【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)，就此揭開(kāi)我國(guó)提高采收率技術(shù)高速發(fā)展的序幕。 1982 年，我國(guó)在對(duì)國(guó)外五個(gè)主要生產(chǎn)國(guó)十余種提高采收率技術(shù)總和分析的基礎(chǔ)上，對(duì) 23 個(gè)主力油田進(jìn)行了提高采收率技術(shù)篩選。 1984 年我國(guó)開(kāi)始與日、美、英、法等國(guó)在大慶、大港、玉門(mén)等油田進(jìn)行聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)的技術(shù)合作。 由于我國(guó)油藏和原油的具體特點(diǎn)，油田混相壓力較高，而且我國(guó)探明氣源不足，不具備廣泛實(shí)施混相驅(qū)的條件，所以選擇化學(xué)驅(qū)作為我國(guó)提高采收率技術(shù)的主攻方向，并首先以聚合物驅(qū)作為重點(diǎn)。在“八五”末 期，我國(guó)就基本掌握了聚大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 合物驅(qū)油技術(shù)。 “八五”末期，全國(guó)進(jìn)行聚合物驅(qū)油礦場(chǎng)試驗(yàn)達(dá)到 19 個(gè)，并在 6 個(gè)大油區(qū)的25 個(gè)油田開(kāi)始推廣應(yīng)用，建成 168? 104t／ a 的原油生產(chǎn)能力。 “九五”開(kāi)始，我國(guó)已將聚合物驅(qū)增產(chǎn)原油列入陸上原油生產(chǎn)計(jì)劃，到“九五”末期，聚合物驅(qū)年增產(chǎn)原油 700? 104t／ a。目前，我國(guó)的聚合物驅(qū)規(guī)模超過(guò)1000? 104t／ a，成為世界上聚合物驅(qū)規(guī)模最大、增產(chǎn)效果最好 的國(guó)家。 我國(guó)從“七五”開(kāi)始進(jìn)行表面活性劑驅(qū)油技術(shù)的研究。在此基礎(chǔ)上，于“八五”期間開(kāi)展了復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的研究。由于復(fù)合驅(qū)油技術(shù)遠(yuǎn)比聚合物驅(qū)復(fù)雜得多，難度更大、風(fēng)險(xiǎn)更大，所以“八五”期間的研究側(cè)重于應(yīng)用基礎(chǔ)，并開(kāi)展了五個(gè)不同油區(qū)、不同類(lèi)型復(fù)合驅(qū)油先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)。 1993 年，復(fù)合驅(qū)油技術(shù)在勝利油區(qū)孤東油田小井距試驗(yàn)區(qū)取得成功，在水驅(qū)采出程度已達(dá)到 54%（屬油田枯竭）的條件下，又提高采收率 %，使該試驗(yàn)區(qū)的原油總采收率達(dá)到 67%。 我國(guó)以化學(xué)驅(qū)油技術(shù)為代表的提高采收率技術(shù)發(fā)展迅速，已成為我國(guó)陸上主力油田持續(xù) 發(fā)展的重大戰(zhàn)略接替技術(shù)。目前，我國(guó)不論是在提高采收率技術(shù)的研究水平上，還是在提高采收率技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模、年增產(chǎn)原油量和技術(shù)的系統(tǒng)完善配套上，均屬?lài)?guó)際領(lǐng)先水平。預(yù)計(jì)到 2021 年我國(guó)化學(xué)驅(qū)年總增油量將占全國(guó)陸上油田年產(chǎn)油量的 15%左右，成為世界上提高采收率技術(shù)工業(yè)化程度最高的國(guó)家。