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低渗透油藏水驱采收率影响因素分析

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渗透 油藏 水驱采 收率 影响 因素 分析
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  作者简介  宋付权 , 男 , 1970 年生 , 1993 年毕业于大庆石油学院采油工程专业 , 博士研究生 , 现从事低渗透油藏工程方面的研究工作。地址 : (065007) 河北省廊坊市 44 号信箱。低渗透油藏水驱采收率影响因素分析宋付权 刘慈群中国石油天然气集团公司中 国 科 学 院 渗流流体力学研究所摘  要   实验表明 , 低渗透油藏具有启动压力梯度 , 因此其渗流规律与中、高渗透油藏不同。通过对低渗透油藏中注水井排和采油井排的定压水驱进行数值模拟 , 分析了低渗透油藏水驱采收率的影响因素 , 包括多孔介质孔隙结构、油水相对渗透率曲线、启动压力梯度、注入速度和注采井距。分析表明 , 低渗透油藏的水驱采收率受到启动压力梯度的影响 , 启动压力梯度越大 , 见水时间越早 , 产油量和产液量越小 , 阶段采出程度、无水采收率和水驱采收率越低 ; 而增大生产压力梯度 , 可以有效地降低启动压力梯度的影响 , 生产压力梯度越大 , 见水时间越早 , 产油量和产液量越大 , 阶段采出程度、无水采收率和水驱采收率越高 ; 增大生产压力梯度的方法有增大注入量和减小注采井距两种 , 都可以提高低渗透油田的开发效果。主题词   低渗透储集层   启动压力梯度   两相渗流   采收率   水驱   数值模拟对于低渗透油藏 , 由于渗流时存在启动压力梯度 〔 1、 2〕 (简称为 , 因此这种介质中的单相及两相渗流规律不同于常规的中、高渗透油藏 , 对低渗透油藏中的单相渗流理论的研究渐渐趋于成熟 , 而相应的两相渗流理论的研究还处于探索阶段 , 因此需要更多的研究。另外 , 有试验表明 , 低渗透油藏的压敏效应比较严重 〔 3、 4〕 , 而且介质变形为弹塑性的 , 一旦地层能量损失 , 造成孔隙度和渗透率的下降后 , 无法再恢复 , 使低渗透油藏的开采难上加难 , 所以早期注水开发对于低渗透油藏显得非常必要 , 生产急需低渗透油藏的两相渗流理论来指导。通过对定压注水井排和采油井排进行数值模拟 , 分析了影响低渗透油藏水驱采收率的影响因素。一、数学方程及其简化将注水井排和生产井排之间的油藏简化为一维直线油藏 , 考虑地层温度不变 , 忽略重力和毛管力的作用 , 在油藏两端定压注水和定压采液。考虑油水相启动压力梯度的影响 , 两相渗流的基本微分方程为99 xρ o o9 p9 x + 9 (ρ o< t (1)99 xρ w w9 p9 x + 9 (ρ w< t (2)式中   p ———压力 , K———渗透率 , ——油、水相相对渗透率 , f ; μ o、 μ w ———油、水粘度 , s ;ρ o、 ρ w ———油、水密度 , ——油、水相启动压力梯度 , m ; S o、 ——油、水饱和度 , f ; t ———时间 , s ; x ———空间坐标 , m ; <———孔隙度 , f。初始条件为p ( x , t = 0) = x , t = 0) = 3)式中   ——束缚水饱和度 , f。边界条件为p ( x = 0 , t) = p ( x = L , t) = 4)式中   ——注 入 井、采 出 井 压 力 , L ———注采井距 , m。对 (1) 、 (2)式进行化简99 iμ o9 p9 x + S t +9 t (5)99 iμ w9 p9 x + t +9 t (6) C< , C< , C< , 1·03· 第 19 卷    第 1 期    大庆石油地质与开发     2000 年 2 月(5) + (6) 得压力方程为99 x β9 p9 x + o w p9 t (7)其中β = K< w = K< o = K< C< , C< , C< , 1式中   C<、 ——油相、水相、孔隙、综合压缩系数 , 1/ 、差分方程数值计算采用 5〕 ,隐式求解压力 ,对方程 (7)进行差分 (空间上采用中心差分 ,时间上后差分 )得β i - "- 1i - 1 - (β i - "- +β i + "- + t) 1i +β i + "- 1i +1= - \[ Δ x (β "- - β "- ) + Δ x (β "- - β "- ) ] (8)式中   n ———时间点 ; i ——— 0 ,1 x ,2 x , … , 空间点。显示求饱和度 ,对方程 (6) 进行差分得S S n - 1 1i ) +    Δ t/Δ β 1 1 - (β 1 +β β 1 + Δ x (β β 1) ] (9)三、产量、采收率影响因素分析假设低渗透油藏中有一注采井排 , 注采井距为100m , 油藏宽度和厚度分别为 100m 和 10m , 介质渗透率为 0101μ 原始地层压力为 12 注入压力和采液压力为 : 15 9 油水粘度分别为 : μ w = 1s , μ o = 5s。油水相启动压力梯度为 : 0101m , 011 油水相对渗透率曲线如图 1 所示 。用差分方程 (8) 和 (9) ,对此油藏进行数值模拟。1 , 多孔介质孔隙结构特征的影响多孔介质的孔隙结构 , 包括孔隙和喉道的大小、分布等 , 均对水驱的效果产生影响 , 其影响效果最终归结为油水相对渗透率曲线的影响。 文献〔 6〕中详细分析了低渗透油藏的介质结构特性对水驱采收率的影响。2 , 油水相对渗透率曲线的影响同中高渗透油藏相同 , 影响低渗透油藏的注水采收率的主要因素是油水相对渗透率曲线。低渗透油藏图 1  水油两相相对渗透率曲线相对渗透率曲线的特点是 : 束缚水饱和度大、共渗区域小和水相相对渗透率低 , 如图 1 所示 。这决定了低渗透注水开发时 , 产液量不可能随时间大幅度上升 ,如图 2 所示 , 产液量呈下凹状 , 且后期上升缓慢。( 0 , 01005 , 0101 , 0102m ;L = 100m ; Δ 6 2   不同启动压力梯度影响的产液量曲线3 , 启动压力梯度的影响图 2、图 3、图 4 为启动压力梯度影响的产液量 、产油量及采收率 (采出程度 ) 图。可以看出 ,低渗透油藏的特点是 ,油井见水后 ,含水率急剧上升 ;启动压力梯度越大 ,产油量和产液量越小 ,阶段采出程度和水驱采收率 (至含水率 98 %时 ) 越低。(图注同图 2)图 3   不同启动压力梯度影响的原油产量曲线·13·  2000 年 2 月         宋付权等 : 低渗透油藏水驱采收率影响因素分析           ① 许世宁等 : 低渗透储层渗流特征研究 , 大港油田集团有限责任公司 , 低渗透油田开发配套技术座谈会材料 , 1998 , 西安。② 王 同等 : 低渗透油田增压注水改善油田开发效果 , 大庆石油管理局 , 低渗透油田开发配套技术座谈会材料 , 1998 , 西安。(图注同图 2)图 4   不同启动压力梯度影响的原油采出程度曲线4 , 注水强度的影响增大注水量 , 即为增大生产压力梯度 , 可以有效地降低启动压力梯度的影响 , 从表 1 可以看出 , 增大生产压力 , 产油量和产液量增大 , 阶段采出程度和水驱采收率提高。因此开发低渗透油藏时 , 应尽可能大压差开采。表 1  不同生产压差影响下的生产指标 ( 0101m)注采压差 Δ p(410 610 810前沿含水饱和度 159 0159 0159前沿含水率 f w ( 0176 0176 0176前沿含水率导数 f w′ ( 410 410 410见水时间 Δ d) 610 420 320见水时产油量 d) 115 311 515见水时累积产油量 1 737 2 403 2 682注水结束时间 Δ d) 2 750 1 930 1 480注水结束时产油量 d) 0111 0117 0122注水结束时累积产油量 2 331 3 042 3 420水驱采收率 η 01259 01338 013805 , 注采井距的影响计算表明 , 注采井距越小 , 产油量越大。这与增大注水量 , 改善水驱效果的原理相同 , 都是增大了生产压力梯度。因此 , 适当减小注采井距 , 可以提高低渗透油田的开发效果。6 , 前沿饱和度和见水时间的影响因素表 1 和表 2 列出了不同生产压差和不同启动压力梯度下的前沿饱和度、前沿含水率、见水时间、阶段采油量等数据。数据表明 , 生产压差和启动压力梯度对前沿饱和度、前沿含水率的影响很小 , 对见水时间、注水结束时间 ( 0198) 、无水采出程度和注水采收率影响较大 ; 启动压力梯度越大 , 见水时间、注水结束时间越早 , 无水采出程度和注水采收率越小 ; 生产压差越大 , 见水时间、注水结束时间越早 , 无水采出程度和注水采收率越大。表 2  不同 响下的生产指标 (Δ p = 6m)油相启动压力梯度 m) 0 01005 0101 0102前沿含水饱和度 1601 01598 01596 01581前沿含水率 f w ( 0180 0180 0180 0180前沿含水率导数 f w′ ( 3198 4104 4108 4142见水时间 Δ d) 440 430 420 370见水时产油量 d) 619 511 311 0180见水时累积产油量 3 618 2 979 2 403 1 161注水结束时间 Δ d) 2 060 2 000 1 930 1 710注水结束时产油量 d) 0117 0117 0117 0116注水结束时累积产油量 4 527 3 771 3 042 1 674水驱采收率 η 01503 01419 01338 01186四、实例分析大港油田许世宁 ① 等人对长芦油田长 25221 井岩心 146 块 , 选用 57 块样品进行了一维水驱油两相驱替实验 , 岩心的平均渗透率为 K = 01006 7μ 验给出生产压力梯度与驱替效率的关系 , 渗透率越小 ,即启动压力梯度越大 , 水驱采收率越小 ; 实验压力梯度增大 , 驱油效率提高。