淺析砂巖油藏提高原油采收率新方法

劉冰鑫

摘 要：鑒于發現大型整裝新油田已經成為歷史，老油田殘余油資源越來越受重視。雖然學者們進行了大量的提高采收率的研究工作，但收效甚微。根據幾個油田的觀察結果，我們發現能夠流動的殘余油的速度比注入水的流動速度快。我們在這里提出了一個描述砂巖油藏殘余油在油藏內的特征的新理論。

關鍵詞：砂巖油藏；殘余油；采收率

1 傳統油藏內流體流動模型

傳統模型認為：在水濕巖石中，當連續的油相為水所驅替時，油相的連續性在某一殘余油飽和度點時將被打破，這時油將以油滴的形式滯留在三圍孔隙網絡中。這就會導致非常高的殘余油飽和度以及油相的不連續。為了使這些孔隙網絡中的油流動起來，我們必須對物性做出大量調整。一般需要將注水速度提高三個數量級，或者將油水界面張力降低三個數量級。支持這一理論的依據是：使用有效的表面活性劑可以把這些殘余油開采出來。從理論上講，注入表面活性劑可以使殘余油形成高于殘余油飽和度濃度的原油富集帶。支持這一理論的證據有實驗室巖心驅替試驗和現場觀察數據（Amyx等人，1960）。這一含油富集帶將以活塞的形式向生產井推進，在含油富集帶向前推進的同時，它可以拾將它前面的油滴，使這些油滴流動起來。

2 新的實驗室數據和粗化處理

我們進行一項新的試驗，從巖心的一端注入進行了標記的油，使巖心的含油飽和度達到殘余油飽和度水平，然后用鹽水進行驅替。

在下面所介紹的試驗中，所使用的巖心是Bentheimer砂巖。原生水用由20克氯化鈉、4克硫酸鈉、3.0克含有6個結晶水的氯化鎂、0.5克氯化鉀和0.15克氯化鈣組成的合成海水模擬。使用了水溶性示蹤劑以35S標記的硫酸鈉和油溶性示蹤劑以氚標記的十四烷。為了分析示蹤劑，將50微升的原油與1.8毫升的庚烷和1.8毫升的Ultima Gold LLt.混合制備油樣，用100毫升水與3毫升的Ultima Gold LLt.混合制備水樣。在Packard Bell閃爍計數管內分析了所有樣品。

用圓柱狀的砂巖巖心代表油藏，內容水樣和油樣，并在入口處裝入油溶性示蹤劑。把巖心注入合成海水后，將以35S硫酸鈉標記的鹵水注入巖。當注入345毫升（相當于0.88倍孔隙體積）水時示蹤劑首次出現，當注入385毫升（相當于0.99倍孔隙體積）水時，示蹤劑達到峰值。當注水量達到1.5倍孔隙體積時，示蹤劑的回收率達到99.5%。巖心中充填了北海原油，并注入了40毫升氚標記的原油。當水驅達到殘余油飽和度時，流動方向變為反方向，而試驗開始時注入的標記的油仍然停留在入口處。產油和產水剖面表明水濕潤砂巖與其他Bentheimer巖心一致，粘土礦物的含量較低。

為了使殘余油開采出來，在靠近出口的位置注入鹵水以獲得2巴的剩余壓力。通過打開閥門降低巖心壓力來產生脈沖。這一操作立即（10秒鐘內）產生了1毫升的油產量。收集采出油，并重復加壓、泄壓過程兩次，分別獲得了0.2毫升和0.1毫升的產量。接著，把注入速度恒定在0.1毫升/分鐘，每小時收集所產出的油和水6毫升。在所有樣中都檢測到了氚化十四烷示蹤劑。第一分油中含有233Bq貝克勒爾氚化十四烷示蹤劑，接下來的兩個樣分別含有40Bq和30Bq貝克勒爾氚化十四烷示蹤劑。在注入31毫升水后，在第四分油樣檢測到4133氚化十四烷示蹤劑。

以上介紹的試驗結果表明： 示蹤劑首次出現與連續辮狀油帶的理論相吻合，而水示蹤劑脈沖在巖心中像活塞一樣移動。在本次試驗中，在打開壓力閥10秒內就產出了油。這說明，示蹤劑標記的油在10秒鐘內至少移動了76.3厘米，油示蹤劑的驅替速度為460厘米/分鐘。相比之下，油示蹤劑在3500分鐘內流動了88.6厘米，流動速度只有0.03厘米/分鐘。這說明，無論水驅替速度怎樣，油都會高度流動相當長的距離。所以我們可以觀察到，從入口到出口這段距離內油溶性示蹤劑的速度比水溶性失蹤快1000倍。

本次試驗的設計試圖回答以下幾個問題：殘余油在油藏內是怎樣流動的？Jones也曾提出過同樣的問題（Jones，1985）。Jones用現代理論解釋了他的觀察結果：水驅殘余油以不連續的油滴形式存在于油藏中。因此，他認為：最初采出的油一定是離出口最近的油而最后采出的一定是巖心驅替端的油。但Jones卻意外地發現，表面活性劑段塞激活的油與出口最近的油同時采出。按照本人提出的辮狀油流理論，油是被與辮狀油帶垂直的油流順序地擠出來的。這樣注入井附近的油和生產井附近的油就可以同時采出來，這與Jones的發現一致。

壓力脈沖用數學模型進行了模擬，并采用一個孔喉進行了校驗（Skalaaen）。實驗結果是將20微米的孔喉放大到0.76米，相當于4萬倍。進一步粗化至油藏范圍只需要粗化放大兩個數量級就可以了。使用辮狀油帶的理論解釋了下面油田的觀察結果。

3 油田觀察結果

下面的油田觀察結果表明殘余油的流動速度比水前緣快。

例1：注海水油藏的開發過程中，出硫是普遍現象。細菌還原硫酸鹽過程中會生成硫化氫。細菌生活在注入井附近的殘余油之中，通過還原硫酸根離子生成硫化氫。所生成的硫化氫會伴隨著海水到達生產井。但由于硫化氫在油中的溶解度比在水中的溶解度高得多，所以在硫化氫達到生產井之前，油已經被硫化氫飽和了。在很多井對中，在海水突破不久就會檢測到硫化氫含量增加。

例2：有氧細菌提高采收率實驗中，我們觀察到：一旦注入停止，增產效果也隨之停止。如果增產效果是由于油墻的形成和移動引起的，那么增產效果就應該維持到油墻被采出為止，并且與注入水的孔隙體積相當。

4 結論

在油藏中殘余油是以連續的條帶分布的。當啟動殘余油時，彼此不連續的辮狀油帶中的油迅速流向生產井。在這一過程中，在各自油帶中的油無論水流速度多快都是以比水快得多的速度流向生產井。由于殘余油的速度比水流的速度快得多，因此就不能用相對滲透率和達西流的概念來模擬油的流度。

油帶理論假設局部處理注入井周圍的區域就可以影響到整個油藏。根據這一理論，局部處理就可以用表面活性劑或者微生物驅提高采收率。按照以前的理論，需要處理整個油藏才可以提高采收率，這類方法認為成本昂貴，無法開展。相應的，我們可以通過優化水驅和井位、采用表面活性劑和微生物的方法來提高采收率。

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