第四章油层物理学研究与应用

1、 采收率及其影响因素采收率及其影响因素 提高原油采收率简介提高原油采收率简介 剩余油饱和度与采收率剩余油饱和度与采收率 物理模拟原理物理模拟原理提高油气藏采收率技术主要包括两个方面：提高油气藏采收率技术主要包括两个方面：第一，地下原油分布研究。第二，开采技术研究。第一，地下原油分布研究。第二，开采技术研究。提高采收率技术既和油藏的地质条件有关，又提高采收率技术既和油藏的地质条件有关，又受现有的开发开采工艺技术水平的限制。受现有的开发开采工艺技术水平的限制。 油层物理研究的目的就是了解油藏的地质特征、油层物理研究的目的就是了解油藏的地质特征、油藏流体的特征，研究不同开采工艺条件下的驱油油藏流体的

2、特征，研究不同开采工艺条件下的驱油机理，为现场提高采收率提供基础资料和依据。机理，为现场提高采收率提供基础资料和依据。地质储量可采储量最终采收率100三次采油:也称提高原油采收率也称提高原油采收率( (“Enhanced Oil Recovery”, ,即即EOREOR或或Improvement Oil Recovery，即即IOR)IOR)是针对二次采油没有采出的剩余油是针对二次采油没有采出的剩余油, ,采用向采用向地层注入其他驱油剂或引入其他能量的采油方法。地层注入其他驱油剂或引入其他能量的采油方法。一次采油：原油是利用天然能量来开采的原油是利用天然能量来开采的, ,其其最终采收率一般只能

3、达到最终采收率一般只能达到15%15%左右。左右。二次采油：当天然能量衰竭时当天然能量衰竭时, ,通过注水（或注通过注水（或注气）向油层提供补充能量，采收率远比能量衰竭气）向油层提供补充能量，采收率远比能量衰竭法高法高, ,最终采收率通常为最终采收率通常为30%40%。第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素主观因素对油藏开采的作用程度在逐渐增加：主观因素对油藏开采的作用程度在逐渐增加：一次采油一次采油二次采油二次采油三次采油三次采油(强化采油强化采油)天然能量天然能量依靠依靠物理、机械和力物理、机械和力学等宏观作用学等宏观作用立足立足化学、物理、热力、生化学、物理、热力、生物或联合

4、微观驱油作用物或联合微观驱油作用应用应用人工注水人工注水注气注气化学驱化学驱混相驱混相驱热力采油热力采油微生物采油微生物采油第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素波及波及系数系数：驱油剂波及的油藏体积与油藏驱油剂波及的油藏体积与油藏总体积的比值。也常被称为宏观波及效率。总体积的比值。也常被称为宏观波及效率。 影响波及效率的主要因素：影响波及效率的主要因素：储层的非均储层的非均质性质性、原油与驱油剂的粘度和相对渗透率原油与驱油剂的粘度和相对渗透率、原油与驱油剂的密度差异原油与驱油剂的密度差异等。等。第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素剩余油：剩余油：驱油剂未波及到的区域

5、内所剩下的原油。驱油剂未波及到的区域内所剩下的原油。残余油：残余油：驱油剂波及到的区域中没有被驱出的原油。驱油剂波及到的区域中没有被驱出的原油。驱油效率：驱油效率：指在工作剂波及范围内驱替出的指在工作剂波及范围内驱替出的原油体积与工作剂的波及体积之比。原油体积与工作剂的波及体积之比。采收率采收率可以表示为：可以表示为：采收率是注入工作剂的体积波及系数与驱油效率的乘积采收率是注入工作剂的体积波及系数与驱油效率的乘积Ev体积波及系数体积波及系数； ED洗油效率洗油效率。ooroDSSSEVsw工作剂的驱替体积工作剂的驱替体积V油藏总体积油藏总体积So原始含油饱和度原始含油饱和度Sor残余油饱和度残

6、余油饱和度第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素DVREEEVVEswV第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素 (一一)波及系数影响因素波及系数影响因素：流度比流度比、岩石的宏观非均质性岩石的宏观非均质性、注采井网对非均质性的注采井网对非均质性的适应程度适应程度等等流度比流度比指驱替夜的流度与被驱替液的流度之比。指驱替夜的流度与被驱替液的流度之比。wwooowKMK驱动液流度被驱动液流度流度：流度：流体的渗透率与其粘度之比流体的渗透率与其粘度之比。K水油水油流度比：流度比：五点法注采单元流度比五点法注采单元流度比对波及状况的影响对波及状况的影响 M122：出现明显的粘滞

7、指进出现明显的粘滞指进现象，波及系数降低。现象，波及系数降低。第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素油层岩石宏观非均质的影响油层岩石宏观非均质的影响实际油层是在水流冲刷过程中沉积形成的实际油层是在水流冲刷过程中沉积形成的顺水流方向与垂直水流方向的渗透率必然有差异顺水流方向与垂直水流方向的渗透率必然有差异形成不轨则驱动前缘形成不轨则驱动前缘油井会过早水淹，油藏留下一些油井会过早水淹，油藏留下一些“死油区死油区”注采井网安排不当注采井网安排不当流体沿渗透率好的方向流动快流体沿渗透率好的方向流动快第一节第一节 采收率及其影响因素采收率及其影响因素 残余油的分布状况及数量直接与岩石的润湿性

8、、残余油的分布状况及数量直接与岩石的润湿性、界面张力、岩石的微观结构等有关。界面张力、岩石的微观结构等有关。(二二)驱油效率影响因素驱油效率影响因素岩石性质及其微观结构岩石性质及其微观结构和和流体性质流体性质亲水岩藏：亲水岩藏：水驱油藏残余油的分布：水驱油藏残余油的分布：大多以珠状形式被捕集在流通孔道中。大多以珠状形式被捕集在流通孔道中。亲油岩藏：亲油岩藏：存在于注入水未进入的较小的流通孔存在于注入水未进入的较小的流通孔道中，而在充满水的大孔隙中，残余道中，而在充满水的大孔隙中，残余油呈膜状粘附在孔壁上。油呈膜状粘附在孔壁上。四、提高采收率的四、提高采收率的方向方向第一第一，通过，通过降低流度

9、比降低流度比以提高波及系数，同时尽以提高波及系数，同时尽可能适应油层的非均质性，以减少非均质性对驱可能适应油层的非均质性，以减少非均质性对驱油过程的不利影响；油过程的不利影响；第二第二，通过，通过减小界面张力减小界面张力或者或者消除工作剂与原油消除工作剂与原油间的界面效应间的界面效应以提高驱油效率。以提高驱油效率。第二节第二节 提高原油采收率简介提高原油采收率简介 注水开发是一种在世界各国应用较成功的注水开发是一种在世界各国应用较成功的采油方法。可使原油的采收率提高到采油方法。可使原油的采收率提高到30%40%。也就是说还有也就是说还有60%-70%的原油留在油层的原油留在油层中。中。 在在2

10、0世纪世纪20年代发展起来的三次采油使这年代发展起来的三次采油使这些剩余油的开采成为可能。些剩余油的开采成为可能。包括：包括：聚合物驱聚合物驱、活性剂驱活性剂驱、碱驱碱驱和和复合驱复合驱。一、化学驱油法一、化学驱油法 通过向油藏注入化学剂，以改善通过向油藏注入化学剂，以改善流体和岩石间的物化特征，如降低界流体和岩石间的物化特征，如降低界面张力、改善流度比等，从而提高采面张力、改善流度比等，从而提高采收率。收率。原理原理1 1、聚合物驱聚合物驱 在注入水中加入水溶性高分子聚合物，增加水在注入水中加入水溶性高分子聚合物，增加水的粘度，降低水相渗透率，的粘度，降低水相渗透率，减小流度比减小流度比M

11、M，提高波，提高波及系数。及系数。此外可以减小粘度指进，提高驱油效率。此外可以减小粘度指进，提高驱油效率。驱油机理驱油机理药剂药剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺 黄原胶黄原胶存在问题存在问题聚合物：聚合物：热降解热降解、盐降解盐降解、剪切降解剪切降解、地层吸附地层吸附 2 2活性剂驱活性剂驱药剂药剂磺酸盐型磺酸盐型羧酸盐型羧酸盐型非离子阴离子型非离子阴离子型降低油水界面张力；降低油水界面张力；改变亲油岩石表面的润湿性；改变亲油岩石表面的润湿性；使原油乳化，产生迭加的液阻系数（贾敏效应），使原油乳化，产生迭加的液阻系数（贾敏效应），增加高渗层的流动阻力，减小粘度指进现