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 油層的性質(zhì) 提高石油采收率技術(shù)是一類(lèi)在特定的油層物理和化學(xué)環(huán)境下，以油層中的剩余油和殘余油為開(kāi)采對(duì)象的強(qiáng)化采油技術(shù)。因此，油層及其中流體（原油、水、氣）的性質(zhì)、原油在油層中的存在形式及其分布狀態(tài)是 提高采收率技術(shù)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)。 油層的 孔隙結(jié)構(gòu) 油層 孔隙結(jié)構(gòu) 的基本特征 從研究流體在油層中運(yùn)移規(guī)律的角度來(lái)看 ，孔隙結(jié)構(gòu)主要是指油層基質(zhì)（巖石）所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、尺度、分布及其聯(lián)通關(guān)系。一般而言，油層的儲(chǔ)集空間主要由孔隙決定，而喉道則是流體在油層中滲流能力的主控因素。 油層的孔隙和喉道是由礦物顆粒骨架構(gòu)成。由于成巖礦物顆粒的大小、形狀和接觸關(guān)系的復(fù)雜性，導(dǎo)致油層中孔隙和喉道的結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜。另外，由于粘土礦物的存在，油層中的一些大孔隙被分割成小孔隙或微孔隙，有些孔隙還可能被粘土 堵塞，致使油層中的孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)有孔喉半徑比、配位數(shù)、孔隙幾何因子、微觀均質(zhì)系數(shù)、閾壓、孔喉半徑相對(duì)分選系數(shù)、喉道相對(duì)分選系數(shù)、面孔比、孔隙分布的分形維數(shù)等等。下面介紹幾種主要的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其表征方法。 （ 1） 孔隙尺度及其分布 油層中孔隙大小具有隨機(jī)分布特征，一般用孔隙半徑中值（ R50）來(lái)表征油層孔隙尺度的統(tǒng)計(jì)平均特性。 R50 為毛管壓力曲線（壓汞曲線）上水銀飽和度 50%所對(duì)應(yīng)的孔隙半徑。孔隙的分選性是指孔隙分布的均一程度，孔隙尺度越均勻，則其分選性越好。表征孔隙分選性的參數(shù) 為孔隙分選系數(shù)。孔隙分布的歪度是表征孔隙尺度分布偏于粗孔隙還是偏于細(xì)孔隙。偏于粗孔隙的稱(chēng)為粗歪度，偏于細(xì)孔隙的稱(chēng)為細(xì)歪度。 （ 2）孔喉比 孔喉比為孔喉與喉道的直徑之比，可由巖樣薄片統(tǒng)計(jì)求得。 （ 3）孔喉的連通性 孔隙間的連通性是孔喉結(jié)構(gòu)的主要特征，以孔喉的配位數(shù)予以表征。所謂配位數(shù)是指與特定的孔喉相連通的喉道數(shù)，可由鑄模法對(duì)孔隙進(jìn)行計(jì)算求得。 （ 4）孔隙通道的彎曲性 表征油層中孔隙通道的彎曲性的參數(shù)為迂曲度。流體質(zhì)點(diǎn)在油層孔隙中實(shí)際大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 運(yùn)移的距離 l 與其滲流的表觀距離 L 之比稱(chēng)為迂曲度。油層孔隙的迂曲度可用電阻率法 直接測(cè)的。 （ 5）流體通道的非均勻性 在油層中，作為流體通道的孔隙和喉道網(wǎng)絡(luò)，其尺度具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。