CN105332698A - 测定残余油饱和度的方法和油水相对渗透率关系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测定残余油饱和度的方法和油水相对渗透率关系的方法。该方法包括选取多块岩芯；测定每块岩芯孔隙结构的孔隙半径R、孔喉比m，针对每块岩芯选取一种化学驱油剂，测定化学驱油剂的粘度μ、化学驱油剂与油之间的界面张力σ、化学驱油剂相对于相应的岩芯的润湿角θ、化学驱油剂在相应的岩芯中的基准渗透率k、化学驱油剂对于相应的岩芯残余油饱和度S_or；在驱替速度为V的情况下，根据参数μ、σ、θ、k、R和m得到修正毛管数N_cc；建立修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系；根据修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定另外的化学驱油剂对于岩芯的残余油饱和度S_or。

Description

测定残余油饱和度的方法和油水相对渗透率关系的方法

技术领域

本发明涉及石油开发领域，特别是测定残余油饱和度的方法。本发明还涉及测定油水相对渗透率关系的方法。

背景技术

油水相对渗透率关系能够反映油相流体和水相流体在多孔介质中的渗流规律，并且这种渗流规律是很多油藏工程计算、数值模拟研究必不可少的基础资料。

油水相对渗透率关系在采油领域中也有着广泛的应用。例如，在水驱采油中，使用了通过含水饱和度、残余油饱和度而计算出来的油水相对渗透率。在化学驱采油中，不能使用在水驱采油中所使用的油水相对渗透率关系，这是由于化学驱使用的驱油剂与水驱采油中的驱油剂完全不同，从而导致水驱采油中的残余油饱和度与化学驱中的残余油饱和度有很大的不同。低渗透储层是指渗透率低于50毫达西的储层，其还具有孔隙细小，孔喉比大等特性。低渗透储层的这些特征也导致了水驱采油中的残余油饱和度与化学驱中的残余油饱和度有很大的不同。

为了能得到适用于低渗透储层化学驱的油水相对渗透率关系，需要能准确反映低渗透储层化学驱的残余油饱和度。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种测定残余油饱和度的方法，其特别适用于低渗透储层化学驱剂采油。

根据本发明的第一方面，提出了一种测定残余油饱和度的方法，包括以下步骤：选取多块岩芯；测定每块岩芯孔隙结构的孔隙半径R、孔喉比m，

针对每块岩芯选取一种化学驱油剂，测定化学驱油剂的粘度μ、化学驱油剂与油之间的界面张力σ、化学驱油剂相对于相应的岩芯的润湿角θ、化学驱油剂在相应的岩芯中的基准渗透率k、化学驱油剂对于相应的岩芯残余油饱和度S_or；在驱替速度为V的情况下，根据参数μ、σ、θ、k、R和m得到修正毛管数N_cc；

建立修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系；

根据修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定另外的化学驱油剂对于岩芯的残余油饱和度S_or。

根据本发明的方法，对于具有特定孔隙结构的岩芯建立了修正毛管数和残余油饱和度之间的关系，由此另外的化学驱油剂的残余油饱和度可以通过修正毛管数和残余油饱和度之间的关系直接得出，而不必在实验室测定使用每一种化学驱油剂产生的残余油饱和度，这大大简化了实验步骤。

在一个实施例中，修正毛管数N_cc通过下面方法而得到：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}.$

在一个优选的实施例中，修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系能用：S_or＝kN_cc+b来表达，其中k、b对于具有特定孔隙结构的岩芯为常数。在一个实施例中，驱替速度为V在0.1-0.2ml/分钟。根据本发明，修正毛管数N_cc实际包含了岩芯的性质和化学驱油剂的特征。也就是说，修正毛管数将低渗透储层的特征R、m、k与化学驱油剂的特征μ、σ、θ结合在一起，从整体上反应了低渗透储层化学驱采油的特征。由此，通过修正毛管数确定的残余油饱和度也特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质。

根据本发明的第二方面，提出了一种使用上文所述的测定残余油饱和度的方法测定油水相对渗透率关系的方法，包括

测定对于岩芯的油水相对渗透率方程的参数α₁、α₂、m、n；该油水相对渗透率方程为

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ro}}={\mathrm{\α}}_1{\left[\frac{1-s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^m\\ k_{\mathrm{rw}}={\mathrm{\α}}_2{\left[\frac{s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^n\end{array}\right.$

其中，k_rw为水相相对渗透率，k_ro为油相相对渗透率，S_w为含水饱和度，S_wi为束缚水饱和度，S_or为残余油饱和度；

选择化学驱油剂，

在驱替速度V下，测定化学驱油剂对于岩芯的束缚水饱和度S_wi，

计算化学驱油剂对于岩芯的修正毛管数N_cc，并且根据所建立的修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定化学驱油剂对于岩芯的残余油饱和度S_or，

根据束缚水饱和度S_wi，残余油饱和度S_or而得到油水相对渗透率关系。

根据本发明，由于所使用的残余油饱和度特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质，因此，根据本发明的方法确定的油水相对渗透率关系也特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质。

在一个实施例中，修正毛管数N_cc通过下面方法而得到：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}$

其中，μ为所述化学驱油剂的粘度，σ为所述化学驱油剂与油之间的界面张力，θ为所述化学驱油剂相对于所述岩芯的润湿角，k为所述化学驱油剂在所述岩芯中的基准渗透率，R为所述岩芯孔隙结构的孔隙半径，m为所述岩芯孔隙结构的孔喉比。

应注意地是：用语“油水相对渗透率”中的水并不是指纯净的水，而是指混合有多种化学试剂的化学驱油剂。这些化学试剂是本领域的技术人员所熟知的。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)修正毛管数和残余油饱和度存在对应关系，这样对于岩芯使用另外的化学驱油剂的残余油饱和度可以通过修正毛管数和残余油饱和度之间的关系直接得出，从而不必在实验室测定使用每一种化学驱油剂而得到的残余油饱和度，这大大简化了实验步骤。(2)修正毛管数将低渗透储层的特征与化学驱油剂的特征结合在一起，从整体上反应了低渗透储层化学驱采油的特征。由此，通过修正毛管数确定的残余油饱和度也特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质。(3)对于本发明的测定油水相对渗透率关系的方法，由于所使用的残余油饱和度特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质，因此，根据本发明确定的油水相对渗透率关系也特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是实施本发明的测定残余油饱和度的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的修正毛管数与残余油饱和度之间的关系；

图3是根据本发明实施例的相对渗透率曲线；

图4是不等径并联孔道的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了实施本发明的测定残余油饱和度的方法10的流程图。包括以下步骤：

步骤11：选取多块岩芯，测定岩芯的孔隙结构参数；

步骤12：针对每块岩芯选取一种化学驱油剂，测定该化学驱油剂的参数；

步骤13：计算修正毛管数；

步骤14：建立修正毛管数和残余油饱和度之间的关系；

步骤15：根据所建立的修正毛管数和残余油饱和度之间的关系，确定另外的化学驱油剂对于相应的岩芯的残余油饱和度。

在步骤11中，岩芯的结构参数包括孔隙半径R、孔喉比m。在步骤12中，化学驱油剂的参数包括化学驱油剂的粘度μ、化学驱油剂与油之间的界面张力σ、化学驱油剂相对于相应岩芯的润湿角θ、化学驱油剂在相应岩芯中的基准渗透率k、化学驱油剂对于相应岩芯的残余油饱和度S_or。以上这些参数的意义和其测量方法均是本领的技术人员所熟知的，为了简单起见，这里不再赘述。

在步骤13中，修正毛管数N_cc通过下面方法而得到：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}$ (公式1)

在公式1中，V是驱替速度，其取值在0.1-0.2ml/分钟。

在步骤14中，修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系能用：S_or＝kN_cc+b来表达，其中k、b对于特定的岩芯为常数。这里，使用了数学拟合的方法得到了修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系，数学拟合是本领的技术人员所熟知的，为了简单起见，这里不再赘述。

由于，μ、σ、θ是所选择的化学驱油剂的性质，R、m、k是岩芯的性质，因此修正毛管数N_cc实际上受所选择的的化学驱油剂和岩芯两者的影响，即从整体上反应了低渗透储层化学驱采油的特征。因此，根据修正毛管数N_cc确定的残余油饱和度也特别适用于低渗透储层化学驱采油并且能反映低渗透储层化学驱采油的性质。

为了测定另外的化学驱油剂对于岩芯的油水相对渗透率关系，通常首先确定所选岩芯水驱相对渗透率方程，岩芯水驱相对渗透率方程为

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ro}}={\mathrm{\α}}_1{\left[\frac{1-s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^m\\ k_{\mathrm{rw}}={\mathrm{\α}}_2{\left[\frac{s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^n\end{array}\right.$ (公式2)

