渤海油田油水相对渗透率和水驱油效率研究

2015-02-19李功杨小婕耿娜杨东东刘杰

长江大学学报(自科版) 2015年14期

李功，杨小婕，耿娜，杨东东，刘杰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

渤海油田油水相对渗透率和水驱油效率研究

李功，杨小婕，耿娜，杨东东，刘杰

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

[摘要]驱油效率是注水开发油田的一个重要指标，是水驱油田的极限采收率，因此要评价油田水驱采收率的潜力，首先应分析驱油效率的理论值。以渤海油田283条天然岩心测量的非稳态油水相对渗透率曲线为样本，统计得到了束缚水饱和度、残余油下水饱和度、束缚水下油相相对渗透率、残余油下水相相对渗透率、残余油下归一化水相相对渗透率与有效渗透率间的统计规律，由此得到渤海油田驱油效率与岩石有效渗透率的统计规律。同时，利用相对渗透率曲线、分流量方程和Welge方程从理论上推导了水驱油效率计算公式，在此基础上研究了驱油效率的影响因素以及水驱油实验的取值条件。

[关键词]驱油效率；注水开发；水驱采收率；相对渗透率；有效渗透率； Welge方程

驱油效率是指在驱油剂波及范围内，所驱替出的原油体积与总含油体积之比[1~3]，大多由实验室水驱岩心试验或油水相对渗透率试验得到[4~9]。目前渤海油田水驱油试验资料较少，但有较为丰富的油水相对渗透率试验资料。然而，油水相对渗透率试验计算的驱油效率只是油田最终水驱油效率，无法描述开发过程中的相关状况。为了搞清渤海油田水驱开发特点及潜力，对渤海油田相对渗透率试验结果进行了统计分析，寻找规律，得到驱油效率与岩石有效渗透率的统计规律，并利用相对渗透率曲线、分流量方程和Welge方程从理论上推导了水驱油效率计算公式。

1渤海油田油水相对渗透率统计规律

统计渤海油田数据齐全的283条油水相对渗透率曲线和对应岩样的孔隙度、空气渗透率等数据，岩样的空气渗透率从16~11681mD，基本覆盖了渤海所有水驱油油田，对渤海油田各类岩石有较强的代表性。

研究渤海油田油水相对渗透率曲线端点之间的关系,结果见图1。其关系式分别如下：

Swi=-3.5638lnKoc+53.544

(1)

Swr-Swi=-0.8361Swi+71.829

(2)

(3)

(4)

由上述4个统计关系式，还可得到：

Swr=0.1639Swi+71.829

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：Swi为束缚水饱和度，%；Swr为残余油下水饱和度，%；Kair为空气渗透率，mD；Kwri为残余油饱和度下水相渗透率，mD；Koc为束缚水饱和度下油相渗透率，mD；Kroc为束缚水饱和度下油相相对渗透率，1；Krwr为残余油饱和度下水相相对渗透率，1；Krwm为残余油饱和度下归一化水相相对渗透率，1。

图1　渤海油田油水相对渗透率统计关系曲线

渤海油田油水相对渗透率统计关系表明：

1)渤海油田储层岩石的束缚水饱和度随岩石有效渗透率的增加而呈单调递减，残余油饱和度下的含水饱和度与油水两相共流区跨度随岩石有效渗透率增加而呈单调递增。

2)渤海油田储层岩石的束缚水下油相相对渗透率、残余油下水相相对渗透率和残余油下归一化水相相对渗透率都随岩石有效渗透率的增加而呈单调递增。

根据最终水驱油效率的计算公式：

(9)

式中：ED为驱油效率，1。

式(1)、(2)代入得：

(10)

由渤海油田油水相对渗透率统计规律可见，油田最终水驱油效率与岩石的有效渗透率具有很好的相关性：岩石有效渗透率越大，其水驱油效率越高，采收率也越高。

2利用相对渗透率曲线计算驱油效率理论推导

目前，油水相对渗透率曲线常采用指数的表达形式，即在油、水两相渗流条件下，Kro/Krw与Sw呈半对数直线关系[10]，为：

(11)

式中：Kro、Krw分别为油、水相相对渗透率，1；Sw为含水饱和度，%；a、b为系数。在中含水阶段，Kro/Krw与Sw具有很好的拟合关系；但在低含水及高含水阶段，曲线明显偏离直线[11]，导致式(11)无法准确表达二者的关系。

相渗曲线的幂函数表达形式能很好地弥补指数表达式在中低含水期及高含水期拟合差的不足，拟合程度更高。幂函数的表达式为：

(12)

其中：

(13)

式中：nw、no分别为水、油相指数，表征了水相渗透率和油相渗透率的形态，1；Sro为残余油饱和度，%；Swd为水驱含水饱和度，%。

根据分流量方程，在不考虑重力和毛细管力影响的条件下，含水率可以表示为：

(14)

式中：fw为含水率，1；μw、μo分别为水、油黏度，mPa·s。

利用相渗曲线幂函数的表达形式，则含水率可以表示为：

(15)

令：

a=Krw(Sro)μob=Kro(Swi)μw

(16)

则有：

(17)

结合Welge方程[12]，由此得到平均含水饱和度表达式为：

(18)

从而得到不同含水率下驱油效率的计算公式：

(19)

(20)

3实例验证及应用

选取渤海S油田某区块试验条件相近的水驱油试验及油水相对渗透率试验数据进行计算，试验条件如表1所示。

表1　S油田水驱油试验及油水相对渗透率试验条件

图2　公式计算驱油效率和水驱油试验的驱油效率对比曲线

利用相对渗透率曲线资料及式(20)计算该油田不同含水率下水驱油效率，与试验条件相近的水驱油试验结果进行对比，结果见图2。二者基本一致，验证了不同含水率下驱油效率计算公式的正确性。该方法使得计算不同含水率下水驱油效率更加简便。

4驱油效率影响因素分析

分别计算和分析了原油黏度、油水两相区跨度、油相指数以及水相指数对驱油效率的影响规律，结果见图3。

由图3可以看出，原油黏度与油水两相区跨度在整个开发阶段对驱油效率影响较大。随着原油黏度增加，两相区跨度减小，驱油效率变小；油相指数在低含水期及中含水期阶段对驱油效率影响较小，在油田进入高含水期后影响较大，随着油相指数增加，驱油效率变小；水相指数在特高含水期阶段对驱油效率影响较小，在中低含水及高含水阶段影响较大，随着水相指数减小，驱油效率变小。