CN105986789A - 高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法包括：步骤1，进行微观水驱实验，并观测微观水驱油过程及剩余油变化的全程动态；步骤2，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态定性的将剩余油定性分类；步骤3，结合微观水驱油镜下特征采用毛细管模型及并联非等径模型模拟岩石孔隙、喉道；以及步骤4，在毛细管模型及并联非等径模型的基础上定义局部毛管数并以此建立了微观剩余油的水动力学表征方法。该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法具有较强的实用性和普遍性，为油田的高含水、特高含水油藏的剩余油挖潜提供理论指导。

Description

高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法。

背景技术

我国陆上油田大多采用常规的注水方式开发，随着油田注水开发的深入，国内很多油田已进入高含水、特高含水采油期。高含水、特高含水油田都面临着“三高二低”的开发矛盾，即综合含水率高、采出程度高、采油速度高、储采比低、采收率低，但平均采收率只有33％左右，也就是说仍有较多的剩余石油残留在地下，这些残留在地下的剩余石油储量对于增加可采储量和提高采收率是一个巨大的潜力。因此，研究剩余油的形成和分布技术受到了广泛的关注。为了更好的了解水驱油过程中剩余油形成的水动力学条件，进而针对各种剩余油的形成和分布特征采取相应的措施从而提高采收率，我们发明了一种新的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能很好解释微观驱油机理、水驱剩余油形成的水动力学机理及动用剩余油的措施的高含水、特高含水油藏微观水驱剩余油的水动力学表征方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法包括：步骤1，进行微观水驱实验，并观测微观水驱油过程及剩余油变化的全程动态；步骤2，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态定性的将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜型剩余油、柱 状剩余油和滴状剩余油五类；步骤3，结合微观水驱油镜下特征采用毛细管模型及并联非等径模型模拟岩石孔隙、喉道；以及步骤4，在毛细管模型及并联非等径模型的基础上定义局部毛管数并以此建立了微观剩余油的水动力学表征方法。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，用玻璃刻蚀模型模拟真实岩石孔隙结构，实现了孔隙、喉道结构的可视化；将图像采集系统应用到微观水驱油实验上，通过对水驱油图像的实时观测实现了水驱油的动态可视化。

步骤1包括：

1)将玻璃刻蚀模型装入特制的可视化夹持器中；

2)施加适当强度围压,对玻璃刻蚀模型抽成真空并饱和粘度为5mPa·s的原油，直到原油充满整个玻璃刻蚀模型，静置一段时间至采集的画面稳定后为止；

3)启动微量恒速泵，设定驱替速度为0.05mL/min,注入粘度为0.5mPa·s的水，开始进行驱替实验；

4)直到驱替画面稳定，整个驱替过程中进行动态过程摄像，实时记录水驱替油的全部动态过程和相关的动态摄像文件；

5)精选实验所得的照片并进行图像处理。

在步骤2中，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态，定义剩余油联通孔隙系数、油孔径比和形状因子三个参数来定量描述剩余油的几何形态，将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜状剩余油、柱状剩余油和滴状剩余油五类。

在步骤4中，将多孔介质中的油水驱替的情况抽象为并联非等径毛细管内驱替过程，分析并联非等径毛细管水相，即润湿相与油相，即非润湿相渗流阻力及捕集原理分析与表征方法；

根据上述假设，任一孔道中的体积流量如下：

$q=\frac{\mathrm{\π}{R}^4}{8\mathrm{\μ}}\frac{\mathrm{\Δp}}{L_t}---\left(1\right)$

流动速度为：

$v=\frac{R^2}{8\mathrm{\μ}}\frac{\mathrm{\Δp}}{L_t}=\frac{R^2}{8\mathrm{\μ}}\mathrm{grapP}---\left(2\right)$

各孔道中平均流速之比为：

$\frac{v_2}{v_1}=\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}+(\frac{1}{\mathrm{\β}}-1)}{\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}}{{\mathrm{\β}}^2}-{\mathrm{\β}}^2(\frac{1}{\mathrm{\β}}-1)}---\left(3\right)$

式中β＝R₂/R₁是一个非均质系数

$N_{\mathrm{vc}}=\left(\frac{\mathrm{\μ}{L}_{t}q}{\mathrm{\π}{R_1}^3\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\right)=\frac{F_v}{F_c}---\left(4\right)$

式中：π为圆周率；R为孔道直径；Δp为孔道两端压差；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；grapP为压力梯度；R₂为大孔道直径；R₁为小孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角；

