水驱油效率影响因素及计算方法研究

水驱油效率影响因素及计算方法研究
胡海光;王芳芳
【摘要】水驱油效率一直是石油领域研究的热点问题,随着注水开发进入特高含水期,提高驱油效率日益受到人们的重视.在参阅国内外相关文献的基础上,对目前驱油效率的影响因素、计算方法进行归纳,对驱油效率的影响因素进行划分；总结了驱油效率计算方法的适用范围,提出了计算水驱油效率的改进方法.
【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》
【年(卷),期】2013(013)001
【总页数】5页(P1-5)
【关键词】驱油效率;影响因素;计算方法
【作者】胡海光;王芳芳
【作者单位】西南石油大学理学院,四川成都,610500;西南石油大学理学院,四川成都,610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE523.1
注水开发油田的采收率为注入水波及系数与驱油效率的乘积［1］。

驱油效率的高低直接影响了油田采收率，影响油田的经济效益，研究水驱油效率对提高采收率有着重要意义。

1 水驱油效率影响因素
1.1 影响因素现状
在国外，Kinnery 和Donaldson E C［2］等都认为在水突破前，亲水岩心的驱油效率高于亲油岩心的驱油效率。

1966年，O.R.wagner［3］等人的实验证明，界面张力必须低于0.07mN/m 才能提高驱替效率。

1970年，Farouq－Ali，S.M.和Stahl，C.D.［4］研究指出油水流速比在水驱采油中是一个最重要的变量，对驱油效率、波及系数等具有重要的影响。

1974年，J.C.Melrose and C.F.Brandne［5］研究了毛细管力作用对于微水驱观驱油效率的影响，指出超低值的油水界面张力可以达到提高采收率，从而提高驱油效率。

2007年，D.Wang，etal［6］从微观到宏观尺度研究了粘弹性对驱油效率的影响。

同时，我国学者对驱油效率的影响因素也展开了大量的研究，其中，吕平［7］(1985)运用理论分析和室内试验相结合的方法，对大庆油田天然岩心驱油效率的
影响因素进行了研究，提出毛管数是影响驱油效率的主要因素之一。

朱玉双等人［8］(1999)对靖安油田长6、长2 油层砂岩模型的水驱油实验表明，驱油效率的主要因素是储层的孔隙结构、润湿性和注入水加压方式。

孙卫，何娟［9］(1999)应用真实砂岩微观模型对樊家川、元城油田侏罗系延9、延10 油层两相驱替过程进行了观察、研究，实验表明，驱油效率的影响因素主要是驱替压力、渗透率、孔隙结构非均质性和视孔喉体积比。

刘柏林［10］(2003)应用水驱油试验、微观水
驱油试验以及核磁共振等技术手段对陈堡油田进行研究，实验表明驱油效率差异主要是受储层的宏观非均质性、岩石的细观非均质性和油水粘度比的影响，在一定的渗透率范围内受渗透率的影响较小;微观上驱油效率则主要是受孔隙结构的影响。

张洪军［11］(2003)在其硕士论文中提出水质适应程度对驱油效率的影响。

邵创
国等人［12］(2004)对西峰油田长8 进行水驱油效率实验研究，表明水驱压力对
特低渗透储层岩心驱油效率有显著影响。

赵巍等人(2006)对长庆油田中一区储层
岩石水驱油效率实验研究，表明注水开发油田的驱油效率与驱动压力、储层渗透率、
储层非均质性等有一定的关系。

李奋［13］(2009)在“中高渗砂岩油藏水驱油效率及波及规律研究”一文中提出影响驱油效率的单因素主要是润湿性、孔隙结构、渗透率、油水粘度比、驱替压力、注入倍数。

陈朝兵［14］(2010)运用真实砂岩模型，对H 地区主力油层进行了水驱油实验，并结合薄片鉴定、物性分析、扫描电镜、相渗、压汞等资料，分析出该地区主力油层驱油效率影响因素主要为微观孔隙结构、驱替压力和润湿性，物性对驱油效率的影响不大。

综上所述，目前，驱油效率影响因素的研究主要是通过水驱油实验所得，研究表明在不同的油藏和储层条件下，驱油效率的影响因素不同，主要因素有孔隙结构、润湿性、注入倍数、油水粘度比、毛管数、注水水质，其中注入压力(驱替压力)、渗透率只在特定条件下对驱油效率产生影响。

1.2 影响因素分析
1.2.1 内部因素
1)孔隙结构
储集层的孔隙结构非均质性强、孔喉比大时驱油效率低，非均质性弱、孔喉比小时驱油效率高;当孔隙结构较均匀时，储集层物性越好驱油效率越高。

