反五点井网水驱剩余油分布定量研究

李　滢,杨胜来,雷　浩

(中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249)



反五点井网水驱剩余油分布定量研究

李滢,杨胜来,雷浩

(中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249)

为了研究高含水期剩余油分布及提高采收率方法，利用微观可视化装置实验模拟反五点井网水驱油开发过程，定性分析水驱后剩余油的状态及分布，提出微观渗流实验定量分析剩余油的方法，定量分析剩余油饱和度和水驱采收率。结果表明，低速水驱时剩余油以柱状、簇状、孤岛状及分散的油滴为主，高速水驱后剩余油以柱状、簇状为主，增加流速主要将簇状、孤岛状及分散的油滴驱出。驱替速度为0.05mL/min时水驱采收率为63.39%，驱替速度为0.2mL/min时水驱采收率为75.68%，高速水驱的驱油效率大大提高，高含水期可通过高速生产来提高驱油效率。反五点井网中，距主流线越远的部位剩余油饱和度越高，生产井附近剩余油饱和度比注水井附近低。

微观可视化;剩余油;定量研究;水驱动态;

目前，中国许多油田已进入高含水阶段，如何认识和开发剩余油成为该阶段的主要研究方向之一。高含水阶段的剩余油开采比中低含水阶段难得多，确定剩余油的分布至关重要。不同地质规模的剩余油的研究内容和研究方法各不相同[1]，本文从微观尺度出发，利用光刻玻璃模型模拟反五点井网水驱油过程[2]。微观可视化模型可直观观察油水驱替过程，研究水驱后剩余油分布的状态，具有可视性强、造价低等优点；同时可将真实岩石的孔隙结构特征表现出来，保持天然岩心属性和微观的复杂性[3-4]。

20世纪80年代初期开始，许多学者通过微观可视化装置研究水驱油过程及机理[5-15]，但定量的研究较少。本文通过微观可视化装置结合图像处理技术，定性、定量地研究反五点井网在不同流速控制下的水驱油过程，从微观、宏观角度摸清剩余油最终状态，为高—特高含水期提高采收率提供依据,为研究CO2驱、气水交替驱提供参考。

1 实验材料与方法

1.1 微观模型

实验所用微观模型是采用光学玻璃刻蚀的透明仿真模型，模型尺寸为6.320cm×6.320cm；有效尺寸为4cm×4cm；原始润湿性为水润湿。

1.2 主要试剂与仪器

主要试剂：实验用油是吉林油田让53区块的脱气原油与煤油按一定比例配制而成的模拟油，实验条件下黏度为3mPa·s；实验用水为匹配让53区块配制的地层水，水型为NaHCO3型，矿化度为15296.80mg/L；实验温度为40℃；实验压力为5MPa。

主要仪器：高温高压微观驱油装置主要由加热系统、微量注入泵、模型夹持器、回压阀、压力传感器、光学显微镜等组成(图1)。

图像处理软件：Imagej软件和Photoshop软件。

1.3 实验方法

实验前先将地层油用苏丹红1号染成红色，地层水用甲基蓝染成蓝色。这样从照片中可清晰区分油和水，后期图像处理时也可确定油水分布状态。

2 结果分析

2.1 微量泵压差流量特征

由图2可以看出，流量和驱替压差呈线性关系。由于实验设备中微量泵的压力精度是0.01MPa，流量的精度是0.001mL/min，改变单位精度时，压力对流量的影响要远大于流量对压力的影响。所以本实验用恒速的方法进行水驱油实验，可以有效控制驱替速度，以达到较好的录像效果。水驱油是在光刻玻璃片中进行的，驱替压差非常小，很小的压力波动都会导致流速和流量产生较大变化，所以较好地控制流速是本实验成功的关键。

2.2 微观水驱油过程分析

定性分析可视化模型局部水驱油动态，可以看出用0.05mL/min的低流速驱油时(图3)，反五点井网水最先沿主流线突破，之后向两侧扩张，水优先沿着阻力小的大孔隙前进。由于模型亲水，所以驱替前缘为凹形，水先沿着孔隙壁面饱和，把油剥离颗粒表面，有利于油的采出。随着注入量的增加，油逐渐被驱替出去，孔隙中的水饱和度逐渐增加。连续水相形成水流通道后，被分散的油不易被驱替，大量残留在孔隙中。水驱前缘经过后，水继续包围着油通过，部分剩余油被水包围呈孤立状，受水的挤压变形，通过细小喉道时被拉长带出。水驱前缘过后形成的分散状油滴一部分残留在原处，由于水动力不足而无法移动；一部分汇聚成大油滴，残留在水动力较弱处或被驱替出去。由于绕流的影响，低速驱替时，被低渗透部位包围的高渗透区原油也较难动用，最终残留在孔隙中。

流速增加到0.2mL/min后再进行实验(图4)，可以看出水的波及范围变大，主流线比低速驱油时宽，在低速驱油不易动用的部位，高速驱替下可以动用。水驱前缘经过后水驱的较彻底，微观驱油效率明显高于低速。但是由于贾敏效应、流度比、毛细管力等因素的影响，仍然有部分剩余油难以驱替。