公式(4)是一个粘滞力与毛管力之比，即为局部毛管数，在毛管力可以忽略也就是较大的毛管数的范围内，并联孔道中的每个孔道的速度与它的半径的平方成正比，因此，大半径孔道中的界面将在小半径孔道之前到达出口，并且非润湿相将被圈困在小半径孔道中；

若粘滞力可以忽略，则小半径中流体的吸吮速度比并联双孔道的入口处的速度大，在小半径孔道中的界面移动仍然比大孔道中的快，非湿相被俘集在大半径孔道中。

在步骤4中，连片型剩余油为任意联通吼道中心轴向压力梯度lim(grapP)→0；

分枝状剩余油为任意剩余油所在吼道中心轴两端压力梯度lim(grapP)→0，剩余油周边吼道压力梯度大于零lim(grapP)>0；

油膜型剩余油为喉道轴向压力梯度lim(grapP)>0，作用于剩余油的剪切应力小于附着应力τ<F_a；

柱状剩余油为形成剩余油前局部毛管数粘性力主导相邻大孔道流体流动；

滴状剩余油为形成剩余油前局部毛管毛管力主导相邻小孔道内流体流动，作用在剩余油上的压力梯度lim(grapP)→0。

式中：lim求极限；grapP为压力梯度；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；τ为剪切力；F_a为粘附力；q为孔道体积流量，R₁为孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角。

该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法还包括，在步骤4之后，根据微观剩余油形成的水动力学条件，在研究不同类型微观剩余油形成的力学机制的基础上，明确不同类型微观剩余油的驱油动力及驱油阻力，从增加不同类型剩余油驱油动力，减少驱油阻力的角度，明确相对应的剩余油动用技术措施。

本发明中的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，以微观水驱实验为基础，采用玻璃刻蚀仿真模型，并结合利用实时图像采集系统，形成了对水驱油过程的实时动态可视化。突破了常规的岩心驱替实验的局限性。利用实验结果深入对微观水驱油渗流过程的分析，并结合毛细管模型及并联非等径模型建立了微观剩余油水动力学表征方法。该方法针对油田油区进入高含水、特高含水采油期而发明的，该方法具有较强的实用性和普遍性，为油田的高含水、特高含水油藏的剩余油挖潜提供理论指导。

附图说明

图1为本发明的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中的并联非等径模型；

图3为本发明的一具体实施例中捕集在小孔隙情况的剩余油形成机理分析；

图4为本发明的一具体实施例中捕集在大孔隙情况的剩余油形成机理分析；

图5为本发明的一具体实施例中剩余油形成的水动力学条件方法的示意图；

图6为本发明的一具体实施例中剩余油动用措施的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法的流程图。

在步骤101，进行微观水驱实验，并观测微观水驱油过程及剩余油变化的全程动态。在本步骤中，改进了常规实验装置，采用玻璃刻蚀模型模拟真实岩石孔隙结构，实现了孔隙、喉道结构的可视化；将图像采集系统应用到微观水驱油实验上，通过对水驱油图像的实时观测实现了水驱油的动态可视化，为微观剩余油研究提供了新的方向。具体实验步骤如下：

1)将玻璃刻蚀模型装入特制的可视化夹持器中。

2)施加适当强度围压,对玻璃刻蚀模型抽成真空并饱和粘度为5mPa·s的原油，直到原油充满整个玻璃刻蚀模型，静置一段时间至采集的画面稳定后为止。

3)启动微量恒速泵，设定驱替速度为0.05mL/min,注入粘度为0.5mPa·s的水，开始进行驱替实验。

4)直到驱替画面稳定(即该驱替实验结束)，整个驱替过程中进行动态过程摄像,实时记录水驱替油的全部动态过程和相关的动态摄像文件。

5)精选实验所得的照片并利用图像处理软件Imagepro-plus6.0分别进行处理。流程进入到步骤102。

在步骤102，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态定性的将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜型剩余油、柱状剩余油和滴状剩余油五类。在一实施例中，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态，定义剩余油联通孔隙系数、油孔径比和形状因子三个参数来定量描述剩余油的几何形态，将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜状剩余油、柱状剩余油和滴状剩余油五类。流程进入到步骤103。

在步骤103，结合微观水驱油镜下特征采用毛细管模型及并联非等径模型模拟岩石孔隙、喉道，得到了剩余油俘获原理。

多孔介质中的油水驱替在大多数情况下，可以抽象为并联非等径毛细管内驱替过程，用并联孔隙模型可形象地说明水驱油过程的基本特征。如图2所示，两孔隙相连形成并联孔隙。假设油水两相的粘度和密度相等，孔隙1的直径(R1)比孔隙2的直径(R2)小。如果一个孔隙中的驱替速度比另一个快，而且两端的压力不足以将孤立油滴从驱替速度较低的孔隙中驱替出来的话，油相就会俘留。流程进入到步骤104。

