基于Level Set有限元方法的微观水驱油数值模拟

在微观水驱油实验的基础上,建立了二维微观孔隙模型;引入Level Set数学方法,结合N-S方程,建立了微观两相渗流数学模型,借助有限元方法,进行水驱油两相数值模拟,研究微观水驱油动态特征。研究了孔喉非均质性、润湿非均质性、油水两相黏度以及驱替压差对驱油效果的影响;通过对模拟结果中孔隙内流体的波及效率、两相界面的运移速度以及优势渗流通道的分析发现,Level Set方法能很好地处理各因素下油水两相界面的拓扑变化,为微观水驱油机理的研究提供了一种新的技术方法。     

微观驱油实验数值模拟方法

针对化学驱微观驱油物理实验条件和方法,引入Cahn-Hilliard相场方程来描述油水两相的相分离行为,结合其他守恒方程建立了数学模型,提出了基于有限元方法计算多孔介质内两相流体渗流的微观数值模拟方法。通过对比聚合物/表面活性剂的二元复合驱实验结果,验证了该模拟方法的正确性,并结合数值模拟结果进一步分析二元复合驱的驱油机理和影响因素。结果表明,该方法将微观驱油物理实验与数值模拟实验结合,从多角度进一步揭示了微观驱油机理。     

砂岩储层微观水驱油实验与数值模拟研究

为深入分析岩样孔隙结构、润湿性与水驱流动特征及驱油效率的关系,基于砂岩微观水驱油实验,观察不同类型的水驱油流动特征,同时对实验岩样进行微CT扫描,获取其孔隙结构参数,建立与岩样孔隙性质等价的孔隙网络模型,结合铸体薄片与环境扫描电镜鉴定结果及毛管压力曲线特征定量分析实验砂岩的孔隙结构差异,并运用建立的砂岩孔隙网络模型模拟不同润湿性下水驱油过程。结果表明:孔隙结构是影响砂岩水驱油流动特征的主要因素;孔隙均质性越好,砂岩越易表现出网状—均匀驱替特征,反之砂岩则越易表现为树枝状驱替特征,指状型驱替砂岩居于两者之间;中性润湿模型的驱油效率高于水湿模型,水湿模型的驱油效率高于油湿模型。该研究可为制订合理的生产、增产措施提供技术指导。     

不同化学驱油体系微观驱油机理评价方法

为了分析胜利油田应用的3种化学驱油体系的微观驱油机理,并对其非均质油藏的适用性进行评价,利用微观刻蚀模型润湿性7级控制方法和波驱贡献比分析方法,结合现场情况,借助微观模拟驱油试验,开展了不同润湿性条件、非均质性条件和不同驱替阶段的化学驱油机理研究,建立了利用波驱贡献比评价化学驱油体系微观驱油机理的方法。试验表明:聚合物和二元复合体系在非均质级差1:9模型试验中水驱后采收率提高不足10%,平均波驱贡献比小于1.5,扩大波及的能力弱,主要驱油机理无法发挥;在各组非均质渗透率级差模型试验中,新型非均相复合体系的平均波驱贡献比大于3,说明其在非均质条件下扩大波及的能力强,主要是凝胶颗粒间歇式封堵和转向式扩大波及共同作用的结果。微观运移特征和驱替方式研究及现场试验表明,聚合物驱后的非均质油藏实施非均相复合驱,可以大幅度提高驱油效率和波及系数。      

真武油田微观水驱油模拟实验研究

利用微观光刻模型和图像分析技术，研究了真武地区水驱油特征、剩余油分布形态及驱油效率。均质和非均质模型在相同的实验条件下，水驱前缘特征、剩余油分布、驱油效率有明显差异。驱油效率与驱替压力有关，一般情况下，驱替压力大，驱油效率高。     

