李　瀅,楊勝來,雷　浩

(中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

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反五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)剩余油分布定量研究

李瀅,楊勝來,雷浩

(中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

為了研究高含水期剩余油分布及提高采收率方法，利用微觀可視化裝置實(shí)驗(yàn)?zāi)M反五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)油開發(fā)過程，定性分析水驅(qū)后剩余油的狀態(tài)及分布，提出微觀滲流實(shí)驗(yàn)定量分析剩余油的方法，定量分析剩余油飽和度和水驅(qū)采收率。結(jié)果表明，低速水驅(qū)時(shí)剩余油以柱狀、簇狀、孤島狀及分散的油滴為主，高速水驅(qū)后剩余油以柱狀、簇狀為主，增加流速主要將簇狀、孤島狀及分散的油滴驅(qū)出。驅(qū)替速度為0.05mL/min時(shí)水驅(qū)采收率為63.39%，驅(qū)替速度為0.2mL/min時(shí)水驅(qū)采收率為75.68%，高速水驅(qū)的驅(qū)油效率大大提高，高含水期可通過高速生產(chǎn)來提高驅(qū)油效率。反五點(diǎn)井網(wǎng)中，距主流線越遠(yuǎn)的部位剩余油飽和度越高，生產(chǎn)井附近剩余油飽和度比注水井附近低。

微觀可視化;剩余油;定量研究;水驅(qū)動(dòng)態(tài);

目前，中國許多油田已進(jìn)入高含水階段，如何認(rèn)識(shí)和開發(fā)剩余油成為該階段的主要研究方向之一。高含水階段的剩余油開采比中低含水階段難得多，確定剩余油的分布至關(guān)重要。不同地質(zhì)規(guī)模的剩余油的研究內(nèi)容和研究方法各不相同[1]，本文從微觀尺度出發(fā)，利用光刻玻璃模型模擬反五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)油過程[2]。微觀可視化模型可直觀觀察油水驅(qū)替過程，研究水驅(qū)后剩余油分布的狀態(tài)，具有可視性強(qiáng)、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)可將真實(shí)巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出來，保持天然巖心屬性和微觀的復(fù)雜性[3-4]。

20世紀(jì)80年代初期開始，許多學(xué)者通過微觀可視化裝置研究水驅(qū)油過程及機(jī)理[5-15]，但定量的研究較少。本文通過微觀可視化裝置結(jié)合圖像處理技術(shù)，定性、定量地研究反五點(diǎn)井網(wǎng)在不同流速控制下的水驅(qū)油過程，從微觀、宏觀角度摸清剩余油最終狀態(tài)，為高—特高含水期提高采收率提供依據(jù),為研究CO2驅(qū)、氣水交替驅(qū)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 微觀模型

實(shí)驗(yàn)所用微觀模型是采用光學(xué)玻璃刻蝕的透明仿真模型，模型尺寸為6.320cm×6.320cm；有效尺寸為4cm×4cm；原始潤濕性為水潤濕。

1.2 主要試劑與儀器

主要試劑：實(shí)驗(yàn)用油是吉林油田讓53區(qū)塊的脫氣原油與煤油按一定比例配制而成的模擬油，實(shí)驗(yàn)條件下黏度為3mPa·s；實(shí)驗(yàn)用水為匹配讓53區(qū)塊配制的地層水，水型為NaHCO3型，礦化度為15296.80mg/L；實(shí)驗(yàn)溫度為40℃；實(shí)驗(yàn)壓力為5MPa。

主要儀器：高溫高壓微觀驅(qū)油裝置主要由加熱系統(tǒng)、微量注入泵、模型夾持器、回壓閥、壓力傳感器、光學(xué)顯微鏡等組成(圖1)。

圖像處理軟件：Imagej軟件和Photoshop軟件。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)前先將地層油用蘇丹紅1號(hào)染成紅色，地層水用甲基藍(lán)染成藍(lán)色。這樣從照片中可清晰區(qū)分油和水，后期圖像處理時(shí)也可確定油水分布狀態(tài)。

