文章编号:1000-7393(2005)05-0063-04
疏松砂岩油藏出砂机理室内试验研究*
吕广忠
1 张建乔
2 孙业恒1
(1.胜利油田有限公司地质科学研究院,山东东营 257015; 2.中国石油大学机电工程学院,山东东营 257061)
摘要 为研究疏松砂岩油藏出砂机理,对地层出砂进行了室内试验研究。利用玻璃板填砂平面模型,对影响地层出砂的非均质性、黏度、渗透率和流体渗流速度等因素进行了研究。结果表明,大孔道的形成是一个在主流线上分枝发展的 灾变过程。在临界出砂速度以上,随流速的增大,出砂速度迅速提高;胶结强度越高,出砂量和出砂速度越小;在相同的渗流速度下,渗透率越大,出砂量越小;随着原油黏度的增加,出砂量增加。出砂量的变化表明,胶结程度和水力冲刷是影响油层出砂的重要因素,大孔道一旦形成,油井含水率增加,油藏的采收率降低36%。试验结果为现场防止出砂提供了参考依据。
关键词 疏松砂岩油藏 出砂 室内试验 采收率
中图分类号:TE312 文献标识码:A
疏松砂岩油藏开采过程中很容易造成地层微粒运移及出砂[1~3],通过室内试验、数值模拟、油层出砂机理研究以及现场出砂情况分析发现,伴随地层出砂,在油层中逐渐形成大孔道,造成注入水沿大孔道快速突窜到生产井,使油井含水迅速上升,油田非均质程度加剧,油田的开发难度增大。为了系统深入地认识地层微粒运移形成大孔道的规律及其对油田生产的影响,进行了玻璃板填砂模型平面驱替模拟试验[4~6],进一步研究了流体速度、流体黏度、地层胶结强度、渗透率、沉积韵律等因素与地层微粒运移形成大孔道的关系。
1 实验装置与试验方法
采用玻璃板填砂平面模型,物理模型尺寸为180mm!130mm,模型沿长度方向分别布置2个外径3mm的钢管,与砂粒接触一端用300目筛网包裹。实验装置流程见图1,主要由流量泵ISCO-D M100、压力表、六通阀、摄像头、录像机和流量计组成。
模型用砂:实验室专用砂,用40~60、60~80、100~120、120~160、160~200、>200目的筛网组合在振动筛上筛选而出,颜色为白色。
试验流体:试验用水为盐水,试验用油为胜利稀释原油。
试验方法:以定流量的方式驱替,在出口(相当于采油井)不断接样,同时不间断录像,直到不出砂为止。
图1 实验装置
2 出砂机理室内试验研究
根据室内试验普遍接受的长宽比例,设计了不同的物理模型,从导致油层出砂的外因和内因2个方面对出砂机理进行了室内试验,研究各种因素对出砂导致大孔道形成的影响。外因包括水力冲刷、流体携带作用等;内因包括岩石的胶结程度、渗透率、原油黏度、沉积韵律等。
2.1 外因研究
2.1.1 水动力冲刷对大孔道形成和发展的影响 试验用的油砂粒径为100~120目,气测渗透率为
第27卷第5期 石油钻采工艺 V o.l27No.5 2005年10月 OI L DR I LLI NG&PRODUCTI O N TEC HNOLOGY Oc.t2005
*基金项目:国家973资助课题 大幅度提高石油采收率的基础研究(G1*******)部分研究内容。
作者简介:吕广忠,1974年生。2003年毕业于石油大学(华东)石油工程学院,现为博士后,主要从事油田开发研究和软件研制工作,副教授。电话:133********,E-m ai:l dz y l gz@sl o.f co m。
1.21 m 2
,孔隙度为35.8%。图2为不同水驱流量下出砂量随时间的变化曲线,图3为渗透率随时间变化曲线。可以看出,水动力冲刷造成地层微粒运移存在一个临界出砂速度,在该流速下流体的流动冲刷作用才能导致地层的拉伸破坏继而产生微粒的运移。在临界出砂速度以上,随流速的加大,出砂速度增加迅速,
导致渗透率急剧增加。
图2
不同水驱流量下出砂量与时间的关系
图3 不同水驱流量下渗透率与时间的关系
2.1.2 流体摩擦携带作用对大孔道形成和发展的影响 试验用的油砂粒径为100~120目,气测渗透率为1.28 m 2
,孔隙度为36.6%,模拟油黏度为40m Pa ?s 。图4为不同油驱流量下出砂量随时间的变化曲线,图5为渗透率随时间变化曲线。由图2~5可以看出,油驱比水驱时更易于出现微粒运移。这是因为高黏度原油在流动中阻力大,流动所需的压力梯度大,对砂粒的摩擦携带作用也大;同时,高黏原油也阻止砂体颗粒在运移过程中的沉降,使砂体颗粒比较均匀地分布在原油中,