克拉玛依砾岩储集层微观水驱油机理

以克拉玛依油田六中区下克拉玛依组砾岩储集层为研究对象,从储集层特征分析和渗流机理研究着手,通过室内实验,研究砾岩储集层水驱油和渗吸过程中微观孔隙动用规律,分析孔隙结构与驱油效率关系,研究微观剩余油分布特征和长期水驱油对储集层孔隙结构的影响。研究表明：目前剩余油饱和度较高,但剩余油主要分布于小孔隙之中;水驱过程中,优先动用的是超大孔隙,对采出程度起主要贡献的是中大孔隙;渗吸过程中,优先动用的是小孔隙,对渗吸作用起主要贡献的是中小孔隙;孔隙结构是影响驱油效率和微观剩余油分布的关键因素;长期水驱后,孔隙中填隙物发生膨胀、分散、运移和溶蚀,大孔道增多,连通性变好,储集层微观非均质性进一步增强。图11表5参21     

基于孔隙网络模型的微观水驱油驱替特征变化规律研究

结合逾渗理论,采用截断威布尔分布作为孔喉特征分布函数,模拟储层岩心的初次油驱过程和二次水驱过程,建立了油水两相三维准静态孔隙网络模型;通过模型计算与试验结果的对比,验证了孔隙网络模型的有效性。利用建立的孔隙网络模型,研究了岩心在水湿情况下,储层微观孔隙结构参数如孔喉比、配位数、形状因子等对水驱油驱替特征的影响。研究结果表明,储层岩心的孔喉比越小、配位数和形状因子越大,残余油饱和度越小,水驱油的驱替效果越好;形状因子的变化对驱油效率影响较大。     

基于孔隙网络模型的砂砾岩微观水驱油驱替特征

基于胜利油区砂砾岩油藏储层微观结构特征,采用双峰态曲线作为表征喉道半径的分布,结合储层微观孔隙结构参数(如孔喉比、配位数、形状因子等),建立反映砂砾岩岩石孔隙空间的三维孔隙网络模型。通过油水两相流模拟计算结果可知,与实测相渗曲线吻合较好,可用来计算油藏驱油效率和预测开发动态,尤其是对于新发现尚未进行取心实验的区块,开展砂砾岩三维孔隙网络模型计算无疑是一种有效的补充手段。     

压裂水平井水驱油物理模拟

用可视化的平板模型实验模拟了哑铃形、纺锤形、等长裂缝形3 种模型五点井网压裂水平井水驱油过程,拍摄了水驱油波及规律图片,记录了产油量、产水量。3 种模型的水驱油过程都可分为4 个阶段,每个阶段对应不同的波及区域,水驱油结束时形成2 个死油区;纺锤形模型的无水采出程度最大,哑铃形模型的最小;含水采油期,纺锤形模型的含水率最小、采油速度最大,而哑铃形模型正好相反;哑铃形模型与等长裂缝形模型的含水率、采油速度都有一个相对平缓的阶段,而纺锤形模型没有;3 种模型的采收率相差不大,但注入孔隙体积倍数却相差较大,其中哑铃形模型的最大,纺锤形模型的最小。从3 种模型的无水期采出程度、采油速度、含水期含水上升率及注入孔隙体积倍数的比较来看,纺锤形模型的注水效果最好,哑铃形模型的注水效果最差,而等长裂缝形模型居于二者之间。     