12、象。增加高渗层的流动阻力，减小粘度指进现象。微乳状液驱微乳状液驱、活性水驱活性水驱、胶束溶液驱胶束溶液驱和和泡沫驱泡沫驱等。等。活性剂驱主要以提高驱油效率为主。活性剂驱主要以提高驱油效率为主。聚醚型聚醚型类型类型驱油机理驱油机理存在问题存在问题活性剂在岩石表面大量吸附；活性水与普通水的粘度差很小。活性剂在岩石表面大量吸附；活性水与普通水的粘度差很小。3 3、碱驱碱驱药剂药剂氢氧化钠氢氧化钠(NaOH(NaOH) )硅酸钠（硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）原硅酸钠（由原硅酸钠（由NaOHNaOH和水玻璃配置而成）和水玻璃配置而成） 在注入水中加入在注入水中加入碱，与原油中的有机碱，与原

13、油中的有机酸反应，生成表面活性剂酸反应，生成表面活性剂，降低油水界面，降低油水界面张力，张力，形成乳状液形成乳状液和改变岩石润湿性，提和改变岩石润湿性，提高波及系数和驱油效率。高波及系数和驱油效率。碳酸钠（碳酸钠（NaCONaCO3 3 ）驱油机理驱油机理存在问题存在问题碱耗；流度控制碱耗；流度控制4、化学复合驱化学复合驱化学复合驱是由聚合物、活性剂、碱以各种形式组合驱动化学复合驱是由聚合物、活性剂、碱以各种形式组合驱动驱驱 油油 机机 理理降低界面张力：降低界面张力：碱与原油中的酸性成份反应就地产生碱与原油中的酸性成份反应就地产生表面活性剂，降低相间界面张力和残余油饱和度，添表面活性剂，降低

14、相间界面张力和残余油饱和度，添加的表面活性剂与聚合物间的协同效应产生超低界面加的表面活性剂与聚合物间的协同效应产生超低界面张力，并扩大低界面张力的碱浓度范围；张力，并扩大低界面张力的碱浓度范围；聚合物的流度控制作用：聚合物的流度控制作用：聚合物可以使水相粘度增加，聚合物可以使水相粘度增加，渗透率降低，扩大驱替相的波及体积；渗透率降低，扩大驱替相的波及体积；降低化学剂的吸附损失：降低化学剂的吸附损失：碱的存在可降低注入的表面碱的存在可降低注入的表面活性剂、聚合物等的吸附，提高洗油效率；活性剂、聚合物等的吸附，提高洗油效率；另外：另外：复合驱还具有碱驱所具有的乳化携带、捕集、复合驱还具有碱驱所具有

15、的乳化携带、捕集、聚并、润湿反转等机理。聚并、润湿反转等机理。包括：包括：二元驱和三元驱。二元驱和三元驱。二、混相驱油法二、混相驱油法包括：包括：注液化石油气驱油法注液化石油气驱油法、富气驱油法富气驱油法、高压干气驱油高压干气驱油法法和和二氧化碳驱油法二氧化碳驱油法。驱油机理：驱油机理：气体与原油之间建立混相带，消除界面张力，气体与原油之间建立混相带，消除界面张力，提高驱油效率。提高驱油效率。混相驱：混相驱：指向油藏中注入一种能与原油在地层条件下完全指向油藏中注入一种能与原油在地层条件下完全或部分混相的流体驱替原油的开发方法。或部分混相的流体驱替原油的开发方法。图图127 混相流体驱油过程的相

16、段分布图混相流体驱油过程的相段分布图1.1.液化石油气驱动法液化石油气驱动法 注液化石油气混相驱油过程 向油藏注入以丙烷为主的液化石油气，与原向油藏注入以丙烷为主的液化石油气，与原油形成混相段塞，然后用天然气驱动段塞。液油形成混相段塞，然后用天然气驱动段塞。液化石油气段塞前缘可与地层油混相，后面与天化石油气段塞前缘可与地层油混相，后面与天然气混溶，形成良好的混相带。然气混溶，形成良好的混相带。 对于地层油中轻质组分（对于地层油中轻质组分（C C2-62-6）较少的油藏，可注入适）较少的油藏，可注入适量加入乙烷、丙烷和丁烷的天然气，富气中的较重组分不断量加入乙烷、丙烷和丁烷的天然气，富气中的较重

