提高采收率小作业.doc

西北大学地质系硕士研究生课程作业提高采收率原理（小作业）专 业：固体地球物理学 生：李 萍年 级：硕研2005学 号：200521338二六年十月一、多次接触混相驱原理（以非烃类为例）气体混相驱油按其混相机理可以分为一次接触混相驱何多级接触混相驱。多级接触混相驱是排驱气在地层中推进时，多次与地层中的原油接触后才能达到混相的排驱过程。可用来混相驱油的非烃类气体主要时以CO2为例。 图1 CO2多级接触混相驱机理CO2多级接触混相驱是指CO2通过油层时，与孔隙中的原油依次接触，而每次接触都使气体的组成发生改变。最终达到临界点组成而混相驱油。因CO2在原油中溶解和抽提烃类物质的能力强于其他气体溶剂，故是发展多级接触混相驱的良好气体溶剂。如图: 假设有一线型地层，二次残余油的组成为A，向油层中注人CO2，观察在排驱道路上的相态变化。用图1说明这一排驱机理。假设气油分子间的扩散速度大于流速，不考虑原油的体积膨胀，为了研究多级接触过程的相态变化，用一系列压力缸代表排驱道路上的孔隙。 当第一批注入气B在第一个压力缸内与原油A接触时为第一级接触，混合后生成的新体系组成为M1。设M1存在两相，其平衡气液相的组成分别为G1与L1, G1含有C2-6，但却比注人气B少了一些CO2，这些CO2溶入了原油A，它使原油的组成变为L1。L1含的C26较原油A少，是因部分C26已抽提进入气相G1中。气液相组成的变化正是CO2在原油中溶解和抽提烃类组分的结果。由图看出，G1-L1两平衡相的组成较B与A两组成更接近。在孔隙介质中，气相G1因其粘度低，受第二批注人气B的排驱，G1超越L1进入第二孔隙。G1与第二个孔隙中的原油A接触，是为第二级接触(气相已由注人气B变为G1)，设G1与A的混合物为M2。假设M2仍存在气液两相，其气相组成为G2，液相组成为L2。经过二级抽提，G2比G1含有更多的C2-6，同时，G2比G1的CO2浓度低，是二级接触后CO2再次溶解于原油之结果，原油A也变为L2。 G2-L2两组成更趋接近。同样，G2受到排驱进入第三孔隙，是为第三级接触。如是发展下去，沿流动方向孔隙中的体系组成将依次发生变化。其气相组成沿露点线向临界点趋近，液相组成沿泡点线向临界点趋近。最终，在某油层位置上气相与液相组成完全相同，达到临界点组成k。临界点流体被其后面的气体排驱，与前方原油接触，新体系落在k-A线上，k-A线完全处于临界点切线混相区一侧，故k混相排驱A。注气过程在一段时间内是连续进行的，当第一个孔隙中生成气相G1与液相L1时，同时注人气B进入第一孔隙，B与G1接触，使气体组成落在B-G1线上，最终将第一孔隙内的气体组成变为B，同样，第二、第三孔隙内的气相组成依次逐渐变为B。沿排驱道路上，形成一气相组成由B至k的过渡带。同时，具有临界点组成的区域也随排驱进行在扩大，最终形成一组成为k的混相区，称之为混相带。混相带混相排驱与它接触的油，油在前进中也混相排驱与它接触的油，使含油饱和度增加形成一油带。油带中油相饱和度和分流率的大小，取决于油水流度比和混相带流体与水的界面张力。若原油组成不在临界点切线混相区一侧，而是在另一侧，那么，总有一条系线的延长线通过原油的组成点，这时，气相与原油之间不可能继续发生溶解和抽提，也即，平衡相组成不再发生变化。这种排驱未达完全混相，称为部分混相驱。由此得出，原油组成落在临界点切线上或混相区一侧，是CO2实现混相驱的必要而充分的条件。二、混相带退化的影响因素：混相带是指体系组成为临界点附近的油层区域。混相带混相驱油，在其前方形成一稳定油带。稳定的混相带是保证混相驱的关键，若混相带退化，混相驱就变成非混相驱。