配位數(shù)對剩余油分布及采收率的影響

朱維耀　張曉靜　韓宏彥　李兵兵　李建輝

摘要：通過自助設(shè)計(jì)研制的微觀可視化規(guī)則模型，利用微觀驅(qū)替裝置對水驅(qū)過程中剩余油形態(tài)及流動(dòng)特征進(jìn)行顯微觀察和分析，并應(yīng)用圖像處理技術(shù)定量考察水驅(qū)驅(qū)油效果，研究配位數(shù)對微觀剩余油分布規(guī)律和對采收率的影響規(guī)律，并用數(shù)值模擬方法進(jìn)行微觀剩余油規(guī)律數(shù)值模擬配位數(shù)為4的水驅(qū)剩余油分布。研究結(jié)果表明，剩余油分布形態(tài)為柱狀剩余油和膜狀剩余油兩種形態(tài)，配位數(shù)越大，驅(qū)替效果越好，剩余油所占孔隙比例越小，且數(shù)值模擬結(jié)果顯示剩余油分布與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

關(guān)鍵詞：配位數(shù)；規(guī)則模型；微觀可視化；剩余油分布

中圖分類號：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0064-04

低滲透儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道微細(xì)等特點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)際開發(fā)中面臨許多技術(shù)問題，因此急需加強(qiáng)基礎(chǔ)性的研究工作。影響油水在多孔介質(zhì)中分布及運(yùn)動(dòng)主要包括油水粘度比、多孔介質(zhì)的潤濕性及孔隙結(jié)構(gòu)三個(gè)影響因素，而低滲透儲層中的流體滲流能力和驅(qū)油效率主要取決于孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔隙結(jié)構(gòu)特征主要是指儲層巖石孔隙的大小、分布、連通性和幾何形狀等。

目前，實(shí)驗(yàn)研究方法主要包括毛管壓力曲線法、鑄體薄片分析、掃描電鏡、核磁共振技術(shù)四大技術(shù)。近幾年來，眾多學(xué)者運(yùn)用這幾種研究方法并加以改進(jìn)與結(jié)合，加深了對儲層孔隙結(jié)構(gòu)及儲層性質(zhì)的認(rèn)識。而這四種研究方法對孔隙結(jié)構(gòu)研究過程存在共同的問題，單獨(dú)就某一孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔喉半徑、配位數(shù)、孔喉比）研究其對驅(qū)油效果影響時(shí)，均不能排除其他參數(shù)的影響。

為解決此問題，本文設(shè)計(jì)了一種微觀可視化規(guī)則模型，固定孔喉半徑與孔喉比，通過微觀可視化滲流模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)配套設(shè)備與圖像采集系統(tǒng)，對水驅(qū)油過程中剩余油在多孔介質(zhì)中的形態(tài)和變化進(jìn)行跟蹤觀察，提示了不同配位數(shù)下的剩余油分布規(guī)律與對采收率的影響，并將模型剩余油分布與數(shù)值仿真模擬進(jìn)行比對驗(yàn)證。

1 微觀可視化規(guī)則模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置

實(shí)驗(yàn)所用水為去離子水，用粘度計(jì)（DV-II+Pro）在15℃下測其粘度為1.141mPa·s，實(shí)驗(yàn)所用模擬油由脫水脫氣原油添加適當(dāng)比例煤油配制而成，用粘度計(jì)（DV-II+Pro）在15℃下測其粘度為10.005mPa·s；實(shí)驗(yàn)所用模型為樹脂玻璃粘接模型

實(shí)驗(yàn)裝置為可視化高溫高壓微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置，主要由微量注入泵、模型夾持器，驅(qū)替系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)等組成（如圖1所示），該裝置可利用數(shù)值模型進(jìn)行各種微觀實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)將微觀可視化規(guī)則模型用夾持器固定，利用圖像采集系統(tǒng)對驅(qū)油過程進(jìn)行觀察和記錄。

1.2 微觀可視化規(guī)則模型

實(shí)驗(yàn)所用模型是一種透明的二維平面樹脂玻璃模型。自主設(shè)計(jì)孔喉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)微米級喉道尺寸為40μm，配位數(shù)分別為2、3、4，孔喉比為2：1。孔喉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖通過圖形發(fā)生器、步進(jìn)精縮機(jī)和翻版機(jī)精密地光刻到平面光學(xué)玻璃上，再進(jìn)一步對涂有感光材料的光學(xué)玻璃版進(jìn)行曝光處理，用氫氟酸處理完畢，通過二次翻模技術(shù)制作出可視化規(guī)則物理模型，模型尺寸為40mm×40mm，孔隙體積約為20μL，喉道截面為橢圓形，具有可視性特征。在模型兩側(cè)中間位置分別打一小孔，將兩中空針頭粘貼在模型的流體流入口和流出口，模擬低滲透油藏的注入井和采出井（如圖2所示）。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟及方法

本實(shí)驗(yàn)中的主要操作步驟概括如下：

（1測可視化規(guī)則物理模型抽真空后進(jìn)行飽和水處理；

（2）對可視化規(guī)則物理模型進(jìn)行飽和模擬油處理：

（3）對可視化規(guī)則模型以0.01mL/min驅(qū)替速度的進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，用高倍顯微鏡觀察驅(qū)替現(xiàn)象及流體的流動(dòng)狀況，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)驗(yàn)過程圖像進(jìn)行典型圖像定格，觀察驅(qū)油動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)采出井所出液體含水率為98%時(shí)，驅(qū)替結(jié)束；

