油层物理进展3.ppt

四、剩余油分布研究,剩余油：是通过加深对地下储层的认识、改善开采工艺水平等措施可以采出的油 狭义上它与残余油不同，残余油一般是指水波及后仍未被采出的油，因此残余油是剩余油的一部分 通常，一个油藏经过一次和二次采油后，还有相当数量的石油存留在油藏中剩余油即是指开采到目前为止，还残留在地下的可采储量，在数值上等于可采储量与累积采油量之差它是目前的工艺技术措施下可能采出的油，但由于开发方式，开采策略或开发方案的不当而仍然剩余在地下的油 剩余油的分布不仅受地层非均质性的影响，还受到驱油进程的影响确定剩余油的分布是很复杂的，需要应用多学科的技术 主要方法：开发地质学方法、地震技术、测井方法、示踪剂测试方法以及岩心分析方法等 剩余油分布研究的重点问题：①剩余油分布的描述；②剩余油饱和度的测量与监测技术；③剩余油挖潜技术水驱开发油田高含水期剩余油的分布形式: ①滞留带中的剩余油,形成于压力梯度小,原油不流动的油层部位； ②毛细管力束缚的残余油，原油残余在注入水通过的地带； ③以薄膜状态存在于岩石表面的残余油； ④低渗透层和注入水绕过带中的剩余油； ⑤未被开发钻探到的透镜体中的剩余油； ⑥局部不渗透层遮挡（微断层、隔挡层）造成的剩余油。

其中（2）、（3）类为残余油，对于水驱开采是不可动用的，只有用三采技术采出其他几种类型则可以通过各种调整方法和生产措施加以动用 影响剩余油分布的地质因素1）沉积微相（控制注入水的运动规律、油层的水洗类型、水淹规律）2）沉积单元（控制油水垂向流动的基本单元）3）沉积韵律（控制水侵剖面分布）4）渗透率差异,影响剩余油分布的地质因素5）非均质性6）储层孔隙结构7）夹层8）裂缝9）微结构和封闭断层 影响剩余油分布的开发因素1）井网（井网密度、形式）2）岩石润湿性3）指进发育程度4）驱替特征5）注入速度和注入方式,1.剩余油研究的规模,不同规模的剩余油，其包含的内容和研究方法有所不同 剩余油研究的地质规模，就是油藏描述的不同体积规模它可反映不同尺度条件下剩余油存在的空间位置、形态、数量、及随时间的变化1）微规模--颗粒规模 孔隙大小及分布、孔壁的粗糙度、充填的结构、孔隙和喉道类型、矿物学、胶结影响以及在扫描电镜和薄片中可以识别的其他特点 目的主要是研究剩余油在孔隙内部的分布、数量和性质 主要方法是，扫描电镜、薄片、光刻微观物理模型、原油性质分析2）小规模—岩心规模 在这个规模上，通常确定油藏岩石特性：孔隙度、渗透率、相对渗透率、毛细管压力和饱和度关系。

它所代表的非均质性在每口井中随位置和方向变化很大 研究的内容主要是含油饱和度 主要方法是实验室中的岩心观察及试验，包括驱替试验和饱和度测量3）大规模—单层规模 这是烃体积计算和数值模拟研究的规模，包括计算网格中的单元，代表一个连续的地质范围中离散化的形式 在此规模内，主要研究水力单元和流体流动的主要障碍；建立油层的厚度、形状、延伸方向、空间的展布和间隔 研究的内容主要是油层的分布状况和平均含油饱和度 主要研究工作为一些油藏工程测量，如压力测试、示踪剂测试、测井研究等4）宏规模—油藏规模 是油藏级规模的各类参数的平均结果，采用物质平衡等方法研究2.剩余油研究的方法和内容,剩余油研究的目标应和不同级别的规模相对应 ①研究剩余油在平面上和纵向上的宏观分布状况，为提高注入剂的波及状况服务； ②在微米到毫米的数量级上研究剩余油的分布状况与组分变化； ③定量确定剩余油的饱和度根据研究结果，确定剩余油的开采动态，对提高采收率方法进行经济分析与效果评价1）高含水期剩余油的分布评价技术,1）开发地质学方法 微构造 — 寻找富集点、断层边角、油层边部 沉积微相 — 建立储层模型，预测水淹、提供可供挖潜带 非均质性 — 层内、层间、平面微观非均质性对剩余油的影响及潜力部位。