公式2也是本领的技术人员所熟知的，这里不再赘述。应注意地是，公式2中的参数α₁、α₂、m、n是由岩芯本身的特征决定的，并不随驱油剂的改变而改变，因此通过确定公式2，也就确定了参数α₁、α₂、m、n。

接着，在驱替速度V下，测定所选化学驱油剂对于该岩芯的束缚水饱和度S_wi。然后，计算该化学驱油剂对于岩芯的修正毛管数N_cc，并根据所建立的修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定该化学驱油剂对于岩芯的残余油饱和度S_or。最后，根据束缚水饱和度S_wi，残余油饱和度S_or得到该化学驱油剂对于该岩芯的油水相对渗透率关系。

实施例1：

从目标油藏区选择9块天然岩芯，用恒速压汞法测定每块岩芯的孔隙半径R、喉道半径r，计算孔喉比m。针对每块岩芯选择一种化学驱油剂，用接触角法测定润湿角θ。用旋转滴界面张力仪测定不同化学驱油剂与油之间的界面张力σ。测定化学驱油剂在岩芯中的基准渗透率k，测定化学驱油剂的粘度μ。通过岩芯驱替实验，驱替速度V为0.1ml/分钟，测定化学驱油剂驱替相应的岩芯时的残余油饱和度S_or。这些测定方法是本领域中所熟知的，这里不再赘述。对于每一块岩芯，使用上述参数并且通过公式(1)能够计算出修正毛管数N_cc。表1显示了以上数据。在本申请中，“1.925E-05”是指1.925×10^-5，其他的类似的表示方式具有类似的含义。

表1

根据表1中的修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or进行拟合(如图2所示)得到得到公式3：

S_or＝0.3829-0.0144N_cc(公式3)

根据公式(1)和公式(3)能够方便地根据修正毛管数N_cc确定其他化学驱油剂对于相应岩芯的残余油饱和度S_or。

实施例2：

从目标油藏区选择另一块天然岩芯，并且使用化学驱油剂进行驱油实验，并且使用公式3计算残余油饱和度S_or。还使用了实验法测定使用该化学驱油剂得到的残余油饱和度S’_or，以验证是否通过公式3能得到正确的残余油饱和度S_or。表2显示了实施例2的实验数据。

表2

从表2中可看出，由公式3得到的残余油饱和度S_or与通过实验法得到的残余油饱和度S’_or几乎为相等，这说明能够通过公式3得到正确的残余油饱和度。

实施例3：

使用实施例1的方法测定四块岩芯的油水相对渗透率关系。首先确定公式2，从而确定公式2中的参数α₁、α₂、m、n，这里使用了本领域的技术人员熟知的非稳态法测定岩芯的水驱相对渗透率方程。表3显示了这些数据。

表3

根据表3和公式2可得到四个岩芯的油水相对渗透率关系。图3显示了四个岩芯的相对渗透率曲线。

下面来描述本发明所使用的公式1的得到过程：

图4显示了在低渗透储层中最常见的不等径并联孔道示意图。在图4中，孔道41的半径R大于孔道42的半径r。开始，在孔道41、42内均存储有油。当使用水驱替这些油时，由于两个孔道的半径不同，在毛管力以及粘滞力的作用下，水沿着两个孔道由A断面流至B断面的速度不同。当孔道41中的水流到B断面时，孔道42中的油尚未流完，这些油将在B断面处被孔道41中流过来的水切断而形成残余油柱43，这时从A断面流至B断面的水完全从孔道41中通过。

假定断面A、B之间的距离为L，压差为ΔΡ，残余油柱43的长度为l，根据现有技术，可得知残余油柱43的运动速度V为：

$V=\frac{{\stackrel{\‾}{r}}^2}{8\mathrm{\μ}}[\frac{\mathrm{\Δp}}{L}+\frac{2\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}{l}(\frac{1}{r}-\frac{1}{R})]$ (公式4)

在公式4中，μ是油相粘度，为残余油柱43的平均半径，σ为油水界面张力，θ是水对岩石的润湿角。

根据公式4，残余油柱43残留在孔隙中的条件为运动速度V等于零，即下面所示的公式5。

$\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\σL}}=-\frac{2\cos \mathrm{\θ}}{l}(\frac{1}{r}-\frac{1}{R})$ (公式5)

