水驱油

毛管压力降
△P c (
24000 12000 6000 2400 1200 600
在油层常见速度下，对于强亲水油层，润湿相排驱非润湿相时，压降 总是负值。负的压降并不意味着排驱方向逆转。 在亲水毛管中，毛管力的方向与油水相之间的压差方向相反，正是在 毛管力作用下水平毛管自动实现水驱油。上表数据说明，在亲水单根 毛管中水驱油，粘滞力对毛管力是阻力。
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Chapter 1 水驱油机理
第一节 油藏排驱过程中的力
1、毛细管力 （1）亲水毛管
毛管中，因为两种不互溶液体中的界面存在张力， 在分界面上存在压力差，这个压力差称毛管压力。 界面张力（σ）:指表平面的单位表面长度上的作
2 cos Pc r
或V
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Chapter 1 水驱油机理
流速与毛管半径平方成正比。因为w<o, 随着油水界面位 置x增加，分母变小，速度增加：
在x=0时：
Vx 0
PA PB r 2
8o L
此时流速最小
当x=L时：
Vx l
PA PB r 2
Chapter 1 水驱油机理
PA Pw Po V油 L PB
r μw θ
注水
x
μo
当 w o PAB 8LV P c 2 r
粘滞压力降 毛细管压力降
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Chapter 1 水驱油机理
例：设毛管半径为r, μo = μw = μ = 1mPa.s, =0° 。利用上式计算A、 B两点间的压降。 粘滞力和毛管力对总压降的贡献
2、粘滞力：孔隙介质中的粘滞力是以流体过介质时所 出现的压降大小来反映的。 计算粘滞力大小最简单近似的方法是把一束平行毛管 作为多孔介质，则以层流的方式通过单根毛管的压降可 由Poiseuille定律给出：
8uLV P 2 r gc
P—穿过毛细管的压降； L—毛管长度； r—毛管半径 —流体的粘度；V—流体在毛细管中的平均速度； g —换算系数。
欲在两根毛管中都实现水驱油的条件：
V1 0, V2 0 , 考虑到 r1 r2， PA PB Pc1 故 p c1 p c2，即 p c1 p c2， PA PB Pc 2 因此 P P P P c2 AB A B
大毛管的水在B点与小毛管的油接触，产生一反向弯液面 而形成油滴。
A
水
油
B
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Chapter 1 水驱油机理
(2)存在毛管力排驱机理：
PA Pw Po V油 L PB
单根毛细管：
r μw θ
注水
x
μo
当考虑油水弯液面上的毛管力 时，流速将受毛管力的影响而与 上述驱油机理不同。假设管壁亲 水，当水进入毛管后， A，B两点之间的压差表示为：
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Chapter 1 水驱油机理
并联毛管 A，B两点间的总压降对两并联毛管是相同的，若在两根 毛管中都实现水驱油，油滴将在流速慢的毛管中形成。
水 PA r1 r2 注水 水 油 PB
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PA PB ( PA P ) ( P P ) ( P PB ) w w o o 8 w xV 8 o ( L x ) V Pc r2 r2 8 w x o ( L x ) V P c 2 r
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r2/ r1 PA-PB （Pa） V1 （ cm/s） （ m /s）
2 -12000 1.88 18800 解： 对于r2而言： r2 = 2 ×2.5 = 5m 4 -6000 2.81 28100 cos PA PB 8 LV 2 r r 10 -2400 3.38 33800 8110 Pa S 50010 m3.5310 m / s 23010 N / m cos 0 12000 / m 2 12000 N Pa ( 510 m ) 510 m 20 -1200 8 LV 3.56 35600 cos 对于r1而言： PA PB 12000 r 2 r Pa 40 -600 3.66 36600
Vx x 1
r1
8 w x 1 o ( L x 1 ) 8 w x 2 o ( L x 2 )
PA PB r1 2
A
x1
水
油
B
Vx x 2
r2
PA PB r2 2
x2
对比上两式，因为 r1 r2 , x 1 x 2 , 所以Vx x1 Vx x 2
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Chapter 1 水驱油机理
在x=x处其速度差值在上述二者之间：
Vx x Vx x
r2 r1
( r2 2 r 2 )PA PB 1 8[ w x o ( L x )]
分析以上三个公式可以看出，由于毛管半径不同而引起
8 w L
此时流速最大
当0<x<L时：
Vx 0 Vx x Vx l
此时流速在上 述两者之间
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Chapter 1 水驱油机理
并联毛管 在r1<r2情况下
PA
注水
注水
r1 μw x1 r2 μw x2
L
Vr1油
μo μo
中国地质大学石油工程专业选修课
提高原油采收率原理
ENHANCED OIL RECOVERY THEORY
袁彩萍
2010.11.10
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Chapter 1 水驱油机理
本章的重点：
1、从微观和宏观上分析水驱油的形成机理；
2、从平面、垂向上分析水驱油采收率低的主 要原因； 3、从驱油动力（粘滞力）和阻力（毛管力） 因素着手，探讨提高水驱油采收率的主要途径。