2 結(jié)果分析

2.1 微量泵壓差流量特征

由圖2可以看出，流量和驅(qū)替壓差呈線性關(guān)系。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備中微量泵的壓力精度是0.01MPa，流量的精度是0.001mL/min，改變單位精度時(shí)，壓力對(duì)流量的影響要遠(yuǎn)大于流量對(duì)壓力的影響。所以本實(shí)驗(yàn)用恒速的方法進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，可以有效控制驅(qū)替速度，以達(dá)到較好的錄像效果。水驅(qū)油是在光刻玻璃片中進(jìn)行的，驅(qū)替壓差非常小，很小的壓力波動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致流速和流量產(chǎn)生較大變化，所以較好地控制流速是本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

2.2 微觀水驅(qū)油過程分析

定性分析可視化模型局部水驅(qū)油動(dòng)態(tài)，可以看出用0.05mL/min的低流速驅(qū)油時(shí)(圖3)，反五點(diǎn)井網(wǎng)水最先沿主流線突破，之后向兩側(cè)擴(kuò)張，水優(yōu)先沿著阻力小的大孔隙前進(jìn)。由于模型親水，所以驅(qū)替前緣為凹形，水先沿著孔隙壁面飽和，把油剝離顆粒表面，有利于油的采出。隨著注入量的增加，油逐漸被驅(qū)替出去，孔隙中的水飽和度逐漸增加。連續(xù)水相形成水流通道后，被分散的油不易被驅(qū)替，大量殘留在孔隙中。水驅(qū)前緣經(jīng)過后，水繼續(xù)包圍著油通過，部分剩余油被水包圍呈孤立狀，受水的擠壓變形，通過細(xì)小喉道時(shí)被拉長帶出。水驅(qū)前緣過后形成的分散狀油滴一部分殘留在原處，由于水動(dòng)力不足而無法移動(dòng)；一部分匯聚成大油滴，殘留在水動(dòng)力較弱處或被驅(qū)替出去。由于繞流的影響，低速驅(qū)替時(shí)，被低滲透部位包圍的高滲透區(qū)原油也較難動(dòng)用，最終殘留在孔隙中。

流速增加到0.2mL/min后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖4)，可以看出水的波及范圍變大，主流線比低速驅(qū)油時(shí)寬，在低速驅(qū)油不易動(dòng)用的部位，高速驅(qū)替下可以動(dòng)用。水驅(qū)前緣經(jīng)過后水驅(qū)的較徹底，微觀驅(qū)油效率明顯高于低速。但是由于賈敏效應(yīng)、流度比、毛細(xì)管力等因素的影響，仍然有部分剩余油難以驅(qū)替。

2.3 水驅(qū)后剩余油分布

不同流速水驅(qū)后剩余油分布見圖5，從中明顯可見高速水驅(qū)后剩余油比低速水驅(qū)少。低速水驅(qū)后剩余油主要以柱狀、簇狀、孤島狀及分散的油滴分布。在細(xì)長的喉道和H型喉道中滯留較多柱狀剩余油，低流速下水不易進(jìn)入小孔隙，與驅(qū)替方向垂直的孔隙驅(qū)替壓差很小，油很難被驅(qū)出。由于繞流的影響，被大孔隙包圍的喉道中的油不易被驅(qū)出，易形成簇狀剩余油；隨著水的繼續(xù)沖刷，部分簇狀剩余油形成油滴。局部大孔隙被小孔隙包圍，孔間非均質(zhì)性影響這部分油的采出，大孔隙部分的油被“鎖死”，稱為“高滲死油區(qū)”。由于模型親水，水先沿著顆粒表面形成水膜，在孔隙中的油被驅(qū)出之前，水率先進(jìn)入前方的喉道，油的前進(jìn)方向被阻斷，形成孤島狀剩余油。模型親水性越強(qiáng)、孔喉比相差越大越容易形成孤島狀剩余油，滯留于孔喉交匯處和較大的孔隙中。