并聯(lián)流體通道之間尺度的差異稱(chēng)為孔隙并聯(lián)非均質(zhì)性；一條通道在流動(dòng)方向上具有的尺度非均質(zhì)性，如狹窄的喉道與孔隙交替排列，被稱(chēng)為 孔隙串聯(lián)非均質(zhì)性?？紫兜牟⒙?lián)非均質(zhì)性對(duì)無(wú)水采收率具有重要的影響； 孔隙的聯(lián)非均質(zhì)性則是影響殘余油飽和度的主要因素。 從微觀上看，驅(qū)油劑在油層中的驅(qū)油過(guò)程實(shí)質(zhì)上驅(qū)油劑與原油在孔隙中的物理化學(xué)作用過(guò)程?？紫督Y(jié)構(gòu)不同，驅(qū)油劑和原油在其中所表現(xiàn)出的力學(xué)特性、運(yùn)移特性以及可能存在的其他物理化學(xué)特性 都不同。因此，油層的孔隙結(jié)構(gòu)是影響地層流體滲流特性和驅(qū)油效果的關(guān)鍵因素之一。油層的孔隙結(jié)構(gòu)不僅是油氣層地質(zhì)學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，而且是微觀驅(qū)油機(jī)理研究的重要基礎(chǔ)。對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)深度，往往決定著對(duì)于驅(qū)油過(guò)程中物理和化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)深度。 影響孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素 1）巖石顆粒尺度 假設(shè)油層由直徑球形顆粒的立方堆積而成。若球形顆粒的半徑為 r，其喉道半徑 R 可以有下式計(jì)算 ： ?????? ?? 145cos1 0rR (21) 由式（ 21）可以推斷 ，構(gòu)成油層的巖石顆粒尺度越大，其孔隙也越大。 油層中巖石顆粒尺度對(duì)孔隙數(shù)和孔隙表面積的影響非常大。按球形顆粒菱面積的計(jì)算結(jié)果，直徑小于 為顆粒直徑對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)影響的敏感區(qū)。大多數(shù)油層巖石顆粒的粒徑都處于這一敏感區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，孔隙數(shù)和孔隙表面積隨著顆粒直徑的減小急劇增大。在化學(xué)驅(qū)過(guò)程中，孔隙表面積增大，礦物顆粒對(duì)驅(qū)油劑中昂貴的化學(xué)組分（如聚合物、表面活性劑等）的吸附量急劇增大，這對(duì)于提高驅(qū)油效率是十分不利的。 2）顆粒的分選性 在相同顆粒中值條件下，顆粒尺度分選性越差（顆粒尺度非均勻性強(qiáng)），油層的孔隙 越小。這是由于分選差的碎屑巖中有很多細(xì)小的顆粒沖填在以大顆粒為骨架構(gòu)成的孔隙中，使大孔隙變小，形狀更加復(fù)雜，孔隙度降低，孔隙表面積增大。 3）粘土礦物 絕大部分砂巖孔隙中都存在粘土礦物。根據(jù)粘土礦物的含量及其與顆粒、孔隙的關(guān)系，可將粘土在油層的狀態(tài)分為分散裝、膜狀和橋塞狀。 （ 1）分散狀。粘土在孔隙中以分散形式粘附在顆粒表面，或者以橋型支架在大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 孔隙中。這類(lèi)礦物主要是高嶺土。孔隙中成分散狀的粘土主要有三種形式：其一為質(zhì)點(diǎn)型，即粘土礦物以零星質(zhì)點(diǎn)的形式粘附在顆粒表面；其二為堆積型，即孔隙中有少量粘土堆積在一起；其 三為架橋型，即粘土礦物像橋一樣架于兩顆粒之間。分散狀的粘土礦物對(duì)孔隙大小、滲透率及潤(rùn)濕性的影響不大。