chapter1提高采收率原理

第一章原油采收率及其影響因素為什么水驅(qū)油藏原油采收率低？世界范圍內(nèi)水驅(qū)油藏原油采收率平均40%左右。第一節(jié)油層及性質(zhì)第二節(jié)剩余油的形成機(jī)理第三節(jié)水驅(qū)油藏原油采收率第四節(jié)影響原油采收率的因素及提高途徑第一章原油采收率及其影響因素、儲(chǔ)層

凡是具有孔隙性和滲透性，油氣能在其中流動(dòng)的巖層稱為儲(chǔ)集層(儲(chǔ)層)

儲(chǔ)油層(油層)：儲(chǔ)藏有石油的儲(chǔ)集層；儲(chǔ)氣層(氣層)：儲(chǔ)藏有天然氣的儲(chǔ)集層；儲(chǔ)水層(水層)：不含石油、天然氣及其他氣體，含水量達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的含水層。第一節(jié)油層及性質(zhì)二、油層巖石的礦物學(xué)成分(1)長(zhǎng)石K[(AlO2)(SiO2)3]

：約占地殼中巖石物質(zhì)的60％以上，是鈉、鉀和鈣的鋁硅酸鹽類（xAl2O3·ySiO2）礦物。(2)石英：在地殼巖石物質(zhì)中的豐度位居第二；成分是SiO2。(3)方解石：方解石是唯一缺硅的造巖礦物，其化學(xué)成分為碳酸鈣。第一節(jié)油層及性質(zhì)二、油層巖石的礦物學(xué)成分(4)黏土：黏土是巖石風(fēng)化產(chǎn)物，與油田地質(zhì)關(guān)系密切的黏土礦物有高嶺石（含水鋁硅酸鹽、[Al2O3·2SiO2·2H2O]

、蒙脫石[微晶高嶺石，發(fā)現(xiàn)于法國(guó)的蒙脫城而得名，Ex(H2O)4{(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2

上式中E為層間可交換陽(yáng)離子，主要為Na+、Ca2+，x為E作為一價(jià)陽(yáng)離子時(shí)單位化學(xué)式的層電荷數(shù)，一般在0.2～0.6之間。據(jù)層間主要陽(yáng)離子的種類，分為鈉蒙脫石、鈣蒙脫石等。]第一節(jié)油層及性質(zhì)伊利石（一種富鉀的硅酸鹽云母類黏土礦物,因最早發(fā)現(xiàn)于美國(guó)的伊利島而得名）等，基本結(jié)構(gòu)都是硅氧四面體和鋁氧八面體。第一節(jié)油層及性質(zhì)高嶺石蒙脫石伊利石三、黏土礦物的性質(zhì)

1．帶電性：

(1)離子交換：當(dāng)黏土礦物與水接觸時(shí)，這些可交換陽(yáng)離子就從黏土顆粒表面解離下來(lái)，以擴(kuò)散方式排列在黏土顆粒周圍，形成雙電層，使黏土顆粒表面帶上負(fù)電荷。

陽(yáng)離子交換容量(CEC)：指1kg黏土礦物在pH值等于7的條件下能夠被交換下來(lái)的陽(yáng)離子總量(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)。不同類型的黏土礦物有不同的CEC值，蒙脫石CEC值最大，高嶺石CEC值最小。三、黏土礦物的性質(zhì)

1．帶電性：

(2)黏土顆粒表面羥基與堿的反應(yīng)：當(dāng)黏土礦物與水接觸時(shí)，黏土礦物晶體的鋁氧八面體和硅氧四面體結(jié)構(gòu)可與水中的OH-結(jié)合，使黏土顆粒表面形成羥基(-OH)。在堿性條件下，黏土礦物表面的羥基OH解離，使黏土礦物表面帶負(fù)電荷。三、黏土礦物的性質(zhì)

2．吸附性物理吸附：指吸附劑與被吸附物質(zhì)之間通過(guò)分子間力或氫鍵力而產(chǎn)生的吸附。非離子型表面活性劑和非離子型聚合物在黏土表面的吸附就屬于物理吸附?；瘜W(xué)吸附：指吸附劑與被吸附物質(zhì)之間通過(guò)化學(xué)鍵而產(chǎn)生的吸附。陽(yáng)離子型表面活性劑和陽(yáng)離子型聚合物均可通過(guò)離子鍵在帶有負(fù)電荷的黏土礦物表面產(chǎn)生吸附。三、黏土礦物的性質(zhì)

