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高含水油藏储气库建库微观模型可视化实验研究

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含水 油藏 储气库建库 微观 模型 可视化 实验 研究
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  收稿日期 :2005 - 08 - 31 ;改回日期 :2005 - 12 - 20基金项目 :该文受中石油股份公司项目“油藏及含水构造改建储气库气驱机理及注才能力研究”资助 (项目编号 :2004 - 2005)作者简介 :何睿 (1979 - ) ,男 ,2001 年毕业于西南石油学院石油工程专业 ,现为该院在读硕士研究生 ,主要研究方向为天然气开发3 参加此项研究工作的还有中国石油勘探开发研究院廊坊分院的王皆民 ,丁国生。文章编号 : 1006 - 6535(2006) 02 - 0082 - 03高含水油藏储气库建库微观模型可视化实验研究何  睿 ,郭  平 ,孙良田 ,黄爱斌 ,易  敏 3(西南石油大学 ,四川  成都   610500)摘要 :采用人造微观储层模型模拟实际建库过程中的各个过程。应用可视化方法 ,观察各驱替过程的驱替现象 ,可以清楚地观察到流体进入和驱替的全过程 ,并分析了储气库的注气、储气机理。天然气驱油和水的效果十分明显 ,说明高含水后期油藏进行储气库建设 ,其注气、储气能力较好。在渗透率较高的高倾角油藏中局部注气时 ,其重力驱动效果明显 ,气液界面不平行。随着注气速度的增加 ,油藏的注入能力和储气能力将进一步加强。关键词 :高含水后期油藏 ;改建储气库 ;人造微观储层模型 ;微观驱替 ;可视化 ;实验研究中图分类号 : 文献标识码 :言从 1915 年世界第 1 个储气库建成以来 ,地下储气库经过将近 1 个世纪的发展历程。国外实践表明 ,作为天然气地下储气库 ,枯竭油藏含水率达到 90 %最为合适。这种类型储气库既有含水层特征 ,又有油藏特征。 1976 年 ,美国开始在得克萨斯纽约城油田和恩巴特油田实施地下储气库建设与二次采油同期进行 ,高压注入煤气 ,部分气体溶于残余油中 ,采气时残余油被带出地面 ,增产原油上万吨。我国大多数油田采用注水方式进行二次采油 ,目前已经进入注水开发后期 ,综合含水达 90 %左右。经过长期的注水开发 ,由于粘土矿物的水化、膨胀、分散、迁移及其它地层微粒的运移 ,储集层物性及孔隙结构发生了变化 \[1 \]。总体上看 ,孔隙度变化幅度不大 ,但油层孔喉半径发生了变化 ,排驱压力和中值压力减小 ,渗透率增加 ;油层润湿性由弱亲水性变为强亲水性。对于储气库而言 ,最根本的要求就是强注强采 ,长期水洗后地层渗透率的增加正好从一个方面满足了此项要求。1  实验研究111  实验原理利用储层岩心进行室内水驱油实验可得到驱替效率和流体流动规律 ,对认识储层流体渗流特征及规律起到了重要作用 ,但它无法观察到储层孔隙内流体的微观渗流过程。随着近代实验观察技术的发展 ,目前已能较好地应用驱油微观模拟实验技术 ,更深入地研究储层流体运动的微观机理。可视化微观模拟实验是应用可视化储层微观模型 ,借助于显微放大、录像、图像分析和实验计量技术 ,实现从储层流体微观渗流过程的定性机理分析到定量描述的研究 ,以揭示储层内流体微观渗流特征及剩余流体微观分布特征 \[2~ 7 \]。112  实验方法本次研究采用建立微观模型的方法 ,对储气库建库的各过程进行微观模拟 ,研究储气库建库过程中水驱油、气驱水过程的微观分布以及界面推进情况。首先 ,建立岩石微观模型。将经过筛选后的石英砂颗粒粘在玻璃片上 ,装进透明的胶皮筒中固定 ,再装入小型的夹持器中。以 60°的倾角 (模拟地层倾角 )将夹持器固定在电子显微镜下 ,通过夹持器上方的玻璃窗口可以清楚地观察并拍摄整个实验过程。113  实验步骤(1) 饱和水。安装实验装置 ,以 1 h 的恒定泵速将水从岩心夹持器的下端注入。因为岩心第 13 卷第 2 期2006 年 4 月               特 种 油 气 藏il             006夹持器中有 013 右的围压以及重力的影响 ,注入端的压力维持在 011 右。实验采用的是蓝色的水 ,在显微镜下可以清晰地看到注入水沿颗粒之间的孔隙进入 ,水线比较明显。(2) 油驱水 ,建立束缚水系统。岩心完全饱和水后 ,以 1 h 的恒定泵速将油从岩心夹持器的上端注入 ,注入端的压力维持在 011 右。实验中采用的是红色的煤油 ,可以观察到红色的油将蓝色的水从孔隙中驱替出的过程。驱替过程持续到出口端流出的完全是蓝色的水为止 ,表明油已将岩心中所有能驱出的水全部驱出 ,建立了束缚水系统。(3) 水驱油 ,建立残余油系统。油驱水结束后 ,再次进行水驱油实验。以 1 h 的恒定泵速将水从岩心夹持器的下端注入 ,注入端的压力维持在 011 右。