配位數對剩余油分布及采收率的影響

朱維耀　張曉靜　韓宏彥　李兵兵　李建輝

摘要：通過自助設計研制的微觀可視化規則模型，利用微觀驅替裝置對水驅過程中剩余油形態及流動特征進行顯微觀察和分析，并應用圖像處理技術定量考察水驅驅油效果，研究配位數對微觀剩余油分布規律和對采收率的影響規律，并用數值模擬方法進行微觀剩余油規律數值模擬配位數為4的水驅剩余油分布。研究結果表明，剩余油分布形態為柱狀剩余油和膜狀剩余油兩種形態，配位數越大，驅替效果越好，剩余油所占孔隙比例越小，且數值模擬結果顯示剩余油分布與實驗結果一致。

關鍵詞：配位數；規則模型；微觀可視化；剩余油分布

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0064-04

低滲透儲層孔隙結構復雜，喉道微細等特點，導致實際開發中面臨許多技術問題，因此急需加強基礎性的研究工作。影響油水在多孔介質中分布及運動主要包括油水粘度比、多孔介質的潤濕性及孔隙結構三個影響因素，而低滲透儲層中的流體滲流能力和驅油效率主要取決于孔隙結構特征，孔隙結構特征主要是指儲層巖石孔隙的大小、分布、連通性和幾何形狀等。

目前，實驗研究方法主要包括毛管壓力曲線法、鑄體薄片分析、掃描電鏡、核磁共振技術四大技術。近幾年來，眾多學者運用這幾種研究方法并加以改進與結合，加深了對儲層孔隙結構及儲層性質的認識。而這四種研究方法對孔隙結構研究過程存在共同的問題，單獨就某一孔隙結構參數（孔喉半徑、配位數、孔喉比）研究其對驅油效果影響時，均不能排除其他參數的影響。

為解決此問題，本文設計了一種微觀可視化規則模型，固定孔喉半徑與孔喉比，通過微觀可視化滲流模型驅油實驗配套設備與圖像采集系統，對水驅油過程中剩余油在多孔介質中的形態和變化進行跟蹤觀察，提示了不同配位數下的剩余油分布規律與對采收率的影響，并將模型剩余油分布與數值仿真模擬進行比對驗證。

1 微觀可視化規則模型水驅油實驗

1.1 實驗材料及裝置

實驗所用水為去離子水，用粘度計（DV-II+Pro）在15℃下測其粘度為1.141mPa·s，實驗所用模擬油由脫水脫氣原油添加適當比例煤油配制而成，用粘度計（DV-II+Pro）在15℃下測其粘度為10.005mPa·s；實驗所用模型為樹脂玻璃粘接模型

實驗裝置為可視化高溫高壓微觀驅油實驗裝置，主要由微量注入泵、模型夾持器，驅替系統和圖像采集系統等組成（如圖1所示），該裝置可利用數值模型進行各種微觀實驗，實驗將微觀可視化規則模型用夾持器固定，利用圖像采集系統對驅油過程進行觀察和記錄。

1.2 微觀可視化規則模型

實驗所用模型是一種透明的二維平面樹脂玻璃模型。自主設計孔喉網絡結構，設計微米級喉道尺寸為40μm，配位數分別為2、3、4，孔喉比為2：1?？缀砭W絡結構圖通過圖形發生器、步進精縮機和翻版機精密地光刻到平面光學玻璃上，再進一步對涂有感光材料的光學玻璃版進行曝光處理，用氫氟酸處理完畢，通過二次翻模技術制作出可視化規則物理模型，模型尺寸為40mm×40mm，孔隙體積約為20μL，喉道截面為橢圓形，具有可視性特征。在模型兩側中間位置分別打一小孔，將兩中空針頭粘貼在模型的流體流入口和流出口，模擬低滲透油藏的注入井和采出井（如圖2所示）。

1.3 實驗步驟及方法

本實驗中的主要操作步驟概括如下：

（1測可視化規則物理模型抽真空后進行飽和水處理；

（2）對可視化規則物理模型進行飽和模擬油處理：

（3）對可視化規則模型以0.01mL/min驅替速度的進行水驅油實驗，用高倍顯微鏡觀察驅替現象及流體的流動狀況，通過計算機對實驗過程圖像進行典型圖像定格，觀察驅油動態變化，當采出井所出液體含水率為98%時，驅替結束；