混相带可能退化的影响因素有以下几种情况：（1）从注入井到生产井，油层压力在逐渐下降，当压力低于MMP（MMP是油田进行CO2混相驱最重要的筛选参数，是指通过PVT试验，绘出该原油与CO2的拟三元相图，在某压力下相包络线的临界点切线恰好通过原油的组成点 将此压力定义为该原油的最低混相压力，用MMP表示）时，混相带组成落入三元相图的两相区，混相性消失。（2）混相带从注入井向生产井推进时，流体的通过断面扩大，混相带变薄，甚至消失。（3）混相带被CO2或过渡带的组分稀释，混相带组成落入三元相图中的两相区。油层均质程度差时，CO2或过渡带的气体从高渗透夹层或旁通孔隙穿入混相带时出现混相带退化现象。（4）当有不渗透的透镜体存在时，混相带绕流，变薄以致消失。为了保证油层实现混相驱就必须保持混响带的稳定，这要求：（1） 油层平均压力大于MMP，可保持在一定的排驱路径上是混相驱。（2）混相带应具有一定的体积，防止混相带变薄消失或退化，因此，必须注入足够量的CO2。只要CO2存在且油层压力大于MMP。消失了的混相带或退化的混相带都可以重建。三、聚合物驱的主要目的，聚合物溶液性能以及其影响因素：聚合物用于提高采收率有两个目的：（1）改善流度比；（2）调整吸水剖面。改善流度比可以通过提高排驱介质的粘度或降低油的粘度来实现。聚合物溶液的应用首先使应用聚合物溶液的高粘度，除此之外需要具有以下性能：(1)有良好的溶解性，在水中能迅速溶解。(2)有良好的注人性，易于注人油层。用均质不含或少含粘土的岩心进行试验，观察注人压差与注人体积的关系，当压差保持稳定时，溶液有良好的注人性，若压差呈上升趋势，注人性差，可能造成油层堵塞。(3)流变性，检查粘度与流速关系。流变性试验是用旋转粘度计测定粘度和剪切速率。(4)剪切稳定性，良好的剪切稳定性可保证溶液在地面配制和通过泵及井下射孔孔眼时，不出现大的剪切降解。在实验室让溶液循环地通过岩心。观察粘度随时间的变化，若粘度下降不大，溶液的剪切稳定性好(5)热稳定性。良好的热稳定性保证溶液在油层高温下不降解。 (6)滞留量(包括吸附)是影响溶液段塞浓度的重要参数，通过岩心试验确定不同浓度溶液的滞留量。(7)盐敏性。对于高矿化度的油层水。尤其要检验盐敏性。实验室用油层水配制聚合物溶液，测量不同聚合物浓度条件下的粘度。(8)氧敏性，在含氧条件下，聚合物氧化降解，配制好的溶液不宜久置。(9)微生物腐蚀性，在存在微生物条件下，聚合物因腐蚀而降解。对于存在微生物的油层，必需注意这一特性。聚合物粘度的影响因素包括：分子量和水解度；溶剂性能的影响：在良溶剂中，聚合物分子最大限度地伸展，聚合物分子之间以及聚合物与溶剂分子之间内摩擦力增大，溶液粘度增高；含盐量地影响，少量的盐加入便会大大降低溶液粘度；聚合物溶液的浓度影响粘度；其次，热、光、氧和细菌等因素最粘度都有影响。流变性的影响因素包括含盐量和孔隙介质性质。四、水驱油机理及影响因素：向油层注水，补充油层能量，同时水作为油的排驱剂，将原油向生产井推进，这种排驱过程称为水驱油过程。水驱油的机理包括微观和宏观两种。微观水驱油机理：油水是两种不互溶液体，油层中在油水接触处形成一弯液面，存在毛细管力，故水驱油属非混相驱。最简单的流动空间中的水驱油机理是假设水驱油是在亲水毛管中进行的，这时只存在一个与排驱方向相垂直的油水界面，在平衡时，F=0，可以推出，存在一个毛管力（1），它使弯液面两边油相和水相存在压力差。毛管力Pc的方向指向非润湿相，它与弯液面两边油水相间的压差方向相反。对于亲水毛管Pw。如果能测量出弯液面两边的压力，将显示出油相压力大于水相压力。若将毛管插入装有油和水的容器中，可观察到管内油水界面高于管外油水界面，这是管内弯液面处毛管力作用的结果。