一種水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)相似方法的探討

1、一種水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)相似方法的探討摘要：目前運(yùn)用于物模驅(qū)油實(shí)驗(yàn)主要的相似方法是通過(guò)方程分析、量綱分析等方法，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程等方程及量綱推導(dǎo)、分析出主要的相似準(zhǔn)數(shù)，從而指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與解釋。這種方法所得出的相似準(zhǔn)數(shù)較多，對(duì)模型制作要求相對(duì)較高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大。本文從水驅(qū)剩余油分布規(guī)律及開(kāi)發(fā)效果的研究角度出發(fā)，運(yùn)用幾何法與方程法結(jié)合的方法，推導(dǎo)、分析出在巖心、流體主要性質(zhì)相同的情況下，滲流的真實(shí)速度（運(yùn)動(dòng)速度）相等、幾何尺寸成比例變化，便可得到一種新的相對(duì)簡(jiǎn)易的相似轉(zhuǎn)化方法。該方法從忽略重力、毛管力到考慮重力、忽略毛管力，以及考慮重力、毛管力的角度分別進(jìn)行探討。從中得出在忽略

2、毛管力的情況下，滿足注入量與模型截面積成比例的情況下，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度相等；不忽略毛管力的情況下，則需適當(dāng)擴(kuò)大按上述方法求取的注入量。關(guān)鍵詞：速度相等，相似推導(dǎo)，幾何法，方程法study of similarity method for remaining oil distribution in water flooding experimentabstract: the main similarity method used in physical flooding test currently is developed by equation analysis and dimensional

3、 analysis methods etc, according to motion and continuity equations and the main similarity criteria analysis to guide experimental design, data analysis and interpretation. but similarity criteria derived by this method demands much high on model making, which is difficult to achieve. according to

4、the research on remaining oil distribution after water displacement and the development performance , this paper uses geometry method combined with the equation method, develops the equality of movement velocity and geometry in proportion under the same feature condition of the core and the fluid an

5、d so on.this method is analyzed from condition that gravity is neglected and capillary force, or gravity is considered, to condition that gravity and capillary force angles is considered. conclusions come that: neglected the capillary force, velocity can be equal if the injection is proportional to

6、cross-sectional area of the model; considered the capillary force, injection volume obtained with the above method needs to be expanded. key words: equality of velocity; similarity criteria；geometric method；equation method引 言物模實(shí)驗(yàn)在驅(qū)油機(jī)理研究、剩余油分布研究、指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域有重要作用。而其對(duì)于水驅(qū)油剩余油分布、開(kāi)發(fā)效果等模擬礦場(chǎng)油藏開(kāi)發(fā)情況的研究，則需要一種的轉(zhuǎn)化

7、方法，即相似原理，才能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)大小有限的物模裝置模擬礦場(chǎng)油藏，并使得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠有效地指導(dǎo)礦場(chǎng)開(kāi)發(fā)。油藏物模相似轉(zhuǎn)換方法涉及諸多復(fù)雜的因素，如多相多組分流體、孔隙形狀各異的多孔介質(zhì)、各種物理化學(xué)過(guò)程等1。這些因素使得相似條件非常復(fù)雜。本文從剩余油分布及開(kāi)發(fā)效果的研究角度出發(fā)，運(yùn)用幾何法與方程法結(jié)合的方法推導(dǎo)、分析出一種在巖心、流體主要性質(zhì)相同（出自同一體系）的情況下的相對(duì)簡(jiǎn)單的相似轉(zhuǎn)化方法，為渤海sz36-1油田剩余油分布實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。1 幾何方法與方程方法結(jié)合推導(dǎo)相似準(zhǔn)則假設(shè)條件2：1）不考慮油藏巖石及流體的可壓縮性；2）所選模型的巖心及流體性質(zhì)、初始含油飽和度與原型模

