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對低滲透油田注水井出油微觀機(jī)理研究論文
摘 要：研究了低滲透油田水井出油機(jī)理，并提出水井轉(zhuǎn)抽的適合條件，為挖掘低滲透油田剩余油潛力提供理論依據(jù)和參考。A油田屬于低滲透注水開發(fā)油田，生產(chǎn)過程中，對部分注水井實施轉(zhuǎn)抽，取得明顯的開發(fā)效果，在一定程度上提高了低滲透油田的水驅(qū)油效率。
關(guān)鍵詞：注水井轉(zhuǎn)抽，機(jī)理
一、注水井轉(zhuǎn)抽微觀作用機(jī)理
（1）毛管力作用下注水井周圍油層中存在大量剩余油。低滲透油田油層毛管力較大是導(dǎo)致注水井周圍存在剩余油的一個主要因素。A油田是低滲透油田，油層滲透率低，一般在7—30×10—3μm2左右，孔隙吼道半徑小，一般在1μm左右。水驅(qū)時毛管數(shù)很低，達(dá)到10—5數(shù)量級，在這樣低的毛管數(shù)下，毛管力對水驅(qū)過程具有明顯的控制作用。目前普遍采用貝克萊前緣方程計算油層中不同開發(fā)時刻的含水飽和度分布，在水驅(qū)前緣處，含水飽和度呈臺階狀分布，與油田生產(chǎn)實際不符，這主要因為方程在推導(dǎo)過程中忽略了毛管力的作用。對于注水開發(fā)的中高滲透油田，由于油層滲透率孔隙半徑較大，毛管力很小。對于低滲透油田，毛管力較大，繼續(xù)采用這個公式將導(dǎo)致較大的誤差，這種現(xiàn)象已被F。A。L。Dullien的水驅(qū)油實驗所證實。毛管數(shù)CA的定義為：，（1）
式中：Req—由于孔隙結(jié)構(gòu)長度特征確定的常數(shù)；L—巖心長度，m；μ—水的粘度，mPa·s；σ—油水界面張力，N/m；Vp—滲流速度，m/s；θA—潤濕角。
由公式可知，σ和cosθA越大，毛管力越大，毛管數(shù)CA越小。當(dāng)毛管力較小，毛管數(shù)CA較大時，含水飽和度分布曲線在水驅(qū)前緣處呈臺階狀分布，相當(dāng)于活塞式水驅(qū)油，即水驅(qū)過后油層中剩余油較少；當(dāng)毛管力逐漸增大，CA逐漸減小時，含水飽和度前緣臺階變緩，表明水驅(qū)過程中毛管力的作用增強(qiáng)，水驅(qū)過后，含水飽和度值較低，剩余油飽和度較大，特別是當(dāng)毛管力增大到一定程度，CA=0。01時，含水飽和度分布基本上是一條直線，整個油水兩相滲流區(qū)間，各點含水飽和度值很低且基本相等，富集有大量的剩余油。實驗表明，低滲透油田注水井周圍在經(jīng)過一段時間的注水開發(fā)后，油層中仍殘余有大量的剩余油，當(dāng)驅(qū)動壓差較大，地層液體流速較大時，粘滯力居主導(dǎo)地位，并聯(lián)孔道中各孔道內(nèi)液體的流速與其半徑的平方成正比，因此，大孔道中的油水界面將優(yōu)先到達(dá)出口端，而將小孔道中的油圈閉起來，開發(fā)效果較好；如果驅(qū)替壓差小，液體在小孔道中的流速大于液體在大孔道中的流動速度，小孔道中的油水界面優(yōu)先到達(dá)出口端，而將大孔道中的油圈閉起來，開發(fā)效果變差。低滲透油田，單井配注量低，地層中液體的流動速度低，毛管力作用將居主導(dǎo)地位，容易在大孔道內(nèi)形成剩余油。
