高含水開發(fā)期水驅(qū)油規(guī)律之探討

摘要：長期水驅(qū)開發(fā)油田進入高含水期后，地層中油水分布狀態(tài)與開發(fā)早期和中期差異較大，此時地層孔隙中油呈現(xiàn)分散相，水呈現(xiàn)連續(xù)相，由于賈敏效應的存在，造成水驅(qū)規(guī)律的改變。針對這種狀況，本項目在廣泛調(diào)研國內(nèi)外水驅(qū)油研究進展的基礎上，設計不同驅(qū)替倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度下的巖心水驅(qū)油方案，并確定水驅(qū)油方案，同時測取高含水期水驅(qū)油數(shù)據(jù)。利用取得的實驗數(shù)據(jù)，分析水驅(qū)不同含水階段的相對滲透率特征，重點研究高含水階段的油水相對滲透率變化規(guī)律，研究不同驅(qū)替參數(shù)下油水相對滲透率的變化規(guī)律，尋找適宜的表征方法。比較驅(qū)替壓力梯度對水驅(qū)油效果的影響，研究高含水開發(fā)期不同驅(qū)替壓力梯度下的相對滲透率變化規(guī)律，揭示油水微觀分布特征對相對滲透率的影響。

關(guān)鍵詞：高含水期；驅(qū)替倍數(shù)；驅(qū)替壓力梯度；水驅(qū)規(guī)律

中圖分類號：TE341 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2014）08-0027-02

高含水期油田的高效開發(fā)是很多老油田面臨的挑戰(zhàn)。國內(nèi)外對高含水期油田開發(fā)方面的研究具有以下特點：（1）目前對高含水期油田開采規(guī)律的研究很少，一方面因為有些油田還沒有進入這個階段，另一方面因為對高含水期的開發(fā)規(guī)律難以把握。（2）目前開發(fā)效果評價的一些指標不適應高含水開發(fā)階段。涉及開發(fā)評價方法的文獻較多，但評價指標不統(tǒng)一，而且某些指標之間存在等價關(guān)系，因果關(guān)系等。對進入高含水期油田開發(fā)效果的評價還沒有提出系統(tǒng)的評價指標和評價標準，需要研究多指標定量評價方法。（3）對有些油田開發(fā)指標的評價還處于定性階段，未實現(xiàn)定量化。因此，隨著越來越多的油田進入高含水期，對高含水期油田水驅(qū)規(guī)律特征的研究就顯得越來越重要。

一、理論基礎

傳統(tǒng)水驅(qū)特征曲線推導的理論基礎是中含水階段油水相對滲透率比（Kro/Krw）與含水飽和度（Sw）成半對數(shù)直線關(guān)系。即有如下公式：

而在高含水階段，一般地層含水率大于50%時Kro/Krw與Sw在半對數(shù)坐標中明顯偏離直線關(guān)系，水驅(qū)特性曲線普遍存在上翹的現(xiàn)象。

長期水驅(qū)開發(fā)油田進入高含水期后，地層中油水分布狀態(tài)與開發(fā)早期和中期差異較大；由于賈敏效應的存在，水驅(qū)特征曲線在后期不再呈現(xiàn)原有直線特征。

二、實驗基礎

整裝油藏高含水開發(fā)階段需要改善波及系數(shù)和洗油效率。在常規(guī)水驅(qū)條件下，提高采收率的努力方向應該是：調(diào)整層系組合；深化井網(wǎng)部署；優(yōu)化驅(qū)替倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度，達到提高波及系數(shù)和驅(qū)油效率的目的。根據(jù)以上方針，本實驗主要對注入倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度對驅(qū)油效率的影響進行研究。依據(jù)實驗目的，實驗設計如下：

分析勝坨油田二區(qū)取心井粒度組成，制備了5組25塊巖心，利用勝坨油田二區(qū)油水樣品，進行了5組變驅(qū)替壓力梯度下的驅(qū)替試驗。首先分析了勝坨油田二區(qū)取心井粒度構(gòu)成，用不同粒度相應比例的石英砂制備巖心，先注入水使巖心飽和水，再注入油使巖心飽和油，模擬地層條件。最后以確定的注入液體流量注入巖心，模擬地層水驅(qū)油過程，測量一下基本參數(shù)。

表1 實驗測得參數(shù)列表

項目注入液體流量驅(qū)替倍數(shù)注入液體體積出油體積出水體積

符號QPVVVoVw

單位ml/min無量綱參數(shù)mlmlml

實驗數(shù)據(jù)得出的結(jié)果：巖心水驅(qū)油實驗可以模擬地層水驅(qū)油的狀態(tài)，由此可確立巖心水驅(qū)油的實驗目的，以及分析各個參數(shù)之間的關(guān)系，找出影響驅(qū)油效率的因素。

（1）通過實驗數(shù)據(jù)檢驗實驗過程中所求得的滲透率比（Kro/Krw）與含水飽和度（Sw）之間是否滿足半對數(shù)關(guān)系，是否在含水飽和度大于某一個臨界值得時候與Sw之間不再有線性關(guān)系，而是與原直線出現(xiàn)分離情況。

（2）通過實驗得出的數(shù)據(jù)，制作驅(qū)替倍數(shù)Pv，驅(qū)替液體流量Q（由達西定律可得驅(qū)替壓力梯度與驅(qū)替液體流量有正比關(guān)系，故驅(qū)替液體流量可反映驅(qū)替壓力梯度），以及驅(qū)油效率之間的關(guān)系，并分析影響驅(qū)油效率的參數(shù)。