（4）利用計(jì)算機(jī)對錄取的圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，根據(jù)像素灰度值對圖像進(jìn)行分割，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)滲流參數(shù)的計(jì)算。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 微觀可視化模型剩余油分布特征

驅(qū)替過程中油水流動(dòng)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)特征：（1）水驅(qū)油過程中油水流動(dòng)呈現(xiàn)連續(xù)性；（2）水驅(qū)油過程中油水流動(dòng)表現(xiàn)出指進(jìn)現(xiàn)象；（3）水驅(qū)油過程中油水間存在界面張力；（4）水驅(qū)油過程中剩余油分布形態(tài)主要為膜狀剩余油和柱狀剩余油兩種形態(tài)。

圖3所示為微觀可視化模型4、3、2三個(gè)配位數(shù)區(qū)域水驅(qū)前后剩余油分布情況。由圖3可以看出，模型中大量剩余油存在于喉道中，且與主流線方向不一致（垂直或傾斜）的喉道中的剩余油所占比例居多。由于模型為親油型，所以模型孔隙壁面分布有大量膜狀剩余油。水驅(qū)油過程中受“指進(jìn)”現(xiàn)象的影響，一部分喉道未被波及到，導(dǎo)致整塊的油未被驅(qū)出，形成柱狀剩余油。

配位數(shù)為4的區(qū)域在微觀模型的主通道區(qū)，與主流線平行的喉道中的油較容易被驅(qū)出，因此膜狀剩余油分布較多，而垂直方向喉道中的油所受壓差很小，僅有少量被驅(qū)替，形成柱狀剩余油。

配位數(shù)為3的區(qū)域在微觀模型的上邊界區(qū)，孔隙中的油不容易被驅(qū)替，同時(shí)主通道中的油較快被驅(qū)替造成進(jìn)出口水的連通，受“指進(jìn)”現(xiàn)象的影響，該區(qū)域喉道中分布有膜狀剩余油和柱狀剩余油，其中柱狀剩余油占多數(shù)。

配位數(shù)為2的區(qū)域分布在微觀模型的主通道區(qū)和下邊界區(qū)，孔隙結(jié)構(gòu)簡單，可看做進(jìn)出口之間單一的通道，水驅(qū)油壓差較大，所以驅(qū)替較好。由于部分通道中的油較早被驅(qū)替完，只在通道壁面上分布少量膜狀剩余油，但同時(shí)造成“指進(jìn)”現(xiàn)象，使其它通道壓差變小，導(dǎo)致通道內(nèi)部分油未被驅(qū)替出，形成柱狀剩余油。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖像靜態(tài)資料測得的數(shù)據(jù)，根據(jù)驅(qū)替效率的定義可得到微觀可視化規(guī)則模型的驅(qū)替效率，其表達(dá)式為

（1）膜狀剩余油所占比例表達(dá)式為：

（2）柱狀剩余油所占比例表達(dá)式為：

（3）式中：Q-驅(qū)油效率，%；

A-原始含油面積百分?jǐn)?shù)；

A_s-殘余油含油面積百分?jǐn)?shù)；

D_m-膜狀殘余油含油面積百分?jǐn)?shù)；

D_Z-柱狀殘余油含油面積百分?jǐn)?shù)。孔隙之間的連接，使得網(wǎng)絡(luò)模型的平均配位數(shù)分別為3和4，分別進(jìn)行水驅(qū)模擬，研究得出平均配位數(shù)越大，孔隙間的連通性越好，剩余油孔隙比例減小，累產(chǎn)油增多，且采出程度相應(yīng)程度的提高。

為避免邊界區(qū)對驅(qū)油過程的影響，選取主通道去配位數(shù)為4的區(qū)域做數(shù)值仿真模擬，將該區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，從流體入口到出口分成四等分并依次編號為1，2，3，4。由圖4-圖7可知，實(shí)驗(yàn)與理論基本一致。

應(yīng)用上述三式計(jì)算出各個(gè)配位數(shù)下的驅(qū)油效率（見表1），配位數(shù)為4的區(qū)域驅(qū)替效率最高，配位數(shù)為2的區(qū)域其次，配位數(shù)為3的區(qū)域驅(qū)替效率最低。

說明隨著配位數(shù)的增大，模型孔隙連通性增加，參與滲流的喉道數(shù)目隨之增加，利于形成油流，可視為提高了油相滲透率，流體被捕集的機(jī)會(huì)減少，使形成剩余油的概率下降，所以配位數(shù)為4的區(qū)域剩余油較小，水驅(qū)采收率提高。

2.2 剩余油分布與數(shù)值仿真模擬比對

鄧慶軍通過數(shù)值模擬的方法研究配位數(shù)對剩余油分布、累計(jì)產(chǎn)油量、含水率和采出程度的影響，研究考慮平均配位數(shù)的影響，關(guān)閉部分喉道與

3 結(jié)論

（1）本文利用自助設(shè)計(jì)的可視化微觀滲流模型進(jìn)行微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究水驅(qū)油后剩余油分布形態(tài)。剩余油形態(tài)是柱狀剩余油和膜狀剩余油。柱狀剩余油所占比例依次為配位數(shù)為2的區(qū)域一配位數(shù)為3的區(qū)域>配位數(shù)為4的區(qū)域；膜狀剩余油所占比例一次為配位數(shù)為3的區(qū)域>配位數(shù)為2的區(qū)域>配位數(shù)為3的區(qū)域。

（2）水驅(qū)替效率依次為配位數(shù)為4的區(qū)域>配位數(shù)為2的區(qū)域>配位數(shù)為3的區(qū)域，表明配位越大，驅(qū)替效果越好，配位數(shù)為3的驅(qū)替效果最差。