3．膨脹性

黏土礦物的膨脹性是指吸水后體積增大的特性。黏土礦物的膨脹性與黏土晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。高嶺石晶層間存在氫鍵，聯(lián)結(jié)緊密，其中的硅和鋁很少為其他離子所取代，屬于非膨脹性黏土礦物。蒙脫石晶層間不存在氫鍵，聯(lián)結(jié)松散，水容易進(jìn)入其中，可使大量的硅和鋁被其他離子取代，并發(fā)生體積膨脹，因此屬于膨脹性黏土礦物。四、油層巖石的物理性質(zhì)1．巖石的孔隙性

相互連通的孔隙稱為有效孔隙。有效孔隙的總體積稱為有效孔隙體積。在石油工程中和實(shí)驗(yàn)室中常常被用做流體體積的一種計(jì)量單位。巖石中有效孔隙體積占巖石總體積的百分比，稱為有效孔隙度。用于計(jì)算儲(chǔ)量和評(píng)價(jià)油氣層特性。油層巖石孔隙的形態(tài)、大小、分布狀況、相互關(guān)系以及與孔間通道的組合方式，稱為孔隙結(jié)構(gòu)，它對(duì)油層巖石儲(chǔ)集油(氣)的能力、產(chǎn)油(氣)的能力及驅(qū)油效率有直接的影響。四、油層巖石的物理性質(zhì)

2．巖石的滲透性在壓力差作用下，流體通過(guò)孔隙介質(zhì)的能力稱為孔隙介質(zhì)的滲透性。衡量孔隙介質(zhì)滲透性的物理量是滲透率，用K表示。用單相流體測(cè)得的巖心滲透率，稱為絕對(duì)滲透率。因?yàn)榱?xí)慣上使用空氣來(lái)測(cè)定孔隙介質(zhì)的絕對(duì)滲透率，所以將空氣滲透率稱為絕對(duì)滲透率。四、油層巖石的物理性質(zhì)

2．巖石的滲透性多相流體滲流的有效滲透率及相對(duì)滲透率：對(duì)于多相穩(wěn)定滲流，每一種流體的有效滲透率仍可用達(dá)西定律表示。各相的相對(duì)滲透率分別為：四、油層巖石的物理性質(zhì)

3．油層的非均質(zhì)性

油層巖石的滲透性、孔隙結(jié)構(gòu)及厚度等并不是處處均一的，這一性質(zhì)被稱為油層的非均質(zhì)性。非均質(zhì)性是陸相碎屑巖的顯著特點(diǎn)之一，是油田注水開采中影響注入水不均勻推進(jìn)的主要因素。

（1）宏觀非均質(zhì)性：油層巖性、物性、厚度等在平面和垂向上的差異。

描述方法：1）變異系數(shù)(Kv)，它是指統(tǒng)計(jì)層段內(nèi)各油層滲透率(Ki)的均方差與平均滲透率(K)之比：四、油層巖石的物理性質(zhì)

Kv值越接近于1，非均質(zhì)性越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，Kv≤0.5為均質(zhì)型，Kv在0.5~0.7范圍為較均質(zhì)型，Kv>0.7為非均質(zhì)型。四、油層巖石的物理性質(zhì)

描述方法：2）

Dykstra和Parsons（1950）經(jīng)驗(yàn)公式法：對(duì)于一個(gè)特定的油層，在不同部位取足夠多個(gè)巖心樣品，測(cè)其滲透率。將巖心滲透率從大到小排序,以巖心的滲透率（Ki）為縱坐標(biāo)值，以巖心頻率為橫坐標(biāo)值，在對(duì)數(shù)--概率坐標(biāo)紙上作圖，可得到一條直線。

四、油層巖石的物理性質(zhì)

2）

Dykstra和Parsons（1950）經(jīng)驗(yàn)公式法：

四、油層巖石的物理性質(zhì)

2）

Dykstra和Parsons（1950）經(jīng)驗(yàn)公式法：式中，、分別巖心頻率為0.84和0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的巖心的絕對(duì)滲透率值。Kv值越小，表示油層越均質(zhì)，絕對(duì)均質(zhì)地層的Kv值為零。巖心頻率：將巖心滲透率從大到小排序，某巖心的序號(hào)與統(tǒng)計(jì)巖心總數(shù)之比。四、油層巖石的物理性質(zhì)

2）

Dykstra和Parsons（1950）經(jīng)驗(yàn)公式法：條件：只有滲透率呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，才能用滲透率變異系數(shù)描述油層縱向上的非均質(zhì)性。特征1：屬于各個(gè)滲透率范圍的樣品數(shù)與滲透率的對(duì)數(shù)值呈正態(tài)分布。

特征2：對(duì)數(shù)--概率曲線為一直線。

據(jù)大慶油田34口取心檢查井、184個(gè)層的統(tǒng)計(jì)，不同類型油層滲透率基本符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，符合率為96%。四、油層巖石的物理性質(zhì)

