论文部分内容阅读
摘要：长期水驱开发油田进入高含水期后，地层中油水分布状态与开发早期和中期差异较大，此时地层孔隙中油呈现分散相，水呈现连续相，由于贾敏效应的存在，造成水驱规律的改变。针对这种状况，本项目在广泛调研国内外水驱油研究进展的基础上，设计不同驱替倍数和驱替压力梯度下的岩心水驱油方案，并确定水驱油方案，同时测取高含水期水驱油数据。利用取得的实验数据，分析水驱不同含水阶段的相对渗透率特征，重点研究高含水阶段的油水相对渗透率变化规律，研究不同驱替参数下油水相对渗透率的变化规律，寻找适宜的表征方法。比较驱替压力梯度对水驱油效果的影响，研究高含水开发期不同驱替压力梯度下的相对渗透率变化规律，揭示油水微观分布特征对相对渗透率的影响。
关键词：高含水期；驱替倍数；驱替压力梯度；水驱规律
中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2014）08-0027-02
高含水期油田的高效开发是很多老油田面临的挑战。国内外对高含水期油田开发方面的研究具有以下特点：（1）目前对高含水期油田开采规律的研究很少，一方面因为有些油田还没有进入这个阶段，另一方面因为对高含水期的开发规律难以把握。（2）目前开发效果评价的一些指标不适应高含水开发阶段。涉及开发评价方法的文献较多，但评价指标不统一，而且某些指标之间存在等价关系，因果关系等。对进入高含水期油田开发效果的评价还没有提出系统的评价指标和评价标准，需要研究多指标定量评价方法。（3）对有些油田开发指标的评价还处于定性阶段，未实现定量化。因此，随着越来越多的油田进入高含水期，对高含水期油田水驱规律特征的研究就显得越来越重要。
一、理论基础
传统水驱特征曲线推导的理论基础是中含水阶段油水相对渗透率比（Kro/Krw）与含水饱和度（Sw）成半对数直线关系。即有如下公式：
而在高含水阶段，一般地层含水率大于50%时Kro/Krw与Sw在半对数坐标中明显偏离直线关系，水驱特性曲线普遍存在上翘的现象。
长期水驱开发油田进入高含水期后，地层中油水分布状态与开发早期和中期差异较大；由于贾敏效应的存在，水驱特征曲线在后期不再呈现原有直线特征。
二、实验基础
整装油藏高含水开发阶段需要改善波及系数和洗油效率。在常规水驱条件下，提高采收率的努力方向应该是：调整层系组合；深化井网部署；优化驱替倍数和驱替压力梯度，达到提高波及系数和驱油效率的目的。根据以上方针，本实验主要对注入倍数和驱替压力梯度对驱油效率的影响进行研究。依据实验目的，实验设计如下：
分析胜坨油田二区取心井粒度组成，制备了5组25块岩心，利用胜坨油田二区油水样品，进行了5组变驱替压力梯度下的驱替试验。首先分析了胜坨油田二区取心井粒度构成，用不同粒度相应比例的石英砂制备岩心，先注入水使岩心饱和水，再注入油使岩心饱和油，模拟地层条件。最后以确定的注入液体流量注入岩心，模拟地层水驱油过程，测量一下基本参数。
表1 实验测得参数列表
项目 注入液体流量 驱替倍数 注入液体体积 出油体积 出水体积
符号 Q PV V Vo Vw
单位 ml/min 无量纲参数 ml ml ml
实验数据得出的结果：岩心水驱油实验可以模拟地层水驱油的状态，由此可确立岩心水驱油的实验目的，以及分析各个参数之间的关系，找出影响驱油效率的因素。
（1）通过实验数据检验实验过程中所求得的渗透率比（Kro/Krw）与含水饱和度（Sw）之间是否满足半对数关系，是否在含水饱和度大于某一个临界值得时候与Sw之间不再有线性关系，而是与原直线出现分离情况。
（2）通过实验得出的数据，制作驱替倍数Pv，驱替液体流量Q（由达西定律可得驱替压力梯度与驱替液体流量有正比关系，故驱替液体流量可反映驱替压力梯度），以及驱油效率之间的关系，并分析影响驱油效率的参数。
1.油水渗透率比与含水饱和度之间的关系
实验公式的推导：
；
根据达西定律可求得
；
最后可求得Sw与关系如下：
以上推导公式可以得出5组Sw与关系曲线图。由图分析可
得在一般含水期含水饱和度Sw与在Sw=0.44以前有线性关系，在Sw>0.44后曲线呈现偏离，符合实验预期结果。
通过对其他4块岩心的数据分析也能得到类似的半对数曲线关系。
2.分析注入倍数Pv以及驱替压力梯度对驱油效率的影响
由实验所取得的数据可以观察研究此性质。现以4号岩心所取得的数据进行分析：
I.做出Pv数与驱油效率关系图可得如下：
II.由图像及其数据观察可以得出以下现象：
（1）驱替倍数0-2.43时，驱替速度为0.1ml/min，此时驱油效率从0到0.54并且维持在0.54很久不变；
（2）驱替倍数2.43-5.52时，驱替速度为0.2ml/min，此时驱油效率从0.54到0.68并且维持在0.68很久不变；
