《石油工程提高采收率第七章+石油采收率的基本概念及影响因素概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油工程提高采收率第七章+石油采收率的基本概念及影响因素概要（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 石油采收率的基本概念及影响因素,第一节 提高石油采收率的基本概念和认识,一、水驱油效率的概念 在目前以及今后相当长的一个时期中，注水仍将是开发油田的主要方法。因此，了驱油的机理，掌握注水开发油田的动态预测方法，对于油藏工程师是很必要的。 1采出程度和采收率 注水驱油存在两个采收率概念，一个是无水采收率，另一个是经济极限采收率。无水采收率是指油水前缘突破时总采油量与地质储量之比。经济极限采收率是指注水达到经济极限（含水率95%98%）时总采油量与地质储量之比。油田在某一阶段的“采收率”（目前采收率）称为采出程度，它是指油田在某一阶段的累积采油量与地质储量之比。 2波及效率和洗油效率 衡量
2、地层中残留原油多少的指标是剩余油饱和度和残余油饱和度。剩余油是指由于注入流体波及效率低，注入流体尚未波及到的区域内的原油，其特点是宏观上呈连续分布。习惯上,将一次采油后的剩余油称为一次剩余油，将二次采油后的剩余油称为二次剩余油。残余油是指在注入流体已经波及到的区域（或孔道）内残留的、未被流体驱走的原油，其特点是宏观上不连续分布。剩余油和残余油的多少直接反映出采收率的高低。 （1）注水波及效率 衡量注水波及效率的指标是扫油面积系数和注水波及体积系数。扫油面积系数是衡量单油层平面注水波及状况的指标，它是指单层（井组、开发区或油田）水淹面积（注水波及到的地层面积）与该层控制面积之比： 单层水淹面积
3、扫油面积系数 （7-1） 单层控制面积 注水波及体积系数是衡量油层注水波及效率的指标，又称扫油体积系数，是指被驱替流体驱扫过的油藏体积与原始油藏体积之比（图1-1）：,（7-2）,式中 Ev注水波及体积系数； A、As分别为油层面积和流体波及面积； H、Hs分别为油层厚度和流体波及厚度。 在油藏工程中常常通过累积注水量与累积产水量计算注水波及体积系数，它是指注入水波及到的油层容积与整个油层容积之比，在数值上等于存水量（累积注水量与累积产水量之差）的地下体积与油层孔隙体积之比： 累积注水量-累积产水量 注水波及体积系数 油层孔隙体积 扫油面积系数和注水波及体积系数越大，采收率越高。因此，提高注水
4、油田原油采收率的重要途径就是设法扩大扫油面积系数和注水波及体积系数。,（7-3）,（2）洗油效率 由于地层岩石表面存在润湿性的差异，岩石孔隙又普遍存在毛细管阻力效应，在孔隙结构复杂的多孔介质中注水驱油，形成无数条微观的流动通道，各条通道内的油水界面以不同的速度向前推进。经过一定时间后，只有某些孔隙中形成了水的连续通道，相当多的孔隙内仍然存在小油区。继续注水，有些油可被水驱动，小的油区又逐渐被水分割成更小的油区。长期注水后，最终形成不再流动的小油滴，这些油滴构成了二次残余油。可见宏观水波及到的油区内仍然存在水未能洗涤的油。因而除了波及效率之外，又有一个洗油效率的概念。通常用微观驱油效率来描述水的
5、洗油效率Ed，它定义为宏观水波及区域内，原始含油饱和度与平均残余油饱和度之差与原始含油饱和度的比值：,(7-4),3水驱油效率 注水石油采收率Er是已从油藏采出的原油储量Nr与油藏原始地质储量N的比值： （ 7 - 5） 式中， ，代入式7- 5得：,式6-6等号右侧第一项正是由式6-2表示的注水波及体积系数概念，又称宏观驱油效率；等号右侧第二项正是由式6-4表示的洗油效率概念，又称微观驱油效率。因此，式6-6表明，注水驱油效率等于注水波及体积系数和洗油效率的乘积。本书随后将要讲述的各种驱油方法，正是通过提高注水波及体积系数和洗油效率，达到提高石油采收率目的的。,（ 7- 6）,二、驱油效率的
