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對(duì)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(duì)部分注水井實(shí)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(gè)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(shí)毛管數(shù)很低，達(dá)到10—5數(shù)量級(jí)，在這樣低的毛管數(shù)下，毛管力對(duì)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(jì)算油層中不同開發(fā)時(shí)刻的含水飽和度分布，在水驅(qū)前緣處，含水飽和度呈臺(tái)階狀分布，與油田生產(chǎn)實(shí)際不符，這主要因?yàn)榉匠淘谕茖?dǎo)過程中忽略了毛管力的作用。對(duì)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(duì)于低滲透油田，毛管力較大，繼續(xù)采用這個(gè)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(shí)驗(yàn)所證實(shí)。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(shí)，含水飽和度分布曲線在水驅(qū)前緣處呈臺(tái)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(shí)，含水飽和度前緣臺(tái)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(shí)，含水飽和度分布基本上是一條直線，整個(gè)油水兩相滲流區(qū)間，各點(diǎn)含水飽和度值很低且基本相等，富集有大量的剩余油。實(shí)驗(yàn)表明，低滲透油田注水井周圍在經(jīng)過一段時(shí)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(dòng)壓差較大，地層液體流速較大時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)，毛管力是驅(qū)動(dòng)力，注入水優(yōu)先在小孔道中流動(dòng)，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(dòng)，原來注水時(shí)被毛管力捕集在大孔道中的石油反而容易流動(dòng)，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(duì)滲透率曲線上為水井轉(zhuǎn)抽后油相相對(duì)滲透率曲線抬高，開發(fā)效果變好，這一點(diǎn)已被相對(duì)滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，見圖1。圖中吸滲曲線相當(dāng)于水井注水過程中測(cè)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(shí)驗(yàn)室可以測(cè)定這種曲線，水井注水一段時(shí)間又轉(zhuǎn)抽后，油層中油相滲透率對(duì)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(chǔ)集層致密滲透率極低，孔隙喉道極為狹窄，流動(dòng)阻力很大，地下流體運(yùn)動(dòng)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(huì)吸附一層水膜，在分子力的作用下，這層水膜是不可流動(dòng)的，盡管其厚度較小，但進(jìn)一步減小了低滲透儲(chǔ)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(shí)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(huì)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(gè)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)。對(duì)于小孔道中的油滴，毛管力梯度特別大時(shí)，目前的驅(qū)動(dòng)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(yùn)移，而堵塞孔隙通道。對(duì)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(duì)于A油田這種低滲透油層，固體顆粒堵塞對(duì)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(yùn)移，解除堵塞。在實(shí)驗(yàn)過程中觀察到了污水中所含固體顆粒對(duì)巖心孔道造成的堵塞現(xiàn)象，這種堵塞對(duì)低滲透油層傷害是十分嚴(yán)重的，與凈水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)相比固體顆粒對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)，通過并聯(lián)孔道的平均流速。當(dāng)v
vc時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓差起主導(dǎo)作用，小孔道中圈閉剩余油。
�。�2）在計(jì)算臨界速度時(shí)，需要估算兩個(gè)并聯(lián)大小孔道的半徑r1和r2，這兩個(gè)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(cè)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(duì)應(yīng)的孔隙半徑是整個(gè)油層的平均孔隙半徑，處毛管力曲線對(duì)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(duì)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(jì)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(huì)發(fā)生變化。根據(jù)A油田壓汞曲線資料統(tǒng)計(jì)分析可知，當(dāng)油層滲透率小于30md時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)流速：
�。�3）如果地層中實(shí)際液體流速始終在Vc以上，則整個(gè)油層不會(huì)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(dòng)，注水時(shí)被毛管力捕集的大孔道中的石油反而容易流動(dòng)。
�。�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(duì)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)：
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[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(duì)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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