（3）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.3ml/min，此时驱油效率从0.68到0.70并且维持在0.70很久不变；
（4）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.4ml/min，此时驱油效率从0.70到0.74 并且维持在0.74很久不变；
（5）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.5ml/min，此时驱油效率从0.74到0.76 并且维持在0.76很久不变；
通过对其他4组岩心的数据图像分析，也取得了类似于第四块岩心的规律。
III.对实验取得的结果进行分析： 由实验数据可以大体的推测出驱替倍数和驱替压力梯度对驱油效率的影响如下：
①在一定的驱替压力梯度下，在实验中体现的是一定的驱替速度下，驱油效率受驱替倍数的影响，且二者之间的关系式，驱替倍数越大，驱油效率越高，当达到某一个临界值的，其驱油效率将基本不会变化，除非改变驱替压力梯度。
②随着驱替倍数的增加驱油效率会不断增加，增加驱替压力梯度，会使驱油效率明显增高。
就像木桶效应一样，木桶里充满了油，增加Pv数木桶里的油会逐渐变多，当达到某一临界值的时候油的量就不会增加，除非把木桶的最短一边加长，这样木桶中的油又会增加，而驱替压力梯度就像是木桶的最短边。
IV.对实验结果进行微观解释：
水驱前期，地层中的油是连续相，水是分散相，水驱油，这时随着Pv数的增加，驱油效率提高，当水驱一定程度后，油成为分散相，水成为连续相。此时，当油滴通过喉道时，由于贾敏效应的存在，油不易通过喉道。
有三个喉道，喉道半径分别为r1、r2、r3。三者的关系为r3>r2>r1。
可得P1>P2>P3
即当驱替压力为P3时，油能从r3通过，不能从r2，r1通过，随着Pv数的增加将会有更多的油滴通过r3被驱替出来，然而处于r2和r1的油却不能通过，之后无论Pv数多大都不会有油再被驱替出来。因此只能增加驱替压力到P2，此时r2处的油能被驱替出来而处于r1处的油不能被驱替出来，同理适用于驱替压力为P1的情况。
三、结论
油水驱替实验确定了驱替压力梯度以及驱替倍数对于驱油效率的影响，分析了水驱油到高含水期后Pv数与驱油效率之间的关系，为以后油田原油开采后期地层含水率增高如何提高出油率提供了依据，并为油藏开采后期的经济计算提供依据。
参考文献：
[1]宋兆杰，李治平，赖枫鹏，刘刚，甘火华。 2013.02.09 高含水期油田水驱特征曲线关系式的理论推导。
[2]李爱芬，油层物理学2011年10月第三版。
[3]赵福麟，化学原理2006年12月第一版。
指导老师：谷建伟，中国石油大学（华东）石油工程学院教授，硕士生导师。
项目组成员：贾佳宁、吕晓聪、刘晓强、张习斌。
关键词：高含水期；驱替倍数；驱替压力梯度；水驱规律
中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2014）08-0027-02
高含水期油田的高效开发是很多老油田面临的挑战。国内外对高含水期油田开发方面的研究具有以下特点：（1）目前对高含水期油田开采规律的研究很少，一方面因为有些油田还没有进入这个阶段，另一方面因为对高含水期的开发规律难以把握。（2）目前开发效果评价的一些指标不适应高含水开发阶段。涉及开发评价方法的文献较多，但评价指标不统一，而且某些指标之间存在等价关系，因果关系等。对进入高含水期油田开发效果的评价还没有提出系统的评价指标和评价标准，需要研究多指标定量评价方法。（3）对有些油田开发指标的评价还处于定性阶段，未实现定量化。因此，随着越来越多的油田进入高含水期，对高含水期油田水驱规律特征的研究就显得越来越重要。
一、理论基础
传统水驱特征曲线推导的理论基础是中含水阶段油水相对渗透率比（Kro/Krw）与含水饱和度（Sw）成半对数直线关系。即有如下公式：
而在高含水阶段，一般地层含水率大于50%时Kro/Krw与Sw在半对数坐标中明显偏离直线关系，水驱特性曲线普遍存在上翘的现象。
长期水驱开发油田进入高含水期后，地层中油水分布状态与开发早期和中期差异较大；由于贾敏效应的存在，水驱特征曲线在后期不再呈现原有直线特征。
二、实验基础
整装油藏高含水开发阶段需要改善波及系数和洗油效率。在常规水驱条件下，提高采收率的努力方向应该是：调整层系组合；深化井网部署；优化驱替倍数和驱替压力梯度，达到提高波及系数和驱油效率的目的。根据以上方针，本实验主要对注入倍数和驱替压力梯度对驱油效率的影响进行研究。依据实验目的，实验设计如下：
