不同溶洞尺寸縫洞介質水驅油影響因素研究

孫 強中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院

不同溶洞尺寸縫洞介質水驅油影響因素研究

孫 強
中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院

孫強（1986-）男，助理工程師，2012 年碩士畢業于中國石油大學油氣田開發工程專業，現就職于中石化股份勝利油田分公司勘探開發研究院，主要從事油氣田開發試驗方面的研究。

縫洞型碳酸鹽巖油藏裂縫溶洞尺寸級別跨度范圍較大，在目前的實驗室條件下，可以通過簡化后的物理模型，來研究這類油藏水驅油過程中的油水流動情況。我們在參考實際儲層地質資料的情況下，利用制得的單裂縫單溶洞組合的有機玻璃模型，有計劃地開展縫洞介質內油水兩相流動實驗，研究其中的兩相流動規律，對影響兩相流動規律的幾個關鍵因素進行分析。

實驗方法與步驟

實驗模型

根據塔河油田奧陶系儲層的地質資料的統計情況，裂縫寬度的尺寸為毫米級，溶洞直徑的尺寸為米級，所以，溶洞與裂縫的尺度比為100～1000范圍內。設計有機玻璃模型的尺寸須盡可能地接近礦場實際。所設計的有機玻璃溶洞直徑單元模型的溶洞直徑為2～5cm，裂縫的張開度為192.75μm，及模型中溶洞與裂縫的尺度比為104～259之間，與礦場實際有一定的相似性

有機玻璃溶洞直徑單元模型模型參數表如表1所示，模型實物圖如圖1所示。模型中的溶洞是在兩塊有機玻璃板上鉆出的寬度為2cm，直徑為2cm～5cm的圓柱。

表1 溶洞直徑單元模型參數表

實驗材料

試驗中用到的材料有蒸餾水和模擬油（模擬油利用煤油和真空泵油按照不同比例制得）。為了在模型中便于觀察，在模擬油中加入油溶性的蘇丹紅染色劑。實驗中用到了四種模擬油，其主要物性參數如表2所示。

表2 模擬油參數表

實驗裝置

實驗裝置如圖2所示，平流泵為水驅油實驗提供動力，兩個中間容器中分別盛放著蒸餾水和模擬油，模型放在角度固定裝置上，可以按照實驗需求調整模型的裂縫傾角。計量設備由六通上接的壓力表和出口端的電子天平組成。壓力表可以精確到0.0005Mpa，電子天平可以精確到0.01g。分別用來計量模型兩端的壓力差和出口端的產液量。

實驗步驟

（1）按實驗裝置圖連接并調試好所有實驗裝置，打開恒溫箱，保持在25℃下恒溫至少5h；

（2）稱量得到模型干重Md。

（3）將縫洞模型倒掛在三腳架上，打開平流泵2，以小流速（一般0.5ml/min）將模型飽和實驗用油，注意在飽和油過程中將模型輕輕晃動以保證模型內的氣體被完全驅趕出來，飽和結束后稱量模型濕重Mo。

（4）關閉平流泵2，打開平流泵1，以實驗設定的流速開始向模型注入蒸餾水，觀察出口端，待不再產油時停泵。

（5）將模型取下，用濾紙擦去模型上管線接口處的液滴，將模型放在天平上稱量此時的模型濕重，記做Mi，計算模型的最終采收率。

（6）實驗結束，關閉并整理實驗設備。

圖1 有機玻璃溶洞直徑單元模型實物圖

圖2 實驗裝置圖

實驗數據處理

模型最終采收率的確定

上述實驗步驟（5）中測得的模型濕重Mi應由三部分組成：模型干重、模型中含水的重量和模型中含油的重量，即：

求解上式即得稱重法求采收率公式：

其中

式中：R —模型最終采收率，%；

Sw—模型平均含水飽和度，%；

Mi—任一油水注入比下穩定后的模型濕重，g；

Md—模型干重，g；

Mo—模型飽和實驗用油時的模型濕重，g；

ρw—測得的蒸餾水密度，g/cm3；

ρo—測得的模擬油密度，g/cm3；

VP—模型中裂縫和溶洞的總體積，cm3。

實驗結果分析

正交試驗表的最后一列為每組模型的實驗結果，對實驗結果進行比對，可以得到每個因素影響采收率的權重順序和最優的因素水平組合，對于每一類模型的每一種因素，分析該因素的不同水平對水驅油效果的影響。

利用上一章制作的有機玻璃裂縫密度單元模型DJ1、DJ2、DJ3和DJ4，按照上述實驗步驟進行水驅油實驗，實驗結果如表3所示。

表3 溶洞直徑單元正交實驗結果表

從表3中可以得出，表中各列所對應的級差R都不相同，表明各列所對應的因素其水平發生變化時，模型采收率的變化程度各不相同，級差R越大，表明該列所對應因素的水平變化對模型采收率的影響越大。

對于溶洞直徑單元實驗模型，由于RC＞RB＞RA＞RD，所以各因素對水驅油效果的影響權重次序是：油水黏度比對采收率的影響＞裂縫傾角對采收率的影響＞溶洞直徑對采收率的影響＞注入速度對采收率的影響。

由于實驗的指標是采收率，故優選各因素的最優因素水平組合時，選擇使采收率最大的因素水平組合，也就是選擇使各因素的采收率累加值Ki取最大值時所對應的水平。故對于溶洞直徑單元實驗模型，最優的因素水平組合

時C1B4A4D4，即當油水黏度比為1.2：1，裂縫傾角為90°，溶洞直徑為4cm，注入速度為10mlmin時，此類模型的采收率最大。

以各因素水平值作為橫坐標，以各因素的采收率平均值ki為縱坐標，作出采收率隨因素水平變化的趨勢圖。將各單因素的影響繪制如圖3所示。

圖3 溶洞直徑單元模型各因素對采收率的影響曲線

從圖3中可以看出，對于溶洞直徑單元模型，四個因素對采收率的影響基本呈線性，采收率隨著油水粘度比的減小而增大，隨著裂縫傾角的增加而增大，隨著溶洞直徑的增大而增大，隨著注入速度的增大而增大。其中，油水黏度比、裂縫傾角和溶洞直徑對采收率的影響較大，而注入速度對采收率的影響較小。分析原因如下：

（1）油水黏度比越大，兩相流動時，模型中的水相指進現象越嚴重，而且有機模型的潤濕性為弱親油，隨著油水黏度比的增大，模型中的油就越難被趨出，導致模型水驅的最終采收率較低。

（2）當模型裂縫傾角較小（裂縫傾角接近水平），受重力的影響，模型的溶洞內上部空間容易聚集少量的“閣樓油”，很難被驅出，使得水驅最終的采收率較低，裂縫傾角越大，這部分“閣樓油”的體積也越小，水驅最終的采收率就越高。

（3）考慮模型內的壓力變化情況，溶洞內可以看做為一個等勢體，故溶洞越大，水進入溶洞所需克服的附加阻力就越少，故溶洞中的油就越容易被驅替出來，使得模型的最終采收率也越低。

（4）注入速度越大，模型進出口之間的生產壓差就越大，裂縫內的壓力梯度也越大，滯留在模型內壁邊緣處的油滴越就容易被驅替出來，因此水驅油的最終采收率越高。