雷 霄 查玉強(qiáng) 姜 平 張喬良 李鳳穎

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

一種改進(jìn)的油水相滲實(shí)驗(yàn)?zāi)┒诵?yīng)校正方法*

雷 霄 查玉強(qiáng) 姜 平 張喬良 李鳳穎

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

雷霄，查玉強(qiáng)，姜平，等.一種改進(jìn)的油水相滲實(shí)驗(yàn)?zāi)┒诵?yīng)校正方法[J].中國(guó)海上油氣，2016,28(5)：49-53.

Lei Xiao，Zha Yuqiang，Jiang Ping,et al.An improved correction method for end-effect in oil-water relative permeability experiment[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):49-53.

油水相對(duì)滲透率測(cè)試過(guò)程中，巖心出口端的末端效應(yīng)影響巖心中流體飽和度的分布，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。從末端效應(yīng)形成機(jī)理出發(fā)，對(duì)南海珠江口盆地文昌A油田ZJ1-4M油組巖心油水相滲實(shí)驗(yàn)中末端效應(yīng)進(jìn)行了研究，提出了改進(jìn)的相滲曲線(xiàn)校正方法，并據(jù)此對(duì)油藏早期相滲曲線(xiàn)的形態(tài)和飽和度端點(diǎn)進(jìn)行了校正，提高了油水相滲曲線(xiàn)的精度，得到了更準(zhǔn)確的驅(qū)油效率。通過(guò)開(kāi)展文昌A油田ZJ1-4M油組巖心末端效應(yīng)校正實(shí)驗(yàn)，并將校正后的油水相滲曲線(xiàn)應(yīng)用于油藏?cái)?shù)值模擬研究中，明確了末端效應(yīng)對(duì)該油藏剩余油分布的影響，為油田開(kāi)展調(diào)整挖潛奠定了基礎(chǔ)。

油水相對(duì)滲透率；末端效應(yīng)；校正實(shí)驗(yàn)；油藏?cái)?shù)值模擬；剩余油；驅(qū)油效率；文昌A油田

文昌A油田位于珠江口盆地珠三坳陷瓊海凸起中部，主力油藏中新統(tǒng)珠江組一段ZJ1-4M油組為水驅(qū)海相砂巖油藏，屬高孔高滲儲(chǔ)層，天然邊水能量充足。目前ZJ1-4M油組油藏采出程度53%，綜合含水87%，處于開(kāi)發(fā)后期高含水階段。文昌A油田早期開(kāi)展巖心油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)測(cè)試時(shí)均使用單塊巖心法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未考慮消除末端效應(yīng)，因此測(cè)試得到的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)存在一定的偏差，使得對(duì)油田驅(qū)油效率及開(kāi)發(fā)潛力的認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)確。本文對(duì)油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)測(cè)試過(guò)程中末端效應(yīng)的形成機(jī)理、影響大小和校正方法等進(jìn)行研究，以提高文昌A油田油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的精度，得到相對(duì)更準(zhǔn)確的驅(qū)油效率值，為開(kāi)展油藏?cái)?shù)值模擬研究提供更加可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 方法原理

1.1 末端效應(yīng)基本原理

油水兩相在親水性巖心中滲流過(guò)程中，水相到達(dá)出口端時(shí)由于多孔介質(zhì)突然消失，毛管孔道突然失去連續(xù)性，使得彎液面發(fā)生反轉(zhuǎn)，毛管壓力指向入口端而成為水驅(qū)油的阻力(圖1),水相在出口端出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致出口端含水飽和度局部增高。這種油水兩相流動(dòng)在多孔介質(zhì)出口端出現(xiàn)的毛管力效應(yīng)就是末端效應(yīng)[1-5]。

圖1 巖心末端效應(yīng)示意圖

研究表明，油水相滲實(shí)驗(yàn)必須考慮末端效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，出口端出現(xiàn)末端效應(yīng)后巖心中流體飽和度剖面的分布將遵從以下的末端效應(yīng)邊界方程[6]：

(1)

其中

(2)

