提高采收率1水驱油

第一章 水驱油机理
Mechanism of Waterflooding
目的：
• 了解水驱剩余油、残余油的形成机理。分析 水驱油采收率低的主要原因。 • 探讨提高水驱油采收率的主要途径。
被波及区内留下残余油。
（1）垂向和平面波及效率 水 油
K高 K中 K低
低。 （2）波及区域的驱油效率 ED低。 ——水驱油采收率低。
残余油的类型
• 孤岛状 • 珠状（滴状） • 索状 • 环状油膜 • 簇状油块 请参阅Reference: 郭 尚平院士著，《物理化 学渗流微观机理》， 科 学出版社，1990
3.排驱残余油滴的条件
水驱油的压力梯度>附加毛管阻力梯度。并 且油滴越长，附加毛管阻力梯度越小，在一定 水驱油动力条件下，该油滴越容易被排驱。
§2 微观水驱油机理及驱油效率
Microscopic Displacement of Fluids in a Reservoir
一.驱油效率ED （Displacement Efficiency）
在水波及区内长期注水，最终可形成不流动的小油 滴，这些油滴成为二次残余油。可见，在宏观水波及到 的油层范围内，微观上仍然存在未能洗涤的残余油。 ED：表示注入工作液在波及区内清洗原油的程度。
四.提高水驱油采收率的途径
从Nvc着手，可增ห้องสมุดไป่ตู้µ，V，或降低σ，达到增大Nvc和 降低Sor的目的。
1.增加渗流速度V： 受到地面设施的限制，V不可能无限制的提高。 2.增大µ： 聚合物驱，一般可增加几倍至几十倍，第二章讲述。
3.降低σ
表面活性剂驱，可降低至10-3mN/m数量级。第三 章讲述。 混相气驱，通过混相消除界面和界面张力。第四 章讲述。 4.降低µo 热力采油，相当于增加µw，第五章讲述。
D.正韵律油层
K1<K2<K3<K4 水 水 水 水 油 油 K1 K2 K3 K4
底部水层，渗透率高，水流动快 顶部油层，渗透率低，油流动慢
垂向波及小
E.反韵律油层
K1>K2>K3>K4 水 油 水 油 K1 K2 K3 K4
底部水层，渗透率低，水流动慢 顶部油层，渗透率高，油流动快
垂向波及大
§3 水驱油采收率及提高采收率途径
一.水驱油采收率
水驱油采收率=达到经济极限时的采出油量÷地质 储量，它由下式确定：
η = Es ⋅ E D
Es：波及效率（Sweep Efficiency） ED：驱油效率（Displacement Efficiency） ——水驱油采收率一般在30%—50%OOIP。
本章小结
•毛管力（Capillary Forces)：阻力 •粘滞力（Viscous Forces)：动力 •相捕集（Phase Trapping)：动力与阻力抗衡的结果。 •被捕集相流动（Mobilization of Trapped Phases ) — Alternation of Viscous/Capillary Force Ratio 即 ：提高毛管数，并保持稳定。 •被捕集相形成富油带：（Formation of an Oil Bank)
二.毛管数（Capillary Number）
µ：排驱液粘度， V：渗流速度， σ：油水界面张力。 Nvc Nvc意义：表示在一定润湿性和渗透率的孔隙介质中， 两相流动时，排驱油滴的粘滞力（动力 µ V）与毛管力 （阻力 σ ）之比。 Nvc是无因次数，当Nvc达到一定值时，油滴便能 流动。
三.减饱和度曲线(Desaturation Curves)
( PA − PB + Pc )r v= 8[µ w x + µ o ( L − x)]
2
( PA − PB + Pc1 )r1 v1 = 8[µ w x + µ o ( L − x)]
2
( PA − PB + Pc 2 )r2 v2 = 8[µ w x + µ o ( L − x)]
2
v>0，水驱油 v=0，界面不动 v<0，油驱水
（2） 舌进的流动特征
A.高低渗透层的速度差与它们的渗透率差 成正比。 B.随着水驱的不断进行，高渗透层的油被 排驱，层内阻力减小，而低渗透层阻力变化 不大，高、低渗透层阻力差不断增大，水更 多地沿着阻力更小的Kh流动，Es下降。 ——当渗透率级差大于3-5时，应作调剖堵水处理。
（3）舌进分析
a. 舌进的起因：层间非均质性和较大的油水 粘度差。 b. 舌进的后果：使舌进前缘提前突破，降低 垂向波及系数。 c. 舌进区内存在粘性指进。
