等 用填沙管三相渗流实验测定了油 Kro(s ): .5。≥Sro (37) 李克文和Home 针对吸人毛细管压力曲 =(S 。 )T“ (38) K… =(1一Sw ) [1一(Sw ) ] (39) 陈等 叫提出了一个只考虑饱和度端点值计算 22期 唐永强,等:用毛细管压力曲线计算相对渗透率曲线的方法综述 K。(.s ):o。l 、J肆—} (40) K :(s (48) Diw—o0r/ , 、b Krw(S ):。 (、l — iw一‘)0r, I (41) 王珍 考虑了CO 近混相驱油过程中的边界 相影响,改进了Corey算法,用油水相的渗透率和 CO:驱油气相对渗透率计算了三相相对渗透率 研究。 2.3基于分形理论的计算模型 Pfeifer和Avnir_4 发现多孔介质具有分形结构 和性质,为毛管压力法计算相对渗透率曲线提供了 新的思路和方法,并且原有的计算模型也纷纷得到 了改进。与传统利用毛细管压力曲线求相对渗透率 曲线的方法相比,利用分形理论可以实现毛细管压 力曲线和相渗曲线之间的相互转化。 在BC模型的P—S关系式及Burdine¨ 的二相 相对渗透率关系式的基础上,推导得出三相流中油 相的相对渗透率关系式,油相相对渗透率如下: :(s 一s ) I s …1-Df)一s ( )] (42) 式(42)中, 表示三相中的油相相对渗透率,%;D 表示分形维数;s 表示有效总液相饱和度,%;s 为 有效水相饱和度,%,其表达式如下: 5 = (43) 式(43)中,.s 表示水相饱和度,%;5j 表示束缚水相 饱和度,% 李克文 也研究了岩心孔径分布与分形维 数的关系,并推导了基于分形理论的BC模型。 杨露等 ]将分形理论运用于毛细管压力和相 对渗透率的研究,提出润湿相和非润湿相求分形维 数值的数学公式: 5一Df 11—3Df .. ..=S S 而 =S (44) =(1一Sw。 ) (1一s 而;) (45) Cihan等采用分形几何方法分析多孔介质中水 滞留情况而提出一种相对渗透率的预测方法。 覃生高I45]根据分形理论引入Purcell模型和 Burdine模型,并通过实验验证了曲线拟合效果。定 义a=(P /P )~,s二=1一(1一a)S ,对Purcell 模型修改如下: = (46) 1 一 ^十la : (47) 1 一 ^ a 对Burdine模型修改如下: 1—0T _(1一swet)2 1一a^攀 (49)JiangGuoping 用BCB模型研究含裂缝岩心, 并基于分形理论计算裂隙岩体的相对渗透率。 李军等 将分形理论运用于毛细管压力和相 对渗透率的研究。 3各方法的分析与讨论 3.1毛细管压力法模型的相关研究 诸多学者对各种毛细管压力法评估,希望找到 计算相对渗透率的最佳模型。 Pejic和Maini_4 利用Donaldson_4 的数据、Mai— ni等 。 的数据及Oak[53 的实验数据,对 Hirasaki[ 6。St0ne I[ 7。Stone ii E Baker[ 9__6 0。、、、、 Pope、Koka1.Maini ̄ 。 、Goodyear.Townsle ̄ 和 Blunt_6 等8个模型进行了评价,发现针对Donald. son和Oak的实验数据,Baker模型效果最好;针对 Donaldson和Maini的实验数据,Kokal—Maini模型效 果最好;针对Maini和Oak的实验数据,Goodyear— Townsley模型效果最好;但没有一个模型能很好地 拟合3套实验数据。 Oliveira和Demond 针对三相流排驱过程的 油相相对渗透率,用同一资料对BCB、Stone I、Stone II、PL、Baker、Delshad—Pope[ 、Hustad—Hansen和Di— carlo—Sahni—Blunt等8个模型进行了评价,结果表明 不同的模型在预测方面有着很大的差异。并认为模 型不应因模型所需资料量或计算量的增加而使结果 发生变化。 杨官光 从多相流动的角度分析并总结了三 相相对渗透率的理论研究、模型研究以及实验研究 的方法和成果。Fagerlund等 评价了四种模型, 结果发现各方法之间在精度上几乎没有差别,但 BCB模型和VGB模型能够更好的拟合非线性NA— PL流体的迂曲度系数。李永涛 用沙芯漏斗法测 定了油.水毛细压力与饱和度的关系曲线,并用PL 模型和BCB模型获取了砂样的相对渗透率曲线。 对比两种模型所得油、水相对渗透率曲线,提出PL 模型适用于土样,而BCB模型表达式适用于砂样。 杨永飞。。 研究了Corey、Naar—Wygal、Land、Stone等 模型,并创建了近混相状态油气水三相界面张力线 性模型和近混相状态三相接触角数学模型。程明 君 讨论了几种方法之间的区别,并将其用于三相 相对渗透率的计算。Shabani等 对Corey、BC、 科学技术与工程 15卷 Purcell和Burdine等模型进行对比,并评价了几种 模型计算碳酸盐岩储层相对渗透率的效果。杨洋 等 ” 通过拟合毛管压力曲线探究Corey、BC及IJi— Home等模型的参数确定问题,并讨论了Burdine模 型的分形理论形态。Nooruddin等 提出了利用碳 酸盐毛细管压力曲线计算相对渗透率的方法,并与 9种相对渗透率模型进行了比较。 此外,为了适应特定的研究对象,学者常常将不 同的模型进行组合,来扩大选择的范围,提高计算精 度。刘永忠 评价了几种组合模型,见表2。 表2毛细管压力法组合模型 Table 2 Combination models of capillary pressure method … 参数 在不同介质条件下,相对渗透率影响因素的权 重可能存在一定的差异,每种毛细管压力法模型都 是在总结大量实验数据的基础上提出的,本质上毛 细管压力法属于一种经验公式。因此毛细管压力法 往往存在一定的局限性,会针对特定的多孔介质提 出适应性更强的特定模型。各方法没有优劣之分, 只是适应性不同,利用特定的实验数据对各方法的 优劣进行评价本身就有一定的局限性。且最优模型 选择的文献较多,因此主要讨论毛管压力法的发展 历程和趋势。 3.2毛细管压力法模型发展历程的分析 大部分方法没有优劣之分,只是适应性不同而 已。但方法的发展过程还是还是沿着算法简化、稳 定性提高、适应性更广的方向发展。首先来讨论一 下主要方法研究对象、计算内容及所需的数据,见 表3。 由表2可见毛细管压力法模型的发展趋势: (1)随着研究对象的复杂化及对多相流相对渗 透率数据的需求,毛管压力法排驱实验逐渐从两相 相渗流公式向多相渗流公式的方向发展; (2)由于中间润湿相同时受到润湿相和非润湿 相饱和度的影响,其计算难度最大,且计算方法不成 熟,因此主要研究集中于中问润湿相相对渗透率的 研究; 表3相对渗透率模型比较 Table 3 Comparison of relative permeability models 模型 研究对象 计算内容 所需参数 Purcell(1949) 两相渗流K …K t P。