胡海光

(西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院,陜西 西安710065)

隨著開發(fā)進入后期,大部分注水油田已經(jīng)處于特高含水期,含水率高達(dá)90%以上,剩余油分布及流動規(guī)律錯綜復(fù)雜,開采難度增大。關(guān)于特高含水期剩余油的開發(fā),國內(nèi)相關(guān)學(xué)者進行了大量研究[1-5],取得了一定成果。相關(guān)研究認(rèn)為,剩余油分布和潛力評價是綜合調(diào)整的關(guān)鍵[6,7],力學(xué)特征可以指導(dǎo)剩余油開采[8-11]。因此,文章從剩余油的形成、狀態(tài)分布、受力分析、可動性分析、開發(fā)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(tài)

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(tài),一般通過實驗分析、數(shù)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(zhì)條件及開發(fā)等因素的綜合影響。

實驗表明,在不同的油水驅(qū)替過程及地質(zhì)構(gòu)造中,初始過程中的連續(xù)剩余油受外力、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性等影響變?yōu)榉稚钍Ｓ嘤?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(xiàn)象。在外力的驅(qū)動下,連續(xù)態(tài)油柱或大油滴在地層中移動,當(dāng)孔隙半徑變小或喉道變窄,毛管力克服賈敏效應(yīng)變?yōu)樽枇?隨著驅(qū)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(qū)替下繼續(xù)移動,另一部分留在孔喉中形成剩余油。

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

3)繞流現(xiàn)象。繞流是驅(qū)替外力無法克服原油在孔隙中的阻力(液阻效應(yīng)或賈敏效應(yīng)),導(dǎo)致驅(qū)替液繞過原油重新選擇孔道流動的現(xiàn)象,在非均質(zhì)性復(fù)雜的細(xì)孔道表現(xiàn)最明顯。

4)貼壁流動現(xiàn)象。由于長時間注水驅(qū)替,巖石的潤濕性發(fā)生了轉(zhuǎn)變,由親水性向弱親油性轉(zhuǎn)變,當(dāng)驅(qū)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(qū)替出去,部分以油膜態(tài)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(fù)雜,受外界作用力、儲層孔隙結(jié)構(gòu)及潤濕性等因素影響較大。

1.2 微觀剩余油分布狀態(tài)

經(jīng)過各種開發(fā)調(diào)整后,部分老油田的剩余油微觀分布形態(tài)各異,剩余油的高效開采是油田關(guān)注的焦點問題。因此,了解剩余油的分布形態(tài),對于油田后期井網(wǎng)調(diào)整和開采措施具有重要意義。以水驅(qū)油藏為例,進入特高含水期后,大部分油田的驅(qū)油效率都會降低,含水率升高,地下剩余油多以分散形態(tài)分布,不同的學(xué)者得出了不同的結(jié)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(jié)合薩中油區(qū)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(rèn)為微觀剩余油有孤滴狀、斑塊狀、連片狀等20余種狀態(tài)。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(zhì)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(xué)者,結(jié)合各種開發(fā)方式及實驗,分析得出微觀剩余油的分布狀態(tài),為下一步開發(fā)調(diào)整指明了方向。通過分析已有文獻(xiàn)及水驅(qū)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(tài)

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(qū)油進入特高含水期,剩余油的分布形態(tài)與受力大小有很大關(guān)系,結(jié)合已有文獻(xiàn)[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(shè)條件。①儲層內(nèi)的剩余油主要以油滴形態(tài)存在,盲端剩余油水驅(qū)無法移動。②以毛管束模型為研究對象。③不考慮非均質(zhì)性影響。

圖2 毛細(xì)管中剩余油分布

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

3 微觀驅(qū)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(tài)分布在地層中,可動微觀剩余油流動規(guī)律比較復(fù)雜,為非達(dá)西滲流,運動除與受力作用和孔隙結(jié)構(gòu)(孔道半徑)有關(guān)外,還與驅(qū)替時間有關(guān)。假設(shè)某油藏由n根平行毛細(xì)管束組成(見圖3),每層均有驅(qū)替殘余油滴,水驅(qū)油開發(fā)前毛細(xì)管內(nèi)剩余油含量為Qo,經(jīng)過t時間后,累采可動剩余油量為Qi。

圖3 油滴驅(qū)替毛管束模型

4 特高含水期剩余油開發(fā)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(guān)注的重點問題。結(jié)合微觀剩余油的賦存狀態(tài)及可動剩余油滴受力分析,主要從注采方式和驅(qū)替參數(shù)兩方面給出開發(fā)對策。

1)優(yōu)化注采方式。剩余油的微觀形態(tài)不同,驅(qū)替方式也要隨之改變。進入特高含水期,一直注水驅(qū)替,大部分水沿著打孔道流走,浪費了水資源,驅(qū)替效果不佳。建議優(yōu)化注采方式,后續(xù)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(shù)值模擬等技術(shù),探測剩余油分布的位置后進行有效開采,提高驅(qū)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(xué)驅(qū)替等方式,降級界面張力,使不動剩余油動起來。

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

5 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)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(fù)雜,主要受外界作用力、儲層孔隙結(jié)構(gòu)及潤濕性等因素影響較大。(2)油滴能否被驅(qū)替運移主要和所受外力(動力:驅(qū)替力,阻力:摩擦力、黏滯力、賈敏效應(yīng)阻力)、微觀孔隙結(jié)構(gòu)(孔道半徑、孔喉比等)有關(guān)。結(jié)合剩余油微觀分布狀態(tài)及受力情況,得出微觀驅(qū)油效率的定量表征。(3)剩余油分布形態(tài)錯綜復(fù)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(tài),后續(xù)可結(jié)合相關(guān)技術(shù),分析其他狀態(tài)下剩余油的真實狀態(tài)及受力情況,為剩余油開采提供依據(jù)和指導(dǎo)。(4)特高含水期剩余油開采可以從優(yōu)化注采方式和調(diào)整驅(qū)替參數(shù)兩個方面開展,采用周期注水、優(yōu)化注采井網(wǎng)、改變驅(qū)替動力、降低界面張力等措施,不斷提高驅(qū)油效率。