2.3 水驱后剩余油分布

不同流速水驱后剩余油分布见图5，从中明显可见高速水驱后剩余油比低速水驱少。低速水驱后剩余油主要以柱状、簇状、孤岛状及分散的油滴分布。在细长的喉道和H型喉道中滞留较多柱状剩余油，低流速下水不易进入小孔隙，与驱替方向垂直的孔隙驱替压差很小，油很难被驱出。由于绕流的影响，被大孔隙包围的喉道中的油不易被驱出，易形成簇状剩余油；随着水的继续冲刷，部分簇状剩余油形成油滴。局部大孔隙被小孔隙包围，孔间非均质性影响这部分油的采出，大孔隙部分的油被“锁死”，称为“高渗死油区”。由于模型亲水，水先沿着颗粒表面形成水膜，在孔隙中的油被驱出之前，水率先进入前方的喉道，油的前进方向被阻断，形成孤岛状剩余油。模型亲水性越强、孔喉比相差越大越容易形成孤岛状剩余油，滞留于孔喉交汇处和较大的孔隙中。

高速水驱后，由于水动力增强，剩余油主要为H型喉道中的柱状剩余油和角落上水动力较弱部位的簇状剩余油。低速水驱残留下来的孤岛状剩余油、油滴在高速水流的作用下很容易被驱替出去，说明提高驱替流速能提高这部分剩余油的采收程度。

3 定量分析

3.1 定量分析方法及流程

利用图像处理软件，对水驱微观剩余油分布进行定量分析(图6)。水驱油的过程是用电子显微镜录制的，需要用Photoshop软件进行预处理，主要是将亮度处理均匀(图6a)。在此基础上利用Imagej软件的图像识别功能对图像的灰度值进行区分，通过调整阈值先识别出孔隙和颗粒(图6b)，统计像素点求出孔隙所占面积，进而计算出孔隙度。再利用Photoshop软件区分油水分布，分离出剩余油(图6c)，同样处理后用Imagej软件计算剩余油饱和度及采收率(图6d)。得出驱替速度为0.05mL/min时，水驱采收率为63.39%；速度0.2mL/min时，水驱采收率为75.68%。

3.2 剩余油饱和度定量分析

以低速水驱为例，将整体分布图按不同方式分为几个区域进行对比研究(图7)。

用上述方法计算出1区域、2区域、3区域、4区域这4个区域的剩余油饱和度分别为40.66%、27.25%、31.07%和43.85%(图7a)；Ⅰ区域、Ⅱ区域、Ⅲ区域剩余油饱和度分别为30.40%、33.79%和41.64%(图7b)。

图7a中注水井和生产井附近的区域3区域、2区域剩余油饱和度比1区域、4区域低，且生产井附近2区域的剩余油饱和度低于注水井附近的3区域。图7b结果说明，离主流线越远的部位剩余油越多。

高速水驱实验中，1区域、2区域、3区域、4区域剩余油饱和度分别为24.92%、21.89%、22.45%、23.56%；Ⅰ区域、Ⅱ区域、Ⅲ区域剩余油饱和度分别为21.97%、23.73%、24.27%。高速水驱剩余油饱和度整体较低，说明增加驱替速度能降低剩余油饱和度。

4 结　论

(1)通过微观可视化装置模拟反五点井网水驱油，得到了低速水驱与高速水驱的水驱油过程图。低速水驱后剩余油以柱状、簇状、孤岛状及分散的油滴为主；高速水驱后微观剩余油主要为柱状和簇状。

(2)被小孔隙包围的大孔隙部位水驱油效率也较低，低渗部位将高渗部位中的油锁死，成为“高渗死油区”。

(3)利用图像处理技术提出定量分析剩余油的方法，得到驱替速度为0.05mL/min时水驱采收率为63.39%，驱替速度为0.2mL/min时水驱采收率为75.68%。

(4)反五点井网水驱油中，距主流线越远的部位剩余油饱和度越高，生产井附近剩余油饱和度比注水井附近低。增加流速主要将簇状、孤岛状及分散的油滴驱替出，高含水期可通过高速生产来提高驱油效率，但仍有部分柱状、簇状剩余油难以驱替出去。

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Quantitatively Study on the Residual Oil Distribution after Water Flooding in the Inverted Five Spot Well Patterns

Li Ying，Yang Shenglai，Lei Hao

(MOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

In order to study the distribution of residual oil in high water cut period and the method of enhancing oil recovery, the micro visualization device has been used to simulate the development process of inverted five point well pattern. The state and distribution of residual oil after water flooding were analyzed qualitatively, and the quantitative method for analyzing residual oil was obtained by microscopic seepage experiment, which used for the analysis of the saturation of residual oil and recovery of water flooding. Results showed that the residual oil was dominated in the shapes of column, cluster and island and dispersed droplets when flooding at low speed, but when the flooding was at high speed, the residual oil would be mainly in the shape of column and cluster, the increased flow rate can drive the clustered, isolated and dispersed oil droplets out. When the flooding rates are 0.05 mL/min and 0.2mL/min, the recovery rates are 63.39% and 75.68% respectively, so, the high flow rate flooding can raise the efficiency, which should be adopted at high water cut stage. In the inverted five spot well patterns, the farther the point from the mainastream line, the higher the residual oil saturation is, and the residual oil saturation near the production well is lower than that of the water injection wells.

Microscopic visualization; Residual oil; Quantitative study; Water flooding dynamics

李滢(1991年生)，在读研究生，研究方向为油气渗流理论与应用。邮箱：49989718@qq.com。

TE348

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