、S Fatt—Dykstra(1951)两相渗流K K…c P 、S I Burdine(1953) 两相渗流K K…。 P ~S 、S。 Corey(1954) 三相渗流K K…t、K id S t、S1、S I BC(1966) 三相渗流K K… 、K .d Swet、Sl、S I、A Mualem(1976) 两相渗流K Pc、Swet、OL PL(1987) 三相渗流K P 一S、Si 、S。、S 、S BCB(1998) 三相渗流 。 S t、Sl、Sd、Df DiCarlo(2000) 三相渗流 。 S。、S 陈等的方法 三相渗流 K S 、Sd 杨露等 三相渗流 、 … S 、Df (3)用毛细管束模型的牛顿内摩擦定律可知计 算相对渗透率需要对毛细管压力进行积分。为了简 化计算过程,所用的实验参数渐渐用饱和度取代毛 细管压力,从K .P关系和K -P—S关系逐渐向仅利 用饱和度作为计算参数的 —s关系发展; (4)通过对各方法的比较可以发现,很多方法 在结构上具有相似性,不同的地方往往是相关经验 系数,因此各方法逐渐引入了分形理论来确定其相 关系数。 3.3毛细管压力法与传统方法的比较 排驱和渗析实验计算相对渗透率的方法是计算 相对渗透率的最主要方法。油水或油气两相非稳态 驱替的数据可以直接利用基于Buckley—Leverettl8l_ 前缘饱和度方程来计算两相相对渗透率。稳态驱替 实验利用达西定律来计算两相相对渗透率。这类方 法用于常规相对渗透率的计算,历史悠久,稳定可 靠,相关理论也比较成熟。 毛细管压力数据是毛细管压力和流体饱和度之 间的关系曲线,利用油水或油气两相驱替得到毛细 管压力曲线也是常见的岩心检测方法,通过毛细管 压力曲线可以计算出润湿性或非润湿相的渗透率。 对于取芯岩心的相对渗透率曲线测定,与传统的稳 态法和非稳态法相比不具有优势。 但相对渗透率曲线受到诸多因素的影响,相对 渗透率的影响因素十分复杂。用传统的稳态法和非 稳态法计算相对渗透率曲线,需要大量的实验来检 验各因素之间的相互影响,增加了计算的难度。 稳态法和非稳态法难以计算复杂流体条件下的 相对渗透率曲线。而毛细管压力法受到流体性质的 影响较小,因此毛细管压力法可以用于计算复杂非 牛顿流体、复杂流变性的相对渗透率曲线。 稳态法和非稳态法难以计算复杂流场条件下的 相对渗透率曲线。而毛细管压力法利用毛细管压力 曲线计算相对渗透率曲线,不受研究对象形态的限 22期 唐永强,等:用毛细管压力曲线计算相对渗透率曲线的方法综述 95 制,可用于计算复杂流场条件及多重介质弹性下的 相对渗透率,具有较好的实用性。 4应用前景展望 将毛细管压力法与其他岩心检测技术结合使用 将使毛细管压力法得到更广阔的应用。毛细管压力 法易于与其他岩心检测技术结合使用,如断层扫描 技术(CT)、核磁共振技术(MRI)。这些技术不仅可 以检测岩心内部的孔喉分布,还能得到孔隙内的流 体饱和度分布,这方面的研究同样比较多。R0一 manenko和Balcom 将BC模型与核磁共振技术结 合起来,计算了非润湿相的相对渗透率。Pini和 Bensonl8 将Bc模型与X—ray CT技术结合起来,计 算了贝雷岩心中的三相相对渗透率。 毛细管压力法可用于计算复杂非牛顿流体的相 对渗透率曲线。相关的研究也比较多。Var等_8 用BC模型和BCM模型来评价表面活性剂对润湿 性的影响。Kogure等 用BC模型测定Berea砂岩 和Tako砂岩中水和超临界CO 的相对渗透率曲线, 并结合CT检测技术讨论了非均质性等对其影响。 刘永忠 利用BCB模型、BCM模型、VGB模型和 VGM模型来计算非混相CO,的相对渗透率曲线。 Li等 利用Bc模型和VG模型来计算考虑CO:溶 解的气水相对渗透率曲线。利用毛细管压力法计算 CO,的相对渗透率曲线已成为其主要应用之一,例 如:Bielinski等㈣、Class等 、Giorgis等 、Zhang 等 、Spycher等 。Gudjonsdottir等 跎, 利用c0一 rey模型计算水和蒸汽的两相流相对渗透率来评价 热力驱规律。 毛细管压力法用于特种油气藏的非达西渗流的 相对渗透率坝4定可以取得良好的效果。相关的研究 比较多。Montazeri等 。。将Corey模型用于计算含 裂缝凝析气藏的相对渗透率曲线。xu等 将co— rey模型及Palmer.Mansoori模型用于计算煤储层的 相对渗透率。Shabani等 叫将Corey模型、Bc模型、 Li.Purcell模型和Li—Burdine模型用于计算碳酸盐岩 (白云石)储层的相对渗透率。李元生和李相方 等 J利用Corey模型和Bc模型等测定裂缝和孔隙 双重介质的相对渗透率来研究低渗透和非常规储层 的渗流规律。 毛细管压力法也可以用于食品科学、细胞生物 学、环境科学及医学等新领域。Kokkinaki等 用 BCB模型计算非水相流体(NAPL)在细胞内渗流过 程中的相对渗透率曲线。White等 将VG方法用 于计算垃圾填埋过程中水分的渗流规律。 参考文献 1 Young T.An essay on the cohesion of fluids.Philosophical Transac- tions of the Royal Society of London,1 805:95:65—87 2张德良.计算流体力学教程,北京:高等教育出版社,2010 Zhang D L A course in computational fluid dynamics.Beijing: Higher Education Press,2010 3 Mandelbrot B B.How long is the coast of britain?statistical self-simi. 1arity and fractional dimension.Science,1967;3775(156), 636—_638 4 Pfeifer P,Avnir D.Chemistry in nointegrla dimensions between two and three.Journal of Chemical Physics,1983;79(7):3369--3558 5 Katz A J,Thompson A H.Fractal sandstonepores:implications for conductivity and formation.Physical Review Letters,1985;54(3): 1325—1328 6 Krohn C E.Sandstone fractal and Euclidean pore volume distribu- tions.Geophys Res,1988;93(B4):3286--3296 7 Krohn C E.Fraetal measurements of sandstone,shales and carbon. ates.Geophys Res,1988;93(B4):3297--3305 8贺承祖,华明琪.