液阻效應又稱氣阻效應或賈敏效應(Jamin’s effect)。呈分散狀態的非濕相流體(如氣泡或液滴)與濕相流體在毛細孔道中流動，當氣泡或液滴流動到毛細孔道窄口處時便遇阻。如欲通過窄口則需克服液滴或氣泡變形後，使兩端界面的曲率不同而產生的附加毛細管壓力差，從而導致阻力增加。這種現象於1860年為賈敏所發現，故稱賈敏效應。賈敏效應的大小與孔喉結構、潤濕角及界面張力有關。
基本介紹
- 中文名：液阻效應
- 外文名：fluid lock effect
- 別稱：氣阻效應、賈敏效應
- 發現：1860年為賈敏所發現
- 屬性：一種阻力效應
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基本介紹
液阻效應是一種阻力效應，是指油中氣泡或者水中的油滴由於界面張力而力圖保持成球形。當這些氣泡或者油滴通過細小的孔隙喉道時，必須拉長並改變自己的形狀，這種變形將消耗一部分能量，從而減緩了運動，增加了額外的阻力即稱液阻效應。
液滴運移到在孔隙儲層中的狹小喉處時，會發生變性，它的前端的曲率半徑會變小，它的前端的曲率半徑變得小於後端的曲率。液滴前後端曲率半徑的差別，使液滴兩端的毛細管壓力出現不平衡(圖1)，這個壓差可用下式表示：
圖1 圖1 液滴在狹小孔喉變性示意圖這時液滴要通過這個孔喉，就必須克服前後端壓差。液滴通過儲層小的孔喉因其變形使它的前後端曲率出現差別，因此而產生的阻滯流體流動的作用稱為賈敏效應或水鎖效應。儲層中無數的小的毛細管孔喉合成會造成很大的流動阻力，表現為油的相對滲透率大幅度降低。
毛細管效應和賈敏效應都與孔喉半徑、油水界面張力
和油-水-岩石表面體系中油水兩相的潤濕接觸角
密切相關，這就表明了儲層岩石表面的潤濕特性及其變化對保護油氣層和防止儲層傷害的重要性。
液阻效應的影響
在兩相滲流過程中，若一相以液滴分散在另一相中運動時，當液滴受到壓力後變形或當液滴在變直徑孔道中運動都會產生附加毛細管阻力。這種現象即稱為賈敏效應(水鎖現象)(圖2)。
圖2油滴在親水岩石中運移示意圖(Berg，1975)孫衛、曲志浩等對安塞油田長6儲層所作的大量實驗觀察表明，在油驅水過程中，產生的賈敏效應很弱。在水驅油過程中，特別是當孔隙介質中含油飽和度較低時，連續油柱往往發生卡斷，產生大量油珠，此時賈敏效應即成為孔隙介質中不可忽略的滲流阻力，大大增大了水驅油壓力。
賈敏效應與岩石滲透率有明顯關係，滲透率越低，水驅油和油驅水入口壓力比越大，賈敏效應越突出。
在低滲透油田注水開發過程中，隨著油井含水上升，含油飽和度逐漸降低，大量分散油珠產生的賈敏效應會給水驅油造成很大阻力。由於啟動壓力梯度的存在，低滲透油田注水壓力本來就高，水驅油速度十分緩慢，再加上附加的毛細管阻力，油井產量將會更低。賈敏效應的存在不但阻止了部分油滴的運移，而且又“鎖死”了已形成的水驅油通道，這也是造成注水井壓力升高、注水效果不佳以及產量下降的主要原因之一。因此，消除或降低賈敏效應對低滲透油田開發的影響，是二次採油研究應當考慮的問題。
此外，如果原始地層壓力與原油飽和壓力差值小，隨地層壓力下降，溶解氣會從原油中解析出來，成塊、成團分布的氣相會形成“氣鎖”傷害，進一步降低油相滲透率。
通過水驅油試驗，也發現油滴在運動過程中經過細小喉道時會發生卡斷現象，即在一定壓差下，大油滴經過細小喉道會分散成小油滴，這些小油滴運動到大孔道時，由於流速減小，又可能聚集成大油滴。這種情況的發生主要是因為孔喉半徑的變化引起毛管阻力的急劇變化所致。
克服液阻效應
通過大量IPN凝膠作用於多孔介質中的物理模擬實驗證明，IPN凝膠顆粒注入後，首先在大孔道中流動，後續的注入水不能進入被IPN凝膠占據的孔隙空間，注入水被迫改向流入前期未被波及的孔道。隨著注入水的繼續進行，水流攜帶部分IPN凝膠向前運移，這種運移的凝膠在遇到較小的孔道時再次停留，繼續改變水流方向，從而進一步改善注入水的波及效率。
對實驗結果進一步分析歸納得出IPN凝膠調驅的主要作用機理有如下幾種：注入過程中優先進入高滲透層，提高低滲透層的吸水能力；選擇性進入大孔道，使深部液流轉向；克服賈敏效應，排出油包氣鎖住的油；利用黏彈性運動驅油等。
油田採油過程中總有一些天然氣伴隨著油產出，這些氣在地層條件下多以氣頂氣、溶解氣和油包氣的形式存在。實驗中飽和模擬地層水實際是一個水驅氣的過程，此過程後總有少量氣體沒被水驅走，而在後續驅替過程中形成油包氣。油包氣可以鎖定大小孔喉的油，但同時在一定條件下也可以協助驅油。這是因為氣體具有可變形性和可壓縮性，氣泡在運移時的體積是隨著周圍的壓力變化而變化的。在高壓下，氣泡縮小，被擠入孔喉內，而孔隙中的壓力稍低於外面流體驅替的壓力，因此氣泡在孔隙中體積膨脹，嚴嚴實實地堵在孔喉裡面，封鎖住孔隙中的油，形成油包氣鎖油。IPN凝膠顆粒驅替時，驅替壓力較高，IPN凝膠顆粒自身體積較大，不易進入門檻壓力較高的小孔道，但IPN凝膠顆粒可以通過驅替周圍的水，利用低黏度的水去突破氣鎖孔隙中的油。孔隙中的油被逐漸排出後，內部壓力降低，氣泡體積進一步膨脹。同時，氣泡膨脹的過程也迫使孔隙中的油流出孔喉，直到氣泡占據整個孔隙體積，將油完全排出。
