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稠油油田油水相对渗透率和水驱油效率研究

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油油 油水 相对 渗透 水驱油 效率 研究
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基 金 项 目 : 中 海 石 油 (中 国 ) 有 限 公 司 科 技 攻 关 项 目 ( 经 费 资 助 。收 稿 日 期 : 2008201203作 者 简 介 : 姜 维 东 (1980 - ) , 男 , 在 读 博 士 , 从 事 油 藏 工 程 和 提 高 采 收 率 研 究 工 作 。文 章 编 号 : 100023754 (2008) 0420050204稠 油 油 田 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 研 究姜 维 东 , 任 艳 滨 , 张 运 来 , 卢 祥 国(大 庆 石 油 学 院 提 高 油 气 采 收 率 教 育 部 重 点 实 验 室 , 黑 龙 江 大 庆   163318)摘 要 : 南 堡 3522油 田 是 海 上 稠 油 油 田 , 具 有 原 油 粘 度 高 、 油 层 岩 石 渗 透 率 高 、 胶 结 疏 松 和 非 均 质 性 严重 等 特 点 , 水 驱 开 发 过 程 中 指 进 现 象 严 重 , 难 以 获 得 较 高 的 水 驱 采 收 率 。 为 了 更 好 地 了 解 稠 油 油 藏 水驱 开 发 特 点 , 为 提 高 采 收 率 技 术 决 策 提 供 依 据 , 针 对 油 藏 地 质 特 点 和 流 体 性 质 特 征 , 利 用 理 论 分 析 和仪 器 检 测 评 价 方 法 , 研 究 了 稠 油 油 藏 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 , 分 析 了 稠 油 油 藏 水 驱 开 发 动 态 特征 。 结 果 表 明 , 随 着 原 油 粘 度 增 加 , 岩 心 束 缚 水 饱 和 度 降 低 , 残 余 油 饱 和 度 升 高 , 油 相 相 对 渗 透 率 降低 , 水 相 相 对 渗 透 率 升 高 , 水 驱 采 收 率 降 低 。 在 相 同 原 油 粘 度 条 件 下 , 通 过 提 高 驱 替 速 度 来 增 大 生 产压 差 , 可 以 减 少 指 进 现 象 发 生 , 增 加 水 驱 无 水 采 收 率 和 最 终 采 收 率 。关 键 词 : 海 上 稠 油 油 藏 ; 水 驱 开 发 ; 相 对 渗 透 率 ; 水 驱 油 效 率 ; 实 验 研 究中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 : on o il wa wa ic in o il il D D 63318, Ch 522 O il is an by of of be n to of to p p of as as ic of f be p to p p in to of 渗 透 率 曲 线 是 油 藏 工 程 和 油 藏 数 值 模 拟 的 基础 [ 1, 2 ] , 目 前 , 针 对 低 渗 透 油 藏 、 油 藏 孔 隙 结 构 性 质差 别 等 方 面 进 行 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 研 究 的较 多 [ 327 ] , 但 针 对 稠 油 油 藏 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油效 率 研 究 的 还 不 多 , 尤 其 是 对 于 不 同 原 油 粘 度 条 件 下油 水 相 对 渗 透 率 曲 线 特 征 差 别 研 究 的 还 没 有 [ 8 ]。 随着 我 国 稠 油 油 藏 的 不 断 发 现 以 及 油 田 开 发 技 术 水 平 的提 高 , 确 定 此 类 储 层 的 油 水 相 对 渗 透 率 曲 线 特 征 和 水驱 油 开 发 效 率 , 可 以 更 好 的 寻 找 稠 油 油 藏 水 驱 开 发 过程 中 指 进 现 象 严 重 、 采 收 率 低 和 开 发 效 果 差 的 原 因 ,对 进 一 步 开 发 此 类 油 田 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。渤 海 油 田 稠 油 储 量 十 分 巨 大 [ 9, 10 ] , 在 已 开 发 油 田中 , 稠 油 油 藏 占 80%左 右 。 