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1、大庆石油学院学报第 23 卷 第 2 期 1999 年 6 月 JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTEVol. 23 No. 2 Jun. 1999大庆东部高含蜡 、 含胶质石油 在低渗介质内的流动特征贾振岐1) 范士娟1) 范学军2) 龙黔胜3)1) 大庆石油学院石油工程系, 安达, 1514002) 大庆石油管理局试采公司, 大庆, 1634123) 大庆石油管理局第四采油厂, 大庆, 163511摘 要 研究了低渗透油藏注水开发过程中流度随压力梯度的变化关系. 分析了低渗透油藏内的胶凝结构, 高分子石蜡、胶质和沥青质的特点及其对石油结构力学性质的影响.
2、 结果表明: 注水开发非均质低渗透油藏时, 油藏系统与外界进行着物质、能量和信息的交换. 油藏内胶凝结构的形成、破坏和移动等均使得介质的稳固性和流体的均衡性起变化, 在一定条件下, 油藏内流度随时空在变化, 因而渗流场产生突变.主题词 大庆油田; 高含蜡; 高胶质; 胶凝结构; 渗流场分类号 TE 31第一作者简介 贾振岐, 男, 1944 年生. 教授. 博士生导师. 1969 年毕业于东北石油学院采油专业. 现从事油气田开发方面的研究.0 引言大量的实验研究结果已经表明 ,岩石的渗透率对石油呈现结构力学性质的特征影响很大 . 因此 ,在异常石油渗流的条件下 ,在多孔介质中发生的所有变化 ,
3、 不能始终仅仅用粘度的变化来解释 1,2. 研究石油 流度随压力梯度的变化, 并在解决渗流问题时利用这些规律则是更加正确的方法.1 流度随压力梯度的变化采用朝阳沟油田原油样品进行了流度与压力梯度关系试验, 并绘制了关系曲线, 见图 1,2. 由图中可以看出:图 1 渗流速度与压力梯度关系曲线图 2 流度与压力梯度关系曲线 ( 1) 在小压力梯度下,流体就发生渗流 ,为非线性流动 ,但其渗流速度要比在达西定律条件下的渗流速 度小得多 ,其渗流速度约为 1. 4 10-8cm s.91国家“九五”科技攻关项目( 低渗透 2- 2-1)收稿日期: 1999-03-01 审稿人: 宋考平( 2) 压力
4、梯度在一定的变化范围内,石油的渗流是在流度非常缓慢增加条件下进行 ,见图 1. 流度变化是决定石油结构力学性质的主要因素. 在实际计算中 ,该流度值可认为是常数. 显然, 由于石油具有胶凝结构 ,在很小的压力梯度下,可以蠕动是依靠最高粘度 ,相当于实际结构未破坏的石油粘度作用下完成.( 3) 过渡到达西线性流定律的压力梯度被定义为结构极限破坏的压力梯度, 见图 1 中的 Hm. 随着压力梯度的增加, 石油结构极限被破坏,流度增大,使得渗流速度与压力梯度呈现线性关系. 因此, 在渗流速度曲线上总能够找到一个相对应于结构完全破坏的压力梯度点 .( 4) 当压力梯度大于 Hm时,渗流服从达西定律,并
5、在石油流度不变的条件下进行. 在超过结构极限破坏压力梯度时, 渗流速度的绝对值可根据达西定律确定 .2 低渗透油藏原油的胶凝结构分析高含蜡、 含胶质地层原油具有非牛顿性, 粘度主要随压力、 温度而变化 . 石油属于胶体体系, 固体组分构成这个体系的分散相, 而分散介质是液态烃和溶于其中的天然气. 当石油中固体分散相的浓度很大时 ,石油具有明显的胶体溶液性质 ,这种石油呈现异常粘度 ,随着流动速度的改变, 粘度的变化范围很大.2. 1 高分子石蜡石蜡能溶解在液态氢化物中, 当温度降低时, 石蜡在轻质烷烃中的溶解度急剧下降 . 石蜡的化学性质 很不活泼. 高分子量石蜡聚合的不稳定性取决于其分子具有
6、链式锯齿形式的特殊结构, 若碳氢化合物分子中相邻碳原子间的距离和键角保持不变,这种状态下的势能最小 . 石油中的碳氢化合物分子处于热运动中. 由于分子链节的热运动形成了所谓转动的同分异构物. 由于大分子中链节多和它们相对于其它键的旋转运动 ,转动的同分异构物可能类似于一团乱线 . 分子的热运动取决于转动同分异构物的生成 . 当温度降低时,形成蜡的结晶要先于它的分子伸长. 这种情况就造成了分子之间相互作用的加剧, 分子的排列变得更加整齐 ,其体系的能量相应也最小, 并出现由若干个分子组成的很长的大分子, 它们之间依靠“范德华”力联系. 在液态系统中出现相互作用的长分子 ,同时又形成空间结构 .