2)润湿性
一般认为，当油藏岩石为强水湿时，由于毛管压力是水驱油的动力，有利于提高水的自吸速率，因而与强油湿的岩石相比，其注水时的驱油效率(即注水采收率)应明显高些。

但是，近几年Morrow 研究表明，均质强水湿岩样的驱油效率最低;随水湿性逐渐减弱，驱油效率呈上升趋势。

3)油水粘度比
油水粘度比对驱油效率的影响很大。

较小的油水粘度比在水驱油过程中可形成近活塞驱替，有利于提高驱油效率;当油水粘度比过高时，则容易形成指进或窜流，降低驱油效率［15］。

4)毛管数
又称毛管准数，或临界驱替比，是表示被驱替相(例如油)所受到的粘滞力与毛细管力之比的一个无量纲数。

它反映了多孔介质两相驱替过程中不同力之间的平衡关系。

它的一般表达式为
在特定的孔隙介质中，对于存在不同孔隙、不同大小的油滴，能否开始移动，都直接和毛管数值的大小有关，当毛管数增大到大于临界值时，随着毛管数的增大，驱油效率整体呈上升趋势。

因此，毛管数是影响驱油效率的一个主要因素。

5)渗透率
大量实验结果表明，渗透率对驱油效率的影响不大，特别是当油水粘度比、孔隙结构差异较大时，渗透率大小与驱油效率无明显的关系，但是在特定孔隙结构参数下，渗透率影响驱油效率的大小。

在渗透率相差不太大的情况下，孔隙结构非均质性越强，则驱油效率越差;而在分选差不多的情况下，其驱油效率在很大程度上取决于
渗透率的大小，渗透率越高，则驱油效率越高。

6)原油粘度
相同注水倍数下，原油粘度越大，驱油效率越低，但随着注水倍数的增加，差别逐渐减小。

1.2.2 外部因素
1)注水倍数
注水倍数是指注入水通过的体积与孔隙体积之比。

实验表明，随着注入倍数的增加，驱油效率增加，但在不同的阶段，注入倍数不同，驱油效率增加的幅度不同，尤其当油田开发进入高含水期后，随着注入倍数的增加驱油效率增加的幅度明显减小［16］。

2)注水水质
研究表明，在一定的含水率下，随着水质适应程度系数的增加，驱油效率增大，且水质适应程度系数越大，驱油效率越高;在一定的水质适应程度系数下，随着含水
率的增加，驱油效率增加。

3)驱替压力
压力的提高在最初可以拓宽、增加水的流动能力，扩大注入水波及面积，提高驱油效率。

但达到一定程度后，即注入水已在模型中形成较为稳定的渗流通道，且模型出口端已见水后，则驱替压力的提高仅能提高水的流动速度，而对驱油效率提高甚微。

对于低渗透油田，随着水驱压力的提高，驱油效率增加，但水驱压力不能太大，否则储层会发生速敏.虽然驱油效率增幅较大，但由于油水渗流能力变差，注水压
力必然大幅度上升，使注水难度增大，注水量无法保证，水驱效果变差［17］。

因此，驱替(注入)压力只能在一定的范围内提高驱油效率。

2 水驱油效率计算方法
2.1 已有驱油效率计算方法
2.1.1 利用定义计算
1)驱油效率又称微观驱油效率，从储量和残余油量的角度，其定义为:驱油剂波及
的区域内采出油量与波及区域内原油储量之比［18］，即
2)从含油饱和度的角度，驱油效率又定义为:在微观上表征原油被注人工作剂清洗
的程度［19］，即
式(2)通过相渗实验获取。

3)当变异系数为0 时(不考虑非均质性影响)驱油效率相当于用油水相对渗透率曲线直接求出，即
式(3)适用于非均质性差的油藏。

2.1.2 利用孔隙结构计算
1)利用孔隙结构函数计算
王尤富，鲍颖根据室内驱油实验结果表明，孔隙结构特征函数与水驱油效率有很好的正相关性［20］，并给出了二者之间的定量表达式，即
式(4)适用于岩石润湿性和油水粘度比一定的油藏。

2)利用微观孔隙结构特征计算
通过大量的统计发现，在湿性、流体性质相同的条件下，退汞效率与驱油效率具有很好的相关性，纪淑红等人利用退汞效率的变化来推断驱油效率与孔隙度、渗透率组合参数间的关系，并得出水驱油效率与孔隙度、渗透率组合参数间的定量关系［21］，即
式(5)适合于高含水期，且润湿性和流体性质相同。