根据本领域的公知常识，水相的渗透率k_w为k_w＝k×k_rw。(k为基准渗透率，k_rw为油相的渗透率)可将公式5变换为：

$k_w\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\σL}}=-\frac{{2\mathrm{kk}}_{\mathrm{rw}}\cos \mathrm{\θ}}{l}(\frac{1}{r}-\frac{1}{R})$ (公式6)

根据达西公式： $k_w\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\σL}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}}=N_c,$ 可得到：

传统修正毛管数 $N_c=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}}=-\frac{{2\mathrm{kk}}_{\mathrm{rw}}\cos \mathrm{\θ}}{l}(\frac{1}{r}-\frac{1}{R})$ (公式7)

对公式7变形，得到 $N_c\·\frac{R^2}{\cos \mathrm{\θ}(m-1)k}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}=-\frac{{2k}_{\mathrm{rw}}R}{l}$ (公式8)

将定义为修正毛管数N_cc，则修正毛管数N_cc的计算公式为：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}=-\frac{{2k}_{\mathrm{rw}}R}{l}$ (公式9)

根据公式9，修正毛管数N_cc仅与低渗透油藏的岩石特征和驱油剂的性质有关。还根据公式9，修正毛管数N_cc还与油相的渗透率k_rw存在对应关系，而油相的渗透率k_rw与残余油饱和度S_or存在对应关系，因此修正毛管数N_cc也与残余油饱和度S_or是相对应的。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。还应注意地是，在本发明中所描述的步骤是可以调整的。本领域的技术人员可以根据实际情况对这些步骤进行调整，而这也处于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种测定残余油饱和度的方法，包括以下步骤：

选取多块岩芯；测定每块岩芯孔隙结构的孔隙半径R、孔喉比m，

针对每块岩芯选取一种化学驱油剂，测定所述化学驱油剂的粘度μ、化学驱油剂与油之间的界面张力σ、所述化学驱油剂相对于相应的岩芯的润湿角θ、所述化学驱油剂在相应的岩芯中的基准渗透率k、所述化学驱油剂对于相应的岩芯残余油饱和度S_or；在驱替速度为V的情况下，根据参数μ、σ、θ、k、R和m得到修正毛管数N_cc；

建立修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系；

根据所述修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定另外的化学驱油剂对于岩芯的残余油饱和度S_or。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正毛管数N_cc通过下面方法而得到：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}.$

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系能用：S_or＝kN_cc+b来表达，其中k、b对于特定的岩芯为常数。

4.一种使用根据权利要求1到3中任一项所述的测定残余油饱和度的方法测定油水相对渗透率关系的方法，包括

测定对于岩芯的油水相对渗透率方程的参数α₁、α₂、m、n；所述油水相对渗透率方程为

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ro}}={\mathrm{\α}}_1{\left[\frac{1-s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^m\\ k_{\mathrm{rw}}={\mathrm{\α}}_2{\left[\frac{s_w-s_{\mathrm{wi}}}{1-s_{\mathrm{or}}-s_{\mathrm{wi}}}\right]}^n\end{array}\right.$

其中，k_rw为水相相对渗透率，k_ro为油相相对渗透率，S_w为含水饱和度，S_wi为束缚水饱和度，S_or为残余油饱和度；

选择化学驱油剂，

在驱替速度V下，测定所述化学驱油剂对于相应的岩芯的束缚水饱和度S_wi，

计算所述化学驱油剂对于所述岩芯的修正毛管数N_cc，并且根据所建立的修正毛管数N_cc和残余油饱和度S_or之间的关系确定所述化学驱油剂对于所述岩芯的残余油饱和度S_or，

根据束缚水饱和度S_wi，残余油饱和度S_or而得到油水相对渗透率关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述修正毛管数N_cc通过下面方法而得到：

$N_{\mathrm{cc}}=\frac{\mathrm{V\μ}}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\·\frac{R^2}{k(m-1)}$

其中，μ为所述化学驱油剂的粘度，σ为所述化学驱油剂与油之间的界面张力，θ为所述化学驱油剂相对于所述岩芯的润湿角，k为所述化学驱油剂在所述岩芯中的基准渗透率，R为所述岩芯孔隙结构的孔隙半径，m为所述岩芯孔隙结构的孔喉比。