2）

Dykstra和Parsons（1950）經(jīng)驗(yàn)公式法：

四、油層巖石的物理性質(zhì)

3）滲透率級(jí)差定義：油層內(nèi)最大滲透率值與最小滲透率值之比。

4）滲透率突進(jìn)系數(shù)定義：油層內(nèi)最大滲透率值與油層平均滲透率值之比。四、油層巖石的物理性質(zhì)

3．油層的非均質(zhì)性

（2）微觀非均質(zhì)性：油層孔隙大小分布、孔隙結(jié)構(gòu)及巖石表面性質(zhì)等在平面和垂向上的差異，用孔喉大小分布曲線、孔喉比、孔喉配位數(shù)和孔喉表面粗糙度等表示。

1）孔喉大小分布曲線：如圖1-1所示，橫坐標(biāo)表示巖石孔喉半徑，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)的分布頻率。與峰值對(duì)應(yīng)的半徑數(shù)值為出現(xiàn)頻率最高的孔喉半徑。峰值越高，表示處于這一孔喉半徑巖石的頻率越大，處于這一孔喉半徑以外巖石的頻率也就越小，巖石孔喉越均勻。四、油層巖石的物理性質(zhì)

（1）孔喉大小分布曲線：四、油層巖石的物理性質(zhì)

(2)孔喉比：是指孔隙半徑與喉道半徑之比。孔喉比越小，孔喉結(jié)構(gòu)越均勻，越有利于提高驅(qū)油效率。

(3)孔喉配位數(shù)：是指與一個(gè)孔隙相連的喉道數(shù)。配位數(shù)越大，油越容易分散。

(4)孔喉表面粗糙度：是指孔喉真實(shí)表面積與表觀表面積之比。比值越大，表面粗糙度越大，潤(rùn)濕滯后越嚴(yán)重。四、油層巖石的物理性質(zhì)

4．油層流體的飽和度

流體所占孔隙體積與地層總孔隙體積的比值，稱為流體的飽和度，

S。、Sg、Sw表示含油、氣、水飽和度。

不同采油階段有不同的飽和度概念：油藏在原始狀態(tài)時(shí)的含油飽和度，稱為原始含油飽和度，Soi油藏在剩余油狀態(tài)時(shí)的含油飽和度，稱為剩余油飽和度，SOR油藏在殘余油狀態(tài)時(shí)的含油飽和度，稱為殘余油飽和度，Sor束縛水所占孔隙體積與地層總孔隙體積之比，稱為束縛水飽和度，用Swi表示。四、油層巖石的物理性質(zhì)

5．油層流體的界面張力

定義：相接觸面上由于分子間引力的不同而產(chǎn)生的力。液一液、液一固之間為界面張力；氣一液之間為表面張力。單位：mN/m

四、油層巖石的物理性質(zhì)

6．油層中的吸附作用

吸附是物質(zhì)的一種重要表面現(xiàn)象。吸附現(xiàn)象發(fā)生在物質(zhì)表面或兩相界面，吸附作用隨著吸附面面積的增大而增大。(1)固體表面的吸附作用：①吸附量隨吸附面積的增大而增加。②吸附量隨溫度的升高而減小。③吸附量與被吸附物質(zhì)的濃度成正比。四、油層巖石的物理性質(zhì)

6．油層中的吸附作用(2)液體表面的吸附作用：溶解物質(zhì)在溶液中的分布也是不均勻的。有的溶解物在界面上的濃度大于在溶液內(nèi)部的濃度，有的則相反。界面上的這種濃度變化現(xiàn)象稱為液體表面的吸附作用。四、油層巖石的物理性質(zhì)

7．油層巖石表面的潤(rùn)濕性質(zhì)(1)潤(rùn)濕現(xiàn)象液體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕程度用潤(rùn)濕接觸角表示。潤(rùn)濕接觸角是固體表面與液體表面或液體與液體界面之間的夾角，并規(guī)定從密度較大的一方算起。四、油層巖石的物理性質(zhì)

7．油層巖石表面的潤(rùn)濕性質(zhì)

潤(rùn)濕：實(shí)質(zhì)是界面張力相互爭(zhēng)奪的結(jié)果。巖石的選擇性潤(rùn)濕用θ衡量，稱為潤(rùn)濕角。若θ<90°，為親水巖石；若θ>90°，為憎水巖石；若θ=90°，為中性巖石。潤(rùn)濕性：取決于巖石表面的礦物組成、原油的組成、與原油接觸的時(shí)間。

水驅(qū)后的滯留油水波及區(qū)的殘余油

水未波及區(qū)的剩余油

一微觀水驅(qū)油機(jī)理

二宏觀水驅(qū)油機(jī)理

三剩余油的分布第二節(jié)剩余油的形成機(jī)理(一)流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)(二)多孔介質(zhì)中殘余油的形成一微觀水驅(qū)油機(jī)理