在步骤104，在模型的基础上定义局部毛管数并以此建立了微观剩余油的水动力学表征方法。具体说来，将多孔介质中的油水驱替的情况抽象为并联非等径毛细管内驱替过程，建立了微观剩余油的水动力学表征方法。

将多孔介质中的油水驱替的情况抽象为并联非等径毛细管内驱替过程(附图3和图4)，分析并联非等径毛细管水相(润湿相)与油相(非润湿相)渗流阻力及捕集原理分析与表征方法。

根据上述假设，任一孔道中的体积流量如下：

$q=\frac{\mathrm{\&pi;}{R}^4}{8\mathrm{\&mu;}}\frac{\mathrm{\&Delta;p}}{L_t}---\left(1\right)$

流动速度为

$v=\frac{R^2}{8\mathrm{\&mu;}}\frac{\mathrm{\&Delta;p}}{L_t}=\frac{R^2}{8\mathrm{\&mu;}}\mathrm{grapP}---\left(2\right)$

各孔道中平均流速之比为：

$\frac{v_2}{v_1}=\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}+(\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}-1)}{\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}}{{\mathrm{\&beta;}}^2}-{\mathrm{\&beta;}}^2(\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}-1)}---\left(3\right)$

式中β＝R₂/R₁是一个非均质系数

$N_{\mathrm{vc}}=\left(\frac{\mathrm{\&mu;}{L}_{t}q}{\mathrm{\&pi;}{R_1}^3\mathrm{\&sigma;}\cos \mathrm{\&theta;}}\right)=\frac{F_v}{F_c}---\left(4\right)$

式中：π为圆周率；R为孔道直径；Δp为孔道两端压差；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；grapP为压力梯度；R₂为大孔道直径；R₁为小孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角；

公式(4)是一个粘滞力与毛管力之比，我们称之为局部毛管数。在毛管力可以忽略(较大的毛管数)的范围内，并联孔道中的每个孔道的速度与它的半径的平方成正比。因此，大半径孔道中的界面将在小半径孔道之前到达出口，并且非润湿相将被圈困在小半径孔道中(见图2a)。

若粘滞力可以忽略，则小半径中流体的吸吮速度比并联双孔道的入口处的速度大。在小半径孔道中的界面移动仍然比大孔道中的快。非湿相被俘集在大半径孔道中(见图2b)。

连片型剩余油：任意联通吼道中心轴向压力梯度lim(grapP)→0；

分枝状剩余油：任意剩余油所在吼道中心轴两端压力梯度lim(grapP)→0，剩余油周边吼道压力梯度大于零lim(grapP)>0；

油膜型剩余油：喉道轴向压力梯度lim(grapP)>0，作用于剩余油的剪切应力小于附着应力τ<F_a；

柱状剩余油：形成剩余油前局部毛管数粘性力主导相邻大孔道流体流动；

滴状剩余油：形成剩余油前局部毛管毛管力主导相邻小孔道内流体流动，作用在剩余油上的压力梯度lim(grapP)→0。

式中：lim求极限；grapP为压力梯度；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；q为孔道体积流量，R₁为孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角。

如图5所示，为剩余油形成的水动力学条件方法。

流程进入到步骤105。

在步骤105，根据微观剩余油形成的水动力学条件，在研究不同类型微观剩余油形成的力学机制的基础上，明确不同类型微观剩余油的驱油动力及驱油阻力，建立了与之相对应的剩余油动用措施。

如图6所示，为剩余油动用的技术措施。流程结束。

Claims (7)

1.高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法包括：

步骤1，进行微观水驱实验，并观测微观水驱油过程及剩余油变化的全程动态；

步骤2，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态定性的将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜型剩余油、柱状剩余油和滴状剩余油五类；

步骤3，结合微观水驱油镜下特征采用毛细管模型及并联非等径模型模拟岩石孔隙、喉道；以及

步骤4，在毛细管模型及并联非等径模型的基础上定义局部毛管数并以此建立了微观剩余油的水动力学表征方法。

2.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，在步骤1中，用玻璃刻蚀模型模拟真实岩石孔隙结构，实现了孔隙、喉道结构的可视化；将图像采集系统应用到微观水驱油实验上，通过对水驱油图像的实时观测实现了水驱油的动态可视化。