利用式(1)可以計(jì)算出考慮末端效應(yīng)的親水性巖心中的飽和度剖面，以判斷末端效應(yīng)對(duì)飽和度分布的影響范圍和程度。國(guó)內(nèi)外大量的研究成果[6-10]表明，對(duì)于親水性巖心，通過(guò)提高驅(qū)替流速可以起到克服端面毛管壓力、減小末端效應(yīng)的作用，但會(huì)增大入口端效應(yīng)；通過(guò)間斷性驅(qū)替方式可以使油水在出口端重新分布，減小末端效應(yīng)；利用三段巖心法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以減小末端效應(yīng)。

1.2 改進(jìn)的相滲曲線(xiàn)校正方法

Qadeer[10]通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究及統(tǒng)計(jì)，提出了針對(duì)末端效應(yīng)的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)校正公式(式(3)～(5))，其思路是先求出末端效應(yīng)無(wú)因次比，再進(jìn)一步求得相對(duì)滲透率的校正系數(shù)。其中,無(wú)因次比為

(3)

Kro校正為

Krw校正為

但以上公式僅是對(duì)相滲曲線(xiàn)形態(tài)進(jìn)行校正，不能對(duì)端點(diǎn)進(jìn)行校正。本文在以上公式基礎(chǔ)上提出了利用水相分流量方程確定校正后相滲曲線(xiàn)的飽和度端點(diǎn)的方法，其思路是先通過(guò)擬合形態(tài)校正后的相滲曲線(xiàn)，得到校正末端效應(yīng)后的相滲曲線(xiàn)參數(shù)a和b，再根據(jù)水相分流量方程對(duì)殘余油飽和度端點(diǎn)進(jìn)行重新標(biāo)定，而束縛水飽和度端點(diǎn)保持不變，從而對(duì)油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的形態(tài)和端點(diǎn)進(jìn)行完整校正，形成了一套針對(duì)末端效應(yīng)的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)校正公式。

根據(jù)相滲曲線(xiàn)的定義，油水兩相相對(duì)滲透率和飽和度符合:

(6)

形態(tài)校正后的相滲曲線(xiàn)參數(shù)a和b可以通過(guò)以下線(xiàn)性關(guān)系式擬合得到:

(7)

在不考慮重力和毛細(xì)管力影響的條件下，含水率可以表示為

(8)

將式(7)代入式(8)，得

(9)

由式(9)得殘余油飽和度端點(diǎn)標(biāo)定方法為

(10)

式(10)中的fw(end)為相滲曲線(xiàn)的極限含水，可利用未經(jīng)校正時(shí)的相滲曲線(xiàn)并由式(9)求得，即

(11)

而束縛水飽和度端點(diǎn)保持不變，即

(Swi)true=Swi

(12)

2 文昌A油田相滲曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正實(shí)驗(yàn)

2.1 末端效應(yīng)對(duì)相滲曲線(xiàn)的影響

2.1.1 實(shí)驗(yàn)條件

測(cè)試條件為地層溫度87 ℃；所用油為模擬油，黏度0.83 mPa·s；所用地層水取自高含水采油井，黏度0.52 mPa·s，礦化度32 932mg/L;所用巖心取自文昌A油田A3P1井ZJ2-4M油組同一深度點(diǎn)鉆取的3塊平行樣巖心A、B和C，經(jīng)打磨、清洗、烘干后對(duì)巖心的基本物性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，孔隙度分別為31.25%、31.11%和31.30%，滲透率分別為115、112和118 mD，物性相近。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為了明確提高驅(qū)替流速及三段巖心法在減小末端效應(yīng)中的作用，分別開(kāi)展了3組油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)測(cè)試。為減小末端效應(yīng)，使所得相對(duì)滲透率曲線(xiàn)能代表油層內(nèi)油水滲流特征，驅(qū)替速度應(yīng)該滿(mǎn)足[1-2]:

Lμwvw≥1

(13)

根據(jù)式(13)計(jì)算得克服末端效應(yīng)的驅(qū)替速度應(yīng)大于等于1.2mL/min，為此制定了如下實(shí)驗(yàn)方案：第1組實(shí)驗(yàn)是利用巖心A的單巖心法，低流速驅(qū)替(驅(qū)替流速0.8mL/min)；第2組實(shí)驗(yàn)是利用巖心B的單巖心法，高流速驅(qū)替(驅(qū)替流速1.3mL/min)；第3組實(shí)驗(yàn)是利用巖心A、B和C組成三段巖心法，高流速驅(qū)替(驅(qū)替流速1.3mL/min)。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表1、圖2所示，從第1組到第3組實(shí)驗(yàn)，得到的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的水相滲透率和油相滲透率逐漸抬高，殘余油飽和度端點(diǎn)逐漸向右移動(dòng)，計(jì)算得到的驅(qū)油效率值逐漸增大?？梢?jiàn)，末端效應(yīng)的存在使得測(cè)試得到的油水相對(duì)滲透率更低、驅(qū)油效率更小，而提高驅(qū)替流速和三段巖心法可以較好地減小末端效應(yīng)。

