特高含水期油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响研究

李金丹 (四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000)

刘浩瀚 (四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000;西南石油大学理学院,四川 成都 610500)

刘志斌 (西南石油大学研究生院,四川 成都 610500)

颜永勤 (西南石油大学经济管理学院,四川 成都 610500)

特高含水期油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响研究

李金丹 (四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000)

刘浩瀚 (四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000;西南石油大学理学院,四川 成都 610500)

刘志斌 (西南石油大学研究生院,四川 成都 610500)

颜永勤 (西南石油大学经济管理学院,四川 成都 610500)

目前,中国大多数陆上油田都已经进入高含水甚至特高含水期,但采出程度偏低,剩余油饱和度仍普遍高于残余油饱和度,且局部还存在剩余油富集区。研究油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响,进一步提高采收率,对油田的增产稳产具有十分重大的意义。特高含水期剩余油多以油滴分散状分布于毛细管道中,微观因素影响明显,以特高含水期剩余油滴为研究对象,研究油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响,建立了油藏倾角和韵律性作用下油滴受力状态方程,这为深入认识特高含水期油滴微观渗流机理奠定了理论基础。

特高含水期;油藏倾角;韵律性;受力状态

进入特高含水期,由于含水率上升,油田大部分区域遭到水淹,剩余油由中低含水期的连片状变为高度分散状,越到含水开发后期,微观因素影响越显著。美国部分学者认为,由于微观因素的影响,有大概77%的剩余油残留在油藏中,同时,前苏联专家认为水驱开发油田特高含水期剩余油分布具有高度分散特性。中国大多陆上油田均进入高含水甚至特高含水期,但采收率偏低。因而,为了提高采收率保持油田稳产,关于特高含水期剩余油的相关研究迫在眉睫。目前,许多学者从技术和开发调整方面对特高含水期剩余油进行了研究。孙焕泉等[1]以胜坨油田为例研究了特高含水期剩余油分布仿真模型;张煜等[2]研究了层状断块油藏特高含水期细分开发技术;曾流芳等[3]以孤东油田为例开展了特高含水期剩余油分布规律研究;陆建林等[4]以双河油田437块为例开展了特高含水期油田开发潜力分析;赵红兵[5]研究了三角洲前缘韵律层特高含水期剩余油分布及调整;箭晓卫等[6]研究了喇嘛甸油田特高含水期厚油层内剩余油描述及挖潜技术;徐正顺等[7]以喇萨杏油田为例研究了特高含水期开发调整技术;李洁等[8]研究了大庆长垣油田特高含水期精细油藏描述技术;李彦平等[9]研究了陆丰凹陷块状砂岩油藏特高含水期剩余油分布;徐国民等[10]研究了特高含水期精细分层注水需要解决的问题;钟仪华等[11]提出了特高含水期油田产量预测新方法;刘浩瀚等[12]研究了特高含水期剩余油微观孔道选择机理。除此之外,还有许多学者对特高含水期剩余油开发技术和调整方法等进行了研究,但关于特高含水期剩余油微观渗流机理研究较为少见。认识特高含水期油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响对提高采收率、保持油田稳产和高产意义重大。笔者将以毛细管中的剩余油滴为研究对象,研究特高含水期油藏倾角及韵律性对油滴受力状态影响。

1 特高含水期油藏倾角作用下油滴微观受力状态方程

对于特高含水期毛细管中油滴微观受力状态分析,参见文献 [12]。进入特高含水期,重力、浮力、毛细管力、摩擦力、黏滞力等微观作用力已经不能被忽略,地层倾角与韵律性作为影响剩余油受力状态的两个主要因素也必须加以考虑。下面将讨论地层倾角对油滴微观受力的影响,建立在高角度油藏中油滴微观受力方程。一般而言可将地层倾角大于10°的油藏称为高角度油藏,地层倾角对渗流的影响主要体现在重力作用上。等径毛细管中的油滴静止时主要受注入水驱替力、楔压效应阻力、重力、浮力及摩擦力作用,其所受合力的表达式为:

式中:Δp为驱替压力,MPa;F0-G为单位面积浮力与重力差,MPa;r为毛细管半径,μm;θ为润湿角,rad; σ为界面张力,m N/m;α为地层倾角,(°);μs为动摩擦因数,1。

等径毛细管中的油滴欲运动时,由于两端界面形变便会产生滞后效应阻力,此时油滴受注入水驱替力、楔压效应阻力、重力、浮力、摩擦力及滞后效应阻力的共同作用,其所受合力表达式如下:

式中:θ2、θ1分别为前、后端润湿角,rad。

不等径毛细管中的油滴通过狭窄孔道时会产生液阻效应阻力,此时油滴受注入水驱替力、重力浮力的分力、液阻效应阻力、重力浮力的分力产生的摩擦力共同作用,其所受合力表达式如下:

式中:R为孔隙半径,μm。

当油滴运动时还必须克服黏滞阻力的作用,此时所受合力变为:

式中:v为油滴的移动速度,cm/s;μo为原油黏度,mPa·s。

一旦油滴全部进入窄小孔道,此时受力情形变回到了油滴在等径毛细管中的受力情形,只是必须考虑黏滞力对运移速度的影响。

对于等径毛细管中静止的油滴,若给定Δp=0.05MPa,F0=0.038MPa,G=0.0129MPa, σ=20m N/m,θ=π/6,μs=0.064,可得油滴所受合力随地层倾角α变化的关系曲线(图1);对于不等径毛细管中欲运动的油滴,若前后端润湿角分别为θ1=π/3,θ2=π/4,可得油滴所受合力随地层倾角α变化的关系曲线(图2)。