分析胜坨油田二区取心井粒度组成，制备了5组25块岩心，利用胜坨油田二区油水样品，进行了5组变驱替压力梯度下的驱替试验。首先分析了胜坨油田二区取心井粒度构成，用不同粒度相应比例的石英砂制备岩心，先注入水使岩心饱和水，再注入油使岩心饱和油，模拟地层条件。最后以确定的注入液体流量注入岩心，模拟地层水驱油过程，测量一下基本参数。
表1 实验测得参数列表
项目 注入液体流量 驱替倍数 注入液体体积 出油体积 出水体积
符号 Q PV V Vo Vw
单位 ml/min 无量纲参数 ml ml ml
实验数据得出的结果：岩心水驱油实验可以模拟地层水驱油的状态，由此可确立岩心水驱油的实验目的，以及分析各个参数之间的关系，找出影响驱油效率的因素。
（1）通过实验数据检验实验过程中所求得的渗透率比（Kro/Krw）与含水饱和度（Sw）之间是否满足半对数关系，是否在含水饱和度大于某一个临界值得时候与Sw之间不再有线性关系，而是与原直线出现分离情况。
（2）通过实验得出的数据，制作驱替倍数Pv，驱替液体流量Q（由达西定律可得驱替压力梯度与驱替液体流量有正比关系，故驱替液体流量可反映驱替压力梯度），以及驱油效率之间的关系，并分析影响驱油效率的参数。
1.油水渗透率比与含水饱和度之间的关系
实验公式的推导：
；
根据达西定律可求得
；
最后可求得Sw与关系如下：
以上推导公式可以得出5组Sw与关系曲线图。由图分析可
得在一般含水期含水饱和度Sw与在Sw=0.44以前有线性关系，在Sw>0.44后曲线呈现偏离，符合实验预期结果。
通过对其他4块岩心的数据分析也能得到类似的半对数曲线关系。
2.分析注入倍数Pv以及驱替压力梯度对驱油效率的影响
由实验所取得的数据可以观察研究此性质。现以4号岩心所取得的数据进行分析：
I.做出Pv数与驱油效率关系图可得如下：
II.由图像及其数据观察可以得出以下现象：
（1）驱替倍数0-2.43时，驱替速度为0.1ml/min，此时驱油效率从0到0.54并且维持在0.54很久不变；
（2）驱替倍数2.43-5.52时，驱替速度为0.2ml/min，此时驱油效率从0.54到0.68并且维持在0.68很久不变；
（3）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.3ml/min，此时驱油效率从0.68到0.70并且维持在0.70很久不变；
（4）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.4ml/min，此时驱油效率从0.70到0.74 并且维持在0.74很久不变；
（5）驱替倍数5.52-7.19时，驱替速度为0.5ml/min，此时驱油效率从0.74到0.76 并且维持在0.76很久不变；
通过对其他4组岩心的数据图像分析，也取得了类似于第四块岩心的规律。
III.对实验取得的结果进行分析： 由实验数据可以大体的推测出驱替倍数和驱替压力梯度对驱油效率的影响如下：
①在一定的驱替压力梯度下，在实验中体现的是一定的驱替速度下，驱油效率受驱替倍数的影响，且二者之间的关系式，驱替倍数越大，驱油效率越高，当达到某一个临界值的，其驱油效率将基本不会变化，除非改变驱替压力梯度。
②随着驱替倍数的增加驱油效率会不断增加，增加驱替压力梯度，会使驱油效率明显增高。
就像木桶效应一样，木桶里充满了油，增加Pv数木桶里的油会逐渐变多，当达到某一临界值的时候油的量就不会增加，除非把木桶的最短一边加长，这样木桶中的油又会增加，而驱替压力梯度就像是木桶的最短边。
IV.对实验结果进行微观解释：
水驱前期，地层中的油是连续相，水是分散相，水驱油，这时随着Pv数的增加，驱油效率提高，当水驱一定程度后，油成为分散相，水成为连续相。此时，当油滴通过喉道时，由于贾敏效应的存在，油不易通过喉道。
有三个喉道，喉道半径分别为r1、r2、r3。三者的关系为r3>r2>r1。
可得P1>P2>P3
即当驱替压力为P3时，油能从r3通过，不能从r2，r1通过，随着Pv数的增加将会有更多的油滴通过r3被驱替出来，然而处于r2和r1的油却不能通过，之后无论Pv数多大都不会有油再被驱替出来。因此只能增加驱替压力到P2，此时r2处的油能被驱替出来而处于r1处的油不能被驱替出来，同理适用于驱替压力为P1的情况。
三、结论
油水驱替实验确定了驱替压力梯度以及驱替倍数对于驱油效率的影响，分析了水驱油到高含水期后Pv数与驱油效率之间的关系，为以后油田原油开采后期地层含水率增高如何提高出油率提供了依据，并为油藏开采后期的经济计算提供依据。
参考文献：
[1]宋兆杰，李治平，赖枫鹏，刘刚，甘火华。 2013.02.09 高含水期油田水驱特征曲线关系式的理论推导。
[2]李爱芬，油层物理学2011年10月第三版。
[3]赵福麟，化学原理2006年12月第一版。
指导老师：谷建伟，中国石油大学（华东）石油工程学院教授，硕士生导师。
项目组成员：贾佳宁、吕晓聪、刘晓强、张习斌。