泡沫驱微观驱油机理及驱油效果

泡沫作为驱油介质具有调剖和驱油的双重机理,分别采用渗透率级差为1∶3的非均质微观模型和并联填砂管模型,研究泡沫的微观驱油和液流转向机理,评价其对驱油效率的影响。非均质微观模型驱替实验结果表明,泡沫驱存在混气水驱油、表面活性剂驱油和泡沫驱油3个显著渗流区。混气水驱油渗流区的形成是由于泡沫的不稳定消泡,气体与泡沫液析出,气体窜进所致。泡沫破灭所析出的泡沫液渗流滞后于气体并乳化原油,形成了表面活性剂驱油渗流区。混气水驱油和表面活性剂驱油能够降低残余油饱和度,使得后续注入的泡沫保持稳定,从而起到调驱作用形成泡沫驱油渗透区。非均质微观模型的高渗透条带在水驱、泡沫驱和后续水驱过程中,波及系数由52.4%先升至100%后降至74.3%,后续水驱波及面积减小且突破高渗透条带后,低渗透条带不再见效,说明泡沫驱时的封堵作用在后续水驱时存在有效期,有效期后封堵作用失效。并联填砂管驱替实验结果表明,分流率及驱油效率随着水驱、泡沫驱和后续水驱的变化规律与微观驱替机理分析结果相吻合,进一步验证了非均质微观模型驱替实验的结论。     

非均质储层模型微观水驱油实验

储层的非均质性不但普遍存在，而且是影响注水开发油藏水驱效率和开发后期剩余油分布的重要因素。利用微观模型水驱油实验，研究了横向、纵向及平面共6种非均质模型在不同注采方式下微观水驱油机理。针对不同非均质模型和注采方式下剩余油分布特点，研究了改变注采方向和驱替压力对提高水驱采收率的影响。改变注采方向后，横向和平面非均质模型采收率分别提高了2．89％和5．42％；对于纵向非均质模型，首次低注高采改变为高注低采后提高采收率3．72％，反之提高了1．26％。提高驱替压力后，横向及纵向非均质模型的采收率分别提高了35．65％和31．26％，平面非均质模型只提高了8．10％。     

生物表面活性剂稀体系微观模拟驱油

从渗流化学的角度,剖析了低界面张力生物表面活性剂稀体系的微规模拟实验结果,提出了该体系在孔隙介质特定的条件下,对残余油的作用实质上是活性分子向低界面自由能方向的聚结力、毛管力和驱动力相结合的作用。这些作用力统称为渗流化学力。在孔隙介质中,渗流化学力使油/水两相界面产生了微观的“流线型”、微观“指进型”、“弯月形”以及“片状脱落形”等界面结构,这些微观界面结构集中地反映了孔隙胶束、增溶、乳化和互溶等微观机理及微孔道渗流机理。     

特低渗透砂岩微观模型水驱油实验影响驱油效率因素

通过鄂尔多斯盆地延长组特低渗透砂岩微观模型水驱油实验,探讨了驱油效率的控制因素。研究发现,特低渗透砂岩储层水驱油过程中,润湿性不同,驱替机理不同。水湿储层表现为驱替机理和剥蚀机理;油湿储层表现为驱替机理和油沿孔道壁流动机理。特低渗透砂岩储层水驱开发中影响开发效果的因素较多,其中包括物性、孔隙结构、注入量、注水速度、润湿性等。特低渗透砂岩储层水驱开发效果对注水速度较为敏感。针对不同的储层,采取合适的注水速度,才能取得较好的开发效果。     

稠油热水驱微观驱油效果影响因素分析

微观采收率是微观模型中稠油热水驱驱油效果的重要表征,其主要影响因素为微观波及系数和微观驱油效率。 为了考察二者对微观采收率的影响,创建了“解－合”法,并采用该方法分别对 ９０℃条件下水湿和油湿模型中稠油热水驱油效果进行定量评价。 结果表明,尽管水湿模型驱油效率较油湿模型高,但微观波及系数对微观采收率的影响更大,油湿模型比水湿模型的微观采收率高 ７.３ 个百分点。 稠油热水驱微观驱油效果深化了对微观驱油机理的认识,对稠油热采驱油体系的评价筛选具有指导意义。     

双河油田砂砾岩油藏微观水驱油机理

砂砾岩集层微观水驱油试验表明：水驱时水线推进易在砾石处发生绕流，卡断现象、造成水戏采集率低于一般砂岩集层，水驱剩余油要在注入水尚未波及到的中低渗透层和发生注入水“海恩斯跳跃”处，注聚合物可降低储层非均质影响及“海恩斯跳跃”形成的剩余油饱和度，提高注水采收集１２％以上。建议双河油田扩大高温聚合物试验区块。     