7、热运动能破坏空间结构, 但它又可立即恢复 ,降低温度其结构将变得更加稳定 . 在热运动下,分散相质点遭到破坏或触变性恢复的结构称为凝聚结构或触变可逆结构.由于转动同分异构物的“拆开” ,蜡分子长度的增加 ,它的排列更加整齐 ,当其尚为液态时 ,液态体系的体积应随之缩小 . 这个过程的继续发展,导致形成固相-蜡结晶. 2. 2 石油的胶质和沥青质石油中分离出来的胶质具有软膏状的稠度,暗棕色,密度约为 1 g cm3. 研究表明: 胶质分子是由凝聚的环状体系组成 ,该体系是由芳香族、 环烷族的有机物的环构成的. 凝聚的环状体系被脂肪族烃桥联系起来. 胶质的相对分子质量可达 1 200,胶质能很好溶
8、解于石蜡烃液体戊烷以上及环烷族、芳香族的烃中. 随着石蜡分子量的降低,其溶解胶质的能力也降低 . 石油中胶质质量分数可达30%. 大庆东部朝阳沟油田和榆树林油田的原油胶质质量分数为 13. 7% 20. 66%. 沥青质的化学组分接近于胶质 ,其区别是相对分子质量更高 . 许多研究者认为 ,沥青质是胶质浓集的产物. 石油的胶质和沥青质的X 射线结构分析认为 ,其分子内拥有一个覆盖另一个之上凝聚的芳香环, 环与环之间被饱和烃或环烷烃结构的小链联系起来 . 芳香环依靠极性力结合,在强极性分子溶液中 ,譬如在胶质中、 在芳香族烃中,它们可使沥青质的芳香凝聚环与胶质之间的吸引力增加 ,最后将其胶溶.
9、反之, 在弱极性的溶液中 ,譬如在石蜡族烃中, 沥青质将缔合. 缔合使极性芳香环的吸引力增加. 因此, 固体微粒的分散程度与周围介质的性质关系极大 .胶质和芳香族烃比石蜡族烃的极性强,易被组成沥青质微粒的分子团所吸附,围绕沥青质微粒形成一个溶剂化层 . 固体沥青质微粒组成一个胶粒核 ,吸附在表面中的中性的胶质使胶粒变得稳定 . 核是由相对分子质量最大和结构上最接近芳香族的物质构成的 ,周围分布着相对分子质量小的芳构化较差物质, 逐92大 庆 石 油 学 院 学 报 第 23卷 1999 年步向石油脂肪族成分过渡 . 胶粒和周围介质之间没有明显的界线 ,胶粒周围的溶剂化膜是稳定的基本因素,这点已
10、被沥青质在芳香族烃中自发的分散能力所证明. 胶粒的电荷不大 ,对稳定所起的作用不大 . 因此石油中的沥青质构成了所谓亲液胶体体系 . 在石蜡族烃中 , 在过剩条件下发生芳香烃组分表面鲜吸作用,使其稳定作用降低 ,并发生胶质沥青质的胶凝和沉淀. 实际油田的资料证实, 在石油中形成结构组分 ( 胶质和沥青质) 的含量沿地层走向是变化的 . 因此, 在油藏的不同地区, 石油的异常性质是非均质的.3 油藏渗流场描述在多孔介质中石油渗流异常问题的研究表明 ,在压力梯度较小时 ,石油渗流偏离达西定律 ,这是由于不仅在边界层内 ,而且在体积内部呈现结构力学性质引起的 . 注水开发低渗透油藏过程中 ,石蜡的结
11、晶 , 胶团的凝聚沉淀 ,石油的流度与地层中的压力梯度的大小有关. 因此,在地层内的压力梯度相当于动剪切压力梯度或者结构极限破坏的压力梯度的区域内 ,高含蜡含胶质石油的渗流是在粘度增大条件下发生.开发异常石油油藏的矿场资料证明 ,并非在所有情况下, 当压力梯度很小时石油就不流动 ,只不过这 种流动状态需要用特殊的模式来描述: 即注采井两端储层为人工裂缝导流, 中间为一致密的孔隙介质贯通. 据测算,油水井周围大部分压降、压升的半径约为 10 m ,而小部分压降( p ) 消耗在中间地带, 驱使非图 3 朝108-54井压力分布曲线牛顿地层油的流动, 见图 3.低渗透油藏注水开发 ,粘土矿物颗粒的