在注水開(kāi)發(fā)條件下，分散狀的粘土礦物可被水?dāng)y帶運(yùn)移，并可能在其他位置重新堆積。 （ 2）膜狀。粘土礦物在巖石顆粒表面成定向排列，構(gòu)成粘附在油層孔隙壁面上連續(xù)的粘土膜。這類(lèi)形態(tài)的粘土也被稱(chēng)為孔隙內(nèi)襯型。油層孔隙中的膜狀粘土成分主要為蒙皂石、伊利石和綠泥石等。 （ 3）橋塞狀。粘土礦物晶體自油層孔隙壁面伸向孔隙空間，在整個(gè)孔隙空間形成粘土橋。油層孔隙中以橋塞狀存在的粘土多數(shù)為自生的絲狀和纖維狀伊利石，在孔隙空間形成網(wǎng)絡(luò) 狀分布。粘土礦物在油層孔隙中形成橋塞后，分割了原始的孔隙空間，致使大孔隙變成許多微小的孔隙和更加曲折的流體通道，束縛大量的原生水或原油。粘土以橋塞狀分布的油層滲透率一般很低。 4）礦物顆粒形狀 油層中礦物顆粒的形狀非常復(fù)雜，通常以棱角狀、次角狀、次圓狀和圓狀對(duì)其進(jìn)行定性分類(lèi)。除了形狀外，這下礦物顆粒的表面結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，有的表面光滑，有的表面粗糙。這些具有不同形狀和表面的礦物顆粒以不同的接觸方式構(gòu)成了油層的孔隙，必然造成孔隙的尺度、形狀、表面性質(zhì)的復(fù)雜性。一般來(lái)說(shuō)，在相同的粒徑中值條件下，顆粒間無(wú)接觸的孔隙尺 度比點(diǎn)接觸的大，其連通性也好；點(diǎn)接觸的孔隙尺度比線接觸的大。 孔隙度 定義 孔隙度是巖心中的孔隙體積 與巖心的總體積之比，即 ： %100%100%100 ????????pspbsbbp VV VV VVVV? (22) 式中 ： PV —— 油層的孔隙體積， 3m ； bV —— 油層的總體積， 3m ； SV —— 油層顆粒（骨架）體積， 3m 。 油層中的孔隙類(lèi)型主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是在孔隙介質(zhì)內(nèi)形成連續(xù)的相的聯(lián)通孔隙，被稱(chēng)之為“有效孔隙”；另一類(lèi)是分散在介質(zhì)中孤立或不聯(lián)通的孔隙，被稱(chēng)之為“無(wú)效孔隙”。在油層的所有孔隙中，只有聯(lián)通的孔隙才對(duì)流體流動(dòng)起作用。除此之外，還有一類(lèi)孔隙，其一端與其他孔隙相互連通，另一端是封閉的，這類(lèi)孔大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 隙被稱(chēng)之為“孔隙盲端”或“盲孔”雖然盲孔中的流體有可能流動(dòng)，但是盲孔本身并不能構(gòu)成流 體通道，因此它對(duì)流體流動(dòng)的影響一般非常小。 根據(jù)油層當(dāng)中各類(lèi)孔隙的上述特點(diǎn)，孔隙度又可以分為絕對(duì)孔隙度、有效孔隙度和流動(dòng)孔隙度。絕對(duì)孔隙度為巖心中所有孔隙體積與該巖心的總體積之比；有效孔隙度為巖心中流體能夠進(jìn)入的孔隙體積與該巖心的總體積之比；流動(dòng)孔隙 度為巖心中對(duì)流體流動(dòng)有貢獻(xiàn)的孔隙體積與巖心總體積之比。 由式（ 22）可知，對(duì)于一個(gè)確定的巖樣，只需測(cè)得其 PV 、 bV 、 SV 中的任意兩個(gè)參數(shù)，即可計(jì)算出巖樣的孔隙度。確定孔隙度的方法實(shí)質(zhì)上是測(cè)量上述三個(gè)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。 孔隙度的測(cè)量方法 1） 巖心骨架體積測(cè)定方法 （ 1）氦孔隙法 測(cè)定原理為波義耳定律： 2211 VPVP ? =常數(shù)。