若将毛管逐渐斜放直至水平，如果管壁不存在摩擦力，在毛管力作用下将自动实现水驱油。反之，若毛管是亲油的，毛管力则成为水驱油的阻力，欲实现水驱油，需人工建立压差克服毛管力。亲油毛管表面水驱油后，管壁上留下一层油膜。若管壁润湿性不均一，在弱亲油的地方油膜薄，而在强亲油的地方油膜厚。最终，薄油膜破裂，向厚油膜处收缩形成附着油滴。附着于管壁的油滴能否被水排走，取决而一水一固三相交界处的界面张力。水驱油时，油层中会形成无数形状不同的附着油滴，使驱油过程变的复杂不易。在实际油层岩石中的孔隙网络，是由无数形状不同通过孔喉互相连通起来的孔隙所构成的空间流动通道。因此，应研究油滴的形成、排驱和滞留的机理。油滴能否被排驱，取决于压差和油滴两端弯液面上的毛管压力差。在实际油层中，存在毛细管力时，粘滞力和毛管力控制压降，对强亲水油层，压降总是负值。亲水毛管中，毛管力的方向与油水间的压差方向相反，在毛管力的作用下水平毛管自动实现水驱油。宏观的水驱油机理如下：注人水进入油区，取代孔隙中油的位置而将油依次向前推进，孔隙介质中必然出现第一批油水弯液面，这些无数多的弯液面形成宏观的油水界面。界面前方是原始饱和度的油区，称为原始油带，后方是水波及区，称为油水两相(流动)区，此分隔油区与油水两相区的界面称为油水前缘，它随注水继续进行而向前推进。注水过程中，若忽略油层岩石及流体的膨胀，按照物质平衡原则，生产井产出与注八水同体积的无水油。当前缘到达到生产井并底时，称为前缘突破，生产井从此结束无水产油期，开始了油水同产期。油水前缘的形状和它的推进速度严重地影响采收率。理论上将前缘推进方式分为两种形式，一种是活塞式前缘推进，另一种是非活塞式前缘推进。 水驱油的效率主要受波及系数的影响。波及系数受井网布置和油水前缘稳定性的影响，即受井网效率和粘性指进与舌进的影响。五 简述微乳液的组成、类型及部分混相微乳液驱油机理 微乳液驱油是以降低（甚至消除）界面张力来达到提高毛管数的一种排驱技术。微乳液是由蒸馏水、油、活性剂、醇和盐五种组分按一定比例组成的高度分散的低张力体系。五种组分中任何一种组分的性质或量的改变，都会影响微乳液的生成和性质。因此，研究微乳液的组成是研究微乳液的基础。微乳液按其存在的相态可以分为三种类型：下相微乳液，上相微乳液和中相微乳液。下相微乳液是指在配置微乳液的容器中，生成的微乳液处于容器下部，其上面是过剩的油；上相微乳液则是在容器的上部生成了微乳液，其下部是过剩的水；中相微乳液则是指在容器中处于过剩油和过剩水之间的微乳液，即容器上面是剩余油下面是剩余水，中间便是中相微乳液。下、中、上相微乳液都与剩余相之间存在界面故存在界面张力。还有一种以单相存在的微乳液，在容器中无过剩油或者过剩水与这种微乳液共存，体系不存在界面。这时油水在活性剂作用下已完全互溶，即油水达到混相。称为单相微乳液。混相驱是指在油层任何位置，排驱流体和被排驱流体以任何比例混合时，他们立刻互溶混相。 图2 油层中各带的形成部分混相驱的机理如下：如图2，注人油层的单相微乳液与地下流体多次接触后，已稀释成性质接近地下流体性质的流体;从第一个孔隙开始，流体性质发生了连续的变化，相邻孔隙流体的性质极为相近;从第一个孔隙开始混相程度逐渐减弱，界面张力逐渐增大，直至原始油水界面张力。如图：随着体系A的注人，注人端孔隙内的流体逐渐转变为单相区流体A，逐形成一混相段塞。混相段塞向油层深处发展，在其前方形成一个组成由A逐渐过渡到原始地下流体组成E的一个区域，称之为过渡带。过渡带内两相共存，存在低的界面张力mo。而且，相邻孔隙内的流体性质极为接近，所以，过渡带内两相流的排驱条件已大大改善，促使残余油易于流动。流动的油增加过渡带前方孔隙内的含油饱和度。随着排驱进行，在过渡带的前方便