用力（mN/m）。油水是两种不互溶液体，其σ高达30-35 mN/m。 对于亲水毛管，由于θ<90°, 必然有Po>Pw。Pc方向指向非润湿油相方 向，与水驱油方向一致，是动力。
水
注水
r
θ
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Chapter 1 水驱油机理
（2）亲油毛管
的速度差，将随x长度增加而增加。
下图表示t=0,x=0的条件下油水界面的位置。此时， V2>V1 A
水 油
B
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Chapter 1 水驱油机理
当经过t时刻后，上下毛管中的油水界面位置分别为x1和 x2 ，这时两毛管中的速度分别为：
P—穿过孔隙介质的压降，P2-P1
L—孔隙介质的长度; K—孔隙介质中的渗透率; —孔隙介质中的孔隙度; —流体的粘度;
V—流体在孔隙介质中的平均速度。
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Chapter 1 水驱油机理
第二节 微观水驱油机理
注水驱油微观效率（ED）： ED等于从注入水波及过的单位孔隙体积 中采出的油量（地面储罐条件下）除以注水开始时被水波及的单位 体积的原油地质储量（地面储罐条件下）。
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Chapter 1 水驱油机理
在毛管1和毛管2中可能出现的速度和相应的总压降有以下几 种情况： 并联毛管中速度和压降关系
V1=0, PA-PB=-△Pc1 V1>0, PA-PB>-△Pc1 V1<0, PA-PB<-△Pc1
V2=0, PA-PB=-△Pc2 V2>0, PA-PB>-△Pc2 V2<0, PA-PB<-△Pc2
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Chapter 1 水驱油机理
例：设V2=3.53m/s, r1=2.5 m , L=500 m , =30 mN/m, o= w= =1 mPa•S, =0°, 求V1？ 不同r2/ r1值计算的总压降和小毛管速度
式中：
S o1 o B B o1 o E D S o1 B o1
S
S O1 — 注水开始时（ 平均压力为P） 的含油饱和度， 分数； 1 S O — 注水期间某一特定时刻的平均含油饱和度， 分数； Bo1 — 在压力P 下原油地层体积系数； 1 Bo — 注水期间某一特定时刻的原油体积系数。
r1 r2
这说明，当油水界进入并联毛管的入口端后，在忽略毛管力 的条件下，在任何时刻t时, 大毛管中的油水界面的推进速度都 大于小毛管的推进速度。
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Chapter 1 水驱油机理
油滴的形成：
当大毛管内油水界面到达B点时，小毛管中还存在油。
S 0.28 E 1 or 1 0.58 58% D So1 0.67
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Chapter 1 水驱油机理
微观上建立并联毛细管模型 （1）不存在毛细管力的排驱机理： 单根毛管中两相流公式：
PA
PX
PB
PA PB ( PA Px ) ( Px PB ) 8 w xV
c
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Chapter 1 水驱油机理
对一束尺寸相同的毛细管，渗透率可用下式表示：
K=12.93107d2
K—毛管束的渗透率，m2 ； d—毛管直径，cm； —毛管束的有效孔隙度。
孔隙介质中的粘滞力可根据达西定律表示为：
VuL P P2 P1 K
V=3.53m/s,
孔隙半径 r (m) 2.5 5 10 25 50 100
L=500 m ,
=30 mN/m
Pa) 总压降 PA-PB（ Pa ） -23998 -12000 -6000 -2400 -1200 -600
粘滞压力降 8μLV/r2 (Pa ) 2.26 0.56 0.141 0.023 0.0056 0.0014
2
μw
x
r

8 o ( L x ) V
2
V，μo
r r 8[ w x o ( L x )]V r2 r ( PA PB ) 8[ w x o ( L x )]
2
L V—油水界面推进速度；
L—A、B两点间的毛管长度； x—油水界面距入口端A的距离； r—毛管半径。
注水
r
水θ
Pc
2 ow cos Pc Po Pw － r
对于亲油毛管，由于θ>90°, 必然有Po<Pw。
Pc方向指向水相，与水驱油方向相反，是水驱油的阻力，要实 现水驱油必须建立人工压差克服毛管力。
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Chapter 1 水驱油机理
PB
Vr2油
在x=0处必然有Vr1 <Vr2 ,其速度差值最小：
Vx 0 Vx 0
r2 r1
(r2 2 r 2 )PA PB 1 8μ o L
在x=L处也是Vr1 <Vr2 ，其速度差值最大：
Vx L Vx L
r2
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r1
( r2 2 r1 2 ) PA PB 8 w L
2010年11月10日 资源学院石油系 Yuan Caiping 第7页
Chapter 1 水驱油机理
当被波及的孔隙体积中含油饱和度降至残余油饱和度 （Sor）时，油的地层体积系数（FVF）相等：
S E 1 or D So1
例：一个油藏在钻井后即将注水开发。模拟油藏条件 先所做的注水试验表明，岩心的剩余油饱和度为0.28， 而其原始含油饱和度为0.67。如果原油的FVF为1.4且在 注水过程中不变的话，试计算注水驱替效率。 解: