稠油熱水驅(qū)微觀驅(qū)油效果影響因素分析

張 民，王增林，楊 勇，孫業(yè)恒，邢曉璇

(中石化勝利油田有限公司，山東 東營 257000)

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稠油熱水驅(qū)微觀驅(qū)油效果影響因素分析

張 民，王增林，楊 勇，孫業(yè)恒，邢曉璇

(中石化勝利油田有限公司，山東 東營 257000)

微觀采收率是微觀模型中稠油熱水驅(qū)驅(qū)油效果的重要表征，其主要影響因素為微觀波及系數(shù)和微觀驅(qū)油效率。為了考察二者對微觀采收率的影響，創(chuàng)建了“解-合”法，并采用該方法分別對90℃條件下水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)油效果進(jìn)行定量評價(jià)。結(jié)果表明，盡管水濕模型驅(qū)油效率較油濕模型高，但微觀波及系數(shù)對微觀采收率的影響更大，油濕模型比水濕模型的微觀采收率高7.3個百分點(diǎn)。稠油熱水驅(qū)微觀驅(qū)油效果深化了對微觀驅(qū)油機(jī)理的認(rèn)識，對稠油熱采驅(qū)油體系的評價(jià)篩選具有指導(dǎo)意義。

稠油；微觀驅(qū)油；影響因素；定量分析

引 言

由于稠油黏度高，密度大，滲流阻力大，且成分復(fù)雜[1-2]，因此，稠油開發(fā)提高采收率的理論也與常規(guī)原油不同。常規(guī)油藏開發(fā)理論認(rèn)為，通過增大毛細(xì)管數(shù)可有效降低剩余油飽和度，提高驅(qū)油效率，從而提高采收率[3]。因此，為了提高常規(guī)油藏的開發(fā)效果，降低油水界面張力、增大毛細(xì)管數(shù)成為主要的攻關(guān)方向。國內(nèi)外研究表明，近年來針對稠油開發(fā)，通過降低油水界面張力來提高驅(qū)油效率不是增加采收率的主要途徑，而驅(qū)油體系的乳化作用和潤濕性對波及系數(shù)的擴(kuò)大作用促使采收率的提高逐漸受到重視[4-7]。更有學(xué)者指出，提高波及系數(shù)相對于降低界面張力對稠油油藏的高效開發(fā)更為重要[8-9]。

綜上所述，針對稠油油藏，有必要分別從波及系數(shù)和驅(qū)油效率方面研究其對驅(qū)油效果的影響。為此，首先假設(shè)微觀玻璃模型的孔隙網(wǎng)絡(luò)具有相同的刻蝕深度，創(chuàng)建了“解-合”法，即對顯微照片進(jìn)行圖像拆解(Cutout Image)與拼合(Flattent Image)分析；其次，采用“解-合”法分別對90℃下水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)油效果進(jìn)行定量分析；最后，分析了微觀波及系數(shù)和微觀驅(qū)油效率對微觀采收率的影響，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)用原油取自勝利孤島油田，黏度為12 950 mPa·s，實(shí)驗(yàn)前脫水、過濾并除氣。驅(qū)替熱水為經(jīng)過過濾并除氣的地層水，礦化度為5 368.32 mg/L，采用染色劑染為粉紅色。刻蝕玻璃網(wǎng)絡(luò)模型4塊，尺寸為4 cm×4 cm，面孔率為35%±5%，其中2塊采用文獻(xiàn)[10]的方法處理為油濕。

可視化微觀物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

90℃水濕模型和油濕模型中稠油熱水驅(qū)實(shí)驗(yàn)的具體步驟：①微觀模型抽真空飽和未經(jīng)染色的模擬地層水；②75℃下對微觀模型進(jìn)行飽和稠油，造束縛水；③稠油飽和后，90℃進(jìn)行稠油熱水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，驅(qū)替速度為0.000 1 mL/min；④采用萊卡顯微鏡和工業(yè)攝像頭對驅(qū)替過程進(jìn)行觀察并顯微照相；⑤采用“解-合”法對稠油熱水驅(qū)驅(qū)油效果進(jìn)行定量分析。

1.3 “解-合”法對微觀驅(qū)油效果的定量分析

1.3.1 稠油驅(qū)水完畢時(shí)顯微照片的拆解

90℃下水濕微觀模型飽和地層水，再進(jìn)行稠油驅(qū)水造束縛水，之后對微觀模型進(jìn)行顯微照相，采用萊卡顯微鏡自帶的圖像處理軟件LAS5.0根據(jù)不同顏色區(qū)域?qū)⒃擄@微照片(圖1a)拆解為飽和的稠油(黑色，圖1b)和巖石骨架(灰色重新渲染為黃色，圖1c)。采用LAS5.0分別測量整張顯微照片的面積、飽和稠油的面積和巖石骨架的面積。

圖1 飽和稠油微觀顯微照片的拆解

由圖1中各圖像的面積，可得面孔率及束縛水飽和度的計(jì)算公式。

束縛水飽和度：

(1)

面孔率：

(2)

式中：Swi為束縛水飽和度，%；?為微觀模型的面孔率，%；SⅠ為飽和稠油的微觀模型顯微照片的總表面積，cm2；SⅡ?yàn)轱柡统碛偷谋砻娣e，cm2；SⅢ為巖石骨架的表面積，cm2。

