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探讨开发后期剩余油分布规律与挖潜措施[摘要]经过长期注水开采，油田进入高含水期，油层内油、气、水交错渗流，剩余油的挖潜难度加大。
高含水剩余油分布研究主要从剩余油分布研究方法、剩余油分布特征、剩余油分布控制因素三方面进行。
总结目前剩余油分布及挖潜技术状况和最新进展，提出周期注水、降压开采等剩余油挖潜措施。
[关键词]油田开发后期剩余油控制因素挖潜措施中图分类号：p618.13 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）08-257-01前言陆相沉积油田近90%采用注水开采方式，其基本规律是注水开发早、中期含水上升快，采出程度高。
油田进入高含水后期开发后，剩余油分布越来越复杂，给油田稳产和调整挖潜带来的难度越来越大。
剩余油的分布与沉积微相、储层非均质、流体非均质、断层、开发因素（注采关系、井网部署）等诸多因素有关，高含水期的剩余油研究内容不仅要搞清楚剩余油分布的准确位置及数量，还要搞清楚其成因以及分布的特点，并根据剩余油分布规律，采用相应的挖掘技术，提升油田的开发潜力。
1 剩余油分布规律1.1剩余油分布控制因素高含水期剩余油的形成与分布主要受地质和开发两大因素的控制。
地质因素主要指沉积微相，储层微观特征、宏观非均质性，油层微型构造，油藏构造，流体性质等。
开发因素主要指注采系统。
各种因素互相联系，互相制约，共同控制着剩余油的分布。
1.1.1地质因素。
（1）沉积微相控制剩余油的分布。
沉积微相决定储集砂体的外部形态及内部构造，因此也决定着储层平面和垂向非均质性，控制着油气水的运动方向，从而导致剩余油沿一定的相带分布。
沉积微相对剩余油分布的控制作用主要表现为4个方面：砂体的外部几何形态；砂体的延伸方向和展布规律；砂体内部构造；不同微相带影响井的生产情况。
（2）油层微构造和断层构造对剩余油分布的控制作用。
不同的微型构造模式其剩余油富集程度和油井生产情况不同。
油层微型构造对剩余油的分布和油井生产有明显的控制作用。
剩余油研究目前，我国的大部分油田经过几十年的开发，先后经历了上产期、稳产期和递减期，已进入高、特高含水开发阶段，增储上产、稳油控水的难度越来越大。
具体表现为：①勘探程度高，新增储量日益困难，剩余储量可动用性较差；②注水开发油田综合含水率高、采出程度高、采油速度高、储采比低、采收率低，矛盾突出；③油田地质情况复杂，水驱油过程不均匀，大部分油田仍有60％左右的剩余油残留在地下。
因此，加强剩余油分布规律研究、搞清其分布特征、采取有效对策提高原油最终采收率已成为油田提高采收率的必由之路。
剩余油研究的内容不仅要搞清楚剩余油分布的准确位置及数量，还要搞清楚剩余油的成因以及分布的特点，从而提出挖潜措施，其中剩余油分布位置和数量是剩余油研究的技术关键和难点。
1.现阶段陆相老油田储层特征及剩余油分布按沉积类型将我国碎屑岩储集层可划分为6类：河流相；三角洲相；扇三角洲相；湖底扇(浊积)相；冲积扇相；滩坝相。
据统计，我国油田92%的储层为陆相碎屑岩沉积。
其中湖泊环境(三角洲相、扇三角洲相、湖底扇相、滩坝相)和冲积环境(冲积扇相、河流相)沉积的碎屑岩储集层又分别占我国总开发储量的43%和49%，几乎各占一半。
其中河流相和三角洲相储集层是我国石油资源的主要载体,分别占我国总开发储量的42.6%和30.0%,几乎近2/3。
其它依次为湖底扇(浊积)相占6.3%，扇三角洲相占5.4%，冲积扇(包括冲积)河流相)相占6.4%，滩坝相占1.4%，另外还有8%的储量在基岩中。