大庆石油管理局宋芳屯油田 ② , 从 1993 年开始进行增压注水试验 , 增压 8 口井 , 增压前 8 口井平均注水压力 1613 平均单井日注水 614 增压注水1a 后 , 平均油压 1914 平均单井日注水 20 油井产液量、产油量上升 , 综合含水得到控制。增压注水 1a 后 , 芳 50258 井日产油由 218t 上升到 316t , 综合含水由 7816 %降到 7612 % , 芳 62262 井日产油由 21411t , 综合含水由 4617 %降到 4014 % , 取得了较好的经济效益。文献〔 7〕给出了小井距开发低渗透油藏提高开发效果的例子。华北油田留 17 断块沙三油藏 ,油层渗透率为 K = 01043μ 1987 年 ,将井网由 300m 井距缩小至 150~ 200m ,单井产量提高 1 倍 ,注水量提高 2 倍 ,采油速度提高 216 倍。类似的情况还有 :大港的港中油藏 ( K = 01067μ 、吉林新民油田的小井距试验 ( K =01005 4μ 、中原文东油藏的小井距试验 ( K = 010029μ 、枣圆油田 43 断块、岔河集油田、渤南油田五区沙三 9 层等 ,都取得了较好的效果。(下转 36 页 )·23· 大庆石油地质与开发          第 19 卷  第 1 期着阳离子聚合物用量的增加 , 调剖费用势必也将增加 , 这就需要进行浓度及段塞大小的优化设计。上述实验结果表明 , 先注阳离子聚合物不仅调剖效果好 , 而且可以节约大量驱替水 , 缩短开发时间。四、结 论(1) 阳离子聚合物在大庆天然油砂上的静吸附量受聚合物浓度的影响 , 达到饱和吸附时的最低聚合物浓度约为 2 000L。(2) 岩心含油饱和度对阳离子聚合物动吸附量存在一定影响 , 饱和油时吸附量小于不饱和油的吸附量。(3) 阳离子聚合物在油砂上的吸附能力强于阴离子聚合物。(4) 注阳离子聚合物后再注阴离子聚合物 , 其阴离子聚合物吸附量大于单独注阴离子聚合物时的吸附量。(5) 静吸附量要比动吸附量高出一个数量级。(6) 岩心含油饱和度对阳离子聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数影响不大。(7) 几种注入方式下阻力系数和残余阻力系数的数值大小顺序是阳离子 / 阴离子聚合物交替注入时的最大 , 阴离子聚合物单独注入时的其次 , 阳离子聚合物单独注入时的最小。注阴离子聚合物后再注阳离子聚合物 , 阻力系数和残余阻力系数会大幅度下降。(8) 在相同阳离子聚合物用量条件下 , 聚合物溶液浓度愈高 , 调剖效果愈好 ; 在相同阳离子聚合物浓度条件下 , 聚合物溶液用量愈大 , 调剖效果愈好 ;阴、阳离子聚合物交替注入顺序应为先注阳离子聚合物、后注阴离子聚合物。参  考  文  献1 , 王致勇 : 无机化学原理 , 清华大学出版社 (北京 ) , 1983。2 , 田根林等 : 阴、阳离子聚合物地层内凝胶化改善水驱效果的研究 ,油田化学 , 1994 (11) 1。(收稿日期  1999205218)编辑  赵成国(上接 32 页 )五、结 论(1) 低渗透油藏注水开发时 , 启动压力梯度越大 , 见水时间越早 , 产油量和产液量越小 , 阶段采出程度、无水采收率和水驱采收率越低。(2) 低渗透油藏注水开发时 , 增大生产压力梯度 , 产油量和产液量增大 , 阶段采出程度、无水采收率和水驱采收率提高。(3) 增大注入量和减小注采井距是增大生产压力梯度的途径 , 都可以提高低渗透油田的开发效果。参  考  文  献1 , 李树宝 (译 ) : 异常油田开发 , 石油工业出版社 (北京 ) , 1987 181~ 185。2 , 闫庆来 何秋轩 : 低渗透油层中单相液体渗流特征的实验研究 ,西安石油学院学报 , 1990 (5) 2 1~ 6。3 , J . C. L. : J 1971 , , 1161~ F. v. : S 1977 , 140~ 陈月明 : 油藏数值模拟基础 , 石油大学出版社 (东营 ) , 1989 101~ 111。6 , 张盛宗 吴朝玉 : 低渗透亲水油藏注水开发残余油的影响因素 ,S 7824。7 , 李道品 : 论低渗透油藏开发的主要矛盾和改善途径 , 世界石油工业 , 1998 (5) 10 44~ 48。(收稿日期  1999206225)编辑  孙桂荣·63· 大庆石油地质与开发          第 19 卷  第 1 期 of to of it of a of F U N 6 163114 ,P. R. of u of an on of of in of of of N 065007 , a a of an on of in of in of is by of of of ow F 2N 151400 , P. R. of of of of 000L it is an of in N F 163712 , P. R. a is in So is to         \[2 \]  
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