高含水開發期水驅油規律之探討

摘要：長期水驅開發油田進入高含水期后，地層中油水分布狀態與開發早期和中期差異較大，此時地層孔隙中油呈現分散相，水呈現連續相，由于賈敏效應的存在，造成水驅規律的改變。針對這種狀況，本項目在廣泛調研國內外水驅油研究進展的基礎上，設計不同驅替倍數和驅替壓力梯度下的巖心水驅油方案，并確定水驅油方案，同時測取高含水期水驅油數據。利用取得的實驗數據，分析水驅不同含水階段的相對滲透率特征，重點研究高含水階段的油水相對滲透率變化規律，研究不同驅替參數下油水相對滲透率的變化規律，尋找適宜的表征方法。比較驅替壓力梯度對水驅油效果的影響，研究高含水開發期不同驅替壓力梯度下的相對滲透率變化規律，揭示油水微觀分布特征對相對滲透率的影響。

關鍵詞：高含水期；驅替倍數；驅替壓力梯度；水驅規律

中圖分類號：TE341 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2014）08-0027-02

高含水期油田的高效開發是很多老油田面臨的挑戰。國內外對高含水期油田開發方面的研究具有以下特點：（1）目前對高含水期油田開采規律的研究很少，一方面因為有些油田還沒有進入這個階段，另一方面因為對高含水期的開發規律難以把握。（2）目前開發效果評價的一些指標不適應高含水開發階段。涉及開發評價方法的文獻較多，但評價指標不統一，而且某些指標之間存在等價關系，因果關系等。對進入高含水期油田開發效果的評價還沒有提出系統的評價指標和評價標準，需要研究多指標定量評價方法。（3）對有些油田開發指標的評價還處于定性階段，未實現定量化。因此，隨著越來越多的油田進入高含水期，對高含水期油田水驅規律特征的研究就顯得越來越重要。

一、理論基礎

傳統水驅特征曲線推導的理論基礎是中含水階段油水相對滲透率比（Kro/Krw）與含水飽和度（Sw）成半對數直線關系。即有如下公式：

而在高含水階段，一般地層含水率大于50%時Kro/Krw與Sw在半對數坐標中明顯偏離直線關系，水驅特性曲線普遍存在上翹的現象。

長期水驅開發油田進入高含水期后，地層中油水分布狀態與開發早期和中期差異較大；由于賈敏效應的存在，水驅特征曲線在后期不再呈現原有直線特征。

二、實驗基礎

整裝油藏高含水開發階段需要改善波及系數和洗油效率。在常規水驅條件下，提高采收率的努力方向應該是：調整層系組合；深化井網部署；優化驅替倍數和驅替壓力梯度，達到提高波及系數和驅油效率的目的。根據以上方針，本實驗主要對注入倍數和驅替壓力梯度對驅油效率的影響進行研究。依據實驗目的，實驗設計如下：

分析勝坨油田二區取心井粒度組成，制備了5組25塊巖心，利用勝坨油田二區油水樣品，進行了5組變驅替壓力梯度下的驅替試驗。首先分析了勝坨油田二區取心井粒度構成，用不同粒度相應比例的石英砂制備巖心，先注入水使巖心飽和水，再注入油使巖心飽和油，模擬地層條件。最后以確定的注入液體流量注入巖心，模擬地層水驅油過程，測量一下基本參數。

表1 實驗測得參數列表

項目注入液體流量驅替倍數注入液體體積出油體積出水體積

符號QPVVVoVw

單位ml/min無量綱參數mlmlml

實驗數據得出的結果：巖心水驅油實驗可以模擬地層水驅油的狀態，由此可確立巖心水驅油的實驗目的，以及分析各個參數之間的關系，找出影響驅油效率的因素。

（1）通過實驗數據檢驗實驗過程中所求得的滲透率比（Kro/Krw）與含水飽和度（Sw）之間是否滿足半對數關系，是否在含水飽和度大于某一個臨界值得時候與Sw之間不再有線性關系，而是與原直線出現分離情況。

（2）通過實驗得出的數據，制作驅替倍數Pv，驅替液體流量Q（由達西定律可得驅替壓力梯度與驅替液體流量有正比關系，故驅替液體流量可反映驅替壓力梯度），以及驅油效率之間的關系，并分析影響驅油效率的參數。