密闭取心 — 计算剩余油饱和度，指示分布规律（小规模）2）实验、油藏工程、试井及数值模拟方法 水驱物模 — 预测区块规律 微观物模 — 预测区块规律 水驱特征曲线法、物质平衡法 — 提供区块平均饱和度值 水驱特征计算法 — 提供单井饱和度值、区块等值图 单元储量丰度法 — 提供区块饱和度分区图 含水率法、油藏数模法 — 提供区块饱和度等值图 高效井区确定 — 提供单井数值、评价区块好坏,（2）高含水期剩余油分布监测技术,3700测井系列、激发极化电位 — 提供裸眼井水淹层解释 地层测试器 — 通过压力分析动用程度（裸眼井） 碳氢比测井、单井示踪剂 — 计算剩余油饱和度（套管井） 井间示踪剂 — 监测井组、井间水淹动态 玻璃钢套管 — 随时监测剩余油饱和度（单井）（3）剩余油挖潜技术 开发层系调整、加密钻井 — 改善区块状况 未水淹层的开发 — 改善单井状况 周期注水、消耗驱动采油、强化采油 — 挖掘层内潜力 改变液流方向 — 动用未动用储层（局部或全区） 卡堵水 — 单井稳油控水 老井侧钻、水平井、调剖 — 挖掘层内潜力、改善单井状况 化学驱油、人工地震 — 改善区块状况,（4）剩余油饱和度的确定方法,1）单井剩余油饱和度测量①岩心分析 取心方法：常规取心、压力取心和海绵取心。

基本要求：岩心中所含流体保持原状 常规取心难以达到要求，压力取心技术解决了岩心中所含流体收缩和岩心排油的问题，它通过密闭技术，在岩心冷冻处理前使岩心样品保持在井中压力下，所得剩余油饱和度精度很高；缺点是取心收获率不高，大约是50%到70% 海绵取心技术是在常规取心筒上加海绵套，由多孔亲油聚氨脂海绵制成，以岩心中渗出的油被海绵吸入量来校正含油饱和度其所提供的含油饱和度测试精度接近压力取心方法，但取心成本接近常规取心②回流示踪剂测试 将一种原始示踪剂（如乙酸乙脂）注入测试井中，然后关井使示踪剂在水中的部分水解并生成次生示踪剂（乙醇），然后开井生产，监测两种示踪剂的浓度用这两种示踪剂回到井中的时间差，来确定剩余油饱和度精度2%-3%孔隙体积；探测深度3-12m③测井方法 测井是获得可靠剩余油饱和度剖面最广泛的方法 根据井眼条件，剩余油饱和度测量常用的测井方法： 裸眼井测井，包括电阻率测井、核磁测井、电磁波传播测井和介电常数测井 套管井测井，包括脉冲中子俘获测井、碳氢比测井和重力测井 另外有核磁共振成像测井和地层测试器组合测井等④单井不稳定试井 因为油和水的相对渗透率是含水（或油）饱和度的函数，所以可以用试井方法根据有效渗透率估算剩余油饱和度。

2）井间测量①电阻率法 在裸眼井间通以电流并测量井间电位来求得地层电阻率根据电流和电位的测量值，用伊森方程得到流体饱和度分布；井间电磁成像技术②井间示踪剂测试 将两种或多种在油相和水相之间具有不同分配系数的示踪剂注入井中，根据在观察井中所监测到的示踪剂之间的分异程度可确定平均的井间剩余油饱和度3）物质平衡方法,（5）高含水油田剩余油的分布综合分析流程,,,,五、孔隙结构和石油采收率,可采储量不仅取决于原始的石油储量，而且取决于储集岩的孔隙几何性和流体在孔隙中的分布 介绍研究孔隙结构和石油采收率相互关系的一些主要研究成果1.毛管力和石油采收率 孔隙中的驱替过程是一种微观过程，并且是在许多孔隙中同时发生，好像是有一条驱替前缘扫过油藏石油采收率低，主要原因是由于从石油在地下原来所处位置到产油井之间的油流通道被打乱，结果，储油层部分被封隔起来，造成波及效率很低，或者是微观驱替不好，驱替后在孔隙中留下大量的不连续的油滴一旦形成不连续的油滴，就需要很大的压力梯度才能使它流动 计算表明，所需要的这种压力梯度要比系统中正常流动时所受的压力梯度大得多如有一支柱形的毛细管，在界面两侧产生的压差可由下式计算：Po－Pw＝ Pc=2σ/R =2σcosθ/r 设毛细管半径为5μm，油水界面张力为25mN/m，θ=0°，毛管压力此时将达0.01MPa。