图1 等径毛细管中油滴静止时,地层倾角与油滴所受合力关系曲线

图2 不等径毛细管中油滴欲运动时,地层倾角与油滴所受合力关系曲线

2 特高含水期韵律性作用下的油滴微观受力状态方程

由地层渗透率与孔隙度理论关系式知:

式中:K为地层渗透率,mD;φ为孔隙度,1;τ为孔隙结构形状特征参数,1。

将式(5)分别代入式(1)～(3),得到式(6)～(8)。

韵律性作用下,等径毛细管中静止的油滴所受合力表达式:

韵律性作用下,等径毛细管中欲运动的油滴所受合力表达式:

韵律性作用下,不等径毛细管中的油滴所受合力表达式:

式中:μk为静摩擦系数,1;Rt表示孔喉比,1。笔者仅讨论韵律性对通过不等径毛细管中狭窄孔道时的油滴产生的影响,定量解释重力分异现象,其他情形讨论类似。

将式(7)变形(F=0)再化简,得:

由该方程可以看出地层渗透率与各个参数的关系。

1)若μs＞tanα,渗透率越大的位置,浮力与重力差(F0-G)越大,即水对油滴浮力作用更加大于油滴重力的作用;同理浮力与重力差越大渗透率越大。

2)若tanα＞μs＞0,渗透率越大的位置,浮力与重力差(F0-G)越小;同理浮力与重力差(F0-G)越大的位置,渗透率一定越小。

3)渗透率越大的位置,界面张力σ越大;同理界面张力σ越大的位置,渗透率越高。因而需要注意这种情形下,注入水中加入活性剂在降低表面张力的同时也降低了该处的渗透率。

6)若方程中润湿角θ1=θ2=θ,则式(7)变形为:

如果毛细管两段驱替压差Δp=0,则需讨论油滴所受微观合力的情形。根据力的合成原理,分析油滴的渗流机理。简而言之,由式(8)知:

1)若注水保持地层压力,一定孔喉比条件下,对于正韵律油藏,若F0＞G,越靠近油层顶部渗透率越低,当μs＜tanα时,F0-G越大,重力分异现象越显著,因而正韵律油藏满足μs＜tanα条件时,油滴多富集在顶部油层;若F0＜G,越靠近油层底部渗透率越高,G-F0越大,重力分异现象越不明显,因而正韵律油藏底部油层中的剩余油更容易被驱替出来。

2)若注水保持地层压力,一定孔喉比条件下,对于反韵律油藏,若F0＞G,越靠近油层顶部渗透率越高,当μs＜tanα时,F0-G越小,重力分异现象越不明显,因而反韵律油藏满足μs＜tanα条件时,顶部油层中剩余油更容易被驱替出来;若F0＜G,越靠近油层底部渗透率越低,G-F0越大,重力分异作用越显著,因而反韵律油藏剩余油更容易富集在底部油层中。

3 结论

1)进入特高含水期,重力、浮力、毛细管力、摩擦力、黏滞力等微观作用力已经不能被忽略,地层倾角与韵律性作为影响剩余油受力状态的两个主要因素也必须加以考虑。

2)建立并分析了特高含水期油藏倾角作用下油滴微观受力状态方程。

3)建立并分析了特高含水期韵律性作用下油滴微观受力状态方程。

4)通过对油滴受力状态分析,并建立受力状态方程,为进一步认清油滴在地底的渗流状态,进而提高采收率奠定了理论基础。

[1]孙焕泉,孙国,程会明,等.胜坨油田特高含水期剩余油分布仿真模型[J].石油勘探与开发,2002,29(3):66～68.

[2]张煜,王国壮,张进平,等.层状断块油藏特高含水期细分开发技术[J].石油学报,2002,23(1):56～60.

[3]曾流芳,卢云之,李林祥.孤东油田特高含水期剩余油分布规律研究[J].油气地质与采收率,2003,10(5):59～61.

[4]陆建林,张纪畅,倪明镜,等.特高含水期油田开发潜力分析——以双河油田437块为例[J].河南石油,2003,17(6):19～23.

[5]赵红兵.三角洲前缘韵律层特高含水期剩余油分布及调整[J].特种油气藏,2006,13(2):58～63.

[6]箭晓卫,赵伟.喇嘛甸油田特高含水期厚油层内剩余油描述及挖潜技术[J].大庆石油地质与开发,2006,25(5):31～33.

[7]徐正顺,王凤兰,张善严.喇萨杏油田特高含水期开发调整技术[J].大庆石油地质与开发,2009,28(5):76～82.

[8]李洁,郝兰英,马利民.大庆长垣油田特高含水期精细油藏描述技术[J].大庆石油地质与开发,2009,28(5):83～90.

[9]李彦平,罗东红,邹信波,等.陆丰凹陷块状砂岩油藏特高含水期剩余油分布研究 [J].石油天然气学报 (江汉石油学院学报), 2009,31(3):115～118.

[10]徐国民,刘亚三,米忠庆.特高含水期精细分层注水需要解决的问题[J].石油科技论坛,2010,29(4):19～24.

[11]钟仪华,张志银,朱海双.特高含水期油田产量预测新方法[J].断块油气田,2011,18(5):641～644.

[12]刘浩瀚,刘志斌,丁显峰.特高含水期剩余油孔道选择微观机理研究[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2013,35 (5):92～97.

[编辑]黄鹂

TE34

A

1000-9752(2014)02-0124-04

2013-07-08

高等院校博士点基金项目(20095121110003)。

李金丹(1966-),男,1987年大学毕业,副教授,目前从事油气渗流机理研究。