高速水驅(qū)后，由于水動(dòng)力增強(qiáng)，剩余油主要為H型喉道中的柱狀剩余油和角落上水動(dòng)力較弱部位的簇狀剩余油。低速水驅(qū)殘留下來的孤島狀剩余油、油滴在高速水流的作用下很容易被驅(qū)替出去，說明提高驅(qū)替流速能提高這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

利用圖像處理軟件，對(duì)水驅(qū)微觀剩余油分布進(jìn)行定量分析(圖6)。水驅(qū)油的過程是用電子顯微鏡錄制的，需要用Photoshop軟件進(jìn)行預(yù)處理，主要是將亮度處理均勻(圖6a)。在此基礎(chǔ)上利用Imagej軟件的圖像識(shí)別功能對(duì)圖像的灰度值進(jìn)行區(qū)分，通過調(diào)整閾值先識(shí)別出孔隙和顆粒(圖6b)，統(tǒng)計(jì)像素點(diǎn)求出孔隙所占面積，進(jìn)而計(jì)算出孔隙度。再利用Photoshop軟件區(qū)分油水分布，分離出剩余油(圖6c)，同樣處理后用Imagej軟件計(jì)算剩余油飽和度及采收率(圖6d)。得出驅(qū)替速度為0.05mL/min時(shí)，水驅(qū)采收率為63.39%；速度0.2mL/min時(shí)，水驅(qū)采收率為75.68%。

3.2 剩余油飽和度定量分析

以低速水驅(qū)為例，將整體分布圖按不同方式分為幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行對(duì)比研究(圖7)。

用上述方法計(jì)算出1區(qū)域、2區(qū)域、3區(qū)域、4區(qū)域這4個(gè)區(qū)域的剩余油飽和度分別為40.66%、27.25%、31.07%和43.85%(圖7a)；Ⅰ區(qū)域、Ⅱ區(qū)域、Ⅲ區(qū)域剩余油飽和度分別為30.40%、33.79%和41.64%(圖7b)。

圖7a中注水井和生產(chǎn)井附近的區(qū)域3區(qū)域、2區(qū)域剩余油飽和度比1區(qū)域、4區(qū)域低，且生產(chǎn)井附近2區(qū)域的剩余油飽和度低于注水井附近的3區(qū)域。圖7b結(jié)果說明，離主流線越遠(yuǎn)的部位剩余油越多。

高速水驅(qū)實(shí)驗(yàn)中，1區(qū)域、2區(qū)域、3區(qū)域、4區(qū)域剩余油飽和度分別為24.92%、21.89%、22.45%、23.56%；Ⅰ區(qū)域、Ⅱ區(qū)域、Ⅲ區(qū)域剩余油飽和度分別為21.97%、23.73%、24.27%。高速水驅(qū)剩余油飽和度整體較低，說明增加驅(qū)替速度能降低剩余油飽和度。

4 結(jié)　論

(1)通過微觀可視化裝置模擬反五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)油，得到了低速水驅(qū)與高速水驅(qū)的水驅(qū)油過程圖。低速水驅(qū)后剩余油以柱狀、簇狀、孤島狀及分散的油滴為主；高速水驅(qū)后微觀剩余油主要為柱狀和簇狀。

(2)被小孔隙包圍的大孔隙部位水驅(qū)油效率也較低，低滲部位將高滲部位中的油鎖死，成為“高滲死油區(qū)”。

(3)利用圖像處理技術(shù)提出定量分析剩余油的方法，得到驅(qū)替速度為0.05mL/min時(shí)水驅(qū)采收率為63.39%，驅(qū)替速度為0.2mL/min時(shí)水驅(qū)采收率為75.68%。

(4)反五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)油中，距主流線越遠(yuǎn)的部位剩余油飽和度越高，生產(chǎn)井附近剩余油飽和度比注水井附近低。增加流速主要將簇狀、孤島狀及分散的油滴驅(qū)替出，高含水期可通過高速生產(chǎn)來提高驅(qū)油效率，但仍有部分柱狀、簇狀剩余油難以驅(qū)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

李瀅(1991年生)，在讀研究生，研究方向?yàn)橛蜌鉂B流理論與應(yīng)用。郵箱：49989718@qq.com。

TE348

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