李金丹 (四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽(yáng) 618000)

劉浩瀚 (四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽(yáng) 618000;西南石油大學(xué)理學(xué)院,四川 成都 610500)

劉志斌 (西南石油大學(xué)研究生院,四川 成都 610500)

顏永勤 (西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,四川 成都 610500)

特高含水期油藏傾角及韻律性對(duì)油滴受力狀態(tài)影響研究

李金丹 (四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽(yáng) 618000)

劉浩瀚 (四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽(yáng) 618000;西南石油大學(xué)理學(xué)院,四川 成都 610500)

劉志斌 (西南石油大學(xué)研究生院,四川 成都 610500)

顏永勤 (西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,四川 成都 610500)

目前,中國(guó)大多數(shù)陸上油田都已經(jīng)進(jìn)入高含水甚至特高含水期,但采出程度偏低,剩余油飽和度仍普遍高于殘余油飽和度,且局部還存在剩余油富集區(qū)。研究油藏傾角及韻律性對(duì)油滴受力狀態(tài)影響,進(jìn)一步提高采收率,對(duì)油田的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有十分重大的意義。特高含水期剩余油多以油滴分散狀分布于毛細(xì)管道中,微觀因素影響明顯,以特高含水期剩余油滴為研究對(duì)象,研究油藏傾角及韻律性對(duì)油滴受力狀態(tài)影響,建立了油藏傾角和韻律性作用下油滴受力狀態(tài)方程,這為深入認(rèn)識(shí)特高含水期油滴微觀滲流機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。

特高含水期;油藏傾角;韻律性;受力狀態(tài)

進(jìn)入特高含水期,由于含水率上升,油田大部分區(qū)域遭到水淹,剩余油由中低含水期的連片狀變?yōu)楦叨确稚?越到含水開發(fā)后期,微觀因素影響越顯著。美國(guó)部分學(xué)者認(rèn)為,由于微觀因素的影響,有大概77%的剩余油殘留在油藏中,同時(shí),前蘇聯(lián)專家認(rèn)為水驅(qū)開發(fā)油田特高含水期剩余油分布具有高度分散特性。中國(guó)大多陸上油田均進(jìn)入高含水甚至特高含水期,但采收率偏低。因而,為了提高采收率保持油田穩(wěn)產(chǎn),關(guān)于特高含水期剩余油的相關(guān)研究迫在眉睫。目前,許多學(xué)者從技術(shù)和開發(fā)調(diào)整方面對(duì)特高含水期剩余油進(jìn)行了研究。孫煥泉等[1]以勝坨油田為例研究了特高含水期剩余油分布仿真模型;張煜等[2]研究了層狀斷塊油藏特高含水期細(xì)分開發(fā)技術(shù);曾流芳等[3]以孤東油田為例開展了特高含水期剩余油分布規(guī)律研究;陸建林等[4]以雙河油田437塊為例開展了特高含水期油田開發(fā)潛力分析;趙紅兵[5]研究了三角洲前緣韻律層特高含水期剩余油分布及調(diào)整;箭曉衛(wèi)等[6]研究了喇嘛甸油田特高含水期厚油層內(nèi)剩余油描述及挖潛技術(shù);徐正順等[7]以喇薩杏油田為例研究了特高含水期開發(fā)調(diào)整技術(shù);李潔等[8]研究了大慶長(zhǎng)垣油田特高含水期精細(xì)油藏描述技術(shù);李彥平等[9]研究了陸豐凹陷塊狀砂巖油藏特高含水期剩余油分布;徐國(guó)民等[10]研究了特高含水期精細(xì)分層注水需要解決的問(wèn)題;鐘儀華等[11]提出了特高含水期油田產(chǎn)量預(yù)測(cè)新方法;劉浩瀚等[12]研究了特高含水期剩余油微觀孔道選擇機(jī)理。除此之外,還有許多學(xué)者對(duì)特高含水期剩余油開發(fā)技術(shù)和調(diào)整方法等進(jìn)行了研究,但關(guān)于特高含水期剩余油微觀滲流機(jī)理研究較為少見。認(rèn)識(shí)特高含水期油藏傾角及韻律性對(duì)油滴受力狀態(tài)影響對(duì)提高采收率、保持油田穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)意義重大。筆者將以毛細(xì)管中的剩余油滴為研究對(duì)象,研究特高含水期油藏傾角及韻律性對(duì)油滴受力狀態(tài)影響。