储层孔隙结构的分形几何描述 石油与天然气 地质,1998;19(1):15_23 He Chengzu,Hua Mingqi.Fractal geometry description of reservoir pore structure.Oil&Gas Geology,1998;19(1):15_23 9 Purcell W R.Capillary pressures—their measurement using mercury and the calculation of permeability therefrom.Pet Trans AIME, 1949:186:39--48 10 Fatt I,Dykstra H.Relative permeability studies.Trans AIME, 1951;192:249—_255 1 1 Burdine N T.Relative permeability calculation from size distirbution data.Trans AIME,1953;198:71—_78 12 Nakomthap K,Evans R D.Temperature-dependent relative permea- bility and its effect on 0il displacement by thermal methods.SPE Reservoir and Engineering,1986;1(3):23O一242 13 Mualem Y.A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media.Water Resources Research,1976;12: 513—-522 14 Wyllie M R J.Gardner G H F.The generalized Kozeney-Carman e- quation.World Oil,1958;146:21O—228 15 Land C S.Calculation of imbibition relative permeability for two— and three—phase flow from rock properties.SPE Journal,1968;8 (2):l49—156 1 6 Land C S.Comparison of calculated with experimental imbibition relative permeability.SPE Journal,197 1;1 1(4):419—425 17 Porter M L,Wildenschild D,Grant G,et a1.Measurement and pre— diction of the relationship between capillary pressure,saturation, and interfacial area in a NAPL-water—glass bead system.Water Re— sources Research.2010;46:1—1O 1 8 Corey A T.The interrelation between gas and oil relative permeabili- ties.Producers Monthly,1954;19:38—4l 19 Corey A T,Rathjens C H,Hende ̄on J H,et a1.Three-phase rela— tive permeability.Journal of Petorleum Technology,1956;8(1 1): 63—_65 20 Parker J C,Lenhard R J,Kuppusamy T.Parametirc model ofr con- stitutive properties governing multiphase flow in porous media.Wa— ter Resources Research,1987;23(4):6l8—624 96 科学技术与工程 15卷 21 Naar J,Wygal R J,Henderson J H.Imbibition relative permeability in unconsolidated porous media.SPE J,1962;2:13—17 22 Brooks R H,Corey A T.Properties of porous media affecting fluid— lfow.Irrigation and Drainage Division ASCE.1966:92:61—88 23 Oostrom M,Lenhard R J.Comparison of relative permeability pres- sure parametirc models for infiltration and redistribution of a light nonaqueous—phase liquid in sandy porous media.Advances in Water Research,1998;21(2):145—157 24 Valiantzas J D.Combined Brooks—Corey/Burdine and van Genucht— en/Mualem closed・-form model ofr improving prediction of unsaturat・・ ed conductivity.Irrigation and Drainage Division ASCE,201 1;137 (4):223—_233 25 Mayr T,Jarvis N J.Pedotransfer functions to estimate soil water re— tention parameters for a modiifed Brooks—Corey type