6、确定方法 1微观驱油效率确定方法 为计算微观驱油效率，原始含油饱和度Soi用束缚水饱和度Swt表示：,式中的Swlim表示经济极限时油层平均含水饱和度。因此由式7-7所计算的驱油效率实际上是指水驱达到经济极限时的洗油效率。式7-7中的Swt和Swlim可以用实验方法求出： 首先通过岩心试验测定油水相对渗透率数据，求出束缚水饱和度Swt。再由相对渗透率曲线求出任意饱和度下油水相对渗透率比值ko/kw，将其与油水粘度值o、w代入分流方程：,7-7,7-8,计算出任意饱和度Sw下水的分流率（水在液流中的分量）fw，给出fw与Sw的关系曲线（图7-2）。再用分流曲线和Welge方程确定Swlim。We
7、lge方程如下： 和 式中 Ni累计注入量（PV）； Sw、Sw2油层平均含水饱和度、生产井底油层含水饱和度； fO2生产井油的分流率（与水分流率fw2的关系为fO21fw2）,7-9,7-10,将式7-9和7-10应用于经济极限（lim）时，有以下方程： SwlimSw2limNilimfO2lim 和 将式7-12代入式7-11，得： 在图7-2中，当确定了生产井底油层经济极限分流率fw2lim后，过fw2lim点向曲线引一平行于横轴的直线与曲线相交，交点所对应的饱和度即为生产井底油层饱和度Sw2lim。然后以交点（Sw2lim，fw2lim）为切点作出曲线的切线，并延长切线与fw1.0的
8、直线相交，交点所对应的含水饱和度即为油层平均含水饱和度Swlim。,7-12,7-13,7-11,7-14,根据图7-2，切线与曲线切点的导数可表示为： 由图7-2可以看出：fw1fw2lim，SwSwlimSw2lim，于是可以将式7-15改写为：,式7-16便是式7-14，它表明，当过点（Sw2lim，fw2lim）向曲线引切线，与fw1.0的直线相交，交点对应的饱和度就是Swlim。最后将求得的Swlim和Swt代入式7-7即可计算出经济极限采收率。,7-15,7-16,图7-2 用分流曲线确定Swlim,2宏观驱油效率确定方法 油水前缘的概念。油田注水驱油时，注入水进入地层孔隙，取代孔
9、隙中油的位置，将油依次向前推进，孔隙中必然出现第一批油水弯液面，这无数多的弯液面形成油水界面。界面前方是原始含油饱和度区，称为原始油带。界面后方是水波及区，称为油水两相流动区。分隔原始油带与油水两相区的界面称为油水前缘。注水过程中，若忽略油层岩石及流体的膨胀，按照物质平衡原理，生产井产出纯油的体积应等于注入井注入水的体积。当前缘到达生产井底时，称为前缘突破，生产井从此结束无水采油期，开始油水同产期。油水前缘的形状和它的推进速度严重影响石油采收率。理论上将前缘推进方式分为活塞式推进和非活塞式推进。,活塞式前缘推进。活塞式前缘推进是指排驱介质一次性地排驱它接触到的油，在前缘后方不存在可流动的油。如
10、果是完全排驱，前缘后方的残余油饱和度为零；如果是不完全排驱，前缘后方存在不可流动的油，残余油饱和度大于零。活塞式推进是一种理想的排驱。常规水驱油不是活塞式排驱，但是在裂缝中的注水驱油，驱油剂粘度与原油粘度接近时的排驱，驱油剂与油的界面张力处于超低值状态下的排驱都近似于活塞式排驱。 活塞式前缘推进的特点是饱和度剖面呈台阶式，如图7-3a所示。该图横轴表示沿注水井至生产井间的距离，纵轴表示饱和度。图中上部虚线表示饱和度为1。原始含油饱和度等于1-Swt。水波及区含水饱和度等于1-Swt-Sor。在油水前缘处含油饱和度发生了突变。,图7-3 两种排驱方式的饱和度剖面,非活塞式前缘推进。非活塞式前缘推
11、进是一种漏失排驱，油水前缘像一个带孔眼的网格筛子，当它推进时只能排驱部分原油，另一部分油从“孔眼”中漏掉。但漏掉的油继续被后面的注入水漏失排驱，结果，在油水前缘后方形成油水两相流动区。随着前缘推进，两相流动区扩大，靠近油水前缘因洗涤时间短，含油饱和度下降幅度不大，含水饱和度较低，孔隙内的油大部分还呈连续状态。远离油水前缘的两相流动区因洗涤时间长，含油饱和度下降幅度大，含水饱和度较高，油多以滴状存在（图7-3b）。,非活塞式推进的前缘速度。根据物质平衡原理与达西定律，Buckley和Leverett导出了均质线性水平地层油水前缘推进方程1： 公式 式中 L、t分别为含水饱和度为Sw的油层剖面距注