这些碎屑岩储层的特征如下：（1）近源短距离搬运和湖泊水体能量较小等基本环境因素，导致了陆相湖盆碎屑岩储层相对海相同类环境储层砂体规模小、分布零散和连续性差，非均质性更为严重，表现为矿物、结构成熟度低，孔隙结构复杂。
（2）湖泊水进水退频繁，使河流一三角洲沉积呈明显的多旋回性，油田纵向上油层多，纵向上砂体相互交错，平面上相带频繁叠加，形成了含油层系十分复杂的沉积体系。
[收稿日期]20050728 [作者简介]何建华(1965),男,1987年大学毕业,高级工程师,硕士生,现从事提高采收率研究工作。
高含水期微观剩余油分布研究何建华,张树林 (江汉油田分公司勘探开发研究院,湖北潜江433124)[摘要]应用微观渗流物理模拟技术,通过图像分析,观察了剩余油的形成和分布规律,分析了孔隙结构、注入速度等对剩余油分布的影响,研究了水驱后剩余油的微观分布特征及剩余油形成机理。
水驱后高含水期的剩余油分为连片状剩余油和分散型剩余油两大类。
[关键词]微观模型;物理模型;水驱油试验;高含水期;剩余油分布[中图分类号]T E327;T E347[文献标识码]A [文章编号]10009752(2006)04034005剩余油的分布表现为宏观分布和微观分布两种形式[1]。
剩余油的多少和空间分布是设计注水开发调整方案或三次采油方案的重要依据,也是评价注水开发油田经济效益的主要基础资料。
尤其在当今高油价情况下,已开发油田增加产量和提高采收率已成为当务之急,而确定剩余油分布则是其中的关键。
搞清这些剩余油的形态和分布,能够选择合适的三次采油方法,充分提高三次采油的效果,对提高采收率具有重要的理论和实际应用价值。
为此,笔者主要运用微观模拟技术,定性、定量研究水驱油效率,微观剩余油的分布特征及形成机理,同时运用分形理论方法研究微观剩余油的分形分布特征。
1 微观物理模拟水驱油试验111 微观水驱油试验条件及方法1)微观模型 采用光化学刻蚀工艺[2],按天然岩心切片的真实孔隙系统刻到平面玻璃上,制作3个不同的仿真二维模型,模型厚20L m 。
由于模型是在高温下烧结而成的,模型表面最初为强亲水,可用二氯二甲基硅烷溶液将其处理成亲油性。
模型参数见表1。
表1 试验微观模型物性参数表模型编号孔隙度/%渗透率/10-3L m 2模型尺寸/mm @mm 孔隙配位数孔喉比1#321765818930@2021625132#3416117811330@20219341143#41158-40@40--2)试验流程 主要由物理模型、驱替系统、光源系统、图像采集系统、图像处理5部分组成。
3)试验步骤 ①根据试验要求,将微观模型孔隙表面的润湿性处理成亲油或亲水;②将模型烘干,并称干重;然后再抽真空,饱和水称重,确定模型的孔隙体积;③用模拟油驱替水,驱至模型出口不再出水为止(驱替约10PV 左右),并录取原始含油图像;④按试验方案选择一定的注入速度,进行恒速水驱油试验;⑤根据试验要求,改变注入速度、润湿性、原油粘度、微观模型等,重复上述步骤进行试验;⑥根据图像分析计算剩余油饱和度和水驱油效率。
112 水、油驱替过程描述亲水模型在建立束缚水的过程中,油先沿着大孔道向前流动,并且占据大孔道,水分布在较小的孔道中;另外,水还以连续的水膜形式分布在孔隙的表面。
当进行水驱油时,水的进入,一方面沿大孔道中间突进,另一方面沿孔隙表面慢慢运移。
渗入的水以水膜形态分布于孔壁周围,进而充满孔隙,将小孔隙中的油挤出孔隙。
如果突进的速度大于沿孔壁润湿的速度,则小孔隙中的油易被水锁;如果沿孔壁#340#石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2006年8月 第28卷 第4期Journal of Oil and Gas Technology (J 1JPI) Aug 12006 Vol128 No 14润湿速度大于大孔中的突进速度,则大孔中易形成油珠,形成的剩余油存在于被众多的小孔隙包围了的较大孔隙中。