mode1.Geoder- ma,1999;91(1-2):1__9 26 Valiantzas J D,Londra P A.Direct determination of the Brooks—Co— rey hydraulic functions by fitting an extended power function to the outflow method data.Journal of Hydrology,2008;362(1-2): 128—133 27 van Genuehten M T.A closed—form equation for predicting the hy- draulic conductivity of unsaturated soils.Soil Science Society of America Journal,1980;44(5):892—898 28 Niessner J,Helmig R.Multi-scale modeling of three-phase-three— component processes in heterogeneous porous medi.aAdvances in Water Resources.2007:30:2309—-2325 29 Jacinto A C,Villar M V,G6mez—Espina R,et a1.Adaptation of the van Genuchten expression to the effects of temperature and density for compacted bentonites.Applied Clay Science,2009;42(3— 4):575—-582 30 Han Xiangwei,Shao Mingan,Horton R.Estimating van Genuchten model parameters of undisturbed soils using an integral method. Pedosphere,2010;20(1):55—62 31 Ghanbarian-Alavijeh B,Liaghat A,Huang Guanhua,et a1.Estima— tion of the van genuchten soil water retention properties from soil textural data.Pedosphere,2010;20(4):456—465 32 Maio R D,Piegari E,Todero G,et a1.A combined use of archie and van genuehten models for predicting hydraulic conductivity of unsaturated pyroclastic soils.Journal of Applied Geophysics,2015; 112:249—255 33 Dumer W.Hydraulic conductivity estimation for soils with heteroge・ neous pore structure.Water Resources Research,1994;30(2), 211—223 34 Dettmann U,Bechtold M,Frbam E,et a1.On the applicability of unimodal and bimodal van Genuchten—Mualem based models to peat and other organic soils under evaporation conditions.Journal of Hy— drology,2014;515(16):103—115 35 Fagerlund F F,Niemi A,Od6n M.Comparison of relative permea— bility・-lfuid saturation・-capillary pressure relations in the modelling of non—aqueous phase liquid infiltration in variably saturated,layered media.Advances in Water Resources,2006;29(11):17O5—173O 36 DiCarlo D A,Sahni A,Blunt M J.The effect ofwettability on three— phase relative permeability.Transport in Porous Media,2000;39 (3):347—066 37 Li K.Home R N.Comparison of methods to calculate relative per- meability from capillary pressure in consolidated water-wet porous media.Water Resources Research,2006;14(6):42_54 38“K.A new method for calculating two—phase relative permeability rfom resistivity data in porous media.Transport in Porous Media, 2007;74(1):21--33 39 Li K.Home R N.Numerical simulation without using experimentla data of relative permeability.Journal of Petroleum Science and En一  ̄neering,2008;61(2—4):67—74 40 Chen S,Li G,Peres A,et a1.A well test for insitu determination of relative rermeability curve.SPE Reservoir Evaluation&Engineer- ing,2008;11(1),95—1O7 41王珍.CO2驱油过程中的相对渗透率研究.东营:中国石油大 学(华东),2009 Wang Zhen.Relative permeability study in oil displacement process of CO2 injection.Dongying:China University of Petorleum,2009 42 Li K W.Analytical derivation of Brooks-Corey type capillary pres- sure models using fractal geometry and evaluation of rock heteroge- neity.Journal of Petroleum Science and Engineering,2010;73 (1—_2):20--26 43 Li K W.Reply to comments on”analytical derivation of Brooks-Co- rey type capillary pressure models using fractal geometyr and evaluation of rock heterogeneity”.Journal of Petroleum Science and Engineering,2014:115:110—111 44杨露,冯文光,李海鹏.毛细管压力曲线与相渗曲线相互转化 的分形实现.断块油气田,2008;15(2):64—66 Yang Lu,Feng Wenguang,Li Haipeng.Fraetal theory for transfor— mation between capillary pressure curve and relative permeability curve.Fault Block Oil&Gas Field,2008;15(2):64__66 45覃生高.储层孔隙分布及流体渗流特征的分形描述与应用.大 庆:大庆石油学院,2010 Qin Shenggao.Study of the reservoir lfuid lfow by fractal method and its application.Daqing:Daqing Petroleum Institute,2010 46 Jiang G P,Shi W,Huang L L Fractal analysis of permeability of unsaturated fractured rocks.Scientiifc World Joumal,2013;2013: l— 47李军,刘荣和,彭小东,等.利用压汞曲线求取页岩相渗曲线的 分形维方法研究.科学技术与工程,2013;13(8):2193--2197 Li Jun,Liu Ronghe,Peng Xiaodong,et a1.The fraetal study of using capillary pressure curve to calculate the relative permeability curve of shale gas reservoir.Science Technology and Engineering, 2013;13(8):2193--2197 48 Pejic D,Maini B.Three—phase relative permeability of petroleum reservoirs.SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineer- ing Conference,West Indies,2003;SPE-81021:27—00 49 Donaldson E C,Kayser M B.Three-phase fluid flow in porous media.U.S.Department of Energy,DOE/BETC/IC-80/4,198 1 50 Maini B B,Kokal S L,Nicola F.Measurements of three—phase rela- tive permeability at elevated temperatures and pressures.PRI Re search Report,1988 5 1 Maini B B,Kokal S L,Jha K.Measurements and correlations of three-・phase relative permeability at elevated temperatures and pres・- sures.63rd Annual Technical Conference and Exhibition of SPE, San Antonio,1989 52 Maini B B,Nicola F,Goldman J,et a1.Measurements and estima— tion of three-phase relative permeability.Petroleum Recovery Insti— tute,1990 22期 唐永强,等:用毛细管压力曲线计算相对渗透率曲线的方法综述 53 Oak M J,Baker L E,Thomas D C.Three—phase relative permeabili— ty of Berea sandstone.SPE/DOE Enhanced Oil Recovery Symposi— um,1988:17—.20 Oak M J,Baker L E,Thomas D C.Three-phase relative permeabili— ty of Berea sandstone.Journal of Petroleum Technology,1990;42 (8):1054--1061 55 Oak M J.Three—phase relative permeability of intermediate-wet Be— rea sandstone.66th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers,DMlas,1991:6—-9 56 Dietrich J K.Bondor P L Three—phase oil relative permeability models.Proceedings of the SPE Annual Fall Technical Conference and Exhibition.SPE 044,New Orleans,Louisiana,1976 57 Stone H L.Probability model for estimating three—phase relative per- meability.Journal of Petroleum Technology,1970;22(2): 241—_218. 