稠油熱水驅微觀驅油效果影響因素分析

張 民，王增林，楊 勇，孫業(yè)恒，邢曉璇

(中石化勝利油田有限公司，山東 東營 257000)

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稠油熱水驅微觀驅油效果影響因素分析

張 民，王增林，楊 勇，孫業(yè)恒，邢曉璇

(中石化勝利油田有限公司，山東 東營 257000)

微觀采收率是微觀模型中稠油熱水驅驅油效果的重要表征，其主要影響因素為微觀波及系數(shù)和微觀驅油效率。為了考察二者對微觀采收率的影響，創(chuàng)建了“解-合”法，并采用該方法分別對90℃條件下水濕和油濕模型中稠油熱水驅油效果進行定量評價。結果表明，盡管水濕模型驅油效率較油濕模型高，但微觀波及系數(shù)對微觀采收率的影響更大，油濕模型比水濕模型的微觀采收率高7.3個百分點。稠油熱水驅微觀驅油效果深化了對微觀驅油機理的認識，對稠油熱采驅油體系的評價篩選具有指導意義。

稠油；微觀驅油；影響因素；定量分析

引 言

由于稠油黏度高，密度大，滲流阻力大，且成分復雜[1-2]，因此，稠油開發(fā)提高采收率的理論也與常規(guī)原油不同。常規(guī)油藏開發(fā)理論認為，通過增大毛細管數(shù)可有效降低剩余油飽和度，提高驅油效率，從而提高采收率[3]。因此，為了提高常規(guī)油藏的開發(fā)效果，降低油水界面張力、增大毛細管數(shù)成為主要的攻關方向。國內外研究表明，近年來針對稠油開發(fā)，通過降低油水界面張力來提高驅油效率不是增加采收率的主要途徑，而驅油體系的乳化作用和潤濕性對波及系數(shù)的擴大作用促使采收率的提高逐漸受到重視[4-7]。更有學者指出，提高波及系數(shù)相對于降低界面張力對稠油油藏的高效開發(fā)更為重要[8-9]。

綜上所述，針對稠油油藏，有必要分別從波及系數(shù)和驅油效率方面研究其對驅油效果的影響。為此，首先假設微觀玻璃模型的孔隙網(wǎng)絡具有相同的刻蝕深度，創(chuàng)建了“解-合”法，即對顯微照片進行圖像拆解(Cutout Image)與拼合(Flattent Image)分析；其次，采用“解-合”法分別對90℃下水濕和油濕模型中稠油熱水驅油效果進行定量分析；最后，分析了微觀波及系數(shù)和微觀驅油效率對微觀采收率的影響，并得出相應的結論。

1 實驗

1.1 實驗材料及儀器

實驗用原油取自勝利孤島油田，黏度為12 950 mPa·s，實驗前脫水、過濾并除氣。驅替熱水為經(jīng)過過濾并除氣的地層水，礦化度為5 368.32 mg/L，采用染色劑染為粉紅色。刻蝕玻璃網(wǎng)絡模型4塊，尺寸為4 cm×4 cm，面孔率為35%±5%，其中2塊采用文獻[10]的方法處理為油濕。

可視化微觀物理模擬實驗裝置主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

1.2 實驗步驟

90℃水濕模型和油濕模型中稠油熱水驅實驗的具體步驟：①微觀模型抽真空飽和未經(jīng)染色的模擬地層水；②75℃下對微觀模型進行飽和稠油，造束縛水；③稠油飽和后，90℃進行稠油熱水驅實驗，驅替速度為0.000 1 mL/min；④采用萊卡顯微鏡和工業(yè)攝像頭對驅替過程進行觀察并顯微照相；⑤采用“解-合”法對稠油熱水驅驅油效果進行定量分析。

1.3 “解-合”法對微觀驅油效果的定量分析

1.3.1 稠油驅水完畢時顯微照片的拆解

90℃下水濕微觀模型飽和地層水，再進行稠油驅水造束縛水，之后對微觀模型進行顯微照相，采用萊卡顯微鏡自帶的圖像處理軟件LAS5.0根據(jù)不同顏色區(qū)域將該顯微照片(圖1a)拆解為飽和的稠油(黑色，圖1b)和巖石骨架(灰色重新渲染為黃色，圖1c)。采用LAS5.0分別測量整張顯微照片的面積、飽和稠油的面積和巖石骨架的面積。

圖1 飽和稠油微觀顯微照片的拆解

由圖1中各圖像的面積，可得面孔率及束縛水飽和度的計算公式。

束縛水飽和度：

(1)

面孔率：

(2)

式中：Swi為束縛水飽和度，%；?為微觀模型的面孔率，%；SⅠ為飽和稠油的微觀模型顯微照片的總表面積，cm2；SⅡ為飽和稠油的表面積，cm2；SⅢ為巖石骨架的表面積，cm2。