1 特高含水期油藏傾角作用下油滴微觀受力狀態(tài)方程

對(duì)于特高含水期毛細(xì)管中油滴微觀受力狀態(tài)分析,參見文獻(xiàn) [12]。進(jìn)入特高含水期,重力、浮力、毛細(xì)管力、摩擦力、黏滯力等微觀作用力已經(jīng)不能被忽略,地層傾角與韻律性作為影響剩余油受力狀態(tài)的兩個(gè)主要因素也必須加以考慮。下面將討論地層傾角對(duì)油滴微觀受力的影響,建立在高角度油藏中油滴微觀受力方程。一般而言可將地層傾角大于10°的油藏稱為高角度油藏,地層傾角對(duì)滲流的影響主要體現(xiàn)在重力作用上。等徑毛細(xì)管中的油滴靜止時(shí)主要受注入水驅(qū)替力、楔壓效應(yīng)阻力、重力、浮力及摩擦力作用,其所受合力的表達(dá)式為:

式中:Δp為驅(qū)替壓力,MPa;F0-G為單位面積浮力與重力差,MPa;r為毛細(xì)管半徑,μm;θ為潤(rùn)濕角,rad; σ為界面張力,m N/m;α為地層傾角,(°);μs為動(dòng)摩擦因數(shù),1。

等徑毛細(xì)管中的油滴欲運(yùn)動(dòng)時(shí),由于兩端界面形變便會(huì)產(chǎn)生滯后效應(yīng)阻力,此時(shí)油滴受注入水驅(qū)替力、楔壓效應(yīng)阻力、重力、浮力、摩擦力及滯后效應(yīng)阻力的共同作用,其所受合力表達(dá)式如下:

式中:θ2、θ1分別為前、后端潤(rùn)濕角,rad。

不等徑毛細(xì)管中的油滴通過(guò)狹窄孔道時(shí)會(huì)產(chǎn)生液阻效應(yīng)阻力,此時(shí)油滴受注入水驅(qū)替力、重力浮力的分力、液阻效應(yīng)阻力、重力浮力的分力產(chǎn)生的摩擦力共同作用,其所受合力表達(dá)式如下:

式中:R為孔隙半徑,μm。

當(dāng)油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)還必須克服黏滯阻力的作用,此時(shí)所受合力變?yōu)?

式中:v為油滴的移動(dòng)速度,cm/s;μo為原油黏度,mPa·s。

一旦油滴全部進(jìn)入窄小孔道,此時(shí)受力情形變回到了油滴在等徑毛細(xì)管中的受力情形,只是必須考慮黏滯力對(duì)運(yùn)移速度的影響。

對(duì)于等徑毛細(xì)管中靜止的油滴,若給定Δp=0.05MPa,F0=0.038MPa,G=0.0129MPa, σ=20m N/m,θ=π/6,μs=0.064,可得油滴所受合力隨地層傾角α變化的關(guān)系曲線(圖1);對(duì)于不等徑毛細(xì)管中欲運(yùn)動(dòng)的油滴,若前后端潤(rùn)濕角分別為θ1=π/3,θ2=π/4,可得油滴所受合力隨地層傾角α變化的關(guān)系曲線(圖2)。

圖1 等徑毛細(xì)管中油滴靜止時(shí),地層傾角與油滴所受合力關(guān)系曲線

圖2 不等徑毛細(xì)管中油滴欲運(yùn)動(dòng)時(shí),地層傾角與油滴所受合力關(guān)系曲線

2 特高含水期韻律性作用下的油滴微觀受力狀態(tài)方程

由地層滲透率與孔隙度理論關(guān)系式知:

式中:K為地層滲透率,mD;φ為孔隙度,1;τ為孔隙結(jié)構(gòu)形狀特征參數(shù),1。

將式(5)分別代入式(1)～(3),得到式(6)～(8)。

韻律性作用下,等徑毛細(xì)管中靜止的油滴所受合力表達(dá)式:

韻律性作用下,等徑毛細(xì)管中欲運(yùn)動(dòng)的油滴所受合力表達(dá)式:

韻律性作用下,不等徑毛細(xì)管中的油滴所受合力表達(dá)式:

式中:μk為靜摩擦系數(shù),1;Rt表示孔喉比,1。筆者僅討論韻律性對(duì)通過(guò)不等徑毛細(xì)管中狹窄孔道時(shí)的油滴產(chǎn)生的影響,定量解釋重力分異現(xiàn)象,其他情形討論類似。

將式(7)變形(F=0)再化簡(jiǎn),得:

由該方程可以看出地層滲透率與各個(gè)參數(shù)的關(guān)系。

1)若μs＞tanα,滲透率越大的位置,浮力與重力差(F0-G)越大,即水對(duì)油滴浮力作用更加大于油滴重力的作用;同理浮力與重力差越大滲透率越大。

2)若tanα＞μs＞0,滲透率越大的位置,浮力與重力差(F0-G)越小;同理浮力與重力差(F0-G)越大的位置,滲透率一定越小。

3)滲透率越大的位置,界面張力σ越大;同理界面張力σ越大的位置,滲透率越高。因而需要注意這種情形下,注入水中加入活性劑在降低表面張力的同時(shí)也降低了該處的滲透率。

6)若方程中潤(rùn)濕角θ1=θ2=θ,則式(7)變形為:

如果毛細(xì)管兩段驅(qū)替壓差Δp=0,則需討論油滴所受微觀合力的情形。根據(jù)力的合成原理,分析油滴的滲流機(jī)理。簡(jiǎn)而言之,由式(8)知:

1)若注水保持地層壓力,一定孔喉比條件下,對(duì)于正韻律油藏,若F0＞G,越靠近油層頂部滲透率越低,當(dāng)μs＜tanα?xí)r,F0-G越大,重力分異現(xiàn)象越顯著,因而正韻律油藏滿足μs＜tanα條件時(shí),油滴多富集在頂部油層;若F0＜G,越靠近油層底部滲透率越高,G-F0越大,重力分異現(xiàn)象越不明顯,因而正韻律油藏底部油層中的剩余油更容易被驅(qū)替出來(lái)。

2)若注水保持地層壓力,一定孔喉比條件下,對(duì)于反韻律油藏,若F0＞G,越靠近油層頂部滲透率越高,當(dāng)μs＜tanα?xí)r,F0-G越小,重力分異現(xiàn)象越不明顯,因而反韻律油藏滿足μs＜tanα條件時(shí),頂部油層中剩余油更容易被驅(qū)替出來(lái);若F0＜G,越靠近油層底部滲透率越低,G-F0越大,重力分異作用越顯著,因而反韻律油藏剩余油更容易富集在底部油層中。

3 結(jié)論

1)進(jìn)入特高含水期,重力、浮力、毛細(xì)管力、摩擦力、黏滯力等微觀作用力已經(jīng)不能被忽略,地層傾角與韻律性作為影響剩余油受力狀態(tài)的兩個(gè)主要因素也必須加以考慮。

2)建立并分析了特高含水期油藏傾角作用下油滴微觀受力狀態(tài)方程。

3)建立并分析了特高含水期韻律性作用下油滴微觀受力狀態(tài)方程。

4)通過(guò)對(duì)油滴受力狀態(tài)分析,并建立受力狀態(tài)方程,為進(jìn)一步認(rèn)清油滴在地底的滲流狀態(tài),進(jìn)而提高采收率奠定了理論基礎(chǔ)。

[1]孫煥泉,孫國(guó),程會(huì)明,等.勝坨油田特高含水期剩余油分布仿真模型[J].石油勘探與開發(fā),2002,29(3):66～68.

[2]張煜,王國(guó)壯,張進(jìn)平,等.層狀斷塊油藏特高含水期細(xì)分開發(fā)技術(shù)[J].石油學(xué)報(bào),2002,23(1):56～60.

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[編輯]黃鸝

TE34

A

1000-9752(2014)02-0124-04

2013-07-08

高等院校博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20095121110003)。

李金丹(1966-),男,1987年大學(xué)畢業(yè),副教授,目前從事油氣滲流機(jī)理研究。