1.油水滲透率比與含水飽和度之間的關(guān)系

實驗公式的推導：

；

根據(jù)達西定律可求得

；

最后可求得Sw與關(guān)系如下：

以上推導公式可以得出5組Sw與關(guān)系曲線圖。由圖分析可

得在一般含水期含水飽和度Sw與在Sw=0.44以前有線性關(guān)系，在Sw>0.44后曲線呈現(xiàn)偏離，符合實驗預期結(jié)果。

通過對其他4塊巖心的數(shù)據(jù)分析也能得到類似的半對數(shù)曲線關(guān)系。

2.分析注入倍數(shù)Pv以及驅(qū)替壓力梯度對驅(qū)油效率的影響

由實驗所取得的數(shù)據(jù)可以觀察研究此性質(zhì)。現(xiàn)以4號巖心所取得的數(shù)據(jù)進行分析：

I.做出Pv數(shù)與驅(qū)油效率關(guān)系圖可得如下：

II.由圖像及其數(shù)據(jù)觀察可以得出以下現(xiàn)象：

（1）驅(qū)替倍數(shù)0-2.43時，驅(qū)替速度為0.1ml/min，此時驅(qū)油效率從0到0.54并且維持在0.54很久不變；

（2）驅(qū)替倍數(shù)2.43-5.52時，驅(qū)替速度為0.2ml/min，此時驅(qū)油效率從0.54到0.68并且維持在0.68很久不變；

（3）驅(qū)替倍數(shù)5.52-7.19時，驅(qū)替速度為0.3ml/min，此時驅(qū)油效率從0.68到0.70并且維持在0.70很久不變；

（4）驅(qū)替倍數(shù)5.52-7.19時，驅(qū)替速度為0.4ml/min，此時驅(qū)油效率從0.70到0.74 并且維持在0.74很久不變；

（5）驅(qū)替倍數(shù)5.52-7.19時，驅(qū)替速度為0.5ml/min，此時驅(qū)油效率從0.74到0.76 并且維持在0.76很久不變；

通過對其他4組巖心的數(shù)據(jù)圖像分析，也取得了類似于第四塊巖心的規(guī)律。

III.對實驗取得的結(jié)果進行分析：

由實驗數(shù)據(jù)可以大體的推測出驅(qū)替倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度對驅(qū)油效率的影響如下：

①在一定的驅(qū)替壓力梯度下，在實驗中體現(xiàn)的是一定的驅(qū)替速度下，驅(qū)油效率受驅(qū)替倍數(shù)的影響，且二者之間的關(guān)系式，驅(qū)替倍數(shù)越大，驅(qū)油效率越高，當達到某一個臨界值的，其驅(qū)油效率將基本不會變化，除非改變驅(qū)替壓力梯度。

②隨著驅(qū)替倍數(shù)的增加驅(qū)油效率會不斷增加，增加驅(qū)替壓力梯度，會使驅(qū)油效率明顯增高。

就像木桶效應一樣，木桶里充滿了油，增加Pv數(shù)木桶里的油會逐漸變多，當達到某一臨界值的時候油的量就不會增加，除非把木桶的最短一邊加長，這樣木桶中的油又會增加，而驅(qū)替壓力梯度就像是木桶的最短邊。

IV.對實驗結(jié)果進行微觀解釋：

水驅(qū)前期，地層中的油是連續(xù)相，水是分散相，水驅(qū)油，這時隨著Pv數(shù)的增加，驅(qū)油效率提高，當水驅(qū)一定程度后，油成為分散相，水成為連續(xù)相。此時，當油滴通過喉道時，由于賈敏效應的存在，油不易通過喉道。

有三個喉道，喉道半徑分別為r1、r2、r3。三者的關(guān)系為r3>r2>r1。

可得P1>P2>P3

即當驅(qū)替壓力為P3時，油能從r3通過，不能從r2，r1通過，隨著Pv數(shù)的增加將會有更多的油滴通過r3被驅(qū)替出來，然而處于r2和r1的油卻不能通過，之后無論Pv數(shù)多大都不會有油再被驅(qū)替出來。因此只能增加驅(qū)替壓力到P2，此時r2處的油能被驅(qū)替出來而處于r1處的油不能被驅(qū)替出來，同理適用于驅(qū)替壓力為P1的情況。

三、結(jié)論

油水驅(qū)替實驗確定了驅(qū)替壓力梯度以及驅(qū)替倍數(shù)對于驅(qū)油效率的影響，分析了水驅(qū)油到高含水期后Pv數(shù)與驅(qū)油效率之間的關(guān)系，為以后油田原油開采后期地層含水率增高如何提高出油率提供了依據(jù)，并為油藏開采后期的經(jīng)濟計算提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]宋兆杰，李治平，賴楓鵬，劉剛，甘火華。 2013.02.09 高含水期油田水驅(qū)特征曲線關(guān)系式的理論推導。

[2]李愛芬，油層物理學2011年10月第三版。

[3]趙福麟，化學原理2006年12月第一版。

指導老師：谷建偉，中國石油大學（華東）石油工程學院教授，碩士生導師。

項目組成員：賈佳寧、呂曉聰、劉曉強、張習斌。