易于随原油流动。
图4
不同油驱流量下出砂量与时间的关系
图5 不同油驱流量下渗透率与时间的关系
2.2 内因研究
2.2.1 胶结程度对大孔道形成和发展的影响 试验采用2种不同胶结程度的模型,在相同的水动力和相同模拟油携带作用下,研究了不同胶结强度对
大孔道形成和发展的影响。图6为不同胶结程度下出砂量随时间变化曲线,可以看出,胶结强度越高,砂体颗粒启动运移所需要的压力梯度(包括水动力、摩擦拖拽力等)越大,
出砂量和出砂速度越小。
图6 不同胶结程度下出砂量与时间的关系
2.2.2 渗透率对大孔道形成和发展的影响 用渗透率为1.2 m 2
和3.1 m 2
的模型,在相同胶结程度、相同流动介质黏度的情况下,先以相同的驱替速度冲刷(3mL /m in),观察出砂情况,然后对高渗模型提高驱替速度3倍观察出砂情况。图7为不同渗透率下出砂量随时间变化曲线,可以看出,随着渗透率的逐渐增大,临界出砂速度越来越大,而出砂速度和渗透率随渗流速度的增加越来越小,说明渗透率越大,地层微粒运移越困难。这主要是因为渗透率越大,相同的渗流速度下流动压差越小,砂粒受到的启动运移作用力越小,发生启动运移也就越困难。2.2.3 原油黏度对大孔道形成和发展的影响 图8为不同原油黏度下出砂量随时间变化曲线,可以
看出,随着原油黏度的增加,出砂量增加。
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石油钻采工艺 2005年10月(第27卷)第5期
图7 不同渗透率下出砂量与时间的关
系
图8 不同原油黏度下出砂量与时间的关系
2.2.4 正韵律模型对大孔道形成和发展的影响 设计高渗透层分布在底层,从下向上渗透率逐渐变小的正韵律模型,合注分采,分别计量出砂质量。图9为高低渗透层出砂量随时间变化曲线,可以看出,注入流体主要沿高渗透层流动,对高渗透层的冲刷作用强,有砂粒流出;而低渗透层注入流体流量小,流动缓慢,注入流体的作用力较弱,因而基本不出砂。产生这种现象的主要原因是在该模型中,对比条件与前面不同,高、低渗透层2端压差相同,造成
高渗透层流速远大于低渗透层,从而高渗透层出砂
而低渗透层基本不出砂。
图9 正韵律模型下出砂量与时间的关系
3 大孔道形成和发展对原油采收率的影响
设计了2个模型,模型砂粒尺寸为120~160目,渗透率约为2.8 m 2
。模型1抽真空饱和12.4m Pa ?s 的模拟油,然后用红色的水以1.0mL /m in
的流速驱油。模型2抽真空后饱和模拟油,在出口用1mm 针管射孔,射孔后进行水驱油,可以看到,随着水驱油的进行,出口有砂粒流出,出砂前缘和水驱前缘接触后,水很快沿大孔道突破,突破后水驱油的波及面积大幅度地减少。
图10、图11为驱替孔隙体积倍数与采收率、含水率关系曲线。可以看出,水突破后出砂时含水率的上升速度远远大于不出砂时的速度;在相同的驱
替孔隙体积倍数下,不出砂时的采收率总大于出砂时的采收率,驱替孔隙体积倍数为1时的采收率分别为51%和14.7%。这说明随着出砂量的增加,出砂时模型某些部分形成高渗带并进一步发展成大孔道,注入水沿大孔道形成水窜,出口含水急剧上升,大大降低了波及面积和采收率。
图10
驱替孔隙体积倍数与采收率的关系
图11 驱替孔隙体积倍数与含水率的关系对于疏松砂岩油藏,在胶结疏松、非均质性、不利油水黏度比的油田三维驱替
[7]
条件下,在地层某
些部分微粒运移很容易形成高渗带并进一步发展成大孔道,大大降低油藏的采收率,必须采取适当的措施加以控制。
4 微粒运移平面驱替模拟试验
利用玻璃板填砂模型进行了微粒运移平面驱替模拟试验,试验现象
[8~9]
见图12。可以看出,微粒
运移出砂时很快在射孔处形成分枝的亏空带,并向两侧发展。随着出砂过程的继续,大孔道的发展出现选择性,朝着阻力最小的方向发展,在最疏松的地
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吕广忠等:疏松砂岩油藏出砂机理室内试验研究
方形成范围较大的条带,遇到较紧密的地方逐渐收缩,改变方向,往前发展,甚至重新出现分枝现象。在部分地方由于出砂太多,形成空洞。大孔道与注入端连通后,逐渐达到稳定,
大孔道不再发展。
图12 水驱微粒运移示意图
