特高含水期微觀剩余油分布狀態及驅油效率表征研究

胡海光

(西安石油大學 石油工程學院,陜西 西安710065)

隨著開發進入后期,大部分注水油田已經處于特高含水期,含水率高達90%以上,剩余油分布及流動規律錯綜復雜,開采難度增大。關于特高含水期剩余油的開發,國內相關學者進行了大量研究[1-5],取得了一定成果。相關研究認為,剩余油分布和潛力評價是綜合調整的關鍵[6,7],力學特征可以指導剩余油開采[8-11]。因此,文章從剩余油的形成、狀態分布、受力分析、可動性分析、開發對策等方面開展研究,為后期高效開采微觀剩余油提供借鑒和幫助。

1 微觀剩余油形成機理及分布狀態

1.1 微觀剩余油定義及形成機理

微觀剩余油是剩余油的一種微觀分布狀態,一般通過實驗分析、數值模擬等方法得知剩余油的具體分布,微觀剩余油的形成受油藏地質條件及開發等因素的綜合影響。

實驗表明,在不同的油水驅替過程及地質構造中,初始過程中的連續剩余油受外力、孔隙結構、潤濕性等影響變為分散狀剩余油,主要形成機理包括卡斷、剝離、繞流和貼壁流動等[1]。

1)卡斷現象。在外力的驅動下,連續態油柱或大油滴在地層中移動,當孔隙半徑變小或喉道變窄,毛管力克服賈敏效應變為阻力,隨著驅替阻力增大,剩余油被卡段為若干部分油滴,一部分油滴在外力驅替下繼續移動,另一部分留在孔喉中形成剩余油。

2)剝離現象。剝離是指驅替液(一般介質:水)在外力作用下將地層內的剩余油從巖石表面剝離移動的現象。剝離過程主要受動力(毛細管力、驅替動力)及阻力(原油與巖石間的靜摩擦力、原油與驅替液間的黏滯力)綜合影響,當動力克服阻力、驅替液的運移速度大于原油的速度時,原油表面發生凹凸變形從巖石壁面脫離。剝離初期,由于受力不均勻,導致驅替速度變化快慢不一,部分驅替液沿著壁面邊緣流動,部分區域產生突進現象,隨著時間推移,大部分原油被驅替流動。

3)繞流現象。繞流是驅替外力無法克服原油在孔隙中的阻力(液阻效應或賈敏效應),導致驅替液繞過原油重新選擇孔道流動的現象,在非均質性復雜的細孔道表現最明顯。

4)貼壁流動現象。由于長時間注水驅替,巖石的潤濕性發生了轉變,由親水性向弱親油性轉變,當驅替動力大于原油移動的阻力時,儲層中部的大部分原油均會被驅替出去,部分以油膜態剩余油賦存在巖石壁面。

綜上所述,剩余油的形成過程比較復雜,受外界作用力、儲層孔隙結構及潤濕性等因素影響較大。

1.2 微觀剩余油分布狀態

經過各種開發調整后,部分老油田的剩余油微觀分布形態各異,剩余油的高效開采是油田關注的焦點問題。因此,了解剩余油的分布形態,對于油田后期井網調整和開采措施具有重要意義。以水驅油藏為例,進入特高含水期后,大部分油田的驅油效率都會降低,含水率升高,地下剩余油多以分散形態分布,不同的學者得出了不同的結果。其中,張碩[1]利用仿真模擬對不同儲層樣品進行分析,將剩余油分為三大類五亞類(見表1)。

表1 剩余油微觀分布

鄧慶軍[2]結合薩中油區實際,將微觀剩余油分為膜狀、孤島狀及連片狀三種類型。劉喜林[3]對雙河油田134塊含油芯片進行分析,認為微觀剩余油有孤滴狀、斑塊狀、連片狀等20余種狀態。為了方便研究,劉浩瀚[4]、張莉等[5]、丁帥偉等[8]將微觀剩余油簡化為油滴進行可動性分析,陳琳[9]研究了特高含水期油膜的變形機理。朱光普等[10]通過掃描巖芯,得出多孔介質下剩余油可以分為孤滴狀剩余油、油膜、盲端等5種類型。