巖石是一種多孔介質(zhì),孔隙形態(tài)各異且高度分散，油、氣、水以不同方式占據(jù)著這些孔隙空間。界面張力巖石選擇性潤(rùn)濕毛管力毛管準(zhǔn)數(shù)（一）流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)毛管力：是由于界面張力及巖石的選擇性潤(rùn)濕綜合作用的結(jié)果，它是多孔介質(zhì)中多相流體滲流的阻力或動(dòng)力。毛管力概念：驅(qū)油過(guò)程中（驅(qū)）動(dòng)力和阻力的比值?；蚧A(chǔ)理論1：毛管準(zhǔn)數(shù)：Sor，%Nvc碳酸鹽巖（孔隙大小分布極寬）典型砂巖分布好的砂巖10-210-710-610-510-410-33020100增大毛管準(zhǔn)數(shù)可降低殘余油飽和度增大毛管準(zhǔn)數(shù)的途徑：Nvc增加驅(qū)替液的粘度增加驅(qū)替液的速度降低界面張力毛管準(zhǔn)數(shù)

多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,為了進(jìn)行理論描述,通?？砂芽紫额愋图傧肴缦?1.平行孔道模型2.急變孔道模型（二）多孔介質(zhì)中剩余油的形成親水模型平行孔道模型親油模型平行孔道模型pc1油滴pc2當(dāng)油滴未進(jìn)入急變孔道時(shí)pc1=pc2r1若油滴從急變孔道流過(guò)，必須發(fā)生變形，油滴前后兩端的曲率半徑出現(xiàn)差異：pc1<pc2只有外力大于pc2-pc1=2cos（1/r2-1/r1）時(shí)，油滴才能通過(guò)急變孔道。r2急變孔道模型1.平面粘性指進(jìn)現(xiàn)象2.縱向舌進(jìn)現(xiàn)象二、宏觀水驅(qū)油機(jī)理粘性指進(jìn)現(xiàn)象粘性指進(jìn)產(chǎn)生原因：

與多種因素有關(guān)。1、孔隙介質(zhì)非均質(zhì)性；2、微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；3、油水粘度差；4、滲流速度。縱向舌進(jìn)現(xiàn)象k1k2k3k1>k2>k3產(chǎn)生的原因分析

1、高滲透層滲流阻力小，滲流速度大。

2、高滲透層的前緣突破后，低滲透層前緣仍在油層的某一位置。3、后續(xù)的水大部分進(jìn)入高滲透層，從而低滲透層得不到充分開采?；A(chǔ)理論2：水油流度比

1.水未波及區(qū)的剩余油；面積井網(wǎng)注水時(shí)，不同井網(wǎng)部署，水驅(qū)后的死油區(qū)面積不同；由于油層非均質(zhì)性造成有些地區(qū)水波及不到。

2.水波及區(qū)的殘余油。三剩余油分布

三微觀洗油效率ED

二宏觀波及系數(shù)EV

四原油的采收率ER第三節(jié)水驅(qū)油藏原油采收率一采出程度和采收率

一、采出程度和采收率無(wú)水采收率：油水前緣突破時(shí)總采油量與地質(zhì)儲(chǔ)量之比。經(jīng)濟(jì)極限采收率：注水達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限(含水率95％—98％)時(shí)總采油量與地質(zhì)儲(chǔ)量之比。采出程度：油田在某一階段的“采收率”(目前采收率)它是指油田在某一階段的累積采油量與地質(zhì)儲(chǔ)量之比。第三節(jié)水驅(qū)油藏原油采收率概念:被驅(qū)替流體驅(qū)掃過(guò)的油藏體積與原始油藏體積之比。衡量水在油層中的波及程度的參數(shù)。

二、宏觀波及系數(shù)EV概念:驅(qū)替流體波及區(qū)內(nèi)驅(qū)出的原油與該區(qū)域內(nèi)總含油量之比

。

衡量水波及區(qū)微觀水洗油效果的參數(shù)。三、微觀洗油效率ED四、ER與EV及ED的關(guān)系已知:A,h,φ,Soi,Sor等ER=產(chǎn)油量?jī)?chǔ)量=波及區(qū)產(chǎn)出油儲(chǔ)量=波及區(qū)原油儲(chǔ)量－波及區(qū)殘余油儲(chǔ)量=AhφSoiAshsφSoi－AshsφSor=AshsAh(Soi－SorSoi）=EVED一、影響ED的因素1.巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)2.巖石的潤(rùn)濕性3.驅(qū)油劑與原油之間的界面張力第四節(jié)