微观水驱油实验及剩余油形成机理研究

针对高中低不同渗透率的真实岩心平面模型,采用最新研制的彩色可视化图像分析系统开展了微观水驱油实验。通过不同渗透率岩心在不同速度下的驱替实验,经过图像系统分析,研究了剩余油形成机理,并从微观角度分析了不同渗透层采收率不同的原因。高渗层由于水的突进现象严重使采收率较中渗层偏低,低渗层孔喉小,裂缝不发育其采收率也最低。此次实验研究为非均质油藏合理安排开发层系组合、提高低渗层动用程度、进一步开展挖潜工作提供了实验依据。     

鄯善油田三间房组油层微观水驱油特征

利用真实砂岩微观模型研究了鄯善油田三间房组油层微观水驱油特征。实验表明,扇三角洲前缘亚相与辫状河三角洲前缘亚相的分流河道沉积驱油效率无多大差异,并且在一定范围内,驱油效率随压力的升高而上升。三间房组的油层裂缝80％为充填缝,对水驱油过程无多大影响。由于三间房组油层强亲水,自吸对提高油层驱油效率是有利的。三间房组油层微观水驱油效率总体上高于安塞油田王窑区、科尔康油田白2块、五号桩油田桩23块三个低渗透油田（区块）。     

双河油田砂砾岩油藏微观水驱油机理

砂砾岩储层微观水驱油试验表明:水驱时水线推进易在砾石处发生绕流、卡断现象,造成水驱采收率低于一般砂岩储层。水驱剩余油主要在注入水尚未波及到的中低渗透层和发生注入水“海恩斯跳跃”处。注聚合物驱可降低储层非均质影响及“海恩斯跳跃”形成的剩余油饱和度,提高注水采收率12％以上。建议双河油田扩大高温聚合物试验区块。     

高含水油田微观水驱油机理实验研究

采用高含水油田储层岩样分析的孔隙结构特征,制作相对均质和条带非均质仿真微观模型,设计不同的注采系统,进行水驱油实验研究。实验表明模型的孔隙结构的分布特征和注采系统是影响油水运动规律的主要因素。高含水期水驱油微观驱油机理是:两端被水淹的孔道中的连续油在喉道处被卡断形成油滴被流动的注入水携带驱出;改变压力场的压力分布,使在水淹区内某些孔隙或孔隙群中的驱替压力差足以使其中的不动剩余油变成可动油被驱替采出。     

多层水驱油室内模拟试验研究

在充分考虑了相似条件的情况下，针对文东油田文13断块沙三中油层纵向非均质严重、层间矛盾突出、隔层发育、油层薄等特点，开展了一维多层水驱油室内动态物理模拟试验研究。试验根据渗透率的高低，建立了独立的四支一维天然岩芯试验模型，其渗透率分别为5．41×10（-3）μm2（一号层）、19．85×10（-3）μm2（二号层）、79．24×10（－3）μm2（三号层）和165.3×10（－3）μm2（四号层）。实施了三组试验：单层水驱油试验、中渗透率两层的合注分采试验以及四层的合注分采试验。试验结果表明，1号层团渗透率太低，在40MPa注入压力下单层驱替也无法进行；中渗透率两层合注与这两层分注相比，3号层的采出程度相近，2号层的采出程库低15．43％，综合采出程度低724％；四层合注与这四层分注相比，4号层的采出程度相近，3号层的采出程度低9．7％，2号层的采出程度低30.53％，综合采出程度低13．23％。研究还反映了在多层水驱油室内试验过程中生产层的含水率变化、压降梯度变化等特征。试验研究结果为油藏工程师们进一步认识油田开发过程中多层水驱的动态特征提供了实验室基础和依据。