58 Stone H L Estimation of three-phase relative permeability and resid— ual 0il data.Journal of Canadian Petroleum Technology,1973;12, (4):53--61 59 Baker L E.Three-phase relative permeability correlations.Proceed- ings of the SPE Enhanced Oil Recovery Symposium.SPE 17369, Tulsa,OK,USA,1988:539—_554 Baker L E.Three—phase relative permeability of water—wet,interme— diate—wet and oil-wet sandstone.London:Geological Society Lon- don.1995:51—_61 Balbinski E F,Fishlock T P,Goodyear S G,et a1.Key eharaeteris— tics of three—phase oil relative permeability formulations ofr improved oil recovery predictions.Petroleum Geoseience,1999;5(4): 339—346 62 Goodfield M,Goodyear S G,Townsley P H.New core flood inter- pretation method for relative permeability based on direct processing nf in—situ saturation data.SPE Annual Technical Conference and Exhibition,New Orleans,Louisiana,2001 63 Blunt M J.An empiircal model for three-phase relativepermeability. SPE Journal,2000;5(4):435---445 Oliveira L I,Demond A H.Estimation of primary drainage three— phase relative permeability for organic liquid trnasport in the vadose zone.Journal of Contaminant Hydrology,2003;66(34): 261~285 Delshad M,Pope G A.Comparison of the three-phase oil relative permeability models.Transport in Porous Media,1989;4(1): 59—83 杨官光,陈家军,支银芳.包气带水、气和油三相相对渗透率研究 进展.云南环境科学,2006;25(3):26—29 rang Guanguang,Chen Jiajun,Zhi Yinfang.Study on relative eoef- ifcient of permeability of water and gas and oil of three—phase in vadoze zone.Yunnan Enviornmental Science,2006;25(3): 26--29 67 李永涛,王文科,王丽,等.轻非水相液体在地下多相渗流的 K-S-P关系研究.灌溉排水学报,2008;27(6):1 17—119 Li Yongtao,Wang Wenke,Wang Li,et a1.Relative permeability— saturation--pressure relationship of light nonaqueous--phase liquids for infiltration in porous media.Journal of Irrigation and Drainage, 2008;27(6):117—1l9 杨永飞.孔隙级油气水三相渗流模拟.东营:中国石油大学(华 东),2010 Yang Yongfei.Pore—scale modelling of 0il—gas—water three—phase flow in porous media.Dongying:China University of Petroleum Doctoral Dissertation,2010 程明君.三相渗流油相相渗规律实验及预测方法研究.东营:中 国石油大学(华东),2011 Cheng Mingjun.Experimental and predictive study of the law of the oil relative permeability under three-phase lfow conditions.Dongying:China University of Petroleum,201 1 70 Shabani B,Kazemzadeh E,Entezari A.The calculation of oil-water relative permeability from capillary pressure data in an oil—wet por- OUS media:case study in a dolnmite reservoir.iournal of Petroleum Science and Technology,2014;32(1):38—50 杨洋,唐玲.应用毛管压力资料确定相渗曲线参数的新方 法.