式中的 1P 為已知壓力， 1V 為對(duì)應(yīng)于壓力 1P 已知?dú)怏w體積。改變氣體所處的 狀態(tài)，只要測(cè)出壓力 2P 即可算出對(duì)應(yīng)的氣體體積 2V 。 實(shí)驗(yàn)方法：使在壓力 1P 下體積為 1V 的氣體向處于常壓下的巖心室膨脹，測(cè)出壓力平衡后的壓力值 2P ，即可算出測(cè)試室的體積 2V 。巖心裝入巖心室后，又可測(cè)出相應(yīng)的測(cè)試室的 體積 /2V 則 /22 VV? 即為該巖心的骨架體積。 （ 2）潤(rùn)濕法 此方法適用于純砂巖。將已知總體積的巖心粉碎后放入裝有液體容量瓶中，測(cè)定巖心被液體完全潤(rùn)濕所排開(kāi)的液體體積，此體積即為巖心的骨架（顆粒）體積。應(yīng)用該方法必須注意的是，所選液體須對(duì)巖心有較強(qiáng)的潤(rùn)濕性，且不能與巖心發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 2）孔隙體積測(cè)定法 （ 1）光學(xué)法 巖心的孔隙結(jié)構(gòu)具有隨機(jī)分布特性，其孔隙度可以用面積孔隙度表征。面積孔隙度由巖心的磨片截面確定。為了能夠 在光學(xué)顯微鏡下更清楚的觀察孔隙，區(qū)分有效和無(wú)效孔隙，常用蠟、塑料或伍德合金浸滲巖心孔隙。但是，在真實(shí)巖心中，孔隙尺度的分布范圍一般較寬，不論其平均尺度如何，總是存在一些用光學(xué)方法很難測(cè)到的細(xì)小孔隙。這就是用光學(xué)方法測(cè)定的孔隙度與其他方法差別較大的原因之一。 （ 2）氦孔隙法 測(cè)定方法與用氦孔隙法測(cè)骨架體積相同，只是將巖心室換成巖心夾持器。 3）巖心總體積測(cè)定方法 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 1）直接測(cè)量法 對(duì)于規(guī)則的圓柱形或立方體巖樣，可用卡尺測(cè)量其特征尺寸，如原著的直徑、長(zhǎng)度或立方體的邊長(zhǎng)，計(jì)算出巖樣的總體積。 （ 2）水銀置換法 用 水銀柱塞移動(dòng)的距離來(lái)測(cè)定巖樣排除的水銀體積，該水銀體積極為巖樣的總體積。 （ 3）液體飽和法 用已知密度的液體（一般用煤油）飽和巖心，將飽和液體后的巖樣懸掛于同種液體中稱(chēng)重，再將該巖樣表面的液體出去后，將其置于空氣中稱(chēng)重。用該飽和巖樣在空氣中的質(zhì)量與其在液體中的質(zhì)量之差除以該液體的密度，即得該巖樣的總體積。 滲透率與孔隙大小的關(guān)系 滲透率 是影響原油采收率的重要因素，是研究油水在油層中運(yùn)移規(guī)律的重要參數(shù) [2]。一般的，油層的滲透率是一個(gè)與位置和壓力相關(guān)的張量函數(shù)。對(duì)于壓敏性較弱的油層，可以忽略壓力對(duì)滲透 率的影響。在一個(gè)實(shí)際油層中，不同位置點(diǎn)的滲透率差異可高達(dá)幾十倍，這種差異就是油層非均質(zhì)性的度量。 一種介質(zhì)的滲透率與其本身孔隙大分布和顆粒大小分布密切相關(guān)。在此，首先采用毛管模型研究滲透率與孔隙大小的關(guān)系，然后建立滲透率與多孔介質(zhì)顆粒直徑之間的關(guān)系，即 CarmenKozeny 方程。 假設(shè)牛頓液體在半徑為 r、長(zhǎng)度為 tL 的水平毛管中作穩(wěn)定層流。很容易得出其截面平均流速 ?v ： tLprrqv ?? 822 ???? (23) 式中 ： q —— 毛管中的流量， sm/3 ； p? —— 毛管兩端的壓差 ， Pa ； ? —— 流體的視粘度， mPas 。 定義油層中流體的真實(shí)速度為 ： cAQv? (24) 式中 ： Q —— 孔隙介質(zhì)中的流量， sm/3 ； CA