（2）水井轉(zhuǎn)抽后有利于克服毛管力的圈閉作用。分析表明，當(dāng)水井注水時，毛管力是驅(qū)動力，注入水優(yōu)先在小孔道中流動，圈閉大孔道中的石油；而當(dāng)水井轉(zhuǎn)軸后，油層中是油驅(qū)水過程，毛管力變成阻力。小孔道中，毛管力大阻力也大，而大孔道中，毛管力小，阻力也小，液體優(yōu)先沿大孔道流動，原來注水時被毛管力捕集在大孔道中的石油反而容易流動，由于這部分油相占據(jù)的截面積較大，通過油層巖石截面的量大，表現(xiàn)在相對滲透率曲線上為水井轉(zhuǎn)抽后油相相對滲透率曲線抬高，開發(fā)效果變好，這一點已被相對滲透率測定實驗所證實，見圖1。圖中吸滲曲線相當(dāng)于水井注水過程中測定的油相滲透率，排驅(qū)曲線相當(dāng)于一開始就是油驅(qū)水過程，在實驗室可以測定這種曲線，水井注水一段時間又轉(zhuǎn)抽后，油層中油相滲透率對應(yīng)的就是這條過渡型曲線。
�。�3）水井轉(zhuǎn)抽后有利于克服賈敏效應(yīng)。已有研究成果表明[1，2，3]：低滲透油藏儲集層致密滲透率極低，孔隙喉道極為狹窄，流動阻力很大，地下流體運動為非達(dá)西低速滲流，它是影響低滲透油田開發(fā)效果的重要因素，因此在這些細(xì)微孔隙中，分子力的作用顯得較為突出，親水油層的礦物顆粒表面會吸附一層水膜，在分子力的作用下，這層水膜是不可流動的，盡管其厚度較小，但進(jìn)一步減小了低滲透儲集層中有效孔隙和喉道的大小，使得這些孔隙或者成為束縛水孔隙或者含油飽和度很低，同時喉道尺寸的減小，必然使水驅(qū)油過程中“卡斷”現(xiàn)象增多，大大增加了拉斷油滴被捕集成為剩余油的概率，這樣，大量油珠產(chǎn)生的賈敏效應(yīng)會給低滲透油藏水驅(qū)油過程造成很大阻力，甚至“鎖死”已形成的水驅(qū)油通道，使油層有效滲透率降低，這也是導(dǎo)致低滲透油田注水壓力不斷上升的一個重要因素，最終使水驅(qū)油效率降低。水井轉(zhuǎn)抽后，油層的賈敏效應(yīng)降低，水井轉(zhuǎn)抽后增大了驅(qū)動壓差有利于克服賈敏效應(yīng)。A油田水井的平均壓力梯度僅有0。08MPa/m，不能克服賈敏效應(yīng)而使分散的油滴流動，水井轉(zhuǎn)抽后，流壓降低到2MPa左右，壓力梯度增幅很大，能夠克服油層中的賈敏效應(yīng)使分散的油滴活化，開始流動。對于小孔道中的油滴，毛管力梯度特別大時，目前的驅(qū)動壓差還不能克服它的賈敏效應(yīng)，仍存在一定數(shù)量的剩余油。水井轉(zhuǎn)抽后，有利于解除油層中固體顆粒的堵塞，在注水過程中由于注入水中含有各種雜質(zhì)，或者由于注入水長期沖刷使巖石顆粒發(fā)生運移，而堵塞孔隙通道。對于中高滲透油層，這種固體顆粒的堵塞作用不是十分明顯，而對于A油田這種低滲透油層，固體顆粒堵塞對油田開發(fā)的損害影響都是十分顯著的，水井轉(zhuǎn)抽后，由于反向驅(qū)替作用，原來注水過程中堵塞在孔喉處的顆粒發(fā)生運移，解除堵塞。在實驗過程中觀察到了污水中所含固體顆粒對巖心孔道造成的堵塞現(xiàn)象，這種堵塞對低滲透油層傷害是十分嚴(yán)重的，與凈水驅(qū)油實驗相比固體顆粒對油層造成傷害以后，水驅(qū)油效率降低10%以上，采用反向驅(qū)替的效果最好，表明反向驅(qū)替具有一定的解堵作用，從而也證明了水井轉(zhuǎn)抽后，對固體堵塞具有一定的解堵作用。
二、選井條件確定
