提高采收率原理第一章+注水驱油1

在某毛管数下滞留下来的油滴，需在更大毛管数下 才能起动。这一特点反映了油滴滞留和起动机理的差别： 前者是连续流动的油被水分隔成油滴，其毛管数应等于 当时流动条件下的粘滞力与界面张力的比值；而起动过 程却是将已停止流动的油滴推动．这需要克服附加毛管 阻力。油滴滞留和起动过程中．残余油饱和度与毛管数 的关系曲线如下：
Nvc = K •∆p / Lσ或 N = µV / σ
由此可知，影响孔隙介质中滞留油的力是 粘度和毛管力的复合函数，并且受诸如渗透率、 平均孔隙大小、孔隙大小分布、润湿性、饱和 度、流体分布及饱和过程等参数的影响。
由摩尔(Moore)和斯洛伯德(Slobed)定义的毛管 数则考虑了润湿性，毛管数从用下式表示：
一、天然能量驱油的采收率 对于依靠天然能量才有的一次采收率，其最 终大小主要决定于油藏本身客观地质条件。最常 见的驱动方式有水驱（底水或边水驱动）、气驱 （气顶驱）、弹性驱和溶解气驱。 计算任何一种驱动方式下的采收率，其通式 为： Np No − Nor （1） ER = =
No
No
式中 ER ——原油采收率； Np ——采出油量（地面体积）；
第一节 采收率的概念
一次采油：大约在40年代以前，依靠天然能量开 采原油的方法。天然能量驱动包括：天然水驱、 弹性能量驱、溶解气驱、气驱及重力驱等。 二次采油：二次采油是继一次采油之后，向地层 注入液体或气体补充能量采油的方法。在四十年 代得到广泛应用的二次采油方法是向油层内注水 或注气。用注水和注气的方法以弥补采油的亏空 体积，增补地层能量进行采油。 三次采油：其特点是针对二次采油未能采出的残 余油和剩余油，采用向地层注入其它工作剂或引 入其它能量的方法，称为三次采油法。
水驱采收率与油藏参数、渗透率、孔隙度、 厚度、原始含油水饱和度以及原油 粘度等有关。 注水采一、影响洗油效率的因素： 影响洗油效率的因素： 1、岩石孔隙结构的影响 岩石孔隙结构特征的非均质性，包括孔隙大小分布、 孔喉比、孔隙孔道的曲折程度和表面粗糙度等，这些主 要影响注入工作剂的微观洗油效率，其结果多是定性分 析。 2、岩石润湿性的影响 在亲油岩石中，流体性质和流体与岩石孔隙表面的 相互作用，如润湿性对水驱油效率影响很大。毛管力是 驱油阻力，所以水主要排驱大孔道中的油，小孔隙和孔 壁上留下残余油。岩石亲油性愈强，油与岩石之间附着 张力愈大，排除附着油滴愈困难。孔隙愈小，毛管阻力 愈大，残余油愈难排除，所以亲油岩层的驱油效率低。 相反亲水岩层中毛管力是水驱油的动力，油与岩石间的 附着张力小，油容易被水驱走，所以亲水岩层驱油效率 高。
对于亲油岩石，由于油对岩石的润湿能力大 于水，因此残余油会贴附在岩石颗粒表面，形成 油膜或悬垂环状，如图④所示。当油较粘稠，有 时在水湿孔隙中会形成簇状油块，如图⑤所示。 为了便于研究，分别就不同孔隙模型来进行 分析：1、单孔模型2.双孔隙模型3.急变模型4.多 孔隙体系
二、毛管数降饱和度曲线 粘滞力与毛管力的比称为毛管数NC，文献 中给出了多种表达式，最常用的定义为：
3由压汞和退汞的毛管压力曲线可求得 非湿相（油） 残余饱和度。通过压汞和退汞实验，可得到一次注入曲线 （I）和退出曲线（W）。由一次注入曲线（I）和退出曲 线（W），可求出非湿相（如油）的最大饱和度，以及退 汞时仍然未退出的非湿相残余饱和度，即被捕获而留在岩 心中的非湿相残余饱和度。若是亲水地层，则为残余油饱 和度。 4用微模型可见技术观测残余油的分布：近几年来， 微模型可见技术得到了很大的发展，除常规的、各种形状 网格模型外，目前国内已可用真实岩心的孔隙铸体薄片， 将其孔道复制在玻璃模型上，进行驱替实验。再经过一系 列的录像，电视显像技术，可观察到整个驱替过程的发展、 变化以及残余油的滞留和捕集方式，因此可以进一步研究 影响残余油的存在方式和数量的各种因素 。
布拉姆斯(Abrams)定义的毛管数称变 异毛管数，用下式表示，即：
Soi——注水前原始含油饱和度 注水前原始含油饱和度 Sor——注水后残余油饱和度。 注水后残余油饱和度。 注水后残余油饱和度
Abrams定义的毛管数是 用一有效流速(V/(Soi-Sor))代 替渗流速度。而且．它考虑 了水与油的粘度比对毛管数 的影响。
三、矿场测井法 这种测井—注入—再测井方法的基本原理是， 分别测出井底附近在水驱后的地层电阻率R1和纯 水时的地层电阻率R0，然后代入下述公式进行计 算，可求得残余油饱和度Sor，即：
R 1 1 = R0 (1− SOR )n
Sor——残余油饱和度； R1——水驱油后地层中有残余油和注入水时的电阻率； R0——100％地层水饱和下的地层电阻率； n——饱和度指数，与岩性有关，可由岩心分析实验 统计确定。
No ——原始地质储量（地面体积）。
Nor——地层剩余油量（地面体积）。
No = Ahφ(1− Swi ) / Boi
（2） （3）
Nor = Ahφ ⋅ Sor / Bo
