油田開發過程中油氣水的運移特征研究

肖乾 范鵬陽 薛榮鑫 龍錦宇

摘要：石油和天然氣作為一種流體是埋在地下的，它的形成和遷移過程涉及到其他流體的變化過程，也將不可避免地受到各種自然因素的影響，油氣水的遷移和每個階段都有其特殊性和獨特特點，所以加強對油氣田開發過程中油氣水的運移特征特殊性研究是石油和天然氣的勘探和開采過程中的前提和基礎。

關鍵詞：油田開發;油氣水;運移特征

油氣田在開采時包括兩個過程，首先是通過地層能量保持自噴的過程，即通常所說的一次采油，再次就是借助于注水保持地層能量使得生產井能夠繼續開采，即二次采油的過程。對于一次采油和注水開采過程中的油氣運移前人都做了大量的研究。文章對油氣田開發過程中油氣水的運移特征進行分析。

一、油田生產過程概述

油田生產過程中，通過油井將井下油層中的油流開采到地面上來，經過油氣水三相分離處理，獲得合格的產品外輸。油井產物是混合物，通過重力沉降分離方式，實現氣液的分離，然后將液體中的油和水進行分離。由于油和水形成穩定的乳化液，通過常規的重力沉降分離的方式，很難將其中的乳化水分離處理，因此，應用化學破乳脫水的方法，將原油乳化液的結構破壞，實現油和水的徹底分離，既分離出原油中的游離水，又分離出原油中的乳化水，促使外輸原油的含水率在0.5%以下，達到質量標準后，進行輸送，完成油田油氣集輸生產的任務。

油田產物處理后，分離出來的天然氣作為燃料處理，或者輸送給天然氣處理廠，經過進一步的處理，成為合格的商品天然氣外輸。分離處理的原油，作為油田的產能，為油田生產企業創造最佳的經濟效益。而分離處理的含油污水，經過處理后，作為油田注水的水源，達到水驅的開發效率。

二、注水過程中的水驅油機理

1水驅油微觀機理

單根圓形毛細管中的單向滲流：把巖石的孔隙空間簡化處理成由等直徑的平行毛細管束組成。泊稷葉提出了液體在毛細管中粘滯性滲流的泊稷葉定律，表明，單根圓形毛細管中單向液流的流速主要取決于孔道半徑、粘度和壓力梯度。在巖石孔隙中，在外加壓差的條件下，滲流主要發生在大孔道中，有一部分小孔道可能未參與流動。單根毛管孔道中的混合液流：單根毛管中混合液流規律首先是由賈敏在實驗室發現的。即若氣泡或油滴大于孔隙喉道，則在水驅動下，氣泡或油滴會發生變形產生毛細管附加壓力，從而阻止氣泡或油滴的流動。從流速的角度進行討論，認為油滴（或氣泡）半徑越接近與孔道半徑，混合物的流速下降幅度越大。Haines跳躍：在水驅油氣過程中，油水和氣水界面前進的速度是不均勻的，但界面突破喉道時將發生一次很快的界面跳躍，即Haines跳躍。它起因于不穩定的流體構型，這是一種在水驅油氣過程中很普遍的現象。繞流：在雙孔道孔隙模型中，在水驅油條件下，石油在不同大小的孔道中運移的特征與水驅速度有關，在速度較大時，大孔一側的油運移較快，因而被驅替，小孔一側的油形成殘余油。速度小時，小孔一側的油運移較快而被驅替，大孔一側形成殘余油。典型的繞流發生在水驅石油通過并聯孔道時，水先通過小孔道，在大孔道中形成殘余油，還指出，其它任何形式的繞流都遵循這一原理。

2前緣均勻推進時水驅油機制

用實驗和數學推導的方法研究發現，運用分流方程式的完整形式，與穩定狀態的油氣相對滲透率和毛細管壓力特征結合起來，就能使計算的和實際觀測的飽和度分布相一致。他們還發現，在驅替物（天然氣）飽和度較低時，這些較低的氣體飽和度以同一速度全部向下移動，結果使得在這一飽和度范圍內，油藏中的飽和度分布形態并不隨時間變化，他們將此飽和度分布定名為“穩定帶”。

3水驅油中的重力分異機制

實驗表明流動的水可以促進油水的重力分布。運移距離越長，這種分異越完全。由于水的密度較大，所以注入水將沿地層底部推進。韓大匡認為，當油、水密度恒定時，重力大小體現在油層厚度的大小上。重力有兩個作用，一是使水下沉，降低掃油厚度系數，二是提高油層水淹部分的驅油效率。

4滲透阻力垂向不均勻時的水驅油機制

應用物理和數值模擬方法，結合某凹陷83層（反韻律層）和34層（正韻律層）兩個典型礦場模式，較系統的研究了厚油層各種不同韻律組合、滲透率、潤濕性、油水粘度比、毛管力、重力和驅動力（開發整度）與水驅油機制的關系。驅動力：在親油正韻律層中，適當加大驅動力以克服重力和毛管力的不利影響是有效的;而對于弱親水反韻律層，應適當控制驅動力，但必須注意克服粘滯阻力，所以要適當處理。重力作用：重力作用是密度差引起的。反韻律油層注水初期頂部水線推進快，重力使水向下沉，擴大了水淹體積，提高了采收率。正韻律油層中加劇了水沿底部突進，但是由于水的沖刷和重力分離作用，底部水洗程度高。毛管力作用：當油水性質一定、滲透率分布不變時，毛管力的作用主要反映在潤濕性上。對于反韻律層，油層親水性越強采收率越高;而正韻律層，由于重力與毛管力反向相反，減弱了毛管力的作用，所以采收率增加的幅度比反韻律層時低。流動阻力：就是滲透率和流體粘度的作用。反韻律層內不同滲透率注水前緣速度比值和滲透率比值相近，而正韻律層推進速度比值大于滲透率比值。實驗也再次證明了，油水粘度比增加，采收率下降。

5滲透阻力平面不均勻時的水驅油

通過對玉門老君廟油田的開發動態資料的研究表明，河道砂巖體平面非均質性對驅油效率有較大的影響。根據水線突進方向的不同，分為兩種情況，第一種情況：水連續不斷地由高滲透率端向低滲透率端方向推進，含水飽和度發生較急劇的變化;第二種情況：由低滲透率端向高滲透率端方向推進。

結論

實際上，油藏是分布于含油氣盆地當中的，其壓力的變化往往要受盆地最大驅動力源區和輸導體系的影響，因此應以盆地為基本單元對油氣田開發過程中的壓力變化進行研究。再者，油氣在砂巖儲集層中的運移、聚集往往是同步進行的。在油氣的開發過程中也可能存在著油氣的再次聚集成藏，這對剩余油的分布研究有著重要的意義。因此，應加強開發過程中油氣聚集的研究。

參考文獻：

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中國石油長慶油田分公司第七采油廠