受 沉 积 环 境 的 影 响 , 稠油 油 藏 不 仅 原 油 粘 度 较 高 , 而 且 非 均 质 性 比 较 严 重 ,·05· 第 27卷     第 4期     大 庆 石 油 地 质 与 开 发     2008年 8月水 驱 开 发 效 果 较 差 , 通 常 采 收 率 不 到 18% [ 11214 ]。 南堡 3522油 田 位 于 渤 海 中 部 海 域 , 具 有 原 油 粘 度 高 、油 层 岩 石 渗 透 率 高 、 胶 结 疏 松 和 非 均 质 性 严 重 等 特点 。 投 入 开 发 以 来 , 部 分 油 井 含 水 快 速 升 高 , 严 重 制约 油 田 的 水 驱 开 发 效 果 。 分 析 含 水 快 速 升 高 的 原 因 ,除 了 原 油 粘 度 高 、 指 进 现 象 严 重 以 外 , 油 藏 非 均 质 性造 成 注 入 水 突 进 也 是 重 要 原 因 。 为 了 更 好 地 了 解 稠 油油 藏 水 驱 开 发 特 点 , 为 提 高 采 收 率 技 术 决 策 提 供 依据 , 针 对 稠 油 油 藏 地 质 特 点 和 流 体 性 质 特 征 , 利 用 理论 分 析 和 仪 器 检 测 评 价 方 法 , 研 究 了 稠 油 油 藏 不 同 原油 粘 度 条 件 下 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 及 其 影 响因 素 , 分 析 了 稠 油 油 藏 水 驱 开 发 动 态 特 征 。1  实 验 条 件111  实 验 用 水实 验 用 水 取 自 南 堡 3522油 田 水 源 井 水 , 50 ℃ 条件 下 水 的 粘 度 为 0165 s。112  实 验 用 油实 验 用 油 由 南 堡 3522油 田 产 出 稠 油 与 煤 油 混 合而 成 , 50 ℃ 条 件 下 粘 度 分 别 为 9314、 19313、 29919、60315、 88915、 1 75110、 2 00410、 3 75510 s。113  实 验 岩 心实 验 岩 心 采 用 冷 冻 法 取 自 南 堡 3522油 田 0油 组和 Ⅰ 油 组 天 然 岩 心 , 几 何 尺 寸 : Φ 215 7 14  实 验 方 法 和 步 骤(1) 实 验 方 法采 用 《 中 华 人 民 共 和 国 天 然 气 行 业 标 准 》 中 的非 稳 态 法 测 定 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 实 验 , 采用 计 算 实 验 数 据 , 绘 制 关 系 曲 线 。(2) 实 验 步 骤① 在 室 温 下 , 岩 心 抽 真 空 , 饱 和 水 , 根 据 岩 心 的吸 水 量 , 用 称 重 法 计 算 岩 心 的 孔 隙 体 积 和 孔 隙 度 ;② 在 50 ℃ 条 件 下 , 岩 心 恒 温 5 h, 测 岩 心 水 相 渗透 率 , 以 恒 定 的 速 率 用 实 验 原 油 驱 替 岩 心 中 的 饱 和水 , 直 到 岩 心 两 端 的 压 差 平 稳 , 建 立 束 缚 水 饱 和 度(原 始 含 油 饱 和 度 ) , 记 录 饱 和 压 力 ;③ 在 50 ℃ 条 件 下 , 恒 速 法 (013或 015m 行 水 驱 油 试 验 , 在 岩 样 出 口 端 记 录 见 水 前 的 无 水 期产 油 量 , 见 水 时 间 , 见 水 时 的 累 计 产 油 量 、 累 计 产 液量 和 岩 样 两 端 的 压 力 差 随 时 间 的 变 化 关 系 , 待 出 口 端不 再 出 油 且 压 差 稳 定 时 结 束 实 验 ;④ 用 物 质 平 衡 法 计 算 不 同 时 期 的 束 缚 水 饱 和 度 ,采 用 计 算 油 水 相 对 渗 透 率 ;⑤ 计 算 水 驱 油 效 率 。115  仪 器 设 备实 验 采 用 无 锡 石 油 仪 器 厂 生 产 岩 心 驱 替 实 验 装 置测 试 , 设 备 主 要 包 括 平 流 泵 、 压 力 传 感 器 、 岩 心 夹 持器 、 手 摇 泵 和 中 间 容 器 等 。 除 平 流 泵 和 手 摇 泵 外 , 其它 部 分 置 于 50 ℃ 的 恒 温 箱 内 。2  结 果 分 析211  油 水 相 对 渗 透 率南 堡 3522油 田 油 水 相 对 渗 透 率 实 验 结 果 见 表 1。