驱替过程持续到出口端流出的完全是油为止 ,表明油田注水开发的结束。(4) 天然气驱水。将微观模型夹持器的入口端连接气液相渗仪的压力控制部分 ,出口端放空 ,天然气连接在压力控制器上。连接好实验装置后 ,缓慢提高注入天然气的压力 ,使天然气逐渐进入岩心模型开始驱替。在驱替过程中密切观察 ,采集图像。2  实验结果及讨论211  实验结果从实验中采集的图像可以很清晰地观察到 ,在储气库建库过程中水驱油微观分布、气驱水微观分布和界面推进情况。由于采用的石英颗粒是亲水性的 ,在饱和水过程中可以清楚地看到 ,实验开始时整个水线基本上呈活塞式推进 ,直至完全占据所有的孔道和孔隙空间。注入水向孔隙大、渗流条件好的方向饱和。孔隙度越大 ,水饱和度越高。由于该过程在有倾角的情况下进行 ,因此注入水的界面不是平行的 ,而是倾斜的 (图 1) 。图 1  饱和水过程 驱替方向为从上往下驱。油由左上角进入 ,首先沿渗透性较好的方向驱替 ,然后驱替其它孔道。结束时 ,可以清楚地看到油水的分布情况 :由于采用的是亲水岩心 ,整个过程是非润湿相驱替润湿相的过程。由于岩心右侧的孔隙度较小 ,油的驱替效果不明显 ,因此该处束缚水饱和度较高 (图 2) 。(a)                 (b)图 2  油驱水过程 驱替界面推进情况不明显。当注入水形成注入通道后 ,未驱出的油成为剩余油(图 3) 。气驱水过程中 ,当注入压力达到 011 ,气体开始进入岩心 ,油气开始被驱动。保持注气压力 ,气体很快突破 ,在岩心中形成了通道 ,无法实现全面驱替。继续增大注气压力 ,当压力达到 3 岩心中的油几乎被完全驱替出来。尽管岩心的孔渗条件较好 ,但气液界面仍不十分明显 (图 4) 。212  结果讨论(1) 随着饱和水过程的不断深入 ,岩石颗粒孔38第 2 期           何  睿等 :高含水油藏储气库建库微观模型可视化实验研究隙间的含水饱和度不断增加 ,直至完全饱和。油驱水建立束缚水的过程中 ,油驱水的界面运动通道与饱和水过程中水的流动通道一致 ,说明孔隙度高、渗流条件好的孔隙是油水运动的主通道。(2) 注水采油的过程中 ,水驱油速度相对较慢 ,采收率增加缓慢。注入水在岩心中形成突破后 ,中部的油被驱出的较多 ,边缘部位仍有较多的油未被驱出。在驱替过程中 ,油水界面不明显。(a)                   (b)                   (c)图 3  水驱油过程 a)                   (b)                   (c)图 4  气驱水过程 ) 天然气驱油过程仍然是孔渗条件较好的部位驱替较为完全。初期注入压力较小时 ,没有明显的气驱液效果。随着注气速度的加快 ,注入压力的升高 ,气相与液相的接触面积增加 ,开始气相驱替液相。岩心中含液饱和度明显下降 ,含气饱和度明显上升。岩心中的剩余油分布在岩心中的微孔隙中 ,注入气体对这部分油驱替效果较差。因而 ,注入后期含液饱和度下降趋势和含气饱和度上升趋势均变缓。3  结  论(1) 天然气驱油和水的效果十分明显 ,说明高含水后期油藏进行储气库建设 ,其注气、储气能力较好。(2) 在渗透率较高的高倾角油藏中进行局部注气 ,其重力驱动的效果不明显 ,气液界面不平行。(3) 随着注气速度和注入压力的增加 ,油藏的注入能力和储气能力也不断增加。参考文献 :\[1 \]朱丽红 ,等 . 高含水期储层物性和润湿性变化规律研究\[J \]2004111 (6) :83~ 84.\[2 \]高永利 ,刘易非 ,何秋轩 ,何岱海 ,等 . 图像处理方法在微观驱替中的应用 \[J \]1998 ,3(2) .\[3 \]贾忠伟 ,杨清彦 ,兰玉波 ,张洪兴 . 水驱油微观物理模拟实验研究 \[J \]2002 ,2(1) .\[4 \] , , F , ,of in a [ C\]. 20051\[5 \] , H , , D ,of by [ C \]120041\[6 \] K, , . C\]19324 ,2000.\[7 \]何更生 . 油层物理 \[M\]石油工业出版社 ,姜  岭48             特 种 油 气 藏                    第 13 卷 of is on of in of by 0 i - 57001 , on of is of In to we is in of of . 00083 , 2. 38000 , In of of of of by , S , It is of is of is is of of i - 10500 , of is by is to of be of in is by is in in is is As of of in of 24010 , 5 of 0 of to is to on is it a 5. 6 % 8h (of . 85 %) in at of of 10500 ,
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