表1 文昌A油田ZJ1-4M油組巖心末端效應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖2 文昌A油田ZJ1-4M油組巖心末端效應(yīng)實(shí)驗(yàn)油水相滲曲線(xiàn)對(duì)比

為了進(jìn)一步探究末端效應(yīng)對(duì)于巖心飽和度分布的影響，利用末端效應(yīng)邊界方程(式(1))分別對(duì)第1組和第3組實(shí)驗(yàn)水驅(qū)后的飽和度剖面進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，受末端效應(yīng)的影響，第1組實(shí)驗(yàn)的單塊巖心A在距出口端3 cm范圍內(nèi)含水飽和度急劇上升，而利用三段巖心法開(kāi)展的第3組實(shí)驗(yàn)在出口端含水飽和度變化不大；在入口端附近，第1組實(shí)驗(yàn)的含水飽和度比第3組更低，驅(qū)替至殘余油飽和度時(shí)，第1組實(shí)驗(yàn)平均含水飽和度為69.3%，而第3組實(shí)驗(yàn)平均含水飽和度為70.9%。由此可見(jiàn)，末端效應(yīng)使得巖心測(cè)試殘余油飽和度偏高、水驅(qū)油效率更低，為了得到準(zhǔn)確可靠的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)，就必須對(duì)存在末端效應(yīng)的相滲曲線(xiàn)進(jìn)行校正。

圖3 文昌A油田ZJ1-4M油組巖心末端效應(yīng)實(shí)驗(yàn)含水飽和度剖面對(duì)比

2.2 相滲曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正效果

文昌A油田在1999年開(kāi)展了ZJ1-4M油組短巖心的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)(單塊巖心法)，巖心取自油藏中深，長(zhǎng)度7 cm，滲透率256 mD，得到了該油組的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)(圖4)，計(jì)算驅(qū)油效率為65.4%。利用本文提出的改進(jìn)的相滲曲線(xiàn)校正方法對(duì)該測(cè)試結(jié)果進(jìn)行校正，計(jì)算得巖心末端效應(yīng)無(wú)因次比RD為15.6，油相和水相的相對(duì)滲透率校正系數(shù)分別為0.82和0.79，校正后的水相滲透率曲線(xiàn)和油相滲透率曲線(xiàn)均有所抬高，殘余油飽和度端點(diǎn)由82%提高到84%，計(jì)算驅(qū)油效率也由65.4%提高到68.7%。校正后的相滲曲線(xiàn)在形態(tài)和驅(qū)油效率上均有所變化，且整體上變化規(guī)律與末端效應(yīng)影響實(shí)驗(yàn)研究成果基本一致。通過(guò)末端效應(yīng)校正，提高了文昌A油田ZJ1-4M油組油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的精度，為油田開(kāi)展調(diào)整挖潛研究提供了更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)資料，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中完井方式優(yōu)化、生產(chǎn)制度優(yōu)化及增產(chǎn)措施優(yōu)選提供了依據(jù)。

圖4 文昌A油田ZJ1-4M油組巖心油水相滲曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正效果

2.3 在油藏?cái)?shù)值模擬中的應(yīng)用

油水相滲曲線(xiàn)是數(shù)值模擬研究中至關(guān)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，決定了數(shù)值模擬中油水滲流規(guī)律和驅(qū)油效率。為了研究末端效應(yīng)對(duì)開(kāi)發(fā)潛力的影響，開(kāi)展了油水相滲曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正前后的數(shù)值模擬對(duì)比研究，將校正后的文昌A油田ZJ1-4M油組油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)應(yīng)用于油藏?cái)?shù)值模擬研究中，建立了新的數(shù)值模擬模型。通過(guò)對(duì)比校正前后的目前該油藏剩余儲(chǔ)量豐度圖(圖5)，可以看出，油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正后，相滲曲線(xiàn)整體抬高，油藏有效滲透率增加，水驅(qū)油能力變好；校正后的相滲曲線(xiàn)驅(qū)油效率增加，油藏水驅(qū)油效果變好，最終使得數(shù)值模擬中油藏高部位目前剩余油更加富集。因此可見(jiàn)，末端效應(yīng)對(duì)數(shù)值模擬剩余油分布和開(kāi)發(fā)潛力的認(rèn)識(shí)有著較大的影響。