（4）利用計算機對錄取的圖像取樣、量化以產生數字圖像，根據像素灰度值對圖像進行分割，在此基礎上進行相關滲流參數的計算。

2 實驗結果及分析

2.1 微觀可視化模型剩余油分布特征

驅替過程中油水流動主要表現為以下幾點特征：（1）水驅油過程中油水流動呈現連續性；（2）水驅油過程中油水流動表現出指進現象；（3）水驅油過程中油水間存在界面張力；（4）水驅油過程中剩余油分布形態主要為膜狀剩余油和柱狀剩余油兩種形態。

圖3所示為微觀可視化模型4、3、2三個配位數區域水驅前后剩余油分布情況。由圖3可以看出，模型中大量剩余油存在于喉道中，且與主流線方向不一致（垂直或傾斜）的喉道中的剩余油所占比例居多。由于模型為親油型，所以模型孔隙壁面分布有大量膜狀剩余油。水驅油過程中受“指進”現象的影響，一部分喉道未被波及到，導致整塊的油未被驅出，形成柱狀剩余油。

配位數為4的區域在微觀模型的主通道區，與主流線平行的喉道中的油較容易被驅出，因此膜狀剩余油分布較多，而垂直方向喉道中的油所受壓差很小，僅有少量被驅替，形成柱狀剩余油。

配位數為3的區域在微觀模型的上邊界區，孔隙中的油不容易被驅替，同時主通道中的油較快被驅替造成進出口水的連通，受“指進”現象的影響，該區域喉道中分布有膜狀剩余油和柱狀剩余油，其中柱狀剩余油占多數。

配位數為2的區域分布在微觀模型的主通道區和下邊界區，孔隙結構簡單，可看做進出口之間單一的通道，水驅油壓差較大，所以驅替較好。由于部分通道中的油較早被驅替完，只在通道壁面上分布少量膜狀剩余油，但同時造成“指進”現象，使其它通道壓差變小，導致通道內部分油未被驅替出，形成柱狀剩余油。

結合實驗圖像靜態資料測得的數據，根據驅替效率的定義可得到微觀可視化規則模型的驅替效率，其表達式為

（1）膜狀剩余油所占比例表達式為：

（2）柱狀剩余油所占比例表達式為：

（3）式中：Q-驅油效率，%；

A-原始含油面積百分數；

A_s-殘余油含油面積百分數；

D_m-膜狀殘余油含油面積百分數；

D_Z-柱狀殘余油含油面積百分數?？紫吨g的連接，使得網絡模型的平均配位數分別為3和4，分別進行水驅模擬，研究得出平均配位數越大，孔隙間的連通性越好，剩余油孔隙比例減小，累產油增多，且采出程度相應程度的提高。

為避免邊界區對驅油過程的影響，選取主通道去配位數為4的區域做數值仿真模擬，將該區域進行分區，從流體入口到出口分成四等分并依次編號為1，2，3，4。由圖4-圖7可知，實驗與理論基本一致。

應用上述三式計算出各個配位數下的驅油效率（見表1），配位數為4的區域驅替效率最高，配位數為2的區域其次，配位數為3的區域驅替效率最低。

說明隨著配位數的增大，模型孔隙連通性增加，參與滲流的喉道數目隨之增加，利于形成油流，可視為提高了油相滲透率，流體被捕集的機會減少，使形成剩余油的概率下降，所以配位數為4的區域剩余油較小，水驅采收率提高。

2.2 剩余油分布與數值仿真模擬比對

鄧慶軍通過數值模擬的方法研究配位數對剩余油分布、累計產油量、含水率和采出程度的影響，研究考慮平均配位數的影響，關閉部分喉道與

3 結論

（1）本文利用自助設計的可視化微觀滲流模型進行微觀驅替實驗，研究水驅油后剩余油分布形態。剩余油形態是柱狀剩余油和膜狀剩余油。柱狀剩余油所占比例依次為配位數為2的區域一配位數為3的區域>配位數為4的區域；膜狀剩余油所占比例一次為配位數為3的區域>配位數為2的區域>配位數為3的區域。

（2）水驅替效率依次為配位數為4的區域>配位數為2的區域>配位數為3的區域，表明配位越大，驅替效果越好，配位數為3的驅替效果最差。