3.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，步骤1包括：

1)将玻璃刻蚀模型装入特制的可视化夹持器中；

2)施加适当强度围压,对玻璃刻蚀模型抽成真空并饱和粘度为5mPa·s的原油，直到原油充满整个玻璃刻蚀模型，静置一段时间至采集的画面稳定后为止；

3)启动微量恒速泵，设定驱替速度为0.05mL/min,注入粘度为0.5mPa·s的水，开始进行驱替实验；

4)直到驱替画面稳定，整个驱替过程中进行动态过程摄像，实时记录水驱替油的全部动态过程和相关的动态摄像文件；

5)精选实验所得的照片并进行图像处理。

4.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，在步骤2中，结合微观水驱油过程中剩余油的镜下几何形态，定义剩余油联通孔隙系数、油孔径比和形状因子三个参数来定量描述剩余油的几何形态，将剩余油定性的分为了连片型剩余油、分枝状剩余油、油膜状剩余油、柱状剩余油和滴状剩余油五类。

5.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，在步骤4中，将多孔介质中的油水驱替的情况抽象为并联非等径毛细管内驱替过程，分析并联非等径毛细管水相，即润湿相与油相，即非润湿相渗流阻力及捕集原理分析与表征方法；

根据上述假设，任一孔道中的体积流量如下：

$q=\frac{{\mathrm{\&pi;R}}^4}{8\mathrm{\&mu;}}\frac{\mathrm{\&Delta;p}}{L_t}---\left(1\right)$

流动速度为：

$v=\frac{R^2}{8\mathrm{\&mu;}}\frac{\mathrm{\&Delta;p}}{L_t}=\frac{R^2}{8\mathrm{\&mu;}}\mathrm{grapP}---\left(2\right)$

各孔道中平均流速之比为：

$\frac{v_2}{v_1}=\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}+(\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}-1)}{\frac{{4N}_{\mathrm{vc}}}{{\mathrm{\&beta;}}^2}-{\mathrm{\&beta;}}^2(\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}-1)}---\left(3\right)$

式中β＝R₂/R₁是一个非均质系数

$N_{\mathrm{vc}}=\left(\frac{{\mathrm{\&mu;L}}_{t}q}{\mathrm{\&pi;}{R_1}^3\mathrm{\&sigma;}\cos \mathrm{\&theta;}}\right)=\frac{F_v}{F_c}---\left(4\right)$

式中：π为圆周率；R为孔道直径；Δp为孔道两端压差；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；grapP为压力梯度；R₂为大孔道直径；R₁为小孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角；

公式(4)是一个粘滞力与毛管力之比，即为局部毛管数，在毛管力可以忽略也就是较大的毛管数的范围内，并联孔道中的每个孔道的速度与它的半径的平方成正比，因此，大半径孔道中的界面将在小半径孔道之前到达出口，并且非润湿相将被圈困在小半径孔道中；

若粘滞力可以忽略，则小半径中流体的吸吮速度比并联双孔道的入口处的速度大，在小半径孔道中的界面移动仍然比大孔道中的快，非湿相被俘集在大半径孔道中。

6.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，在步骤4中，连片型剩余油为任意联通吼道中心轴向压力梯度lim(grapP)→0；

分枝状剩余油为任意剩余油所在吼道中心轴两端压力梯度lim(grapP)→0，剩余油周边吼道压力梯度大于零lim(grapP)>0；

油膜型剩余油为喉道轴向压力梯度lim(grapP)>0，作用于剩余油的剪切应力小于附着应力τ<F_a；

柱状剩余油为形成剩余油前局部毛管数粘性力主导相邻大孔道流体流动；

滴状剩余油为形成剩余油前局部毛管毛管力主导相邻小孔道内流体流动，作用在剩余油上的压力梯度lim(grapP)→0。

式中：lim求极限；grapP为压力梯度；μ为流体粘度；L_t为孔道长度；τ为剪切力；F_a为粘附力；q为孔道体积流量，R₁为孔道直径；σ为油水界面张力；F_v为粘滞力；F_c为毛管力；θ为润湿角。

7.根据权利要求1所述的高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法，其特征在于，该高含水油藏微观水驱剩余油水动力学表征方法还包括，在步骤4之后，根据微观剩余油形成的水动力学条件，在研究不同类型微观剩余油形成的力学机制的基础上，明确不同类型微观剩余油的驱油动力及驱油阻力，从增加不同类型剩余油驱油动力，减少驱油阻力的角度，明确相对应的剩余油动用技术措施。