而对于变断面复杂孔隙系统,如果在一个不等径毛管中有一个油滴，该油滴两端的曲面半径为r1和r2,并假设两侧的界面是轴对称，接触角也一样，那么在1点和2点之间的压差是： P2－P1＝Pc=2σcosθ（1/r2-1/r1） 由于r1＞r2，所以需要在1点有一正压才能把油滴推出2处的窄口（喉道）若r1＞＞r2，则上式可近似改成： P2－P1＝ Pc=2σcosθ/r2,假定这些孔隙的平均长度为100μm，每一个孔隙中都有一个油滴，那么要使每一孔隙中的单一油滴移动，则所需的压力梯度为100MPa/m 就油田实际情况来说，不经压裂的任何储层都无法建立起这一数量级的压力梯度然而，如果能够把界面张力减少为1/10000，那么要使油滴移动所需的压力梯度仍然可以减少为0.01MPa/m2.残余油在孔隙内的微观捕集机理,Dawe等汇总了大量的有关提高石油采收率机理的研究资料，特别研究了残余油在孔隙内被捕集的机理以及残余油的特征认为在孔隙介质内滞留石油的力共有三种：①毛管力；②粘滞力，是流体沿孔隙流动时的剪切力所引起的；③重力，由于油、气和水的密度差引起的。

因此，要将这些残余油采出来，必须了解残余油在不同孔隙模型中的位置、数量和形态消除其产生捕集的因素，即主要是降低毛管压力才能将残余油采出来 岩石的孔隙大小、分布及其形态，正是捕集残余油的空间因此，它和提高石油采收率显然具有密不可分的关系 （1）各相流体在孔隙内的微观捕集机理 通常可以把有两种以上流体共同渗流的油藏看成为一个复杂的毛细管网络，油被另一种流体驱替而从井中产出，但它总是无法将油全部驱出 出现残余油既有宏观上的，例如水窜(波及效率低)或各层渗透性不同，而使一部分残余油地区被隔开而不能出油；也有微观方面的，即有大量油滴留存在各种孔道中若想进一步将此种油滴驱出毛管孔隙，当然会受到粘滞力和毛管力之间相互作用的制约1）双孔道模型,定性地用一对不等径地并联孔道来说明油是在什么样的情况下可能被捕集，以及驱动条件改变时，被捕集的油滴是如何变化的 在这一对孔道中每一侧的油水界面运动速度不同,这是粘滞力和毛管力综合作用的结果由于运动速度不同，所以其中必然有一个界面将先达到B点，并继续沿B点以后的公共通道前移，而在另一侧孔道中的界面就会停滞不前，使某些油被捕集在孔隙中 可以考虑水湿体系(θ=0)中的两种极端情况，如果在A点施加压力，水将进入孔道，油水界面就向前推移。

当所施加的压力足够大，即粘滞力相对占优势时,大孔隙中的水流得较快，所以大孔一侧的油水界面先到达B点，因而在小毛管中就有油被捕集 倘若所加压力过小，毛管力就占优势而控制了油水界面运动的速度和方向，从而也控制捕集石油在这种情况下,窄孔一侧的弯液面将先到达汇流点，而在大孔道一侧有油被捕集若成对孔道中的流速都非常低，粘滞力相对毛管力而言可以忽略不计这样，就会出现逆向反渗现象对每一支毛管，如施加的回压略大于其毛管压力，弯液面的推进将马上停止而后掉转方向 以本模型为例，r2 > r1，所以Pc1> Pc2，由于忽略了粘滞力，所以大毛管中的界面将随着小毛管中界面的推进而退缩这样就形成了在一侧孔道中液体推进，而在另一侧孔道中却回流的景象当小孔道中界面到达B点，大孔道中的油将回流而被捕集 在水湿储层可能存在的注水条件下，并联孔道两侧的毛管压力差将是控制两侧孔道相对流速的决定性因素，这必然使较窄一侧的孔道中油水界面移动较快，主要是在较大的孔道中捕集石油 另外，在亲水储油层进行人工注水时，如果施加的压力梯度增大，在大孔道中滞留石油的趋势就可减弱如果毛管力比正常油藏中使石油流动的压力梯度小，由于▽P＞Pc，则捕集油滴就出现在小孔道中。

对油湿岩石来说，毛管力的作用方向相反，但仍可作类似分析此时进行水驱时，则水将进入较大孔道而残余油几乎都滞留在较小的孔道中 对混合润湿的岩石，随着油水界面在孔道中的推移，油将粘附在亲油部位，而后脱离主体油流，变成被捕集的油滴此时,不能简单地用并联双孔道模型来说明其捕集机理。