【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)，就此揭開我國提高采收率技術(shù)高速發(fā)展的序幕。 1982 年，我國在對國外五個主要生產(chǎn)國十余種提高采收率技術(shù)總和分析的基礎上，對 23 個主力油田進行了提高采收率技術(shù)篩選。 1984 年我國開始與日、美、英、法等國在大慶、大港、玉門等油田進行聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)的技術(shù)合作。 由于我國油藏和原油的具體特點，油田混相壓力較高，而且我國探明氣源不足，不具備廣泛實施混相驅(qū)的條件，所以選擇化學驅(qū)作為我國提高采收率技術(shù)的主攻方向，并首先以聚合物驅(qū)作為重點。在“八五”末 期，我國就基本掌握了聚大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 8 合物驅(qū)油技術(shù)。 “八五”末期，全國進行聚合物驅(qū)油礦場試驗達到 19 個，并在 6 個大油區(qū)的25 個油田開始推廣應用，建成 168? 104t／ a 的原油生產(chǎn)能力。 “九五”開始，我國已將聚合物驅(qū)增產(chǎn)原油列入陸上原油生產(chǎn)計劃，到“九五”末期，聚合物驅(qū)年增產(chǎn)原油 700? 104t／ a。目前，我國的聚合物驅(qū)規(guī)模超過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 的國家。 我國從“七五”開始進行表面活性劑驅(qū)油技術(shù)的研究。在此基礎上，于“八五”期間開展了復合驅(qū)油技術(shù)的研究。由于復合驅(qū)油技術(shù)遠比聚合物驅(qū)復雜得多，難度更大、風險更大，所以“八五”期間的研究側(cè)重于應用基礎，并開展了五個不同油區(qū)、不同類型復合驅(qū)油先導性礦場試驗。 1993 年，復合驅(qū)油技術(shù)在勝利油區(qū)孤東油田小井距試驗區(qū)取得成功，在水驅(qū)采出程度已達到 54%（屬油田枯竭）的條件下，又提高采收率 %，使該試驗區(qū)的原油總采收率達到 67%。 我國以化學驅(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，均屬國際領先水平。預計到 2021 年我國化學驅(qū)年總增油量將占全國陸上油田年產(chǎn)油量的 15%左右，成為世界上提高采收率技術(shù)工業(yè)化程度最高的國家。 大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 油層的性質(zhì) 提高石油采收率技術(shù)是一類在特定的油層物理和化學環(huán)境下，以油層中的剩余油和殘余油為開采對象的強化采油技術(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)研究與應用的基礎。 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移規(guī)律的角度來看 ，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)通關系。一般而言，油層的儲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、形狀和接觸關系的復雜性，導致油層中孔隙和喉道的結(jié)構(gòu)及其復雜。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、孔喉半徑相對分選系數(shù)、喉道相對分選系數(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分布特征，一般用孔隙半徑中值（ R50）來表征油層孔隙尺度的統(tǒng)計平均特性。 R50 為毛管壓力曲線（壓汞曲線）上水銀飽和度 50%所對應的孔隙半徑。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孔隙。偏于粗孔隙的稱為粗歪度，偏于細孔隙的稱為細歪度。 （ 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)，可由鑄模法對孔隙進行計算求得。 （ 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)點在油層孔隙中實際大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 10 運移的距離 l 與其滲流的表觀距離 L 之比稱為迂曲度。油層孔隙的迂曲度可用電阻率法 直接測的。 （ 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，其尺度具有很強的非均質(zhì)性。并聯(lián)流體通道之間尺度的差異稱為孔隙并聯(lián)非均質(zhì)性；一條通道在流動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，被稱為 孔隙串聯(lián)非均質(zhì)性?？紫兜牟⒙?lián)非均質(zhì)性對無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)油過程實質(zhì)上驅(qū)油劑與原油在孔隙中的物理化學作用過程?？紫督Y(jié)構(gòu)不同，驅(qū)油劑和原油在其中所表現(xiàn)出的力學特性、運移特性以及可能存在的其他物理化學特性 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)油效果的關鍵因素之一。油層的孔隙結(jié)構(gòu)不僅是油氣層地質(zhì)學的重要研究內(nèi)容，而且是微觀驅(qū)油機理研究的重要基礎。對于孔隙結(jié)構(gòu)的認識深度，往往決定著對于驅(qū)油過程中物理和化學本質(zhì)的認識深度。 影響孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素 1）巖石顆粒尺度 假設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算結(jié)果，直徑小于 為顆粒直徑對孔隙結(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。