1.3.2 稠油熱水驅(qū)驅(qū)替平衡時(shí)顯微照片的拆解

90℃水濕模型中稠油熱水驅(qū)，驅(qū)替平衡時(shí)對微觀模型進(jìn)行顯微照相，圖2a為水濕模型驅(qū)替平衡時(shí)的顯微照片。將該顯微照片拆解為：未波及區(qū)的連續(xù)稠油，染為黑色(圖2b)；波及區(qū)的驅(qū)替液(即熱水)，染為粉色(圖2c)；波及區(qū)殘余的分散稠油，染為綠色(圖2d)。顯微照片拆解完畢后采用圖像處理軟件測量各部分的面積。

圖2 驅(qū)替平衡時(shí)顯微照片拆解

由波及系數(shù)、驅(qū)油效率和采收率的概念[7]，可定義微觀模型中驅(qū)替平衡時(shí)，微觀波及系數(shù)、微觀驅(qū)油效率和微觀采收率的公式。

微觀采收率：

(3)

微觀驅(qū)油效率：

(4)

微觀波及系數(shù)：

(5)

式中：EV為微觀波及系數(shù)；ED為微觀驅(qū)油效率；ER為微觀采收率，%；SⅤ為未波及區(qū)的稠油面積，cm2；SⅥ為波及區(qū)驅(qū)替液的面積，cm2；SⅦ為波及區(qū)殘余稠油的面積，cm2。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 水濕和油濕模型中驅(qū)替效果定性對比

水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)平衡后，采用“解-合”法對驅(qū)油效果進(jìn)行定性分析并對比，見圖3。圖3a、b為90℃條件下，水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)驅(qū)替平衡后顯微照片，圖3c～h為水濕和油濕模型驅(qū)替平衡時(shí)顯微照片經(jīng)過拆解并重新染色后的圖片。圖3h左圖為波及區(qū)驅(qū)替液(包含油包水乳狀液)的圖像，右圖為油包水乳狀液的圖像。

由圖3a、b可知，油濕模型的微觀波及面積顯著高于水濕模型的微觀波及面積，在油濕模型中波及區(qū)域內(nèi)自發(fā)形成了一些棕色的物質(zhì)，經(jīng)過放大后，確認(rèn)為油包水乳狀液，這與稠油自身含有的極性物質(zhì)(膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等)具有表面活性有關(guān)。由圖3c、d可知，水濕模型的未波及區(qū)主要位于模型入口端和出口端連線的兩側(cè)，面積較大；油濕模型的未波及區(qū)主要位于模型的4個邊界處，面積較小。由圖3e、f可知，水濕模型波及區(qū)殘余稠油主要呈條、塊狀和孤島狀分布，而油濕模型中波及區(qū)殘余稠油在入口端和出口端連線方向成條、塊狀和孤島狀分布，連線的兩翼主要呈網(wǎng)狀分布。由圖3g、h可知，油濕模型90℃稠油熱水驅(qū)的波及效果明顯好于水濕模型。

2.2 水濕和油濕模型中驅(qū)替效果定量對比

90℃條件下，水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)驅(qū)油效果定量結(jié)果見表1、2。

表1 “解-合”法中拆解出的各個部分的面積

表2 “解-合”法進(jìn)行驅(qū)油效果分析的物理參數(shù)

由表2可知，油濕模型中束縛水飽和度小于水濕模型的束縛飽和度。由于油濕模型中含有油包水(W/O)乳狀液，因此“解-合”法對油濕模型中微觀驅(qū)油效率的計(jì)算值會比實(shí)際值略微偏高。由表2可知，90℃下稠油熱水驅(qū)時(shí)，油濕模型中的微觀波及系數(shù)比水濕模型高0.156，而微觀驅(qū)油效率卻相對低0.044，最終的微觀采收率油濕模型比水濕模型高7.3個百分點(diǎn)。說明該條件下稠油熱水驅(qū)時(shí)，水濕利于提高驅(qū)油效率，油濕利于擴(kuò)大波及效果。最終油濕模型的微觀采收率較高，說明微觀波及系數(shù)對微觀采收率的貢獻(xiàn)大于微觀驅(qū)油效率對微觀采收率的貢獻(xiàn)。

3 結(jié) 論

(1) 建立了“解-合”法，通過對自定義的微觀波及系數(shù)、微觀驅(qū)油效率和微觀采收率的定量計(jì)算，分別對水濕和油濕模型的微觀驅(qū)油效果進(jìn)行了定量評價(jià)。

(2) “解-合”法對90℃水濕和油濕模型中稠油熱水驅(qū)微觀驅(qū)油效果進(jìn)行了定性對比，油濕模型中能自發(fā)形成W/O乳狀液。

(3) “解-合”法對水濕和油濕模型微觀驅(qū)油效果定量分析表明，90℃下水濕利于提高驅(qū)油效率，油濕利于擴(kuò)大波及效果，但微觀波及系數(shù)對微觀采收率的影響相對于微觀驅(qū)油效率對微觀采收率的影響更大一些，油濕模型比水濕模型的微觀采收率高。

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編輯 王 昱

20150205；改回日期：20150406

國家重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目“整裝油田特高含水期提高水驅(qū)采收率技術(shù)”(2011ZX05011-002)

張民(1983-)，男，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)于勝利油田博士后流動站進(jìn)行稠油熱化學(xué)驅(qū)油體系微觀驅(qū)油機(jī)理研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.022

TE311

A

1006-6535(2015)03-0089-04