特高含水期微观剩余油分布状态及驱油效率表征研究

胡海光

(西安石油大学 石油工程学院,陕西 西安710065)

随着开发进入后期,大部分注水油田已经处于特高含水期,含水率高达90%以上,剩余油分布及流动规律错综复杂,开采难度增大。关于特高含水期剩余油的开发,国内相关学者进行了大量研究[1-5],取得了一定成果。相关研究认为,剩余油分布和潜力评价是综合调整的关键[6,7],力学特征可以指导剩余油开采[8-11]。因此,文章从剩余油的形成、状态分布、受力分析、可动性分析、开发对策等方面开展研究,为后期高效开采微观剩余油提供借鉴和帮助。

1 微观剩余油形成机理及分布状态

1.1 微观剩余油定义及形成机理

微观剩余油是剩余油的一种微观分布状态,一般通过实验分析、数值模拟等方法得知剩余油的具体分布,微观剩余油的形成受油藏地质条件及开发等因素的综合影响。

实验表明,在不同的油水驱替过程及地质构造中,初始过程中的连续剩余油受外力、孔隙结构、润湿性等影响变为分散状剩余油,主要形成机理包括卡断、剥离、绕流和贴壁流动等[1]。

1)卡断现象。在外力的驱动下,连续态油柱或大油滴在地层中移动,当孔隙半径变小或喉道变窄,毛管力克服贾敏效应变为阻力,随着驱替阻力增大,剩余油被卡段为若干部分油滴,一部分油滴在外力驱替下继续移动,另一部分留在孔喉中形成剩余油。

2)剥离现象。剥离是指驱替液(一般介质:水)在外力作用下将地层内的剩余油从岩石表面剥离移动的现象。剥离过程主要受动力(毛细管力、驱替动力)及阻力(原油与岩石间的静摩擦力、原油与驱替液间的黏滞力)综合影响,当动力克服阻力、驱替液的运移速度大于原油的速度时,原油表面发生凹凸变形从岩石壁面脱离。剥离初期,由于受力不均匀,导致驱替速度变化快慢不一,部分驱替液沿着壁面边缘流动,部分区域产生突进现象,随着时间推移,大部分原油被驱替流动。

3)绕流现象。绕流是驱替外力无法克服原油在孔隙中的阻力(液阻效应或贾敏效应),导致驱替液绕过原油重新选择孔道流动的现象,在非均质性复杂的细孔道表现最明显。

4)贴壁流动现象。由于长时间注水驱替,岩石的润湿性发生了转变,由亲水性向弱亲油性转变,当驱替动力大于原油移动的阻力时,储层中部的大部分原油均会被驱替出去,部分以油膜态剩余油赋存在岩石壁面。

综上所述,剩余油的形成过程比较复杂,受外界作用力、储层孔隙结构及润湿性等因素影响较大。

1.2 微观剩余油分布状态

经过各种开发调整后,部分老油田的剩余油微观分布形态各异,剩余油的高效开采是油田关注的焦点问题。因此,了解剩余油的分布形态,对于油田后期井网调整和开采措施具有重要意义。以水驱油藏为例,进入特高含水期后,大部分油田的驱油效率都会降低,含水率升高,地下剩余油多以分散形态分布,不同的学者得出了不同的结果。其中,张硕[1]利用仿真模拟对不同储层样品进行分析,将剩余油分为三大类五亚类(见表1)。

表1 剩余油微观分布

邓庆军[2]结合萨中油区实际,将微观剩余油分为膜状、孤岛状及连片状三种类型。刘喜林[3]对双河油田134块含油芯片进行分析,认为微观剩余油有孤滴状、斑块状、连片状等20余种状态。为了方便研究,刘浩瀚[4]、张莉等[5]、丁帅伟等[8]将微观剩余油简化为油滴进行可动性分析,陈琳[9]研究了特高含水期油膜的变形机理。朱光普等[10]通过扫描岩芯,得出多孔介质下剩余油可以分为孤滴状剩余油、油膜、盲端等5种类型。