A ——油藏有效面积； h ——油藏有效厚度； φ ——为油藏有效孔隙度； Swi和Sor——分别为束缚水和残余油饱和度； Boi和Bo——分别为地层油原始和枯竭时的体积系 数。
第三节 残余油饱和度的确定方法
一、在水淹区打检查井取心 在水淹区打检查井取心 在水淹区打检查井取心，是最常用的观察和 测定残余油饱和度的方法。通过岩心分析，可直 接获得岩心所代表的局部储油层的残余油饱和度 值。但在取心及其运送过程中，会发生一系列歪 曲地层含油饱和度值的现象。
二、室内各种模拟实验 室内各种模拟实验 1采用钻井所取的油层岩心，或相应露头岩心， 或人造岩心，按照地层中水驱油的实际物理过程， 根据相似模拟原理，进行驱替试验，可测定出驱 替结束后的残余油饱和度。 2采用地层真实岩心和模拟地层油、水，在地 层温度等条件下测定出油、水相对渗透率曲线， 由曲线上相对渗透率Kro＝0处，可求得残余油饱 和度。
对于提高原油采收率有重要启示： ①对亲水的岩心，残余的非润湿相油捕集在大 孔道之中，Soi越高，被迫进入到较小孔隙中的油 越多。这种现象将导致水驱后较高的残余油饱和度， 在小孔隙中捕集的油越多，就需要更大的毛管数使 残余油流动和采出。 ②实际油田中大多数的水驱是在低毛管数范围， 处于10-7～10-5，如果不改变注水的毛管数，则 残余油饱和度不会降低。 ③为了降低残余油饱和度，需要使水驱的Nvc 值再增高102～104个数量级。可通过增大地层的渗 透率和驱替压差或降低油水界面张力未实现，但实 际中，要增大压差和增大地层渗透率是十分困难的， 而且几乎是不可能的，而唯一可行的办法是降低注 入液和原油的界面张力。
Sor ER = 1− 1− Swi 1− Swi − Sor = 1− Swi
（5）
上式(4)、(5)即为计算一次采收率的通式。只 是在溶解气驱和水驱时，残余油饱和度的表达式 稍有不同。
二、注入工作剂驱油的采收率 实际油藏之依靠天然能量驱油的十分罕见， 而且采收率很低。普遍采用向油层注入工作剂的 办法来实现人工补充能量驱油。 注工作剂驱油时，油藏内原油采收率是面积 波及效率、接触系数和洗油效率的函数。 假如油藏体积为V=A.h ，其中注入工作剂 （如为水）所驱洗或影响到的体积为Vs＝As.hs， 则波及效率
1孤岛状；2珠状(或滴状)；3索状；4悬 垂环状；5簇状油块 对于亲水岩石，由于水能很好地润湿岩石， 所以靠近岩石表面一定是水，油只能存在于孔隙 中间，或为珠滴状被卡住，或呈绳索状为条带， 如图①②③所示。实验已经证明，孔隙的高孔喉 比造成了急变所形成的油珠，可以占据整个孔隙 体积，高孔喉比会导致较高的残余油饱和度
将(2)和(3)式代入(1)式，则原油采收率为：
No − Nor ER = No Ahφ(1− Swi ) / Boi − AhφSor / Bo = Ahφ(1− Swi ) / Boi Sor Boi = 1− 1− Swi Bo
（4）
由(4)式可知：只要测得原始束缚水饱和度及 原始原油体积系数，以及油藏枯竭时的残余油饱 和度及枯竭时地层压力下的原油体积系数就可由 上式计算出油藏的采收率。 若近似认为： oi ≈ Bo ≈1，则由(4)可得： B
4、毛管数的影响 在驱替过程中，水驱油效率受毛管力和粘滞 力相互作用的影响，由前面给出的毛管数NC＝ Vµ／σ的定义，可清楚地知道各物理量对驱油效 率的影响，并通过岩心排驱试验将各物理量与 驱油效率之间的关系可定量化。但毛管数未包 括所有驱油效率的因素，因而其它因素与驱油 效率之间的关系只能定性分析。
排驱效率：就是已被水从孔隙中排出的那部 分原油饱和度占原始含油饱和度的百分数，表示 为：
Sor Soi − Sor ED = = 1− Soi Soi
式中Soi ——原始含油饱和度； Sor——残余油饱和度。
通过上述的讨论，不难理解整个油藏的采收 率
As hsφ(Soi − Sor ) ER = AhφSoi As hs (Soi − Sor ) = Ah Soi = Ev ED
3、原油粘度的影响 原油的粘度一般都比水大，水驱油是低粘度 水排驱高粘度原油。在孔道中，随着油水界面 推进，阻力越来越小，流速越来越大。此现象 随油水粘度差增加而加剧。而且大毛管中粘滞 阻力比小毛管中小，因此粘度差加大了大小毛 管中的速度差，从而微观油水界面的推进距离 的差别变大，出现微观指进现象。于是油滴或 小油块被水绕流，从而降低驱油效率。
四、单井示踪剂测试方法 单井化学示踪剂法测残余油饱和度，是利用 同一口井注入和采出含有化学示踪剂液体的方法 来测定残余油饱和度。 单井化学示踪剂法测残余油饱和度的基本原 理是：示踪剂在油层的固定油相（即残余油相） 和流动水相之间能按所固有的关系进行分配，符 合色谱原理。
第四节 影响水驱原油采收率的因素
显然，整个油藏的采收率是体积波及系数与 洗油效率的乘积。波及系数Ev越大，洗油效率ED 越高，采收率也就越高。所以要提高原油采收率 就必须改善波及系数和微观洗油效率。
第二节 残余油饱和度