8、型相同；流體體系只考慮油水兩相，且忽略油氣兩相轉(zhuǎn)化；3）巖石孔隙、滲透性各向同性；4）忽略由于分子擴(kuò)散和熱擴(kuò)散引起的傳熱傳質(zhì)。1.1 運(yùn)動(dòng)速度是運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似的重要參數(shù)由含水率方程3：（1）因?yàn)閹r心、流體性質(zhì)相同，相滲曲線相同，所以根據(jù)式（1）可以視兩個(gè)模型的為同一曲線。由buckley-leverett 飽和度分布方程4：（2）以此得出飽和度分布方程中通過(guò)任一截面在某時(shí)刻的平均運(yùn)動(dòng)速度可寫(xiě)為：，將其代入式（2）， 并對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到：（3）由式（3）看出，飽和度分布與時(shí)間、幾何位置及運(yùn)動(dòng)速度皆有關(guān)。三者的關(guān)系是：如果相似模型任一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度相同，時(shí)間與幾何尺寸成正比，則飽和度分布方程相似。1.2

9、 忽略重力、毛管力情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度相等首先以二維平面模型為例（見(jiàn)圖1），基本參數(shù)見(jiàn)表1。模型a長(zhǎng)度，寬度，高度，注入量，參數(shù)值llhq表1 模型及實(shí)驗(yàn)參數(shù)表模型是均質(zhì)模型，且與流體均不可壓縮，根據(jù)連續(xù)性原理，在t內(nèi)通過(guò)任一距端點(diǎn)為距離的垂直注采端連線的截面流量q相同，其中。注入端a生產(chǎn)端a中截面截面a1截面a2圖1 二維平面模型示意圖則模型的截面a1、a2處平均瞬時(shí)v1、v2分別為：（4）（5）其中為a截面上的波及系數(shù)，該模型為1/4五點(diǎn)法均勻井網(wǎng)，且油水流度比m5相等，所以井網(wǎng)見(jiàn)水時(shí)波及系數(shù)67皆為，即： （6）其中，、分別表示為兩個(gè)模型距中截面處距離。模型為均質(zhì)模型，求取波及系數(shù)的方程相

10、同，因此當(dāng)時(shí)，則，即幾何比例對(duì)應(yīng)處截面的波及系數(shù)相等，將該結(jié)論與式（4）、（5）、（6）綜合得出：當(dāng)時(shí)，； 則在此條件下取兩個(gè)模型任一相對(duì)應(yīng)的截面a2、b2處的平均運(yùn)動(dòng)速度之比相等。不同比例模型幾何位置相對(duì)應(yīng)截面的平均運(yùn)動(dòng)速度皆相同： （7）其中，、分別表示為兩個(gè)模型某截面處離截面中點(diǎn)位置為時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度，如果它們的幾何位置處于相應(yīng)比例處，則由式得： 。由此可實(shí)現(xiàn)模型相對(duì)應(yīng)的每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度相等。1.3 考慮重力、忽略毛管力情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度相等考慮重力的油水相運(yùn)動(dòng)方程8為： ， ；選取幾何成比例模型中任一幾何位置對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)，調(diào)節(jié)注入量使平面運(yùn)動(dòng)速度相等，方法前面已有論述。此處著重描述縱向運(yùn)動(dòng)速

11、度（以油相為例）：z向： （8）x向： （9）其中，因?yàn)槟Ｐ蜐B透率各向同性，則：，則不同模型幾何位置對(duì)應(yīng)處的z向與x向運(yùn)動(dòng)速度之比分別為：（10）（11）待添加的隱藏文字內(nèi)容3平面x向運(yùn)動(dòng)速度相等，需滿足，即：。由式（11）得知，z向運(yùn)動(dòng)速度相等，需要滿足：，結(jié)合式（10）分析，如果滿足，其中，滿足，則可實(shí)現(xiàn)不同模型對(duì)應(yīng)處的運(yùn)動(dòng)速度相等：。1.4 考慮重力、毛管力情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度相等考慮重力、毛管力的滲流達(dá)西方程9：油相： （12）水相： （13）兩種不可溶流體之間考慮毛管力10方程：（14） （15）其油相運(yùn)動(dòng)速度之比（考慮毛管力影響，若油相x向運(yùn)動(dòng)速度相等，因y、z向也各成比例，所以同樣