2.1.3 利用注水倍数计算
注水倍数和驱油效率是反映注水油田开发效果的两项重要指标。

从注水倍数和驱油效率的定义出发，结合相渗曲线和水驱特征曲线，建立了注水倍数与驱油效率的关系［22，23，24］，即
2.1.4 利用动、静态生产资料计算
1)利用动态生产资料计算
何贤科、陈程根据水驱油藏特征，在丙型水驱曲线的基础上，详细推导了利用油田地质参数和生产历史数据预测注水开发油田驱油效率的公式［25］，即
式(7)是根据实际生产数据直接求取，所以得到的驱油效率具有阶段性，只能反映某一开发期限内的驱油效率，而且依赖于丙型水驱曲线。

2)利用静态生产资料计算
刘德华在计算实际的注入水水驱体积波及系数时，利用油田开发初期已知的液体高压物性参数、原油PVT 等静态资料和油田开发过程中的相关动态资料，给出了开发过程中实际驱油效率的计算公式［26］，即
由于原油体积系数是个随压力变化的量，而在不同的含水阶段，油田可能保持不同的地层压力开发，因此利用上式预测的是保持当前地层压力水平(B0恒定)开采时的水驱体驱油效率。

如果忽略地层压力对原油体积系数的影响，就可以直接预测不同含水阶段的水驱驱油效率。

2.1.5 利用含水率计算
为了消除非均质因素对驱油效率的影响，张利红等人利用水驱特征曲线计算出来的油水相对相渗曲线计算驱油效率，从而找到了计算一个注水开发油田驱油效率随含水率变化的关系式［27］
2.1.6 利用经验公式计算
1)经验公式一
黄学斌、宗会凤等人以室内水驱油试验数据为基础，结合油田实际，得出了通过渗透率、油水粘度比及注水倍数预测驱油效率的多元回归关系式［28，31］
式中A，B，C，D＞0—回归系数。

2)经验公式二
俞启泰、王延忠根据我国油田岩心水驱实验数据资料，回归出极限驱油效率与油水
粘度比、绝对渗透率的关系式为［29，30］
式中m，n，p＞0—回归系数。

2.2 改进驱油效率计算方法
为了减少误差，精确预测驱油，从残余油饱和度及驱油效率的定义的角度对驱油效率的计算方法进行改进。

2.2.1 利用毛细管数计算
由实验可知，当毛管数大于其临界值时，毛管数越大与残余油饱和度呈负相关，且它们之间的关系可表示为
结合驱油效率的定义，得驱油效率与毛管数的关系式为
式(13)可用于任何油田，但是必须要结合油田相应数据，拟合得出毛管数与残余油饱和度的函数关系式。

2.2.2 利用微观孔隙结构法计算
孙玉清［32］推出了在非均质网络模型中，以模型中流道宽度最小时所产生的毛
管压力为标准，当注入压力大于此毛管压力时，能够驱替出二维非均质管束中的全部原油;给定驱替压力，由毛管力公式计算启动流道直径，从而计算出驱替出产量，其表达式为
在不同的驱替压力作用下，可确定第i 个孔隙中剩余油驱替出的量，结合第i 个孔隙体积，求算出第i 个孔隙的微观驱油效率
3 结论与认识
1)针对驱油效率的影响因素、计算方法，提出了改进驱油效率计算的思路，推导出微观驱油效率的计算公式。

2)对驱油效率的影响因素进行了划分，并认为注水倍数和驱替压力是影响驱油效率的主要外在因素，润湿性是影响驱油效率的内在因素。

3)残余油饱和度的大小直接影响驱油效率，后期应加大对残余油饱和度计算方法的研究。

4)进入高(特高)含水期，毛管数大小对驱油效率的影响越来越大，随着毛管数的增大，驱油效率增大。

符号说明:
ED—驱油效率;Nos—驱油剂波及区域内原油地质储量，m3;Nps—驱油剂波及区域内被驱出的油量，m3;Npr—驱油剂波及区域内未被驱出的油量，即残余油量，m3;Soi—原始含油饱和度，%;Sor—残余油饱和度，%;G(f)—孔隙结构特征函数;a2，b2—回归系数;Sw—含水饱和度;Swi—束缚水饱和度;PV—注水倍数;μ0，μw—分别为油水粘度;b—丙型水驱曲线直线段的斜率;N—地质储量，104t;Ka—空气渗透率，μm2;μR—油水粘度比;Boi—原始原油体积系数;Bo—原油体积系数;fw—含水率—油层平均含水饱和度;c，d—拟合常数;Vp—注入孔隙体积倍数;β—孔喉比;L—流道的总长度。

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