表 1  油 水 相 对 渗 透 率 实 验 结 果 im en ta l of o il wa se 编 号驱 替 速 度/ (mL·m 1 )原 油 粘 度/ 测渗 透 率/10 - 3μ 度/%含   油饱 和 度/%残 余 油饱 和 度/%最 大 含水 饱 和度 /%13 9314 1 937 3411 6718 4217 571313 19313 2 072 3419 6810 4418 551213~ 015 19313 1 902 3319 6916 4411 551913 29919 2 041 3512 6819 4815 511513 60315 6 333 4015 7910 4213 571713~ 015 60315 6 320 4111 7915 4018 591213 88915 7 103 4213 8115 4615 531513 1 75110 5 890 4019 8318 5416 451413 2 00410 6 767 4118 8417 5913 401713 3 75510 6 111 4112 8512 6519 3511(1) 原 油 粘 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 的 影 响原 油 粘 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 影 响 曲 线 见 图 1、 2。从 表 1和 图 1、 2分 析 可 知 :① 地 层 中 原 油 粘 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 存 在 影响 [ 15, 16 ] , 原 油 粘 度 增 高 , 束 缚 水 饱 和 度 降 低 , 残 余油 饱 和 度 升 高 , 改 变 了 油 水 两 相 在 油 藏 中 的 分 布 , 油·15·  2008年 8月                 姜 维 东 等 : 稠 油 油 田 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 研 究相 相 对 渗 透 率 降 低 , 曲 线 右 端 点 和 等 渗 点 向 含 水 饱 和度 降 低 的 方 向 移 动 , 驱 替 能 力 下 降 。② 原 油 粘 度 增 加 , 油 水 流 度 比 增 大 , 根 据 流 度比 的 定 义 [ 17 ]M =λ μ μ o= oμ w (1)由 于 μ o >μ w , 使 得 驱 替 相 与 被 驱 替 相 流 度 比 增大 , 前 缘 推 进 不 均 匀 , 产 生 严 重 的 粘 性 指 进 现 象(图 3) , 从 而 油 水 相 对 渗 透 率 发 生 了 明 显 的 变 化 , 波及 体 积 降 低 , 影 响 最 终 采 收 率 。 通 过 增 加 注 入 水 粘 度或 者 降 低 原 油 粘 度 , 可 以 降 低 注 入 水 在 油 相 中 的 的 渗透 率 , 进 而 提 高 油 的 流 动 能 力 , 改 善 油 水 流 度 比 。总 之 , 对 于 稠 油 油 藏 , 在 注 入 能 力 和 经 济 效 益 允许 的 条 件 下 , 应 尽 可 能 提 高 驱 替 相 粘 度 或 降 低 被 驱 替相 粘 度 , 改 善 驱 替 相 与 被 驱 替 相 流 度 比 , 进 而 改 善 油水 相 对 渗 透 率 特 征 , 减 少 粘 性 指 进 现 象 的 发 生 , 使 前缘 推 进 均 匀 , 扩 大 波 及 体 积 , 提 高 稠 油 油 藏 的 最 终 采收 率 。(2) 驱 替 速 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 的 影 响驱 替 速 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 影 响 曲 线 见 图 4、 5。从 表 1和 图 4、 5分 析 可 知 , 当 驱 替 速 度 在 等 渗点 后 由 013 m 到 015 m 油 水 相 对渗 透 率 发 生 了 变 化 , 水 相 渗 透 率 降 低 , 油 相 渗 透 率 升高 , 油 水 相 对 渗 透 率 右 端 点 向 右 移 动 。 说 明 , 通 过 提高 驱 替 速 度 , 可 以 增 加 驱 替 压 力 , 减 少 指 进 现 象 的 发生 , 改 善 驱 替 效 果 。分 析 原 因 , 主 要 是 由 于 随 着 水 驱 过 程 的 深 入 , 束缚 水 饱 和 度 和 残 余 油 饱 和 度 以 及 油 水 相 对 渗 透 率 的 变化 说 明 储 集 层 结 构 及 流 体 渗 流 特 征 发 生 了 变 化 [ 18, 19 ]。