重庆科技学院学报(自然科学版),2014;16(3):4O—43 Yang Y,Tang L.A new method to determine the relative permeabil— ity curve parameters by capillary pressure Ddt.aJournal of Chongqing University of Science and Technology(Natural Science Edition),2014;16(3):4O—43 72 Noornddin H A,Hossain M E,A1一Yousef H,et a1.Comparison of permeability models using mercury injection capillary pressure data on carbonate rock samples.Journal of Petroleum Science and Engi- neefing,2014;121:9—22 73 Liu Y,Wang L,Liu X,et a1.Effects of capillary pressure—fluid sat— uration・・relative permeability relationships on predicting carbon diox・- ide migration during injection into saline aquifers.Eneryg Procedia, 2014;63:3616--3631 74 Bieliuski A,Kopp A,Schutt H,et a1.Monitoring of CO2 plumes during storage in geological formations using temperature signals: Numerical investigation.International Journal of Greenhouse Gas Control,2008;2:319—_328 75 Class H,Helmig R,Bastian P.Numerical simulation of non—isother— mal muhiphase multicomponent processes in porous media.:1.an efifcient solution technique.Advances in Water Resources,2002; 25:533—_550 76 Class H,Bielinski A,Helmig R,et a1.Numerical simulation of CO2 storgae in geological formations.Chemic Ingenieur Technik, 2006:78:445—452 Giorgis T,Carpita M,Battistelli A.2D modeling of salt precipitati— on during the injection of dry CO2 in a depleted gas reservoir.Ener- gy Conversion and Management,2007;48:18l6—1826 78 Sen J G,Mamora D D.Experimentla and simulation studies of se— questration of supereritical carbon dioxide in depleted gas reser- voirs.Joumal of Energy Resources Technology—Transactions of the ASME,2005;127:1--6 Spycher N,Pruess K.CO2一H2 0 mixtures in the geological seques- tration of CO2 center dot.II.Partitioning in chloride brines at 12~ 100。C and up to 600 bar.Geoehimiea et Cosmochimica Acta, 2005:69:3309--3320 80 Zhang W,Li Y,Xu T,et a1.Long—term variations of CO2 trapped in different mechanisms in deep saline formations:a case study of the Songliao Basin,China.International Journal of Greenhouse Gas Control,2009;3:161一l80 Buckley S E,Leverett M C.Mechanism of fluid displacement in sands.Trans,AIME,1941;146:l07—1l6 82 Romanenko K.Baleom B J.An assessment of non—wetting phase rel— 98 科学技术与工程 15卷 ative permeability in water—wet sandstones based on quantitative tive permeabilities of water and steam from laboratory measure— ments.Geothermics,2015;53:396—4O5 89 MRI of capillary end effects.Joumal of Petroleum Science and En— gineering,2013:110:225—-231 Gudjonsdottir M,Palsson H,Eliasson J,et a1.Calculation of rela- tive permeabilities from field data and comparison to laboratory measurements.Geothermics,2015;54:1—9 Pini R,Benson S M.Simultaneous determination of capillary pres— sure and relative permeability curves from core-flooding experiments with various fluid pairs.Water Resources Research,2013;49(6): 35l6—3530 Montazeri G H,Ziabakhsh—Ganji Z.Alibadia H.The effeet of rela. tive permeability on the well testing behavior of naturally fractured Var A Z,Bastani D,Badakhshan A.The impact of surfactants on wettability change and level of water imbibition in relation to EOR in lean gas condensate reservoirs.Journal of Petroleum Science and