裂缝性低渗砂岩油藏渗吸驱油效果的影响因素分析
2021-12-09
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维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第4期 内蒙古石油qL.r-_ 85 裂缝性低渗砂岩油藏渗吸驱油效果的影响因素分析 陈俊宇 ,唐 海 ,徐学成 ,吕栋梁 (1.西南石油大学;2,新疆石油分公司) 摘要:由于裂缝性油藏储集空1.日]物理性质的复杂性和特殊性,渗吸效果控制着低渗透裂缝性水驱 开发动态与开发效果。本文在分析油藏渗吸驱油机理基础上,对影响油藏渗吸驱油效果的各种因素进行 了综合分析,为制定裂缝性油藏合理的渗吸注水开发方式提供了理论依据。 关键词:裂缝性油藏;渗吸;影响因素;效果分析 引言 生窜流的影响。推导出裂缝性储层中毛管力作用下 由于裂缝系统具有孔隙体积小、但渗透性好的 基质和裂缝间油水交换的偏微分方程得出了:渗透 特点,在裂缝性油藏注水开发过程中,注入水首先沿 率越低,水湿性越强,裂缝越发育,渗吸作用采油效 裂缝推进,同时进入裂缝的水在毛管力作用下渗吸 果越好的结论。朱维耀等人。。 对渗吸与驱替作用对 到基质岩块里并从中置换出油,生产动态上表现出 采出程度的影响以及水驱油时的最佳渗流速度,含 油井见效快,但油井见水后水淹也快的生产动态特 有微裂缝储层岩心基质的吸水条件进行了研究。杨 征,如何改善裂缝性低渗油藏开发效果是石油工作 正明等人㈤用实验方法分析了岩心长度,岩心裂缝 者关注的重要技术之一。 接触面大小,位置,岩心裂缝中不同流体条件,油水 在多孔介质中,润湿相流体依靠毛管力作用置 重力差、初始饱和度、老化时间对自发渗吸的影响。 换非润湿相流体的过程称为渗吸。从20世纪5O年代 唐海等人。∞在川中大安寨裂缝性油藏渗吸注水实 以来。国内外对渗吸驱油机理及规律作了大量的研 验研究中对渗吸驱油理论以及合理的注水开发方法 究。在国外,Aronofsky J.s等人。 首先导出了渗吸 进行了研究。 驱油指数关系式方程,Rapoport L.A。 提出渗吸驱 本文在分析渗吸驱油机理和渗吸注水实验研究 油准则,Graham J.w.。 和Mannon W.等 用三角 的基础上,对影响裂缝性低渗砂岩油藏渗吸驱油效 形和方块模型完成了渗吸实验研究,Mttax C.C. 果的主要因素及机理进行分析。 和Parsons R,W.等㈨进行了底水上升渗吸实验,获 1渗吸驱油机理 得了采收率与无因次时间的关系曲线,Parsons R. 在裂缝性油藏进行注水开发过程中,注入水首 w.和Iffly R.等 用称重法和毛管法完成了淹没渗 先在流动压力梯度作用下沿裂缝推进,同时进入裂 吸实验,发现淹没渗吸驱油实验结果与底水上升实 缝的水在毛管力作用下被吸入岩块并从基质岩块中 验结果具有一致性。Blair,P.M. 利用数值模拟方 置换出油。显然,毛管力为渗吸驱油动力之一,毛管 法分别讨论各个因素对渗吸的影响。在国内,张红 力的表达式为 玲。 在建立了毛管自吸采油机理的数学模型基础 户 =_2&osO (1) 上,研究了影响裂缝性油藏采出程度的敏感参数。 殷代印等人建立了裂缝性油藏周期注水数学模 式中,o为界面张力;0为润湿接触角;r为毛管 型。∞和双孔双渗数学模型。¨,分析了裂缝与基质孔 半径。 隙度比值、油水粘度比、基质毛管力、周期注水开始 由(1)式可知,岩石的毛管半径越小,其毛管渗 时间、注水周期等因素对周期注水效果的影响,计秉 吸驱油动力和效率就越好。但在实际渗吸驱油过程 玉等人。 根据油水两相Darcy定律,研究了油层中 中,渗吸驱油动力能否有效起作用,取决于两个条 含水饱和度、渗透率和润湿角余弦对毛管力作用产 件,第一,需要克服裂缝系统与基质系统之间的毛管 收稿日期:2006—11—12 维普资讯 http://www.cqvip.com 86 内蒙古石油化工 2007年第4期 力末端效应;第二,毛管半径应大于液膜在岩石固体 表面的吸附厚度,因为固体表面的液膜吸附层具有 反常的力学性质和很高的抗剪切能力,当孔隙半径 可见,渗透率在14.596md到18.387md之间 时,驱油效果最佳。 等于和小于吸附层厚度时,孔道因液膜吸附层的反 常力学特性而成为无效渗流空间,在毛管力曲线中 图l渗透 J般 效j 天系 表现为束缚液相饱和度,毛管力在这类无效渗流空 间中没有实效的驱油价值。