圖5 文昌A油田ZJ1-4M油組油水相滲曲線(xiàn)末端效應(yīng)校正前后油藏?cái)?shù)值模擬剩余儲(chǔ)量豐度對(duì)比

3 結(jié)論

在傳統(tǒng)的相滲曲線(xiàn)校正方法的基礎(chǔ)上，引入了水相分流量方程，利用改進(jìn)的校正方法對(duì)相滲曲線(xiàn)形態(tài)和飽和度端點(diǎn)進(jìn)行了校正。并開(kāi)展了文昌A油田ZJ1-4M油組巖心末端效應(yīng)校正實(shí)驗(yàn)及其在油藏?cái)?shù)值模擬中的應(yīng)用，研究成果為油田調(diào)整挖潛提供了更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)資料，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中完井方式優(yōu)化、生產(chǎn)制度優(yōu)化及增產(chǎn)措施優(yōu)選提供了依據(jù)。

符號(hào)說(shuō)明

L—巖心長(zhǎng)度，cm；

vw—驅(qū)替速度，cm/min；

A—巖心橫截面積，cm2；

r—巖心半徑，cm；

qo、qw—油相和水相的流速，cm3/s；

μo、μw—油相和水相的黏度，mPa·s；

ko、kw—油相和水相的有效滲透率，mD；

Kro、Krw—末端效應(yīng)校正前油相和水相的相對(duì)滲透率；

(Kro)true，(Krw)true—末端效應(yīng)校正后油相和水相的相對(duì)滲透率；

Swi、Sor—末端效應(yīng)校正前束縛水含水飽和度和殘余油含水飽和度；

(Swi)true，(Sor)true—末端效應(yīng)校正后束縛水含水飽和度和殘余油含水飽和度；

a′、b′—末端效應(yīng)校正前相滲曲線(xiàn)參數(shù)；

a、b—末端效應(yīng)校正后相滲曲線(xiàn)參數(shù)；

fw(end)—極限含水率；

pc—毛管壓力，MPa；

σ—界面張力，mN/m；

θ—潤(rùn)濕角，(°)；

RD—末端效應(yīng)無(wú)因次比。

[1] 李傳亮.油藏工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002:79-85

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(編輯：張喜林)

An improved correction method for end-effect in oil-water relative permeability experiment

Lei Xiao Zha Yuqiang Jiang Ping Zhang Qiaoliang Li Fengying

(ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

In oil-water relative permeability experiments, the core end-effect influences fluid saturation distribution in the cores and the experimental results. Based on the formation mechanism of end-effect, the end-effect in oil-water relative permeability experiments of Wenchang A oilfield in Pearl River Mouth basin is studied and a new method to correct oil-water relative permeability curve is put forward, based on which the relative permeability curve shape and end-point saturation are improved, thus enhancing the precision of oil-water relative permeability curve and getting a more accurate oil displacement efficiency. By applying the corrected oil-water relative permeability curve of Wenchang A oilfield on the reservoir numerical simulation, the effect of end-effect on the residual oil is clarified, which can provide a foundation for the oilfield adjustment.

oil-water relative permeability; end-effect; calibration experiment; reservoir numerical simulation; residual oil; oil displacement efficiency; Wenchang A oilfield

*中海石油(中國(guó))有限公司綜合科研項(xiàng)目“南海西部海域水淹層動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)及開(kāi)發(fā)潛力研究(編號(hào)：YXKY-2014-ZJ-01)”部分研究成果。

雷霄，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱南海西部石油研究院(郵編：524057)。電話(huà)：0759-3900550。E-mail：leix@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0049-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.008

TE311

A

2016-02-03 改回日期：2016-05-31