5 结论
(1)通过玻璃板填砂模型平面驱替模拟试验,可以看出,大孔道的形成是一个在主流线上分枝发展 灾变 过程,其间伴随着砂液混合流和空穴的出
现和发展,在出砂上反映为由不出砂到少量缓慢出砂,再到突发性大量出砂,最后又趋于缓慢稳定出砂。
(2)水动力冲刷、流体摩擦携带、胶结程度、渗透率、原油黏度、正韵律等因素是影响油田出砂的因素,在油田的实际开发中应采取合理的措施减少这些因素对出砂的影响。
(3)对于典型的疏松砂岩油藏,在胶结疏松,非均质性,不利油水黏度比,流体的冲刷、摩擦拖拽和
携带运移作用等因素的控制影响之下,很容易造成地层的微粒运移和大量出砂,在一定条件下在地层某些部分形成高渗透带,并进一步发展成大孔道。注入水沿大孔道快速突窜到生产井,使油田的开发更加困难,而且大幅度地降低油藏的采收率,其后果是灾难性的。
参 考 文 献
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(收稿日期 2005 01 31)
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石油钻采工艺 2005年10月(第27卷)第5期
K ey words horizonta l he ter ogeneity wa ter dr i v i n g o il wa ter floodi n g effic iency d istribution o f re m a i n i n g o il equ i v a lent per m eab ility.
RESEARCH ON W ETTI NG HEAT AND AD S ORPTION HEAT BETWEEN THE SURFACE OF S OLI D AND LIQU I D
L i Jishan(Instit u te of Por ous F l o w&F l u i d M e chanics,CAS,Langfang065007,H ebe i),Y ao Tongyu,W ang X iup i n g
Abst ract In or der to understand the m eaning o f w etting heat and adsorpti o n hea,t concepts and re la ti o nships w ere d iscussed.The function and app lication ofw h i c h during o il recover y w ere analyzed and so m e i m bibiti o n experi m ents w ere m ade.The theoretical a nalysis and the experi m enta l resu lts sho w tha t t h e re la ti o nship bet w een w etti n g and adso r pti o n are close and t h ey p lay i m portant ro les i n oil recovery.The grea ter t h e w etting heat o f o il on rock surface is,the m ore dif ficult d isp l a c i n g the o il is.The m ore greater the w et ti n g heat of o il displace m ent agen t so luti o n on rock, t h e m ore easy to i m b i b ition,and mo re favor for enhan cing o il recovery.If t h e adso r pti o n heat o f o il dis place m ent agent on rock is greater,the adsorpti o n ca pacity is h i g her,m ore favor for changing the surface property o f rock.
