油田開發(fā)過程中油氣水的運(yùn)移特征研究

肖乾 范鵬陽 薛榮鑫 龍錦宇

摘要：石油和天然氣作為一種流體是埋在地下的，它的形成和遷移過程涉及到其他流體的變化過程，也將不可避免地受到各種自然因素的影響，油氣水的遷移和每個階段都有其特殊性和獨(dú)特特點(diǎn)，所以加強(qiáng)對油氣田開發(fā)過程中油氣水的運(yùn)移特征特殊性研究是石油和天然氣的勘探和開采過程中的前提和基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：油田開發(fā);油氣水;運(yùn)移特征

油氣田在開采時包括兩個過程，首先是通過地層能量保持自噴的過程，即通常所說的一次采油，再次就是借助于注水保持地層能量使得生產(chǎn)井能夠繼續(xù)開采，即二次采油的過程。對于一次采油和注水開采過程中的油氣運(yùn)移前人都做了大量的研究。文章對油氣田開發(fā)過程中油氣水的運(yùn)移特征進(jìn)行分析。

一、油田生產(chǎn)過程概述

油田生產(chǎn)過程中，通過油井將井下油層中的油流開采到地面上來，經(jīng)過油氣水三相分離處理，獲得合格的產(chǎn)品外輸。油井產(chǎn)物是混合物，通過重力沉降分離方式，實現(xiàn)氣液的分離，然后將液體中的油和水進(jìn)行分離。由于油和水形成穩(wěn)定的乳化液，通過常規(guī)的重力沉降分離的方式，很難將其中的乳化水分離處理，因此，應(yīng)用化學(xué)破乳脫水的方法，將原油乳化液的結(jié)構(gòu)破壞，實現(xiàn)油和水的徹底分離，既分離出原油中的游離水，又分離出原油中的乳化水，促使外輸原油的含水率在0.5%以下，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行輸送，完成油田油氣集輸生產(chǎn)的任務(wù)。

油田產(chǎn)物處理后，分離出來的天然氣作為燃料處理，或者輸送給天然氣處理廠，經(jīng)過進(jìn)一步的處理，成為合格的商品天然氣外輸。分離處理的原油，作為油田的產(chǎn)能，為油田生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造最佳的經(jīng)濟(jì)效益。而分離處理的含油污水，經(jīng)過處理后，作為油田注水的水源，達(dá)到水驅(qū)的開發(fā)效率。

二、注水過程中的水驅(qū)油機(jī)理

1水驅(qū)油微觀機(jī)理

單根圓形毛細(xì)管中的單向滲流：把巖石的孔隙空間簡化處理成由等直徑的平行毛細(xì)管束組成。泊稷葉提出了液體在毛細(xì)管中粘滯性滲流的泊稷葉定律，表明，單根圓形毛細(xì)管中單向液流的流速主要取決于孔道半徑、粘度和壓力梯度。在巖石孔隙中，在外加壓差的條件下，滲流主要發(fā)生在大孔道中，有一部分小孔道可能未參與流動。單根毛管孔道中的混合液流：單根毛管中混合液流規(guī)律首先是由賈敏在實驗室發(fā)現(xiàn)的。即若氣泡或油滴大于孔隙喉道，則在水驅(qū)動下，氣泡或油滴會發(fā)生變形產(chǎn)生毛細(xì)管附加壓力，從而阻止氣泡或油滴的流動。從流速的角度進(jìn)行討論，認(rèn)為油滴（或氣泡）半徑越接近與孔道半徑，混合物的流速下降幅度越大。Haines跳躍：在水驅(qū)油氣過程中，油水和氣水界面前進(jìn)的速度是不均勻的，但界面突破喉道時將發(fā)生一次很快的界面跳躍，即Haines跳躍。它起因于不穩(wěn)定的流體構(gòu)型，這是一種在水驅(qū)油氣過程中很普遍的現(xiàn)象。繞流：在雙孔道孔隙模型中，在水驅(qū)油條件下，石油在不同大小的孔道中運(yùn)移的特征與水驅(qū)速度有關(guān)，在速度較大時，大孔一側(cè)的油運(yùn)移較快，因而被驅(qū)替，小孔一側(cè)的油形成殘余油。速度小時，小孔一側(cè)的油運(yùn)移較快而被驅(qū)替，大孔一側(cè)形成殘余油。典型的繞流發(fā)生在水驅(qū)石油通過并聯(lián)孔道時，水先通過小孔道，在大孔道中形成殘余油，還指出，其它任何形式的繞流都遵循這一原理。