Technology,2014;32(3):3O7—315 91 Xu H,Tang D Z,Tang S H.A dynamic prediction model for gas- carbonate reservoirs.Journal of Petroleum Science and Technology, 2013;31(20):2098_2109 Kogure T,Nishizawa O,Chiyonobu S,et a1.Effect of sub.core scale heterogeneity on relative permeability curves of porous sand- water effective permeability based on coalbed methane production data.International Journal of Coal Geology,2014:121:44—52 ¨Y S,Li X F,Teng S N,et a1.Improved models to predict gas- stone in a water—supercritical CO2 system.Energy Procedia,2013; 37:4491—4498 Li B,Tehelepi H A,Benson S M.The influence of capillary entry— pressure representation on CO2 solubility trapping.Energy Proce- dia,2013;37:3808--3815 Li B,Tchelepi H A,Benson S M.Influence of capillary-pressure models on CO2 solubility trapping.Advances in Water Resources, 2013;62:488—498 water relative permeability in fractures and porous media.Journal of Natural Gas Science and Engineering,2014;19:190—_2O1 Kokkinaki A,O Carroll D M,Werth C J.Coupled simulation of DNAPL infiltration and dissolution in three—dimensional heterogene— OUS domains:process model validation.Water resources Research. 2013;49(10):7023—_7036 White J,Zardava K,Nayagum D,et a1.Functional relationships for the estimation of vail Genuchten parameter values in landfill proces— ses models.Waste Management,2015;38:222—_23 1 Gudjonsdottir M,Palsson H,Eliasson J,et a1.Calculation of rela一 A Review of Methods to Calculate Relative Permeability Curve by Using Capillary Pressure Curve TANG Yong—qiang 一,曲Cheng—yuan ,HOU Ji—rui (Research Institute of Petroleum Exploration and Development Sinopec ,Beijing 100083,P.R.China China University of Petroleum ,Beijing 102249,P.R.China) [Abstract]The relative permeability is important for researching seepage fluid mechanics and driving character. istics.The emphasis of this review is methods to calculate relative permeability curves bv using the relationship be. tween capillary pressure and saturation.The pressure—saturation relationship and fraetal theory are considered as a key technology to push the development of the methods.According to the introduction of the fraetal theory.the methods were divided into two categories.The principle to calculate relative permeability curve and the principle of fractal theory were described.The research history and current situation of methods to calculate relative De瑚eabili. ty by using capillary pressure were introduced,which includes the main outcomes of the researchersFinally,three .main directions of the capillary pressure had been pointed out:①determination of the relative permeability CUlWes to unconventional reservoirs;②the determination of relative permeability curves to special fluids:③the combi. ning application with other core test methods. [Key words] capillary pressure relative permeability fractal theory