1.油水滲透率比與含水飽和度之間的關系

實驗公式的推導：

；

根據達西定律可求得

；

最后可求得Sw與關系如下：

以上推導公式可以得出5組Sw與關系曲線圖。由圖分析可

得在一般含水期含水飽和度Sw與在Sw=0.44以前有線性關系，在Sw>0.44后曲線呈現偏離，符合實驗預期結果。

通過對其他4塊巖心的數據分析也能得到類似的半對數曲線關系。

2.分析注入倍數Pv以及驅替壓力梯度對驅油效率的影響

由實驗所取得的數據可以觀察研究此性質。現以4號巖心所取得的數據進行分析：

I.做出Pv數與驅油效率關系圖可得如下：

II.由圖像及其數據觀察可以得出以下現象：

（1）驅替倍數0-2.43時，驅替速度為0.1ml/min，此時驅油效率從0到0.54并且維持在0.54很久不變；

（2）驅替倍數2.43-5.52時，驅替速度為0.2ml/min，此時驅油效率從0.54到0.68并且維持在0.68很久不變；

（3）驅替倍數5.52-7.19時，驅替速度為0.3ml/min，此時驅油效率從0.68到0.70并且維持在0.70很久不變；

（4）驅替倍數5.52-7.19時，驅替速度為0.4ml/min，此時驅油效率從0.70到0.74 并且維持在0.74很久不變；

（5）驅替倍數5.52-7.19時，驅替速度為0.5ml/min，此時驅油效率從0.74到0.76 并且維持在0.76很久不變；

通過對其他4組巖心的數據圖像分析，也取得了類似于第四塊巖心的規律。

III.對實驗取得的結果進行分析：

由實驗數據可以大體的推測出驅替倍數和驅替壓力梯度對驅油效率的影響如下：

①在一定的驅替壓力梯度下，在實驗中體現的是一定的驅替速度下，驅油效率受驅替倍數的影響，且二者之間的關系式，驅替倍數越大，驅油效率越高，當達到某一個臨界值的，其驅油效率將基本不會變化，除非改變驅替壓力梯度。

②隨著驅替倍數的增加驅油效率會不斷增加，增加驅替壓力梯度，會使驅油效率明顯增高。

就像木桶效應一樣，木桶里充滿了油，增加Pv數木桶里的油會逐漸變多，當達到某一臨界值的時候油的量就不會增加，除非把木桶的最短一邊加長，這樣木桶中的油又會增加，而驅替壓力梯度就像是木桶的最短邊。

IV.對實驗結果進行微觀解釋：

水驅前期，地層中的油是連續相，水是分散相，水驅油，這時隨著Pv數的增加，驅油效率提高，當水驅一定程度后，油成為分散相，水成為連續相。此時，當油滴通過喉道時，由于賈敏效應的存在，油不易通過喉道。

有三個喉道，喉道半徑分別為r1、r2、r3。三者的關系為r3>r2>r1。

可得P1>P2>P3

即當驅替壓力為P3時，油能從r3通過，不能從r2，r1通過，隨著Pv數的增加將會有更多的油滴通過r3被驅替出來，然而處于r2和r1的油卻不能通過，之后無論Pv數多大都不會有油再被驅替出來。因此只能增加驅替壓力到P2，此時r2處的油能被驅替出來而處于r1處的油不能被驅替出來，同理適用于驅替壓力為P1的情況。

三、結論

油水驅替實驗確定了驅替壓力梯度以及驅替倍數對于驅油效率的影響，分析了水驅油到高含水期后Pv數與驅油效率之間的關系，為以后油田原油開采后期地層含水率增高如何提高出油率提供了依據，并為油藏開采后期的經濟計算提供依據。

參考文獻：

[1]宋兆杰，李治平，賴楓鵬，劉剛，甘火華。 2013.02.09 高含水期油田水驅特征曲線關系式的理論推導。

[2]李愛芬，油層物理學2011年10月第三版。

[3]趙福麟，化學原理2006年12月第一版。

指導老師：谷建偉，中國石油大學（華東）石油工程學院教授，碩士生導師。

項目組成員：賈佳寧、呂曉聰、劉曉強、張習斌。