首 先 水 驱 作 用 使 储 集 层 的 孔 隙 度 增 大 、 粘 土 矿 物 减少 、 孔 隙 表 面 更 亲 水 , 反 映 在 相 渗 曲 线 上 即 束 缚 水 饱和 度 减 小 、 等 渗 点 含 水 饱 和 度 增 大 , 而 残 余 油 饱 和 度的 减 少 主 要 与 孔 隙 比 表 面 积 减 少 有 关 。 孔 隙 度 越 大 ,小 孔 隙 所 占 比 例 越 小 , 孔 隙 比 表 面 积 越 小 , 必 然 残 余油 降 低 , 驱 油 效 率 提 高 , 残 余 油 饱 和 度 下 的 水 相 渗 透率 增 大 则 说 明 水 驱 结 束 后 , 该 储 集 层 的 综 合 渗 流 能 力有 所 增 加 。212  水 驱 油 效 率天 然 岩 心 水 驱 油 效 率 实 验 结 果 见 表 2, 相 应 动 态特 征 曲 线 见 图 6。从 表 2和 图 6分 析 可 知 :① 随 着 原 油 粘 度 的 增 加 , 水 驱 采 收 率 值 逐 渐 下降 , 由 于 原 油 粘 度 增 加 , 驱 替 相 与 被 驱 替 相 的 流 度 比·25· 大 庆 石 油 地 质 与 开 发                 第 27卷   第 4期表 2  水 驱 油 效 率 实 验 结 果 im en ta l of wa ic 编 号驱 替 速 度/ ( 1)原 油 粘 度/ 测渗 透 率/10 - 3μ 度/%含   油饱 和 度/%采 收 率/%13 9314 1 937 3411 6718 3711013 19313 2 072 3419 6810 3318013~ 015 19313 1 902 3319 6916 3616013 29919 2 041 3512 6819 2915013 60315 6 333 4015 7910 4615013~ 015 60315 6 320 4111 7915 4816013 88915 7 103 4213 8115 4219013 1 75110 5 890 4019 8318 3418013 2 00410 6 767 4118 8417 2919813 3 75510 6 111 4112 8512 22162增 大 , 被 驱 替 相 流 动 能 力 下 降 , 说 明 流 度 比 发 生 变 化对 驱 替 效 率 存 在 较 大 影 响 。② 相 同 原 油 粘 度 条 件 下 , 提 高 驱 替 速 度 时 , 水驱 采 收 率 值 有 所 增 加 。 当 原 油 粘 度 为 19313和 60315 驱 替 速 度 在 等 渗 点 后 由 013提 高 到 015m 最 终 采 收 率 值 分 别 增 加 了 218%和 211% ,主 要 因 为 驱 替 速 度 增 加 , 即 增 大 了 生 产 压 力 梯 度 , 可以 有 效 地 降 低 启 动 压 力 梯 度 的 影 响 , 增 大 生 产 压 力 ,驱 替 压 差 增 大 , 从 而 扩 大 波 及 体 积 , 产 油 量 和 产 液 量增 大 , 阶 段 采 出 程 度 和 水 驱 采 收 率 提 高 。3  结   论(1) 原 油 粘 度 对 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率存 在 影 响 。 原 油 粘 度 愈 高 , 油 水 相 相 对 渗 透 率 愈 低 ,水 驱 采 收 率 愈 低 。(2) 驱 替 速 度 会 影 响 油 水 相 对 渗 透 率 , 驱 替 速度 愈 高 , 水 相 渗 透 率 愈 低 , 油 相 渗 透 率 愈 高 。(3) 驱 替 速 度 愈 大 , 注 入 压 力 愈 大 , 非 均 质 油藏 中 低 渗 透 层 吸 液 压 差 愈 大 , 扩 大 波 及 体 积 愈 大 , 采收 率 增 幅 愈 大 。参 考 文 献 :[ 1 ] 张 继 成 , 宋 考 平 1相 对 渗 透 率 特 征 曲 线 及 其 应 用 [ J ] 1石 油 学报 , 2007, 28 (4) : 10421081[ 2 ] 王 者 琴 , 吴 晓 慧 , 张 永 梅 , 等 1水 驱 曲 线 和 相 对 渗 透 率 曲 线 联 用计 算 分 类 井 地 质 储 量 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2007, 26(6) : 612631[ 3 ] 冉   立 , 张 烈 辉 , 周   明 1低 渗 透 油 藏 相 对 渗 透 率 曲 线 计 算 方 法研 究 [ J ] 1特 种 油 气 藏 , 2006, 13 (5) : 652681[ 4 ] 徐 文 熙 , 李 秀 生 , 田   冷 