12、入端的距离和注水时间； qt、A分别为注水t时刻的体积流速和油层剖面面积。,对式7-17分离变量积分，得： 公式 令Q=qtdt，式7-18可以写成如下形式： 公式 根据式7-19，只要求得dfw/dSw，就可以求出注水t时刻后，含水饱和度为Sw的油层剖面距注入端的距离L。 L处油层平均含水饱和度Swbt由下式计算： 公式 将式7-21代入式7-20，得： 公式 非活塞式推进前缘的驱油效率。注水前缘驱油效率Edf的定义为： 公式 式中 Sorf注水前缘通过后的残余油饱和度； Soi注水前原始含油饱和度； Swf注水前缘含水饱和度。,根据式7-23，只要求得Swf和Swt，即可求得前缘驱油效率E
13、df。 为了求得Swf和Swt，仍采用与图7-2相同的方法测定油水相对渗透率数据并求得束缚水饱和度Swt，再给出分流曲线（图7-4）。在图7-4中过点（Swt，0）向曲线引一切线，令切点坐标为（Swf，fwf）。以下就来证明，切点的横坐标就是所求的Swf。 延长切线与fw1.0的直线相交。令交点的饱和度为Swbt，切线的斜率则为1/（SwbtSwt）。因切点坐标为（Swf，fwf），切点斜率为dfw/dSw，于是下式成立： 公式,图7-4 用分流曲线确定Swf,这正是式7-22。至此已经证明，与切点（Swf，fwf）对应的饱和度就是前缘饱和度Swf。将求得Swt和Swf代入式7-23，即可计算
14、出前缘驱油效率Edf。若将求得的dfw/dSw代入式7-19，也可求出注水t时刻的前缘位置。以下是一个计算Edf的例子。 某水平油层宽91.4m，长305m，厚6.1m，孔隙度15%，油和水的粘度分别为2.0 mPas和1.0 mPas，拟定以53.7m3/d的速度注水。在设计注水方案时，用地层岩心测定的油水相对渗透率数据以及根据式7-8计算的水相分流率数据见表7-1。,表7-1 油水相对渗透率数据,根据表7-1可以确定束缚水饱和度Swt为0.363。再根据表7-1数据分别作出油水相对渗透率曲线和分流曲线见图7-5、图7-6。由分流曲线求得注水前缘含水饱和度Swf和平均含水饱和度Swbt分别为
15、0.645和0.695。,图7-5 相对渗透率曲线,图7-6 分流曲线,于是： 注水前缘驱油效率 注水前缘日均推进距离 注水前缘突破时间：t3051.934157.7（d）,第二节 影响原油采收率的因素,不同所致。实践证明，渗透率级差增大，常常导致注入水的单层突进，造成水淹厚度小，注水波及效率低。由油层在平面上存在的渗透率的各向异性所导致的注水波及体积偏小状况，可以通过优化注水井网加以调整。,油层沉积韵律的影响。在岩体或岩层内部，其组成成分、粒级结构及颜色等在垂向上有规律的重复变化，这种现象称为韵律。其中岩石颗粒自下而上由粗变细的演变序列为正韵律；岩石颗粒自下而上由细变粗的演变序列为反韵律；岩
16、石颗粒自下而上由粗变细再变粗，或由细变粗再变细的演变序列为复合韵律。沉积韵律可反映出储层岩性、岩相的变化，也可反映出储层储油特性的差异。沉积韵律不同会使注水波及体积与驱油效率差异甚大。 反韵律油层的岩性特点是由下而上渗透率由小变大，这种韵律油层一般具有含水率上升慢，见水厚度大但无明显水洗层段，驱油效率低等特点。根据注水驱油数值模拟计算结果，反韵律油层的水驱效率随注水量的增大而缓慢上升（表6-2）。,表6-2 反韵律油层含水率上升速度,正韵律油层的岩性特点与反韵律油层相反，即下部为砾状砂岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩，上部为中砂岩、细砂岩或少量粉砂岩，由下而上渗透率由大变小。这种韵律的油层通常具有平面水淹面积大，油井产出液含水率上升快，在中、低含水期采出程