12、移动, 促进油层 内胶凝结构的形成 . 在一般情况下 , 岩样中的孔隙和孔隙通道的波动范围是很大的. 孔隙通道的尺寸越小, 液体与孔隙介质的相互作用就越大. 具有结构-机械性能的流体通过低渗透含泥质砂岩时, 流体与介质的作用使得内附壁 层流减小,增加其流动的难度 . 流动系数与压力的关系表示为K =( K0 0) e- ( pi-p)( 1)油藏内胶凝结构的形成、稳定、破坏及运移 , 促成介质 和流体的部分转换, 其结果造成动力学定律和初始条件的独立性被破坏, 介质的稳固性和流体的均衡性起变化. 异常石油的平面渗流, 在地层内可划分成不同的区域,区域的大小与石油的组分 、 形成结构的组份含量和
13、地层渗透率的大小有关. 石油呈现结构力学性质的 压力梯度与多孔介质的渗透率有关 ,在渗透率最大的岩石内 ,动剪切压力梯度最小. 当地层中有不同渗透率的夹层时,甚至在距油井相同距离的地方, 在低渗透率地层内的压力梯度可小于动剪切压力梯度, 而在高渗透地带,压力梯度可大于动剪切压力梯度 . 在这些夹层内石油的粘度相差数十倍或上百倍, 这种现象引起水沿高渗透夹层迅速突破 ,而在低渗透岩石内形成滞流区, 压力场存在着突变.4 结论( 1) 注水开发非均质低渗透油藏时,油藏系统与外界进行着物质 、 能量和信息的交换, 系统可吸收水 ,积聚能量 .( 2) 低渗透油藏内胶凝结构的形成、 破坏、移动等造成介
14、质的稳固性和流体的均衡性受到破坏,使之系 统的结构和功能变化 ,所以渗流场存在着突变 .参考文献1 戈尔布诺夫 A T. 异常油田开发. 北京: 石油工业出版社, 1987. 27 312 杰夫里卡莫夫 B B. 异常石油. 北京: 石油工业出版社, 1983. 893第 2期 贾振岐等: 大庆东部高含蜡、含胶质石油在低渗介质内的流动特征elCharacteristics of the Flow of Crude Oil with High Paraffin and Colloidal-matter Content in Low -permeabilityPorous Media In Eas
15、tern Daqing Jia Zhenqi( Dept of Petroleum Engineering , Daqing Petroleum Institute , Anda , Heilongjiang , China , 151400)Abstract This paper illustrates the relationship betweenmobility and pressure gradient in the course of water floodingof a low-permeability reservoir. The jelling structure in a
16、low- permeability reservoir , the characteristics of petroleum gel and petroleum paraffin and their influence on the mechanical properties of petroleum are analyzed. The result showsthat when a low-permeability reservoir is developed through water flooding, there is an exchange of material , energyand information between the reservoir system and the outside; the formation , damage and transfer of the jelling struc-ture in a re