在化學驅(qū)過程中，孔隙表面積增大，礦物顆粒對驅(qū)油劑中昂貴的化學組分（如聚合物、表面活性劑等）的吸附量急劇增大，這對于提高驅(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），油層的孔隙 越小。這是由于分選差的碎屑巖中有很多細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院本科生畢業(yè)設計（論文） 11 孔隙中。這類礦物主要是高嶺土?？紫吨谐煞稚畹恼惩林饕腥N形式：其一為質(zhì)點型，即粘土礦物以零星質(zhì)點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孔隙大小、滲透率及潤濕性的影響不大。在注水開發(fā)條件下，分散狀的粘土礦物可被水攜帶運移，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。這類形態(tài)的粘土也被稱為孔隙內(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 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雜，通常以棱角狀、次角狀、次圓狀和圓狀對其進行定性分類。除了形狀外，這下礦物顆粒的表面結(jié)構(gòu)也很復雜，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)的復雜性。一般來說，在相同的粒徑中值條件下，顆粒間無接觸的孔隙尺 度比點接觸的大，其連通性也好；點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 。 油層中的孔隙類型主要有兩類：一類是在孔隙介質(zhì)內(nèi)形成連續(xù)的相的聯(lián)通孔隙，被稱之為“有效孔隙”；另一類是分散在介質(zhì)中孤立或不聯(lián)通的孔隙，被稱之為“無效孔隙”。在油層的所有孔隙中，只有聯(lián)通的孔隙才對流體流動起作用。除此之外，還有一類孔隙，其一端與其他孔隙相互連通，另一端是封閉的，這類孔大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 12 隙被稱之為“孔隙盲端”或“盲孔”雖然盲孔中的流體有可能流動，但是盲孔本身并不能構(gòu)成流 體通道，因此它對流體流動的影響一般非常小。 根據(jù)油層當中各類孔隙的上述特點，孔隙度又可以分為絕對孔隙度、有效孔隙度和流動孔隙度。絕對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入的孔隙體積與該巖心的總體積之比；流動孔隙 度為巖心中對流體流動有貢獻的孔隙體積與巖心總體積之比。 由式（ 22）可知，對于一個確定的巖樣，只需測得其 PV 、 bV 、 SV 中的任意兩個參數(shù)，即可計算出巖樣的孔隙度。確定孔隙度的方法實質(zhì)上是測量上述三個參數(shù)的實驗方法。 孔隙度的測量方法 1） 巖心骨架體積測定方法 （ 1）氦孔隙法 測定原理為波義耳定律： 2211 VPVP ? =常數(shù)。式中的 1P 為已知壓力， 1V 為對應于壓力 1P 已知氣體體積。改變氣體所處的 狀態(tài)，只要測出壓力 2P 即可算出對應的氣體體積 2V 。 實驗方法：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，測出壓力平衡后的壓力值 2P ，即可算出測試室的體積 2V 。巖心裝入巖心室后，又可測出相應的測試室的 體積 /2V 則 /22 VV? 即為該巖心的骨架體積。 （ 2）潤濕法 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，測定巖心被液體完全潤濕所排開的液體體積，此體積即為巖心的骨架（顆粒）體積。應用該方法必須注意的是，所選液體須對巖心有較強的潤濕性，且不能與巖心發(fā)生化學反應。 2）孔隙體積測定法 （ 1）光學法 巖心的孔隙結(jié)構(gòu)具有隨機分布特性，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 在光學顯微鏡下更清楚的觀察孔隙，區(qū)分有效和無效孔隙，常用蠟、塑料或伍德合金浸滲巖心孔隙。但是，在真實巖心中，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方法很難測到的細小孔隙。這就是用光學方法測定的孔隙度與其他方法差別較大的原因之一。 （ 2）氦孔隙法 測定方法與用氦孔隙法測骨架體積相同，只是將巖心室換成巖心夾持器。 3）巖心總體積測定方法 大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 13 （ 1）直接測量法 對于規(guī)則的圓柱形或立方體巖樣，可用卡尺測量其特征尺寸，如原著的直徑、長度或立方體的邊長，計算出巖樣的總體積。 （ 2）水銀置換法 用 水銀柱塞移動的距離來測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重，再將該巖樣表面的液體出去后，將其置于空氣中稱重。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移規(guī)律的重要參數(shù) [2]。一般的，油層的滲透率是一個與位置和壓力相關的張量函數(shù)。對于壓敏性較弱的油層，可以忽略壓力對滲透 率的影響。在一個實際油層中，不同位置點的滲透率差異可高達幾十倍，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。在此，首先采用毛管模型研究滲透率與孔隙大小的關系，然后建立滲透率與多孔介質(zhì)顆粒直徑之間的關系，即 CarmenKozeny 方程。 假設牛頓液體在半徑為 r、長度為 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速度為 ： cAQv? (24) 式中 ： Q —— 孔隙介質(zhì)中的流量， sm/3 ； CA