K ey w ords surface of so li d and li q u i d w etting heat adsorption heat o il recovery i m b i b ition
H I GH PRESS URE S EPARATE LAYER I N JEC TI ON TECHNOLOGY AND APPLICATI ON OF UNRUNN I NG DEAD NOZZLE
M o X iaodong(No.1O il Production Plan,t H e?nan O ilfie l d Co m pany,Nanyang474780,H e'n an), M a H ong w e,i Dong Junfeng
Abst ract In v ie w o f difficulties o f r unn i n g and pulli n g allocati o n and l o w success rati o i n high pres sure separate w ater i n jection w el,l researched high pressure separate layer i n jecti o n techno logy of unr un n i n g dead nozzle.deve l o ped w ater flo w regulato r has open capac ity at setting pressure difference,and can block w ater no zzle te m porar ily,developed packer has lo w setti n g pressure and high pressure resistance,re alized h i g h pressure separate injection w ithou t r unning dead nozzle.Co m pare t h is technology w ith conven ti o na l separate i n j e ction technology,it decreased r un n i n g dea lnozzle ti m e and decreased w ater flo w regu la to r procedure and sticking risk,also it avo i d pipe stri n g setti n g at h igh pressure and pressure fluctuate w hile pulli n g dead nozzle.It has characters o f pipe stri n g wo r k i n g steady,lo w squir m,easy opera te,high success rati o.This techno logy has been app lied in150 w e lls i n H enan o ilfield,success rati o reached to 90%.
K ey w ords h i g h pressure separate injecti o n unr unni n g dead no zzle injecti o n string running and puli n g test applicati o n
APPLICATI ON OF MULTI-EFFICIENCY COMBI NATI ON FLOOD I NG SYSTE M
Song Q i n gx i n,L i u L i n bo,Zou X iaox ia(B i n nan O il P lan,t Shengli O ilfield Co m pany,B i n zhou 256600,Shandong),Zhang Dong fen,M iao Y anping Abst ract In v i e w of l o w utiliza ti o n rati o o f l a ter stage stea m during stea m si m u lation i n Shanjiasi heavy o ilfield,developed mu lti-effic iency co mb i n ation fl o od i n g syste m,it has capac iti e s of profile contro,l w ash i n g o il and decrease viscosity.A s one of surface acti n g agen,t Frother can decrease interfacial tension of o il and w ater,researched synergetic effect o f d iffer ent surface acti n g agen,t opti m ized foa m iness and i n terfac i a l of surface acting agen,t rea lized m ob ility con tro l of stea m,advanced recovery rati o o f stea m si m u la ti o n producti o n pattern.
K ey words later stage of stea m si m ulation botto m w ater mu lti-effic iency floodi n g
EXPER I M ENT OF S AND I NG PRODUCTI ON MEC HAN IS M S I N UNCON S OLI DATED SAND STONE RESERVO I R S
Lv Guangzhong(Geolog ical Sc ientific Research I nstit u te,SLOF,S i n opec,Dongy i n g257015,Shang dong),Zhang Jianqiao,Sun Y eheng
Abst ract The experi m ents w ere used to st u dy t h e sand i n g producti o n m echanis m in U nconso li d ated Sandstone R eservo irs.The effects o f sandi n g pr oduc ti o n are i n vestigated usi n g t h e sand-packed g l a ss plate m ode.l The facto rs i n fluenc i n g heterogeneity, m ob ilizati o n,per m eability and flu i d velocity are ana l y zed.The experi m ent results show that m acr oscopic t h roats fo r m i n g is a ca tastrophic pr ocess in m a i n strea m line.Above a critical sand producing velocity, w it h the i n cre m en t o f the flo w ve l o c ity,sand produ cing ve l o c ity i n creases qu ickly,and ce m entation i n tension is m ore h i g her,the content and velocity o f sand produc i n g are s m aller than be f o re.U nder the sa m e perco lati o n flo w ve l o c ity,the conten t o f sand produci n g is s m a ller w ith the b i g ger per m eab ility.The
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Vo.l27No.5 ABSTRACT
content o f sand pr oduci n g i n creases w ith the increase of crude oil viscosity.The var i e ty of a sand producing proves that ce m entati o n i n tension and hydrau lic sand w ash i n g are i m po rtant factors wh ich affect for m ation sand i n g producti o n.Once the m acroscop ic throats for m s i n for m ation,w ater cut in w e ll increases,and o il recovery reduces to36percen.t The experi m en t re su lts are usef u l for preventi n g sand i n g production i n o ilfield.
