油田开发过程中油气水的运移特征研究

肖乾 范鹏阳 薛荣鑫 龙锦宇

摘要：石油和天然气作为一种流体是埋在地下的，它的形成和迁移过程涉及到其他流体的变化过程，也将不可避免地受到各种自然因素的影响，油气水的迁移和每个阶段都有其特殊性和独特特点，所以加强对油气田开发过程中油气水的运移特征特殊性研究是石油和天然气的勘探和开采过程中的前提和基础。

关键词：油田开发;油气水;运移特征

油气田在开采时包括两个过程，首先是通过地层能量保持自喷的过程，即通常所说的一次采油，再次就是借助于注水保持地层能量使得生产井能够继续开采，即二次采油的过程。对于一次采油和注水开采过程中的油气运移前人都做了大量的研究。文章对油气田开发过程中油气水的运移特征进行分析。

一、油田生产过程概述

油田生产过程中，通过油井将井下油层中的油流开采到地面上来，经过油气水三相分离处理，获得合格的产品外输。油井产物是混合物，通过重力沉降分离方式，实现气液的分离，然后将液体中的油和水进行分离。由于油和水形成稳定的乳化液，通过常规的重力沉降分离的方式，很难将其中的乳化水分离处理，因此，应用化学破乳脱水的方法，将原油乳化液的结构破坏，实现油和水的彻底分离，既分离出原油中的游离水，又分离出原油中的乳化水，促使外输原油的含水率在0.5%以下，达到质量标准后，进行输送，完成油田油气集输生产的任务。

油田产物处理后，分离出来的天然气作为燃料处理，或者输送给天然气处理厂，经过进一步的处理，成为合格的商品天然气外输。分离处理的原油，作为油田的产能，为油田生产企业创造最佳的经济效益。而分离处理的含油污水，经过处理后，作为油田注水的水源，达到水驱的开发效率。

二、注水过程中的水驱油机理

1水驱油微观机理

单根圆形毛细管中的单向渗流：把岩石的孔隙空间简化处理成由等直径的平行毛细管束组成。泊稷叶提出了液体在毛细管中粘滞性渗流的泊稷叶定律，表明，单根圆形毛细管中单向液流的流速主要取决于孔道半径、粘度和压力梯度。在岩石孔隙中，在外加压差的条件下，渗流主要发生在大孔道中，有一部分小孔道可能未参与流动。单根毛管孔道中的混合液流：单根毛管中混合液流规律首先是由贾敏在实验室发现的。即若气泡或油滴大于孔隙喉道，则在水驱动下，气泡或油滴会发生变形产生毛细管附加压力，从而阻止气泡或油滴的流动。从流速的角度进行讨论，认为油滴（或气泡）半径越接近与孔道半径，混合物的流速下降幅度越大。Haines跳跃：在水驱油气过程中，油水和气水界面前进的速度是不均匀的，但界面突破喉道时将发生一次很快的界面跳跃，即Haines跳跃。它起因于不稳定的流体构型，这是一种在水驱油气过程中很普遍的现象。绕流：在双孔道孔隙模型中，在水驱油条件下，石油在不同大小的孔道中运移的特征与水驱速度有关，在速度较大时，大孔一侧的油运移较快，因而被驱替，小孔一侧的油形成残余油。速度小时，小孔一侧的油运移较快而被驱替，大孔一侧形成残余油。典型的绕流发生在水驱石油通过并联孔道时，水先通过小孔道，在大孔道中形成残余油，还指出，其它任何形式的绕流都遵循这一原理。

2前缘均匀推进时水驱油机制

用实验和数学推导的方法研究发现，运用分流方程式的完整形式，与稳定状态的油气相对渗透率和毛细管压力特征结合起来，就能使计算的和实际观测的饱和度分布相一致。他们还发现，在驱替物（天然气）饱和度较低时，这些较低的气体饱和度以同一速度全部向下移动，结果使得在这一饱和度范围内，油藏中的饱和度分布形态并不随时间变化，他们将此饱和度分布定名为“稳定带”。

3水驱油中的重力分异机制

实验表明流动的水可以促进油水的重力分布。运移距离越长，这种分异越完全。由于水的密度较大，所以注入水将沿地层底部推进。韩大匡认为，当油、水密度恒定时，重力大小体现在油层厚度的大小上。重力有两个作用，一是使水下沉，降低扫油厚度系数，二是提高油层水淹部分的驱油效率。

4渗透阻力垂向不均匀时的水驱油机制

应用物理和数值模拟方法，结合某凹陷83层（反韵律层）和34层（正韵律层）两个典型矿场模式，较系统的研究了厚油层各种不同韵律组合、渗透率、润湿性、油水粘度比、毛管力、重力和驱动力（开发整度）与水驱油机制的关系。驱动力：在亲油正韵律层中，适当加大驱动力以克服重力和毛管力的不利影响是有效的;而对于弱亲水反韵律层，应适当控制驱动力，但必须注意克服粘滞阻力，所以要适当处理。重力作用：重力作用是密度差引起的。反韵律油层注水初期顶部水线推进快，重力使水向下沉，扩大了水淹体积，提高了采收率。正韵律油层中加剧了水沿底部突进，但是由于水的冲刷和重力分离作用，底部水洗程度高。毛管力作用：当油水性质一定、渗透率分布不变时，毛管力的作用主要反映在润湿性上。对于反韵律层，油层亲水性越强采收率越高;而正韵律层，由于重力与毛管力反向相反，减弱了毛管力的作用，所以采收率增加的幅度比反韵律层时低。流动阻力：就是渗透率和流体粘度的作用。反韵律层内不同渗透率注水前缘速度比值和渗透率比值相近，而正韵律层推进速度比值大于渗透率比值。实验也再次证明了，油水粘度比增加，采收率下降。

5渗透阻力平面不均匀时的水驱油

通过对玉门老君庙油田的开发动态资料的研究表明，河道砂岩体平面非均质性对驱油效率有较大的影响。根据水线突进方向的不同，分为两种情况，第一种情况：水连续不断地由高渗透率端向低渗透率端方向推进，含水饱和度发生较急剧的变化;第二种情况：由低渗透率端向高渗透率端方向推进。

结论

实际上，油藏是分布于含油气盆地当中的，其压力的变化往往要受盆地最大驱动力源区和输导体系的影响，因此应以盆地为基本单元对油气田开发过程中的压力变化进行研究。再者，油气在砂岩储集层中的运移、聚集往往是同步进行的。在油气的开发过程中也可能存在着油气的再次聚集成藏，这对剩余油的分布研究有着重要的意义。因此，应加强开发过程中油气聚集的研究。

参考文献：

[1]汪国琴。水平管油气水三相流压降特性实验研究[J].油气田地面工程，2016，35（3）：27—30.

[2]韩悦。油气两相流压降计算及其影响因素[J].当代化工，2016，45（10）：245—248.

中國石油长庆油田分公司第七采油厂