12、相等）為：（16）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室模型遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦場(chǎng)實(shí)際的，模型油相運(yùn)動(dòng)速度相等。所以在考慮重力、近似考慮毛管力的情況下，滿足油相運(yùn)動(dòng)速度相等，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高相似注入量。2 相似方法應(yīng)用2.1 運(yùn)動(dòng)速度相等對(duì)于兩個(gè)相同巖心、流體性質(zhì)、幾何相似的模型中，如果滿足：，則可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度相等，實(shí)現(xiàn)相似轉(zhuǎn)換，所以主要從排量、幾何尺寸方面進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2.2 渤海sz36-1油田剩余油分布實(shí)驗(yàn)相似轉(zhuǎn)化目前渤海sz36-1油田剩余油研究的目標(biāo)區(qū)域油層厚度為54.9m，井距350m，注入量為579m3/d，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L(zhǎng)寬高為：60mm60mm3mm，按照計(jì)算，則通過(guò)運(yùn)動(dòng)速度相等所求的實(shí)驗(yàn)排量為0.19ml/min，而考慮毛管

13、力的情況下，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高排量。根據(jù)理想模型數(shù)值模擬研究，建議提高1.5倍，即設(shè)計(jì)排量為0.28ml/min。模型其他滲透率、孔隙度等主要參數(shù)皆與現(xiàn)場(chǎng)相同，從而實(shí)現(xiàn)礦場(chǎng)到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷霓D(zhuǎn)化。該方法首先有效規(guī)避了考慮嚴(yán)格幾何厚度相似所帶來(lái)的困難，如在多層合采的實(shí)驗(yàn)中，單層厚度過(guò)薄而無(wú)法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又滿足重力影響的研究；其次，與其他相似方法相比11，要求巖心、流體的主要性質(zhì)相同（出自同一體系），不用篩選、復(fù)配不同體系參數(shù)，大大降低了相似轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)難度。3 結(jié) 論（1）運(yùn)動(dòng)速度相等的相似方法主要適用于巖心、流體性質(zhì)相同的模型體系中，在考慮重力、近似考慮毛管力的條件下的水驅(qū)油剩余油飽和度分布、開(kāi)發(fā)效果等實(shí)驗(yàn)研

14、究中。模型相同因素較多，這在一定程度上簡(jiǎn)化了對(duì)模型參數(shù)、流體參數(shù)選取的要求。（2）在可忽略重力影響的條件下，可適當(dāng)放松模型厚度的幾何相似要求。（3）在考慮毛管力的情況下，應(yīng)該適當(dāng)擴(kuò)大相似注入量，以近似滿足油相運(yùn)動(dòng)速度相等。（4）運(yùn)動(dòng)速度相等的相似方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、毛管力影響及對(duì)于非均質(zhì)模型相似的推導(dǎo)有待進(jìn)一步探討。參考文獻(xiàn)1 李宜強(qiáng)，孫連榮，楊鳳波等. 三元復(fù)合驅(qū)物理模擬相似原理j. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).2003，27(2)：89-92 2 李宜強(qiáng)，張素梅，劉書(shū)國(guó)等. 泡沫復(fù)合驅(qū)物理模擬相似原理j.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).2003，27(2)：93-953 張建國(guó)，雷光倫，張艷玉.油氣層滲流力學(xué)m .東營(yíng)：石油大學(xué)出版社.2002，28294 孔祥言.高等滲流力學(xué).中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社m.1999，3233255 姜漢橋，姚軍，姜瑞忠.油藏工程原理與方法m.石油大學(xué)出版社.2000，22266 李宜強(qiáng)，隋新光，李潔等.縱向非均質(zhì)大型平面模型聚合物驅(qū)油波系數(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究j.石油學(xué)報(bào).2005，26(2)：77-847 王家祿.油藏物理模擬m.北京：