1油 水 相 对 渗 透 率 曲 线 在 特 高 含 水 油 藏中 的 应 用 [ J ] 1内 蒙 古 石 油 化 工 , 2006, 11 (5) : 11421161[ 5 ] 曹 维 政 , 肖 鲁 川 , 曹 维 福 , 等 1特 低 渗 透 储 层 油 水 两 相 非 达 西 渗流 特 征 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2007, 26 (5) : 612631[ 6 ] 林 玉 保 , 刘 春 林 , 卫 秀 芬 , 等 1特 低 渗 透 储 层 油 水 渗 流 特 征 研 究[ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2005, 24 (6) : 422441[ 7 ] 兰 玉 波 , 肖 鲁 川 , 赵 玉 珍 1描 述 特 低 渗 透 油 层 两 相 渗 流 特 征 的 改进 方 法 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2002, 21 (2) : 232251[ 8 ] 杨   龙 , 沈 德 煌 , 王 晓 冬 1温 度 对 稠 油 相 对 渗 透 率 及 残 余 油 饱 和度 的 影 响 [ J ] 1石 油 勘 探 与 开 发 , 2003, 30 (2) : 9721021[ 9 ] 邓   勇 , 易 绍 金 1稠 油 微 生 物 开 采 技 术 现 状 及 进 展 [ J ] 1油 田化 学 , 2006, 23 (3) : 28922911[ 10 ] 王   君 , 范   毅 1稠 油 油 藏 的 开 采 技 术 和 方 法 [ J ] 1西 部 探 矿工 程 , 2006, 7 (15) : 842851[ 11 ] 袁 明 琦 1王 庄 油 田 强 水 敏 性 稠 油 油 藏 开 发 方 式 研 究 [ J ] 1大 庆石 油 地 质 与 开 发 , 2006, 25 (6) : 562581[ 12 ] 邵 先 杰 1河 南 油 田 低 品 位 稠 油 油 藏 蒸 汽 吞 吐 后 进 一 步 提 高 采 收率 研 究 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2005, 24 (6) : 842861[ 13 ] 陈 仁 保 , 师 俊 峰 1神 经 网 络 系 统 在 稠 油 区 块 优 先 动 用 排 序 中 的应 用 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2007, 26 (5) : 782801[ 14 ] 雷 占 祥 , 姜 汉 桥 , 陈 月 明 , 等 1稠 油 蒸 汽 吞 吐 开 采 过 程 中 焖 井压 降 解 释 研 究 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2006, 25 ( 4 ) :922941[ 15 ] 周 光 辉 , 王 建 设 1温 度 影 响 油 水 相 对 渗 透 率 的 机 理 [ J ] 1石 油学 报 , 1992, 13 (3) : 612631[ 16 ] 吕 成 远 1油 藏 条 件 下 油 水 相 对 渗 透 率 实 验 研 究 [ J ] 1石 油 勘 探与 开 发 , 2003, 30 (4) : 10221051[ 17 ] 韩 显 卿 1提 高 采 收 率 原 理 [M ] 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,19931[ 18 ] 宋 付 权 , 刘 慈 群 1低 渗 透 油 藏 水 驱 采 收 率 影 响 因 素 分 析 [ J ] 1大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2000, 19 (1) : 302331[ 19 ] 高 慧 梅 , 姜 汉 桥 , 陈 民 锋 1储 层 孔 隙 结 构 对 油 水 两 相 相 对 渗 透率 影 响 微 观 模 拟 研 究 [ J ] 1西 安 石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) ,2007, 22 (2) : 562601编 辑 : 邵 宪 志·35·  2008年 8月                 姜 维 东 等 : 稠 油 油 田 油 水 相 对 渗 透 率 和 水 驱 油 效 率 研 究
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