第二章 (5) 油水两相流

Sw
水区
两相区
油区
sor
So
z
Sof
Sw
xo
饱和度分布曲线
Swf
xf
swc
x
z= So -Sor
图中两相区的前缘上含水饱和度突然下降，称为“跃变”。 水不断渗入，两相区不断扩大，两相区内油被进一步洗出，则 饱和度发生变化。如图： 从图中可看出，油水前缘上饱和度Swf基本上保持不变，这 已被实验资料证明。
影响水驱油非活塞性的因素:
（C）粘度差的影响
通常，油水粘度差异是比较大的。 W = 1 mpa•s o = 3~10 mpa •s 水的流动比油的流动要容易得多。
在外压差的作用下，由于大毛管通道横截面积大， 阻力小，因而水首先渗入大毛管； 又由于o >> W ，水渗入的毛管中，总阻力下降，
同样，含油率fo:

fo
1 Kw 1 r Ko
2
含水率与含油率之间的关系为：
fo f w 1
3
1 由<1>式知，对于某一已知油藏，油 f w 1 Ko 水粘度比为定值，fw的变化主要取决于 1 r K w 两相渗透率比值的变化，如图：
1 Kro fw
Kro:油相相对渗透率
Sw
t3 >t2> t1
t1 t2 t3
Swf来自百度文库
S~t曲线
x
油水前缘饱和度的大小取决于岩层的微观结构和地下 油水粘度比值（ μr = μo /μw ）。对同一油层， μr越大，油水 前缘含水饱和度越小。
在进入油区的累计水量一定的条件下，油水粘度比越 大，两相区范围越大，岩层中井排见水越早，无水采油时 间短，无水采油量小。
o w 2 2 t [ w Le ( L f Lo ) ( L f Lo )] K ( Pe Pw ) 2
前缘到达井排，即油井全部水淹时间为：
o w 2 T [ w Le Lf (Lf )] K( Pe Pw ) 2
6-3 非活塞式水驱油
Sw
μr 1
μr 3 > μr 2 > μr 1 μr 2 μr 3
水
S~t曲线
x
影响水驱油非活塞性的因素:
（A）毛细管力的影响
由于界面张力和岩石的润湿性所产生 的毛管力有时是流动的阻力，有时是动力。
（a）若岩石表面是亲油的，毛管力是阻力。
2 cos PC r
P2
P1
水 Pc
油
流动方向
式中： ——表面张力 ——润湿接触角 r——毛管半径
考虑液体密度差。设供液
压力为Pe，排液道压力为 Pw在水驱油过程中保持不
B Pe
Pw
变，则活塞式水驱油时，
各部分阻力为： 单向活塞式水驱油
Le
w 水区渗流阻力： (L e L o ) BKh B Pe o 油区渗流阻力： Lo BKh w o 总渗流阻力： (L e L o ) Lo BKh BKh
非活塞式水驱油：在实际生产中，水渗入到含油区之后，不 能将全部原油置换出来，而是出现一个油和水同时混合流动 的油水混合区，这种驱动方式叫非活塞式水驱油。 非活塞式水驱油时 存在三个区：水区、油 水混合区、油区。 油水混合区不断扩 大，直到生产井排。
供 给 边 缘
水
油+水
油
井 排 线
xo xf 非活塞式水驱油单向流模型
fw ’
0 xo xf x 0 Sw
影响水驱油非活塞性的因素:
（b）若岩石表面是亲水的，毛管力是动力。
P1 水 Pc 油 P2 当毛管两端没有建立 压差时（P1- P2 =0），水在 毛管力作用下也能渗入毛 管。 小毛管中毛管压力大， 水首先渗入小毛管形成非 活塞式推进。 若两端建立压差P1- P2 〉0 ， 这种差别仍有可能存在。
供 给 边 缘
水 xo
油 +水 xf
油
井 排 线
非活塞式水驱油单向流模型
大量实验资料表明， 在油水两相区中，含水饱 和度和含油饱和度是随时 间变化的。当原始油水界 面垂直于流线，含油区束 缚水饱和度为常数时，两 相区中含水饱和度和含油 饱和度分布如图：
Sw ——含水饱和度 So ——含油饱和度 Swc——束缚水饱和度 Sor ——残余油饱和度 z ——可流动的含油饱和度
流动方向 只有当所建立的压差P1- P2 〉 0 大大地超过毛管力时，水
主要靠外来压差渗入毛管，
毛管力的影响就不明显了。
影响水驱油非活塞性的因素:
（B）重率差的影响
水比油重，因此油水相遇时，水向下， 油向上，形成上油下水的两相区。
当油水重率差很大，油层很厚，液 流速度不大时，这种上油下水的两相区 很容易形成。
Krw
Krw:水相相对渗透率
Sw:含水饱和度 fw:含水率
Sw
5. 井排见水后，两相渗流区中含水饱和度变化规律 水驱油前缘到达井排后，两相渗流区中含水饱和度的变 化规律与前缘到达井排前的相似，因此在求解井排见水后两 相区中含水饱和度变化规律时，可假定水驱油前缘在到达井 排处后继续向前移动，如图： Sw fw fw
地层压力必须高于饱和压力
不产生溶解气从油中分离的过程
单相流体的渗流问题。
6-2
活塞式水驱油
活塞式水驱油：假设水驱油过程中，油水间有明显的分界面， 且分界面垂直于液流方向向井排移动，并把油全部驱走，就像 活塞一样向井排移动，称活塞式水驱油。
Le
如图 为均质等厚油藏， 且认为液体不可压缩且不
Lf Lo
总流量
Q Qo Qw
其中水占总液量的分数称为含水率fw:
fw
Kw P A Qw w x 1 Ko Kw Ko w P Q ( )A 1 o w x K w o

1 fw 1 Ko 1 r K w
1
o 式 中 r 为 地 层 条 件 下 的 油 水度 粘比 。 w
因而水窜越来越快，形成严重的指进现象。
考虑了毛管力及重力的影响，则饱和度分布为：
Sw
残余油
重力影响 毛管力影响
水驱油前缘
x
在混合渗流区油水两相分别遵循达西定律，只不过渗透率为相 渗透率。而相渗透率是饱和度的函数，因此，油水两相渗流的关键 就是研究两相区中饱和度的分布及变化规律。
特点: 五点,三区
第5节 两相渗流理论基础
前面无论是刚性液体渗流还是弹性液体渗流都是以均质流
体作为前提，没有考虑油水在粘度、密度上的差别及毛管力的
影响，也未考虑油中气体的分离。而实际渗流中由于油水性质 差异，毛管力的影响，形成油水共渗或伴有气体的渗流。
第六章 两相渗流理论基础
问题的提出
前几章的假设条件：
均质流体
不考虑油和水在粘度和重度上的差别 不考虑毛管力的影响
Lf
Lo
Pw
排液通道产量公式为:
BKh(P e -P w ) Q w ( Le Lo ) o Lo
由于总渗流阻力随Lo而变，当μo> μw时，总渗流阻力越 来越小，产量Q越来越大。
活塞式水驱油前缘质点移动速度为dLo/dt,与渗流速度关系为：
dLo Q v dt A
分离变量积分得含油边缘移动到任一点处的时间为：
1.含水率和含油率方程（分流量方程） 设油水两相渗流区中，油水两相同时流动，且分别服 从达西直线渗流定律，若不考虑重力和毛管力，则：
K w P vw w x K o P vo o x
通过截面的油水量为：
K w P Qw v w A A w x Qo v o A K o P A o x