在实际应用中,可借助于 岩石渗透率与孔隙平均毛管半径来研究孔隙结构对 渗吸驱油效率的影响关系,二者间的关系如(2)式 所示。 K= 式中, 为孔隙度;r为孔道迂曲度。 2渗吸驱油效果影响因素及规律分析 2.1 岩心渗透率与渗吸驱油效果的关系 从渗吸驱油理论,可以看出毛管力(式1)是主要 的驱油动力,渗透率(式2)越低,r越小,驱油动力越 ∞ ∞ ∞ 0 大,驱油效果越好,但当r等于和小于液膜在岩石固 体表面的吸附厚度时,孔道因液膜吸附层的反常力 学特性而成为无效渗流空间,驱油效率降低。因此, 渗透率存在着一个范围,使渗吸驱油效果最佳。该结 论与实验结果相符。 表1 渗透率与驱油效果的关系 渗透率(rod)孔隙度孔隙体积最终采收率( ) 序号 平均 ( ) (cm ) 平均 1 375 32.O2 6.039 13.45 2 319 337.6 34.2 6.745 13.38 13.16 3 318.7 26.7 6.465 12.65 4 256 0.315 6.445 14.37 5 235 238.7 0.345 6.032 16.15 16.64 6 225 33.2 6.175 19.39 7 139 4.99 1.1281 26.47 8 135 132.7 9.52 2.305 32.86 34.47 9 124 14.5 3.92 38.08 10 16.2 6.3 1.058 51.32 11 l5.6 15.23 6.2 1.047 5O。13 5O.42 l2 13.9 5.56 0.898 49.81 13 4.8 11.35 2.893 46.19 14 3.9 4.07 11.9 2.932 35.13 37.76 15 3.5 10.4 2.761 31.96 表1,图1为实验岩心渗透率与渗吸驱油效果的 关系,通过分析得出(如图1)岩心自然渗吸效率 (ED, )和渗透率(k,md)关系公式如下: ED一--26.589(1gK)。+69.4651gK+5.3774 R。一0.9797 l 2 渗透年l1 gk 2.2脉冲压力,脉冲时间,脉冲次数与渗吸驱油效 果的关系 根据渗吸驱油理论,在基岩系统可产生渗吸驱 油动力的毛细孔隙中能否产生实效的渗吸驱油过 程,取决于裂缝系统的水相能否克服毛管力末端效 应后进入基岩孔隙系统中,形成弯液面并产生有效 的渗吸驱油动力。由于油藏流体的可压缩性及压力 的可传递性,在裂缝系统中人为创造压力脉冲后,有 利于裂缝系统的水相克服毛管压力末端效应并进入 基质岩块中,以形成产生渗吸驱油毛管动力的流体 弯液面,从而达到加速和强化提高基质岩块渗吸驱 油效果的作用。 表2为实验岩心压力脉冲与渗吸驱油效果的关 系 可以看出压力脉冲最终驱油效果好于自然渗吸 条件下的最终驱油效果,但不是脉冲压力越大驱油 效果越好。由于每次脉冲有一个憋压压缩过程,脉冲 时间越长,憋压压缩过程越长,渗吸驱油效率越低。 从脉冲渗吸动态实验结果可以看出,基质岩块 的脉冲渗吸动态满足衰竭规律(3)式: R 一R。。(1一e— ). (3) 式中:R。。一当n—o。时,极限渗吸采收率; R 一时间为n时刻的渗吸采收率; 一渗吸常数; n一脉冲次数。 根据脉冲渗吸规律分析结果(表3)基质岩块的 平均脉冲渗吸规律为:Rt一30.58(1--e-。・4329n)。当 渗吸驱油效率等于0.8倍极限渗吸效率对应的脉冲 次数为3~5次。 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第4期 表2 陈俊宇等 裂缝性低渗砂岩油藏渗吸驱油效果的影响因素分析 压力脉冲与渗吸驱油效果的关系 87 表3 脉冲渗吸规律分析结果(Eo一80 ) 的渗吸效果,其原因是油水混合物存在着较大的界 面张力。因此,当注入的流体中有表面活性剂与防膨 剂等降粘物质时,使油水界面张力下降,毛管力变 小,渗吸驱油动力降低,从而使驱油效果降低。 表4 驱油速度与驱油效果关系 2.3渗吸驱油速度与渗吸驱油效果的关系 基岩的自吸速度可近似为4式“ : 一警 ㈨ 表5 流体性质与渗吸驱油效果的关系 式中:△P 一基岩一裂缝毛细压力梯度; k 一基岩渗透率; L 一有效裂缝间距。从4式可以看出基岩的自 吸速度是很大程度上是由基岩自身的结构决定的, 因此,水驱油过程中,当渗吸驱油速度较低时,易 于发挥毛管力的自吸排油作用;当渗吸驱油速度较 高时,则可充分发挥驱动力的驱替作用,但是驱油 速度过大,会使无效注入水量增加,降低驱油的效 果,所以存在着一个最佳驱油速度以综合发挥毛管 力的渗吸作用和驱动力的驱替作用使驱油效果达到 最佳。 