1.3.2 稠油熱水驅驅替平衡時顯微照片的拆解

90℃水濕模型中稠油熱水驅，驅替平衡時對微觀模型進行顯微照相，圖2a為水濕模型驅替平衡時的顯微照片。將該顯微照片拆解為：未波及區(qū)的連續(xù)稠油，染為黑色(圖2b)；波及區(qū)的驅替液(即熱水)，染為粉色(圖2c)；波及區(qū)殘余的分散稠油，染為綠色(圖2d)。顯微照片拆解完畢后采用圖像處理軟件測量各部分的面積。

圖2 驅替平衡時顯微照片拆解

由波及系數(shù)、驅油效率和采收率的概念[7]，可定義微觀模型中驅替平衡時，微觀波及系數(shù)、微觀驅油效率和微觀采收率的公式。

微觀采收率：

(3)

微觀驅油效率：

(4)

微觀波及系數(shù)：

(5)

式中：EV為微觀波及系數(shù)；ED為微觀驅油效率；ER為微觀采收率，%；SⅤ為未波及區(qū)的稠油面積，cm2；SⅥ為波及區(qū)驅替液的面積，cm2；SⅦ為波及區(qū)殘余稠油的面積，cm2。

2 實驗結果

2.1 水濕和油濕模型中驅替效果定性對比

水濕和油濕模型中稠油熱水驅平衡后，采用“解-合”法對驅油效果進行定性分析并對比，見圖3。圖3a、b為90℃條件下，水濕和油濕模型中稠油熱水驅驅替平衡后顯微照片，圖3c～h為水濕和油濕模型驅替平衡時顯微照片經(jīng)過拆解并重新染色后的圖片。圖3h左圖為波及區(qū)驅替液(包含油包水乳狀液)的圖像，右圖為油包水乳狀液的圖像。

由圖3a、b可知，油濕模型的微觀波及面積顯著高于水濕模型的微觀波及面積，在油濕模型中波及區(qū)域內自發(fā)形成了一些棕色的物質，經(jīng)過放大后，確認為油包水乳狀液，這與稠油自身含有的極性物質(膠質、瀝青質等)具有表面活性有關。由圖3c、d可知，水濕模型的未波及區(qū)主要位于模型入口端和出口端連線的兩側，面積較大；油濕模型的未波及區(qū)主要位于模型的4個邊界處，面積較小。由圖3e、f可知，水濕模型波及區(qū)殘余稠油主要呈條、塊狀和孤島狀分布，而油濕模型中波及區(qū)殘余稠油在入口端和出口端連線方向成條、塊狀和孤島狀分布，連線的兩翼主要呈網(wǎng)狀分布。由圖3g、h可知，油濕模型90℃稠油熱水驅的波及效果明顯好于水濕模型。

2.2 水濕和油濕模型中驅替效果定量對比

90℃條件下，水濕和油濕模型中稠油熱水驅驅油效果定量結果見表1、2。

表1 “解-合”法中拆解出的各個部分的面積

表2 “解-合”法進行驅油效果分析的物理參數(shù)

由表2可知，油濕模型中束縛水飽和度小于水濕模型的束縛飽和度。由于油濕模型中含有油包水(W/O)乳狀液，因此“解-合”法對油濕模型中微觀驅油效率的計算值會比實際值略微偏高。由表2可知，90℃下稠油熱水驅時，油濕模型中的微觀波及系數(shù)比水濕模型高0.156，而微觀驅油效率卻相對低0.044，最終的微觀采收率油濕模型比水濕模型高7.3個百分點。說明該條件下稠油熱水驅時，水濕利于提高驅油效率，油濕利于擴大波及效果。最終油濕模型的微觀采收率較高，說明微觀波及系數(shù)對微觀采收率的貢獻大于微觀驅油效率對微觀采收率的貢獻。

3 結 論

(1) 建立了“解-合”法，通過對自定義的微觀波及系數(shù)、微觀驅油效率和微觀采收率的定量計算，分別對水濕和油濕模型的微觀驅油效果進行了定量評價。

(2) “解-合”法對90℃水濕和油濕模型中稠油熱水驅微觀驅油效果進行了定性對比，油濕模型中能自發(fā)形成W/O乳狀液。

(3) “解-合”法對水濕和油濕模型微觀驅油效果定量分析表明，90℃下水濕利于提高驅油效率，油濕利于擴大波及效果，但微觀波及系數(shù)對微觀采收率的影響相對于微觀驅油效率對微觀采收率的影響更大一些，油濕模型比水濕模型的微觀采收率高。

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編輯 王 昱

20150205；改回日期：20150406

國家重大科技專項重點項目“整裝油田特高含水期提高水驅采收率技術”(2011ZX05011-002)

張民(1983-)，男，2007年畢業(yè)于中國石油大學(華東)石油工程專業(yè)，2013年畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣井工程專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)于勝利油田博士后流動站進行稠油熱化學驅油體系微觀驅油機理研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.022

TE311

A

1006-6535(2015)03-0089-04