孫 強(qiáng)中石化股份勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

不同溶洞尺寸縫洞介質(zhì)水驅(qū)油影響因素研究

孫 強(qiáng)
中石化股份勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

孫強(qiáng)（1986-）男，助理工程師，2012 年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中石化股份勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)試驗(yàn)方面的研究。

縫洞型碳酸鹽巖油藏裂縫溶洞尺寸級(jí)別跨度范圍較大，在目前的實(shí)驗(yàn)室條件下，可以通過(guò)簡(jiǎn)化后的物理模型，來(lái)研究這類油藏水驅(qū)油過(guò)程中的油水流動(dòng)情況。我們?cè)趨⒖紝?shí)際儲(chǔ)層地質(zhì)資料的情況下，利用制得的單裂縫單溶洞組合的有機(jī)玻璃模型，有計(jì)劃地開(kāi)展縫洞介質(zhì)內(nèi)油水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研究其中的兩相流動(dòng)規(guī)律，對(duì)影響兩相流動(dòng)規(guī)律的幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)方法與步驟

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

根據(jù)塔河油田奧陶系儲(chǔ)層的地質(zhì)資料的統(tǒng)計(jì)情況，裂縫寬度的尺寸為毫米級(jí)，溶洞直徑的尺寸為米級(jí)，所以，溶洞與裂縫的尺度比為100～1000范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)有機(jī)玻璃模型的尺寸須盡可能地接近礦場(chǎng)實(shí)際。所設(shè)計(jì)的有機(jī)玻璃溶洞直徑單元模型的溶洞直徑為2～5cm，裂縫的張開(kāi)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(chǎng)實(shí)際有一定的相似性

有機(jī)玻璃溶洞直徑單元模型模型參數(shù)表如表1所示，模型實(shí)物圖如圖1所示。模型中的溶洞是在兩塊有機(jī)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(shù)表

實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中用到了四種模擬油，其主要物性參數(shù)如表2所示。

表2 模擬油參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，平流泵為水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)提供動(dòng)力，兩個(gè)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(shí)驗(yàn)需求調(diào)整模型的裂縫傾角。計(jì)量設(shè)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(lái)計(jì)量模型兩端的壓力差和出口端的產(chǎn)液量。

實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按實(shí)驗(yàn)裝置圖連接并調(diào)試好所有實(shí)驗(yàn)裝置，打開(kāi)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(kāi)平流泵2，以小流速（一般0.5ml/min）將模型飽和實(shí)驗(yàn)用油，注意在飽和油過(guò)程中將模型輕輕晃動(dòng)以保證模型內(nèi)的氣體被完全驅(qū)趕出來(lái)，飽和結(jié)束后稱量模型濕重Mo。

（4）關(guān)閉平流泵2，打開(kāi)平流泵1，以實(shí)驗(yàn)設(shè)定的流速開(kāi)始向模型注入蒸餾水，觀察出口端，待不再產(chǎn)油時(shí)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(shí)的模型濕重，記做Mi，計(jì)算模型的最終采收率。

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉并整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

圖1 有機(jī)玻璃溶洞直徑單元模型實(shí)物圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

模型最終采收率的確定

上述實(shí)驗(yàn)步驟（5）中測(cè)得的模型濕重Mi應(yīng)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(wěn)定后的模型濕重，g；

Md—模型干重，g；

Mo—模型飽和實(shí)驗(yàn)用油時(shí)的模型濕重，g；

ρw—測(cè)得的蒸餾水密度，g/cm3；

ρo—測(cè)得的模擬油密度，g/cm3；

VP—模型中裂縫和溶洞的總體積，cm3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)表的最后一列為每組模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，可以得到每個(gè)因素影響采收率的權(quán)重順序和最優(yōu)的因素水平組合，對(duì)于每一類模型的每一種因素，分析該因素的不同水平對(duì)水驅(qū)油效果的影響。

利用上一章制作的有機(jī)玻璃裂縫密度單元模型DJ1、DJ2、DJ3和DJ4，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 溶洞直徑單元正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從表3中可以得出，表中各列所對(duì)應(yīng)的級(jí)差R都不相同，表明各列所對(duì)應(yīng)的因素其水平發(fā)生變化時(shí)，模型采收率的變化程度各不相同，級(jí)差R越大，表明該列所對(duì)應(yīng)因素的水平變化對(duì)模型采收率的影響越大。

對(duì)于溶洞直徑單元實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，由于RC＞RB＞RA＞RD，所以各因素對(duì)水驅(qū)油效果的影響權(quán)重次序是：油水黏度比對(duì)采收率的影響＞裂縫傾角對(duì)采收率的影響＞溶洞直徑對(duì)采收率的影響＞注入速度對(duì)采收率的影響。

由于實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)是采收率，故優(yōu)選各因素的最優(yōu)因素水平組合時(shí)，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(shí)所對(duì)應(yīng)的水平。故對(duì)于溶洞直徑單元實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最?yōu)的因素水平組合

時(shí)C1B4A4D4，即當(dāng)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(shí)，此類模型的采收率最大。

以各因素水平值作為橫坐標(biāo)，以各因素的采收率平均值ki為縱坐標(biāo)，作出采收率隨因素水平變化的趨勢(shì)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(duì)采收率的影響曲線

從圖3中可以看出，對(duì)于溶洞直徑單元模型，四個(gè)因素對(duì)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(duì)采收率的影響較大，而注入速度對(duì)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(dòng)時(shí)，模型中的水相指進(jìn)現(xiàn)象越嚴(yán)重，而且有機(jī)模型的潤(rùn)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(dǎo)致模型水驅(qū)的最終采收率較低。

（2）當(dāng)模型裂縫傾角較?。芽p傾角接近水平），受重力的影響，模型的溶洞內(nèi)上部空間容易聚集少量的“閣樓油”，很難被驅(qū)出，使得水驅(qū)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(qū)最終的采收率就越高。

（3）考慮模型內(nèi)的壓力變化情況，溶洞內(nèi)可以看做為一個(gè)等勢(shì)體，故溶洞越大，水進(jìn)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(qū)替出來(lái)，使得模型的最終采收率也越低。

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