以上学者,结合各种开发方式及实验,分析得出微观剩余油的分布状态,为下一步开发调整指明了方向。通过分析已有文献及水驱油油田实际,微观剩余油从可动角度分为可动剩余油和不可动剩余油(见图1)。微观可动剩余油分为油滴状、柱状、油膜状、斑状;微观不可动剩余油分为盲端状。

图1 微观剩余油分布状态

2 特高含水期微观剩余油受力及可动性分析

2.1 剩余油微观受力分析

水驱油进入特高含水期,剩余油的分布形态与受力大小有很大关系,结合已有文献[4-6],剩余油主要有动力和阻力两种类型,具体情况见表2。

表2 微观剩余油受力分类

2.2 可动性条件分析

1)假设条件。①储层内的剩余油主要以油滴形态存在,盲端剩余油水驱无法移动。②以毛管束模型为研究对象。③不考虑非均质性影响。

图2 毛细管中剩余油分布

综上所述:油滴能否被驱替运移主要和所受外力(动力:驱替力,阻力:摩擦力、黏滞力、贾敏效应阻力)、微观孔隙结构(孔道半径、孔喉比等)有关。

3 微观驱油效率定量表征

由上述分析可知,特高含水期剩余油多以分散形态分布在地层中,可动微观剩余油流动规律比较复杂,为非达西渗流,运动除与受力作用和孔隙结构(孔道半径)有关外,还与驱替时间有关。假设某油藏由n根平行毛细管束组成(见图3),每层均有驱替残余油滴,水驱油开发前毛细管内剩余油含量为Qo,经过t时间后,累采可动剩余油量为Qi。

图3 油滴驱替毛管束模型

4 特高含水期剩余油开发对策

加大特高含水期微观剩余油开采,是注水老油田一直关注的重点问题。结合微观剩余油的赋存状态及可动剩余油滴受力分析,主要从注采方式和驱替参数两方面给出开发对策。

1)优化注采方式。剩余油的微观形态不同,驱替方式也要随之改变。进入特高含水期,一直注水驱替,大部分水沿着打孔道流走,浪费了水资源,驱替效果不佳。建议优化注采方式,后续改注水方式为周期注水,待可流动剩余油在外力和浮力作用下汇聚成片状剩余油,再利用三维地震、数值模拟等技术,探测剩余油分布的位置后进行有效开采,提高驱油效率。同时针对部分油膜、盲端部位不可移动剩余油,可采取化学驱替等方式,降级界面张力,使不动剩余油动起来。

2)调整驱替参数。根据油滴运动规律和受力情况,可以从改变驱替力、界面张力和驱替方向角度进行调整。已有研究表明[5]:增大驱替压力梯度、改变驱替方向以及改变驱油体系性能(如增加流度比、降低界面张力)有利于驱替孔隙中的剩余油。

5 结论及建议

(1)根据能动性,微观剩余油分为可动剩余油和不可动剩余油两大类。剩余油的形成过程比较复杂,主要受外界作用力、储层孔隙结构及润湿性等因素影响较大。(2)油滴能否被驱替运移主要和所受外力(动力:驱替力,阻力:摩擦力、黏滞力、贾敏效应阻力)、微观孔隙结构(孔道半径、孔喉比等)有关。结合剩余油微观分布状态及受力情况,得出微观驱油效率的定量表征。(3)剩余油分布形态错综复杂,文章仅研究了油滴在毛管束模型中的受力情况,是一种简单的理想状态,后续可结合相关技术,分析其他状态下剩余油的真实状态及受力情况,为剩余油开采提供依据和指导。(4)特高含水期剩余油开采可以从优化注采方式和调整驱替参数两个方面开展,采用周期注水、优化注采井网、改变驱替动力、降低界面张力等措施,不断提高驱油效率。