17、组分不断凝析到原油中，最终使注入气与原油混相的驱油方法。凝析到原油中，最终使注入气与原油混相的驱油方法。2.2.富气驱油法富气驱油法驱油过程驱油过程是先注一段富气，再注一段干气，然后用水驱动。是先注一段富气，再注一段干气，然后用水驱动。 注富气混相驱油过程注富气混相驱油过程 对于地层中原油组分含重质轻组分较多时，对于地层中原油组分含重质轻组分较多时，可向油藏高压注干气，与原油充分接触，油中的可向油藏高压注干气，与原油充分接触，油中的轻质组分轻质组分C C2-62-6逆行到气体前缘，并使之富化，富逆行到气体前缘，并使之富化，富化的气体在推进过程中不断与新原油接触，进一化的气体在推进过程中不断与新

18、原油接触，进一步被富化，最后达到混相。步被富化，最后达到混相。3.3.高压干气驱油法高压干气驱油法 高压注干气混相驱油过程高压注干气混相驱油过程4.4.COCO2 2驱油法驱油法 向油藏高压注入向油藏高压注入COCO2 2，不断与原油接触萃取其中较，不断与原油接触萃取其中较重烃组分而富化，重烃组分而富化，COCO2 2同时溶于原油中，它通过气化、同时溶于原油中，它通过气化、凝析过程，最终与原油形成混相的驱油法。凝析过程，最终与原油形成混相的驱油法。(3)(3)与原油产生低界面张力；与原油产生低界面张力；存在问题：存在问题：气源气源提高采收率机理：提高采收率机理：(1)(1)降低原油的粘度；降低

19、原油的粘度；(2)(2)使原油膨胀；使原油膨胀； 原油粘度降低比值m/o和压力的关系 原油体积膨胀系数和CO2溶解度的关系热力采油热力采油是向油层注入热流体或使油层就地发生燃烧是向油层注入热流体或使油层就地发生燃烧后形成移动热流，主要依靠热能降低原油的粘度，以后形成移动热流，主要依靠热能降低原油的粘度，以增加原油的流动能力的采油方法。增加原油的流动能力的采油方法。三、热力采油法三、热力采油法热力采油法主要用于对付热力采油法主要用于对付稠油稠油，但也可以用于开采稀油。但也可以用于开采稀油。热力采油工艺可分为两类：热力采油工艺可分为两类：注热流体法注热流体法油层就地燃烧法油层就地燃烧法1、注热流体

20、法注热流体法主要是主要是蒸汽蒸汽注蒸汽采油注蒸汽采油是以水蒸气为介质，把地面产生的热注入是以水蒸气为介质，把地面产生的热注入油层的一种热力采油方法。油层的一种热力采油方法。分为：分为：蒸汽吞吐蒸汽吞吐和和蒸汽驱蒸汽驱两种。两种。(1)蒸汽吞吐蒸汽吞吐从注蒸汽开始到油井不能从注蒸汽开始到油井不能生产为止，即完成一个过生产为止，即完成一个过程称为一个程称为一个周期周期。蒸汽吞吐：蒸汽吞吐：在本井完成在本井完成注蒸汽、焖井、开井生注蒸汽、焖井、开井生产三个连续过程。产三个连续过程。蒸汽吞吐过程蒸汽吞吐过程 蒸汽吞吐井的产量特征曲线(2)(2)蒸汽驱蒸汽驱：蒸汽驱：蒸汽驱：按一定生产井网，在注汽井注汽，在生产井采油。按一定生产井网，在注汽井注汽，在生产井采油。蒸汽驱油藏示意图蒸汽驱产油示意图注蒸汽热力采油的增产原理：注蒸汽热力采油的增产原理：原油粘度大大降低，增加了原油的流动系数；原油粘度大大降低，增加了原油的流动系数；油层岩石和流体体积膨胀，增加了弹性能量；油层岩石和流体体积膨胀，增加了弹性能量；原油中的轻质油份易挥发，进入气相后更易流动；原油中的轻质油份易挥发，进入气相后更易流动；油相相对渗透率有增加的趋势，从而增加了原油的流动能力；油相相对渗透率有增加的趋势，从而增加了原油的流动能力；提高了地层压力，增加了驱油能量；提高了地层压力，增加了驱油能量；清除了井壁污染，降低了