K ey w ords unconso li d ated sandstone reser vo irs sanding production laborator y experi m ent o il re covery
RESEARCH ON THE DYNA M I CS MODEL OF S URF ACE-DR I VEN SINGLE PROGRESSI NG CAVITY PU MP ROD AND CENTRALIZER DE SI GN
L iYuanchao,W u X iaodong,Lv Yanp i n g(China Un i v ersity o f Petr o leum,Be iji n g102249),X i n Shuang,W e i Zhaoyan
Abst ract The force on the surface-driven si n gle prog ressi n g cav ity pump(pcp)rod is researched and dyna m ics m odel o f pcp r od m ove m ent is estab lished.Th is m ode l si m u lates actual m ove m en t situa ti o n of rod w hen pcp w or ks.By consi d er i n g the infl u ence o f latera l move m ent of pum p i n g rod and descri b i n g its six d irectional disp lace m ent when rod runs, its ax ia l force,side force and contact extent bet w een t h e rod and the tubing could be obtai n ed.By t h e se vereness ex tent j u dge o f rod contac,t specific situa ti o ns t h at need to centralize could be obta i n ed.Th is m ode l is su itab le not only to the vertical w ell bu t also to the deflecti n g one.Th is research has been put into use in E r L ian o ilfields and w ells production period is overti m e for4m onth.
K ey w ords surface-dr i v en si n gle prog ress i n g cavity pu m p r od centralizer desi g n dyna m ics m odel
AFFECTI NG FACTOR S RESEARC H ON GAS-SEP ARATI NG EFFICIENCY OF DOW NHOLE GAS/O I L SEPARATOR
W u Zhao jun,W u X iaodong,Sun Y ong jian,W u Furang(Ch i n a U niversity of Petroleum,Be ijing 102249)
Abst ract Gas-separati n g effic iency is one o f i m portant index to eva l u ates do wnhole gas/o il separa to r,But there are m any factors tha t effect on gas-separati n g efficiency,such as v i s cosity,dia m eter o f separator and gas/li q u i d rati o n w ere a llAnalyzed.A c cord i n g to pri n c i p le o f downho le gas/oil separator,a process of experi m ent was estab li s hed to st u dy effect facto rs of separator effic iency.The test m ai n ly ana l y zed ve l o c ity and gas o il ratio,show s that one of gas o il ratio or velocity w as i n creased,t h e efficiency o f gas-separati n g m ore high,the experi m en t also de m onstrated the resu lts of theoretical ana l y sis.
K ey w ords do w nho le gas/oil separator gas -separating efficiency effecti n g factor theory ex peri m ent co m parison
STRESS SENSITI V ITY CHARACTERS OF I N TER-SALT NON-SANDSTONE RESERVO I R IN JI ANGHAN O I LF I ELD
H uang Ya jie,X ie Q i(O il Production Techno logy Research I nstitute,Jianghan O ilfield Co m pany,Q i a n jiang433123,H ube i)
Abst ract There is abundance oil i n jianghan i n ter-salt non-sandstone reservoir,but it is difficul ty to explorati o n because of co m plex litho logy and ab nor m a l stress.Ana lyzed effect of stress to t h is reser vo ir,and co mpared it w it h sandstone reservo ir, sho w ed it has obv ious stress sensitiv ity characters,t h is seri o usly e ffect explo ita ti o n of later period,for t h is ki n d of reser vo ir,shou l d inject w ater at forepart and contro l production pressure difference,try to keep res ervo ir pressure close to initial pressure,th isw ill de lay decrease of o il output and pr o long treati n g effect o f a w e l.l
K ey w ords i n ter-sa lt non-sandstone stress sensitivity plasticity elasticity
STUDY OF REPEATED FRACTUR I NG TECH NOLOGY I N LOW-PER M EABLE SAND OIL RESERVO I R I N AN SAI O ILFIELD
W ang Yongchang(Changq i n g O ilfield Co m pany, Y an a'n716000,Shaanx i),Jiang B i w u,M a Y anfeng, Guo Jiankang,W ang Lian j u n
Abst ract The pr opped fracture genera ted dur i n g pri m ary fracturi n g i n duces a stress field that chan ges or i g i n al stress field and further reorients ne w frac ture duri n g repeated fracturi n g,t h e extension direction is still controlled by stress stat u s.By m eans o f a ltering confi n i n g pressure,hydrau lic fract u ring si m u lati o n ex peri m ent proves the possibility o f ne w fracture genera ti o n dur i n g repeated fracturi n g.Te m porarily b locked repeated fracturing is applied i n Ansa i o ilfield,a te m porary block i n g agen t is injected duri n g old fractures'
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