2前緣均勻推進(jìn)時水驅(qū)油機(jī)制

用實驗和數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用分流方程式的完整形式，與穩(wěn)定狀態(tài)的油氣相對滲透率和毛細(xì)管壓力特征結(jié)合起來，就能使計算的和實際觀測的飽和度分布相一致。他們還發(fā)現(xiàn)，在驅(qū)替物（天然氣）飽和度較低時，這些較低的氣體飽和度以同一速度全部向下移動，結(jié)果使得在這一飽和度范圍內(nèi)，油藏中的飽和度分布形態(tài)并不隨時間變化，他們將此飽和度分布定名為“穩(wěn)定帶”。

3水驅(qū)油中的重力分異機(jī)制

實驗表明流動的水可以促進(jìn)油水的重力分布。運(yùn)移距離越長，這種分異越完全。由于水的密度較大，所以注入水將沿地層底部推進(jìn)。韓大匡認(rèn)為，當(dāng)油、水密度恒定時，重力大小體現(xiàn)在油層厚度的大小上。重力有兩個作用，一是使水下沉，降低掃油厚度系數(shù)，二是提高油層水淹部分的驅(qū)油效率。

4滲透阻力垂向不均勻時的水驅(qū)油機(jī)制

應(yīng)用物理和數(shù)值模擬方法，結(jié)合某凹陷83層（反韻律層）和34層（正韻律層）兩個典型礦場模式，較系統(tǒng)的研究了厚油層各種不同韻律組合、滲透率、潤濕性、油水粘度比、毛管力、重力和驅(qū)動力（開發(fā)整度）與水驅(qū)油機(jī)制的關(guān)系。驅(qū)動力：在親油正韻律層中，適當(dāng)加大驅(qū)動力以克服重力和毛管力的不利影響是有效的;而對于弱親水反韻律層，應(yīng)適當(dāng)控制驅(qū)動力，但必須注意克服粘滯阻力，所以要適當(dāng)處理。重力作用：重力作用是密度差引起的。反韻律油層注水初期頂部水線推進(jìn)快，重力使水向下沉，擴(kuò)大了水淹體積，提高了采收率。正韻律油層中加劇了水沿底部突進(jìn)，但是由于水的沖刷和重力分離作用，底部水洗程度高。毛管力作用：當(dāng)油水性質(zhì)一定、滲透率分布不變時，毛管力的作用主要反映在潤濕性上。對于反韻律層，油層親水性越強(qiáng)采收率越高;而正韻律層，由于重力與毛管力反向相反，減弱了毛管力的作用，所以采收率增加的幅度比反韻律層時低。流動阻力：就是滲透率和流體粘度的作用。反韻律層內(nèi)不同滲透率注水前緣速度比值和滲透率比值相近，而正韻律層推進(jìn)速度比值大于滲透率比值。實驗也再次證明了，油水粘度比增加，采收率下降。

5滲透阻力平面不均勻時的水驅(qū)油

通過對玉門老君廟油田的開發(fā)動態(tài)資料的研究表明，河道砂巖體平面非均質(zhì)性對驅(qū)油效率有較大的影響。根據(jù)水線突進(jìn)方向的不同，分為兩種情況，第一種情況：水連續(xù)不斷地由高滲透率端向低滲透率端方向推進(jìn)，含水飽和度發(fā)生較急劇的變化;第二種情況：由低滲透率端向高滲透率端方向推進(jìn)。

結(jié)論

實際上，油藏是分布于含油氣盆地當(dāng)中的，其壓力的變化往往要受盆地最大驅(qū)動力源區(qū)和輸導(dǎo)體系的影響，因此應(yīng)以盆地為基本單元對油氣田開發(fā)過程中的壓力變化進(jìn)行研究。再者，油氣在砂巖儲集層中的運(yùn)移、聚集往往是同步進(jìn)行的。在油氣的開發(fā)過程中也可能存在著油氣的再次聚集成藏，這對剩余油的分布研究有著重要的意義。因此，應(yīng)加強(qiáng)開發(fā)過程中油氣聚集的研究。

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中國石油長慶油田分公司第七采油廠