（1）為了定量研究注水量大小對大孔道中形成圈閉剩余油的影響，定義臨界流速vc，它的物理含義是：大小孔道內(nèi)液體的流速相等時，通過并聯(lián)孔道的平均流速。當(dāng)v
vc時，驅(qū)動壓差起主導(dǎo)作用，小孔道中圈閉剩余油。
�。�2）在計算臨界速度時，需要估算兩個并聯(lián)大小孔道的半徑r1和r2，這兩個數(shù)值隨油層滲透率和非均質(zhì)性的不同而不同，不可能直接測量得來，因此，采用毛管力曲線近似處理的方法。處毛管力曲線對應(yīng)的孔隙半徑是整個油層的平均孔隙半徑，處毛管力曲線對應(yīng)的孔隙半徑是大孔道的平均半徑r2，而處毛管力曲線對應(yīng)的孔隙半徑則是小孔道的平均半徑r1。根據(jù)A地區(qū)毛管力曲線（K=16。4md）
由此可以計算出A地區(qū)油層中液體的臨界速度Vc=0。00214cm/s。油層滲透率不同，孔隙半徑也不同，相應(yīng)的臨界流速Vc會發(fā)生變化。根據(jù)A油田壓汞曲線資料統(tǒng)計分析可知，當(dāng)油層滲透率小于30md時，毛管力曲線分布形狀基本相同，表現(xiàn)為曲線斜率較大，孔喉半徑分布極不均勻，隨著毛管力的降低，毛管力曲線向下平移，毛管力隨滲透率的變化可以用J函數(shù)表示。當(dāng)油層滲透率大于30md時，毛管力曲線變得平緩，孔喉半徑分布逐漸變的均勻，隨著滲透率的增大，孔隙半徑增大，大小孔喉之間的差別越來越小，大孔道中剩余油被圈閉的可能性越來越小，地層中的臨界流速逐漸降低。當(dāng)滲透率小于30md時，臨界流速與滲透率的平方根成正比，即隨著滲透率的降低臨界流速逐漸降低。臨界流速隨滲透率的增加其分布呈倒拋物線型，見圖2。
地層中液體的真實流速：
�。�3）如果地層中實際液體流速始終在Vc以上，則整個油層不會出現(xiàn)圈閉大孔隙剩余油，油層中到水井距離大于rc 的地方大孔隙中的剩余油被圈閉。
三、結(jié)論
（1）低滲透油田注水開發(fā)過程中，由于毛管力的作用，大量的原油被圈閉在較大孔隙中，水驅(qū)油效率低是注水井出油的物質(zhì)條件。
�。�2）注水井轉(zhuǎn)抽后，油層中水驅(qū)油過程變?yōu)橛万?qū)水的過程，小孔道中毛管力大阻力也大，大孔道中毛管力小阻力也小，液體優(yōu)先沿大孔道流動，注水時被毛管力捕集的大孔道中的石油反而容易流動。
�。�3）轉(zhuǎn)抽井選擇主體區(qū)塊線性注水區(qū)滲透率在20×10—3μm2到40×10—3μm2之間的水井。
�。�4）A油田主體區(qū)塊，已轉(zhuǎn)成線性注水，目前
綜合含水50%左右，油井進(jìn)一步挖潛的能力變小，因此根據(jù)上述理論，在考慮砂體注采關(guān)系和東西向裂縫的基礎(chǔ)上，對水井進(jìn)行轉(zhuǎn)抽，以達(dá)到提高最終采收率的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1]F。A。L。Dullien。毛管數(shù)對滲吸飽和度進(jìn)化的影響[J]。Academic Press， San Diego，1994
[2]何更生。油層物理[M]。石油工業(yè)出版社，1992。
[3]李勁峰。賈敏效應(yīng)對低滲透油層有不可忽視的影響[J]。石油勘探與開發(fā)，1999。
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