chapter1提高采收率原理

第一章原油采收率及其影响因素为什么水驱油藏原油采收率低？世界范围内水驱油藏原油采收率平均40%左右。第一节油层及性质第二节剩余油的形成机理第三节水驱油藏原油采收率第四节影响原油采收率的因素及提高途径第一章原油采收率及其影响因素一、储层凡是具有孔隙性和渗透性，油气能在其中流动的岩层称为储集层(储层)储油层(油层)：储藏有石油的储集层；储气层(气层)：储藏有天然气的储集层；储水层(水层)：不含石油、天然气及其他气体，含水量达到规定标准的含水层。第一节油层及性质二、油层岩石的矿物学成分(1)长石K[(AlO2)(SiO2)3]：约占地壳中岩石物质的60％以上，是钠、钾和钙的铝硅酸盐类（xAl2O3·ySiO2）矿物。(2)石英：在地壳岩石物质中的丰度位居第二；成分是SiO2。(3)方解石：方解石是唯一缺硅的造岩矿物，其化学成分为碳酸钙。第一节油层及性质二、油层岩石的矿物学成分(4)黏土：黏土是岩石风化产物，与油田地质关系密切的黏土矿物有高岭石（含水铝硅酸盐、[Al2O3·2SiO2·2H2O]、蒙脱石[微晶高岭石，发现于法国的蒙脱城而得名，Ex(H2O)4{(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2上式中E为层间可交换阳离子，主要为Na+、Ca2+，x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，一般在0.2～0.6之间。据层间主要阳离子的种类，分为钠蒙脱石、钙蒙脱石等。]第一节油层及性质伊利石（一种富钾的硅酸盐云母类黏土矿物,因最早发现于美国的伊利岛而得名）等，基本结构都是硅氧四面体和铝氧八面体。第一节油层及性质高岭石蒙脱石伊利石三、黏土矿物的性质1．带电性：(1)离子交换：当黏土矿物与水接触时，这些可交换阳离子就从黏土颗粒表面解离下来，以扩散方式排列在黏土颗粒周围，形成双电层，使黏土颗粒表面带上负电荷。阳离子交换容量(CEC)：指1kg黏土矿物在pH值等于7的条件下能够被交换下来的阳离子总量(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)。不同类型的黏土矿物有不同的CEC值，蒙脱石CEC值最大，高岭石CEC值最小。三、黏土矿物的性质1．带电性：(2)黏土颗粒表面羟基与碱的反应：当黏土矿物与水接触时，黏土矿物晶体的铝氧八面体和硅氧四面体结构可与水中的OH-结合，使黏土颗粒表面形成羟基(-OH)。在碱性条件下，黏土矿物表面的羟基OH解离，使黏土矿物表面带负电荷。三、黏土矿物的性质2．吸附性物理吸附：指吸附剂与被吸附物质之间通过分子间力或氢键力而产生的吸附。非离子型表面活性剂和非离子型聚合物在黏土表面的吸附就属于物理吸附。化学吸附：指吸附剂与被吸附物质之间通过化学键而产生的吸附。阳离子型表面活性剂和阳离子型聚合物均可通过离子键在带有负电荷的黏土矿物表面产生吸附。三、黏土矿物的性质3．膨胀性黏土矿物的膨胀性是指吸水后体积增大的特性。黏土矿物的膨胀性与黏土晶体结构有关。高岭石晶层间存在氢键，联结紧密，其中的硅和铝很少为其他离子所取代，属于非膨胀性黏土矿物。蒙脱石晶层间不存在氢键，联结松散，水容易进入其中，可使大量的硅和铝被其他离子取代，并发生体积膨胀，因此属于膨胀性黏土矿物。四、油层岩石的物理性质1．岩石的孔隙性相互连通的孔隙称为有效孔隙。有效孔隙的总体积称为有效孔隙体积。在石油工程中和实验室中常常被用做流体体积的一种计量单位。岩石中有效孔隙体积占岩石总体积的百分比，称为有效孔隙度。用于计算储量和评价油气层特性。油层岩石孔隙的形态、大小、分布状况、相互关系以及与孔间通道的组合方式，称为孔隙结构，它对油层岩石储集油(气)的能力、产油(气)的能力及驱油效率有直接的影响。四、油层岩石的物理性质2．岩石的渗透性在压力差作用下，流体通过孔隙介质的能力称为孔隙介质的渗透性。衡量孔隙介质渗透性的物理量是渗透率，用K表示。用单相流体测得的岩心渗透率，称为绝对渗透率。因为习惯上使用空气来测定孔隙介质的绝对渗透率，所以将空气渗透率称为绝对渗透率。四、油层岩石的物理性质2．岩石的渗透性多相流体渗流的有效渗透率及相对渗透率：对于多相稳定渗流，每一种流体的有效渗透率仍可用达西定律表示。各相的相对渗透率分别为：KKKoro/KKKwrw/KKKgrg/四、油层岩石的物理性质3．油层的非均质性油层岩石的渗透性、孔隙结构及厚度等并不是处处均一的，这一性质被称为油层的非均质性。非均质性是陆相碎屑岩的显著特点之一，是油田注水开采中影响注入水不均匀推进的主要因素。（1）宏观非均质性：油层岩性、物性、厚度等在平面和垂向上的差异。描述方法：1）变异系数(Kv)，它是指统计层段内各油层渗透率(Ki)的均方差与平均渗透率(K)之比：四、油层岩石的物理性质2112nniivKv值越接近于1，非均质性越强。一般来说，Kv≤0.5为均质型，Kv在0.5~0.7范围为较均质型，Kv0.7为非均质型。四、油层岩石的物理性质描述方法：2）Dykstra和Parsons（1950）经验公式法：对于一个特定的油层，在不同部位取足够多个岩心样品，测其渗透率。将岩心渗透率从大到小排序,以岩心的渗透率（Ki）为纵坐标值，以岩心频率为横坐标值，在对数--概率坐标纸上作图，可得到一条直线。5.084.05.0KKKKV四、油层岩石的物理性质2）Dykstra和Parsons（1950）经验公式法：四、油层岩石的物理性质2）Dykstra和Parsons（1950）经验公式法：式中，、分别岩心频率为0.84和0.5时所对应的岩心的绝对渗透率值。Kv值越小，表示油层越均质，绝对均质地层的Kv值为零。岩心频率：将岩心渗透率从大到小排序，某岩心的序号与统计岩心总数之比。84.0K5.0K四、油层岩石的物理性质2）Dykstra和Parsons（1950）经验公式法：条件：只有渗透率呈对数正态分布，才能用渗透率变异系数描述油层纵向上的非均质性。特征1：属于各个渗透率范围的样品数与渗透率的对数值呈正态分布。特征2：对数--概率曲线为一直线。据大庆油田34口取心检查井、184个层的统计，不同类型油层渗透率基本符合对数正态分布，符合率为96%。四、油层岩石的物理性质2）Dykstra和Parsons（1950）经验公式法：四、油层岩石的物理性质3）渗透率级差定义：油层内最大渗透率值与最小渗透率值之比。maxminkkJk4）渗透率突进系数定义：油层内最大渗透率值与油层平均渗透率值之比。maxkkTk四、油层岩石的物理性质3．油层的非均质性（2）微观非均质性：油层孔隙大小分布、孔隙结构及岩石表面性质等在平面和垂向上的差异，用孔喉大小分布曲线、孔喉比、孔喉配位数和孔喉表面粗糙度等表示。1）孔喉大小分布曲线：如图1-1所示，横坐标表示岩石孔喉半径，纵坐标表示相应的分布频率。与峰值对应的半径数值为出现频率最高的孔喉半径。峰值越高，表示处于这一孔喉半径岩石的频率越大，处于这一孔喉半径以外岩石的频率也就越小，岩石孔喉越均匀。四、油层岩石的物理性质（1）孔喉大小分布曲线：四、油层岩石的物理性质(2)孔喉比：是指孔隙半径与喉道半径之比。孔喉比越小，孔喉结构越均匀，越有利于提高驱油效率。(3)孔喉配位数：是指与一个孔隙相连的喉道数。配位数越大，油越容易分散。(4)孔喉表面粗糙度：是指孔喉真实表面积与表观表面积之比。比值越大，表面粗糙度越大，润湿滞后越严重。四、油层岩石的物理性质4．油层流体的饱和度流体所占孔隙体积与地层总孔隙体积的比值，称为流体的饱和度，S。、Sg、Sw表示含油、气、水饱和度。不同采油阶段有不同的饱和度概念：油藏在原始状态时的含油饱和度，称为原始含油饱和度，Soi油藏在剩余油状态时的含油饱和度，称为剩余油饱和度，SOR油藏在残余油状态时的含油饱和度，称为残余油饱和度，Sor束缚水所占孔隙体积与地层总孔隙体积之比，称为束缚水饱和度，用Swi表示。四、油层岩石的物理性质5．油层流体的界面张力定义：相接触面上由于分子间引力的不同而产生的力。液一液、液一固之间为界面张力；气一液之间为表面张力。单位：mN/m四、油层岩石的物理性质6．油层中的吸附作用吸附是物质的一种重要表面现象。吸附现象发生在物质表面或两相界面，吸附作用随着吸附面面积的增大而增大。(1)固体表面的吸附作用：①吸附量随吸附面积的增大而增加。②吸附量随温度的升高而减小。③吸附量与被吸附物质的浓度成正比。四、油层岩石的物理性质6．油层中的吸附作用(2)液体表面的吸附作用：溶解物质在溶液中的分布也是不均匀的。有的溶解物在界面上的浓度大于在溶液内部的浓度，有的则相反。界面上的这种浓度变化现象称为液体表面的吸附作用。四、油层岩石的物理性质7．油层岩石表面的润湿性质(1)润湿现象液体对固体表面的润湿程度用润湿接触角表示。润湿接触角是固体表面与液体表面或液体与液体界面之间的夹角，并规定从密度较大的一方算起。四、油层岩石的物理性质7．油层岩石表面的润湿性质润湿：实质是界面张力相互争夺的结果。岩石的选择性润湿用θ衡量，称为润湿角。若θ90°，为亲水岩石；若θ90°，为憎水岩石；若θ=90°，为中性岩石。润湿性：取决于岩石表面的矿物组成、原油的组成、与原油接触的时间。水驱后的滞留油水波及区的残余油水未波及区的剩余油一微观水驱油机理二宏观水驱油机理三剩余油的分布第二节剩余油的形成机理(一)流体在多孔介质中的流动(二)多孔介质中残余油的形成一微观水驱油机理岩石是一种多孔介质,孔隙形态各异且高度分散，油、气、水以不同方式占据着这些孔隙空间。界面张力岩石选择性润湿毛管力毛管准数（一）流体在多孔介质中的流动毛管力：是由于界面张力及岩石的选择性润湿综合作用的结果，它是多孔介质中多相流体渗流的阻力或动力。毛管力cos2rPC概念：驱油过程中（驱）动力和阻力的比值。或基础理论1：毛管准数：LPNVC/VNVCvckpNLvcVNSor，%Nvc碳酸盐岩（孔隙大小分布极宽）典型砂岩分布好的砂岩10-210-710-610-510-410-33020100增大毛管准数可降低残余油饱和度增大毛管准数的途径：Nvc增加驱替液的粘度增加驱替液的速度降低界面张力毛管准数VNVC多孔介质孔隙结构极为复杂,为了进行理论描述,通常可把孔隙类型假想如下:1.平行孔道模型2.急变孔道模型（二）多孔介质中剩余油的形成亲水模型平行孔道模型亲油模型平行孔道模型pc1油滴pc2当油滴未进入急变孔道时pc1=pc2r1若油滴从急变孔道流过，必须发生变形，油滴前后两端的曲率半径出现差异：pc1pc2只有外力大于pc2-pc1=2cos（1/r2-1/r1）时，油滴才能通过急变孔道。r2急变孔道模型1.平面粘性指进现象2.纵向舌进现象二、宏观水驱油机理粘性指进现象粘性指进产生原因：与多种因素有关。1、孔隙介质非均质性；2、微观孔隙结构的复杂性；3、油水粘度差；4、渗流速度。纵向舌进现象k1k2k3k1k2k3产生的原因分析1、高渗透层渗流阻力小，渗流速度大。2、高渗透层的前缘突破后，低渗透层前缘仍在油层的某一位置。3、后续的水大部分进入高渗透层，从而低渗透层得不到充分开采。基础理论2：水油流度比OOO,WOOWOWKKM1.水未波及区的剩余油；面积井网注水时，不同井网部署，水驱后的死油区面积不同；由于油层非均质性造成有些地区水波及不到。2.水波及区的残余油。三剩余油分布三微观洗油效率ED二宏观波及系数EV四原油的采收率ER第三节水驱油藏原油采收率一采出程度和采收率一、采出程度和采收率无水采收率：油水前缘突破时总采油量与地质储量之比。经济极限采收率：注水达到经济极限(含水率95％—98％)时总采油量与地质储量之比。采出程度：油田在某一阶段的“采收率”(目前采收率)它是指油田在某一阶段的累积采油量与地质储量之比。第三节水驱油藏原油采收率油藏的厚度。油藏的面积；水波及油藏的厚度；水波及油藏的面积；hAhAAhhAEssssV概念:被驱替流体驱扫过的油藏体积与原始油藏体积之比。衡量水在油层中