驱替速度高时,在较大孔道中的油被驱出,当一些较大孔道形成水流通道而油被水切割开后,处在流动侧向和一些结构不好的孔道中的油很难再被驱出来。
图1(a),(b),(c)展示了亲水模型的微观水驱油进程以及在不同时期剩余油的分布(黑色为剩余油)。
在亲水模型中剩余油的分布主要以油珠状分布在较大孔道中,还有一些分布在较细小的孔道中。
图1 1#亲水微观模型的低速水驱油过程(01002ml/min)亲油模型在建立束缚水的过程中,油沿孔道壁首先向前推进,把孔隙中的水先包围,然后再驱赶出来,少部分水残留在较小的孔道中,有时小水珠也夹杂在大孔道的油里。
在驱替过程中,水沿着大孔道进入孔隙,由于亲油的关系,孔道四周都有一层油膜,形成一个边界层。
在驱替初期,油沿着孔道流动,驱替到一定程度后油便沿孔道壁向前移动,水在流经某些较小孔道时会被油切割成小水珠夹带在油中间。
由于孔隙表面是亲油的,所以表面吸附力所引起的渗流阻力要高于亲水模型,水驱时油有被驱走的趋势,油同时还受界面引力作用,因此,也不容易被驱走。
图2(a),(b),(c)展示了亲油模型的微观水驱油进程以及在不同时期剩余油的分布。
在亲油模型上剩余油主要由两部分构成,即小孔道中油的段塞和孔隙表面的油膜。
在非均质程度复杂的微观孔隙结构中,还可能存在大块的剩余油)))由很多大的含油孔隙组成的孔隙群被周围许多小的含油孔隙包围。
图2 2#亲油微观模型的高速水驱油过程(01015ml/min)113 水驱油试验结果利用制备的微观仿真物理模型,进行了水驱油试验,显微照片和录像提供了孔隙几何形状、石油捕集和剩余油微观分布等图形。
考察微观水驱油的全过程发现,在不同的驱替速度、不同粘度的模拟油条件下,水驱油的进程快慢和形成剩余油的多少都有所不同,驱替速度低时形成的剩余油多,驱替速度高时形成的剩余油少;原油粘度大时形成的剩余油多,粘度小时形成的剩余油少。
图3是在模拟油粘度为1213mPa #s 、不同的驱替速度下进行的水驱油试验结果。
从图3可以看出,驱替速度从01002m l/min 增大到01015ml/m in 时,亲油模型(2-1#)驱油效率由5313%增大到#341#第28卷第4期何建华等:高含水期微观剩余油分布研究6818%,剩余油饱和度降低近12%;亲水模型(2-2#)的驱油效率由6410%增大到7818%。
微观模型在不同驱替速度下水驱油效率随速度的增大而增大,并且亲水模型要比亲油模型的驱油效率平均高约10%。
在水驱速度恒定为01005m l/min 的条件下,改变原油粘度,进行微观水驱油试验(结果见图4)。
对于粘度510mPa #s 原油(1-1#),由于油水粘度比相对较小,水驱前沿的推进相对均匀,水的指进不严重,驱替水容易波及到较细小的孔道,油膜及油斑易被驱走,亲油、亲水模型的驱替效率分别5615%,5915%,剩余油量少。
在驱替粘度为2314mPa #s 原油(1-2#)时,前沿推进不均匀,油水流度比大,驱替水容易突破大孔道迅速向前运移,形成较严重的指进,因此,细小孔道中的原油不易被驱走,亲油、亲水模型的驱替效率分别为4211%,4711%,剩余油量较多。
相比较而言,高粘原油驱替效率比低粘原油驱替效率要低近13%左右。
比较润湿性对驱油效率的影响发现,亲水模型的驱油效率高于亲油模型的驱油效率近3%。