表5为以浓度为0.15%表面活性剂与防膨剂, 在最佳脉冲实验条件下对实验岩芯的测试结果。可 见:地层水和注入清水的脉冲渗吸驱油效果具有一 表4为实验测得的渗吸驱油速度与渗吸驱油效 果的关系。该实验结果充分验证了上述理论。此外, 张红玲也用数模的方法证实了该理论。 。 2.4流体性质与渗吸驱油效果的关系 致性;表面活性剂与防膨剂对脉冲渗吸驱油效果都 产生负面的影响,随着表面活性剂或防膨剂浓度增 大,脉冲渗吸驱油效果变差。 2.5流体温度与渗吸驱油效果的关系 根据渗吸驱油理论,渗吸驱油的主动力毛管力 (式1)的大小与油水界面的张力有关。杨正明“‘ 曾 通过实验证明了,油水混合液的渗吸效果好于纯水 在渗吸驱油的过程中,当裂缝系统充填有高温 流体时,温度升高降低了原油粘度,增加弹性能量, 改善岩石表面的润湿性,增强了渗吸驱油效果。但 维普资讯 http://www.cqvip.com 88 内蒙古石油4L_r- 2007年第4期 是,另一方面由于温度的升高使油水界面的张力下 降,毛管力降低,降低了渗吸驱油的动力又对渗吸作 用产生了负面的影响。因此,在考虑温度对渗吸作用 in Fractured Reservoir,SPE4 1 O1,1 972. [5] Mttax C C.Imbibition oil recovery from fractured water drive reservoir EJ].Trans A lME,1962,(255):177—184. 影响的时候,必须根据实际情况进行综合分析。 2.6 影响渗吸驱油效果的其它因素 对于等温渗流过程,裂缝密度是影响采出程度 的主要因素,裂缝密度越大,采出程度越高 。油水 粘度比越小,基质毛管力越大,裂缝性砂岩油藏周期 注水的效果越好;当裂缝与基质孔隙度比值小于0. O5时,周期注水与连续注水几乎没有差别;当裂缝 [63 Parsons R W.Imbibition model studies on water—wet carbonate rocks EJ].SPE J. 1964,(3):26—34. [7] Iffly R.Fundmental study of imbibition in fissured oil field[C].SPE 4102,l992. on of Oil Displacement [8] Blair,P.M.,Caculatiby Couter Current Water Imbibition,SPE 1475。1960. 与基质孔隙度比值大于0.2时,水驱采收率能够提 高2.5 9,6以上n∞。同时,岩心长度,岩心裂缝接触面 大小,位置,油水重力差、初始饱和度、老化时间也对 渗吸驱油效果有影响“们n"。 3总结 在渗吸驱油的过程中,渗吸驱油的效果受到了 [9] 张红玲.裂缝性油藏中的渗吸作用及其影响 因素研究[J].油气采收率技术,1999(6):44— 48. 岩芯的渗透率,裂缝密度,流体的性质,温度以及注 水脉冲的压力,时间,次数和驱油速度等的综合影 响。因此,在开发裂缝性低渗透砂岩油藏时,应综合 考虑以上因素的影响,制定合理有效的开发方案。 (参考文献] sky,J.S.,et,al,A Model for the [1] AronofMechanism of On Recovery from the Porous Matrix duo to Water Invasion in Fractured [1O] 殷代印,翟云芳,张雁.裂缝性砂岩油藏周期 注水数学模型及注水效果的影响因素[J].大 庆石油学院学报,2000(3):88—90. [11] 殷代印,蒲辉,吴应湘.低渗透裂缝油藏渗吸 法采油数值模拟理论研究[J].水动力学研究 与进展,2004(7):44O一445. [12] 计秉玉,陈剑,周锡生,李莉.裂缝性低渗透 油层渗吸作用的数学模型[J].清华大学学报 (自然科学版),2002(42—6):711—713. [13] 朱维耀,鞠岩,赵明,陈权,杨正明.低渗透裂 缝性砂岩油藏多孔介质渗吸机理研究[J].石 油学报,2002(11):56—59. Reservoir,Trans.AlME,213(19,58),17— 19. 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