普通水驱，毛管力起支配作用。 毛管力与粘滞力相抗衡 粘滞力起支配作用
Sor
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Nvc
一般水驱油的毛管数Nvc<10-6，普遍在10-7左右。
要使Sor显著降低，必须使Nvc增大102-104倍。 某毛管数下滞留下来的油滴，必须在更大的毛管数下才 能启动。
（1）几种舌进现象
A. 层间不可渗透
水 水 油
Kh Kl
注入水沿着高渗透层无效流动，低渗透层尚留 下大量残（剩）余油。
B.层间可渗透
Kh Kl Kh
Kl
发生层间窜流。
C.均质厚油层的重力舌进
气 油
重力超覆 (Gravity override)
油 水
重力俯冲 (Gravity underride)
渗流力学知识：
△ ——注水井 △ △ △ ——生产井
△
△
△
△
△
△
死油区 形成剩余油
波及区 存在残余油
裂缝性油藏注水开发的有效波及方法
△ △ △ △ △ △
裂缝发育油藏
有利，Es 高
不利，Es 低
油层波及效率低，是因为水驱过程中存在舌进 和粘性指进。
1.舌进（层间）
多层非均质油层中，油水前缘沿着高渗透层突 进的现象。
PA − PB = ( PA − Pw ) + ( Pw − Po ) + ( Po − PB )
根据毛管中的单相流公式，粘滞力:
8µLV ∆P = r2
毛管力： 因此:
Pc = Po − Pw
PA − PB 8 µ w xv 8 µ o ( L − x )v = − Pc + 2 2 r r 8[ µ w x + µ o ( L − x )] v = − Pc 2 r
未波及区域留下剩余油。
§1 宏观水驱油波及效率
从注入井到生产井的油层范围内，油区不能被注入 水完全波及到，水波及体积占该油层体积的百分比，称 为波及系数，即：
As hs ES = ⋅ = E A ⋅ Eh A h
Es表示注入的工作液在井网控制的油层区域内的 波及程度，包括面积波及系数和垂向波及系数。
（2） 当小毛管油水界面首先突破B点，此时在大 毛管中形成两个弯液面，油将以油滴形式存在。
水 PA 油 PB
问题：油滴运动时，毛管力是动力？还是阻力？
（3）残余油滴运动时，存在动力滞后现象，产生 附加毛管阻力
Pw1 前进角θ1 附加毛管阻力 Po ganglia Pw2 θ2后退角
Pw 1 − Pw 2 = ( Pw 1 − Po ) + ( Po − Pw 2 ) 2 σ cos ϑ 1 2 σ cos θ 2 = − + r r 2σ = (cos ϑ 2 − cos θ 1 ) r
同时实现水驱油的条件：
r1 < r 2 Pc 1 > Pc 2 − Pc 1 < − Pc 2 P A − P B > − Pc 2
v1>0， PA-PB> -Pc1 v2>0， PA-PB> -Pc2
2.油滴滞留情况
（1） 半径r和毛管力不同，V不同。
水 PA 水 油 r1 r2
油 P B
一般小毛管中速度快。大毛管中速度慢， 并留下残余油。
2.粘性指进(viscous fingering)
在排驱过程中，微观排驱前缘不规则地呈指状 穿入油区的现象。 主流线
Center-line path
原始油区 波及区 Breakthrough △
将指进现象简化为指进模型：
Vf µw，kw vD µo，ko
Vf：主前缘速度，VD：指进前缘速度
K w dPw K o dPo ⋅ =− ⋅ V f = Vw = Vo = − µ w dx µ o dx
二.波及区残余油形成机理及运移
孔隙介质有孔有喉，理论上建立毛细管模型
孔
喉
r
实际油层中多根毛管并联： •毛管半径不同，油水界面的推进速度不同。 •速度快的先被排驱，速度慢的留下残余油。
以亲水性并联毛管驱油分析为例：
1.并联毛管同时实现水驱油的条件
对于其中任一毛管：
PA 水 0 θ x Pw Po Pc 油 L PB
K w dPo VD = − ⋅ µ w dx
− K
w
（1）
（2）
µw VD = Ko Vf − µo
dP o Kw ⋅ dx µw = = M dP o Ko ⋅ dx µo
（3）
粘性指进分析：
（1）M>1，VD>Vf，指进发展 M=1，VD=Vf，指进稳定或无指进现象 M<1，VD<Vf，指进退化 （2）指进起因：层内微观非均质性（K差异）和较 大的油水粘度差。 （3）指进后果：使指进前缘提前突破，降低了平 面波及效率。