图3 微观驱油效率与驱替速度的关系 图4微观驱油效率与原油粘度的关系2 微观剩余油分布特征剩余油的形式多种多样,根据所占孔隙空间的大小,可以将剩余油分为两大类:一类是占较多孔隙的连片状剩余油,它分为水波及域外的连片状剩余油和水波及域内的簇状剩余油;另一类是占据较少孔隙的分散型剩余油,主要有柱状、膜状、角状和孤岛状等形式。
211片状剩余油图5 剩余油的簇状连片分布水波及域外的片状剩余油是指在微观模型驱油试验中,由于注入水未驱到而滞留于模型边角处的剩余油。
簇状剩余油是指被通畅的大孔道所包围的小喉道控制群中的剩余油,实际上是一种水淹区内更小范围的剩余油块,主要是由于注入水在孔隙空间内的绕流形成的。
在水驱油过程中,注入水沿着阻力较小的孔道前进要快,即微观指进;当两条突进的水道在前方某些孔道合拢后,两条水道之间的油块就会残留下来成为剩余油。
当注入水的通道形成以后,水在这些通道内的流动阻力就会大大降低,从而更有利于水的流动。
由于多孔介质内广泛存在着的微观非均质性,所以簇状剩余油在水驱过程中能大量地形成,每一个簇状剩余油块相对于其他形式的剩余油所占的油量又多,因此,簇状剩余油在剩余油中占的比例很大。
图5(a)簇状剩余油是2#亲油模型中低速驱替时产生的,图5(b)的簇状剩余油是在3#模型中观察到的。
无论润湿性是亲油或亲水,驱替速度是高或低,3#模型中都存在簇状剩余油,这主要是孔隙结构的微观非均质性强的缘故。
#342# 石油天然气学报(江汉石油学院学报)2006年8月212 分散型剩余油柱状剩余油主要存在于连通孔隙的喉道处,特别是那些细长的喉道中更加明显。
它主要有两种形式,一种是存在于并联孔道中的细喉道内;另一种是存在于/H 0形孔道内。
角状剩余油是指被水驱扫过后密封于死角或孔隙盲端的剩余油,而与其相连的孔喉则大部分被水取代。
它存在于大量的孔隙盲端中,且盲端越深,其剩余油量越大。
膜状剩余油主要存在于亲油的孔隙结构中,由于油在岩石壁面的附着力大于水驱过程的剪切力,注入水在孔隙中间通过,使粘附在岩石表面的油留下,形成油膜或油环,它在油湿孔隙中普遍存在。
/孤岛状0剩余油是亲水孔隙结构中特有的一种形式的剩余油。
在水驱油过程中,注入水沿着亲水的岩石壁面或壁面上的水膜前进,在孔隙内的油被完全驱走之前,水已占据了油流通道前的喉道,使油流被卡断,油即以油滴的形式留在大孔隙内成为/孤岛状0剩余油。
孔喉比相差越大,/孤岛状0剩余油越容易形成,且孔隙介质亲水性越强,形成的可能性越大。
3 剩余油形成机理311 毛管力作用图6 油水界面弯月面类型毛管力是岩石体系毛管孔道中作用于油、水、固相界面上各种力引起的。
在试验过程中,由于驱替速度较慢且微观模型小,粘滞力和重力可以忽略,因此,作用于油水和岩石孔隙界面的毛管力主要控制孔隙水平的驱替活动。
在真实岩石孔隙系统中,水驱油过程可归结为油水界面弯月面的活动。
这种活动在许多孔隙中是同时发生的[3]。
油水界面的弯月面包含3种类型(图6):①覆盖弯月面。
侵入水沿孔壁楔入或/爬行0,自发地润湿岩石表面并扩展,尤其是孔隙表面较粗糙部分。
覆盖弯月面和孔壁间的润湿液体,在不同时间不同部位,厚度是变化的。
②颈部弯月面。
这种弯月面呈马鞍形,很不稳定,由润湿相在颈部积聚形成,它倾向于占据喉颈部位,通过喉道连接的油通常称为油颈,颈部弯月面极易使油颈断裂,堵塞油路,导致石油捕集。
③头部弯月面。
这种弯月面凹向油相,它趋向于占领孔体。
真实岩石孔隙系统,孔体的形状多种多样,剖面呈发散收缩形是常见的一种。
在此孔体中,弯月面推进时,在不同部位弯月面的曲率是变化的,因而在界面两侧的毛管压力也随之变化。
于是弯月面总是处于不平衡状态,当然,界面总是试图达到它的能量为最小的状态。
从上述油水界面弯月面的活动可看到,局部孔隙几何形状强烈地影响油水界面的形态及毛管力作用。