以上學者,結合各種開發方式及實驗,分析得出微觀剩余油的分布狀態,為下一步開發調整指明了方向。通過分析已有文獻及水驅油油田實際,微觀剩余油從可動角度分為可動剩余油和不可動剩余油(見圖1)。微觀可動剩余油分為油滴狀、柱狀、油膜狀、斑狀;微觀不可動剩余油分為盲端狀。

圖1 微觀剩余油分布狀態

2 特高含水期微觀剩余油受力及可動性分析

2.1 剩余油微觀受力分析

水驅油進入特高含水期,剩余油的分布形態與受力大小有很大關系,結合已有文獻[4-6],剩余油主要有動力和阻力兩種類型,具體情況見表2。

表2 微觀剩余油受力分類

2.2 可動性條件分析

1)假設條件。①儲層內的剩余油主要以油滴形態存在,盲端剩余油水驅無法移動。②以毛管束模型為研究對象。③不考慮非均質性影響。

圖2 毛細管中剩余油分布

綜上所述:油滴能否被驅替運移主要和所受外力(動力:驅替力,阻力:摩擦力、黏滯力、賈敏效應阻力)、微觀孔隙結構(孔道半徑、孔喉比等)有關。

3 微觀驅油效率定量表征

由上述分析可知,特高含水期剩余油多以分散形態分布在地層中,可動微觀剩余油流動規律比較復雜,為非達西滲流,運動除與受力作用和孔隙結構(孔道半徑)有關外,還與驅替時間有關。假設某油藏由n根平行毛細管束組成(見圖3),每層均有驅替殘余油滴,水驅油開發前毛細管內剩余油含量為Qo,經過t時間后,累采可動剩余油量為Qi。

圖3 油滴驅替毛管束模型

4 特高含水期剩余油開發對策

加大特高含水期微觀剩余油開采,是注水老油田一直關注的重點問題。結合微觀剩余油的賦存狀態及可動剩余油滴受力分析,主要從注采方式和驅替參數兩方面給出開發對策。

1)優化注采方式。剩余油的微觀形態不同,驅替方式也要隨之改變。進入特高含水期,一直注水驅替,大部分水沿著打孔道流走,浪費了水資源,驅替效果不佳。建議優化注采方式,后續改注水方式為周期注水,待可流動剩余油在外力和浮力作用下匯聚成片狀剩余油,再利用三維地震、數值模擬等技術,探測剩余油分布的位置后進行有效開采,提高驅油效率。同時針對部分油膜、盲端部位不可移動剩余油,可采取化學驅替等方式,降級界面張力,使不動剩余油動起來。

2)調整驅替參數。根據油滴運動規律和受力情況,可以從改變驅替力、界面張力和驅替方向角度進行調整。已有研究表明[5]:增大驅替壓力梯度、改變驅替方向以及改變驅油體系性能(如增加流度比、降低界面張力)有利于驅替孔隙中的剩余油。

5 結論及建議

(1)根據能動性,微觀剩余油分為可動剩余油和不可動剩余油兩大類。剩余油的形成過程比較復雜,主要受外界作用力、儲層孔隙結構及潤濕性等因素影響較大。(2)油滴能否被驅替運移主要和所受外力(動力:驅替力,阻力:摩擦力、黏滯力、賈敏效應阻力)、微觀孔隙結構(孔道半徑、孔喉比等)有關。結合剩余油微觀分布狀態及受力情況,得出微觀驅油效率的定量表征。(3)剩余油分布形態錯綜復雜,文章僅研究了油滴在毛管束模型中的受力情況,是一種簡單的理想狀態,后續可結合相關技術,分析其他狀態下剩余油的真實狀態及受力情況,為剩余油開采提供依據和指導。(4)特高含水期剩余油開采可以從優化注采方式和調整驅替參數兩個方面開展,采用周期注水、優化注采井網、改變驅替動力、降低界面張力等措施,不斷提高驅油效率。