陳瑩瑩，孫雷，田同輝，潘毅，董衛(wèi)軍，劉彥子

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000）

裂縫性碳酸鹽巖油藏可視化模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

陳瑩瑩1，孫雷1，田同輝2，潘毅1，董衛(wèi)軍1，劉彥子1

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000）

為了更好地認(rèn)識(shí)裂縫性碳酸鹽巖油藏的滲流機(jī)理，結(jié)合油藏實(shí)際地質(zhì)特征，利用真實(shí)巖心設(shè)計(jì)制作了可視化網(wǎng)絡(luò)裂縫模型，考察了注入速度、模型傾斜角度等因素對(duì)注水效果的影響，以及水驅(qū)油過(guò)程中的油水運(yùn)動(dòng)分布特征。觀測(cè)到由于受裂縫性油藏非均質(zhì)性的影響，水驅(qū)后殘余油存在形式主要有孤滴狀、角隅狀及膜狀等，每種殘余油的形成機(jī)理也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水驅(qū)油時(shí)，驅(qū)替速度與采出程度不成正比，而是存在一個(gè)最佳驅(qū)替速度，即臨界驅(qū)替速度；剩余油的形成和分布主要受巖石表面潤(rùn)濕性、裂縫連通性和重力分異的影響；水驅(qū)油效率與裂縫地層傾斜角度有關(guān)，地層傾斜角度越小，采出程度越高。裂縫性油層較厚時(shí)，水驅(qū)后油層頂部可能會(huì)有大量剩余油，仍具有較大開(kāi)發(fā)潛力。

裂縫性油藏；可視化模型；剩余油分布；水驅(qū)油機(jī)理；臨界驅(qū)替速度

模擬水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究主要采用仿真模型或真實(shí)儲(chǔ)層模型。真實(shí)巖樣具有原始儲(chǔ)層巖石本身的結(jié)構(gòu)特征和表面物理性質(zhì)，研究結(jié)果較仿真模型更可信，并且可實(shí)現(xiàn)流體的滲流動(dòng)態(tài)可視化，應(yīng)用比較廣泛［1-4］。筆者在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛥?shù)滿足相似準(zhǔn)數(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了裂縫體可視化模型水驅(qū)油相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究微觀水驅(qū)油速度對(duì)低滲透裂縫性油層水驅(qū)效果的影響，以及水驅(qū)油過(guò)程中的油水運(yùn)動(dòng)分布特征，以期有助于裂縫性碳酸鹽巖油藏的注水開(kāi)發(fā)工作。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

采用二維可視化人工裂縫模型進(jìn)行測(cè)試。模型制作及實(shí)驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備程序?yàn)椋?）采用SL油田CG201井真實(shí)儲(chǔ)層巖心經(jīng)切片打磨制備成的裂縫體模型；2）模擬不同形態(tài)裂縫組合可視物理模型，然后將2塊玻璃板嵌合黏結(jié)，并在兩端設(shè)定注入和采出端口；3）將嵌合好的可視化二維物理模型裝入特制的高強(qiáng)度透明耐壓橡膠夾持模具中密封，然后裝入可透視平板巖心夾持器，形成完整的可視化二維物理模擬驅(qū)替模型。

將安裝有可視化二維物理模型的巖心夾持器與裝有驅(qū)替用模擬原油、地層水的中間容器連接，再與微量恒壓恒速驅(qū)替泵連接，并將可視化巖心夾持器置于攝像機(jī)下，記錄水驅(qū)油過(guò)程的油水分布規(guī)律圖像動(dòng)態(tài)，即可進(jìn)行水驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)。

模型長(zhǎng)15 cm，寬8 cm，有效厚度0.2 cm。裂縫分3級(jí)：大縫縫寬1.0～3.0 mm；中縫縫寬0.5～1.0 mm；小縫縫寬0.1～0.5 mm。大縫體積占裂縫總體積的50%，中縫占40%，小縫占10%。

驅(qū)替用原油為根據(jù)SL油田CG201井所取地層原油配制的模擬油，采用煤油與硅油混合配制，并加入甲基紅染色。驅(qū)替用水為實(shí)驗(yàn)室配制的SL油田地層水。水驅(qū)速度按地層實(shí)際流動(dòng)速度進(jìn)行折算，驅(qū)替速度v分別為0.13，0.25，0.50 mL/min。

2 實(shí)驗(yàn)

裂縫模型放入夾持器中，將夾持器垂直放置。連接恒壓恒流泵和中間容器，以恒定流速先將水泵入模型中，當(dāng)水充滿有效裂縫時(shí)，記下總進(jìn)水量，即為裂縫的有效體積，為2 mL；再以恒定流速將油泵入模型中，建立束縛水，當(dāng)不再有水被驅(qū)替出時(shí)，記錄總出水量，計(jì)算束縛水飽和度為25%。模型飽和油水后，油主要分布在連通性較好的裂縫中，重力分異現(xiàn)象不明顯。

驅(qū)替過(guò)程中，按一定的時(shí)間間隔記錄采出端的產(chǎn)油量和產(chǎn)液量，同時(shí)用攝像機(jī)記錄水驅(qū)油過(guò)程的油水分布規(guī)律圖像動(dòng)態(tài)。當(dāng)采出端含水率達(dá)到100%時(shí)，停止驅(qū)替。

水平驅(qū)替實(shí)驗(yàn)只是將夾持器水平放置，其他過(guò)程與垂直驅(qū)替實(shí)驗(yàn)完全一致。

從攝像視頻中可以看出，裂縫中的油水運(yùn)動(dòng)主要是驅(qū)動(dòng)壓差下的活塞式驅(qū)替。垂直驅(qū)替時(shí)，水先進(jìn)入底部裂縫，頂部剩余油分布較多，表明重力分異對(duì)水驅(qū)油效果會(huì)產(chǎn)生較明顯的影響。水驅(qū)油過(guò)程基本為從左向右平穩(wěn)推進(jìn)，部分剩余油被圈閉在與注入方向垂直及被短路圈閉的裂縫內(nèi)。水平驅(qū)替時(shí)，油水分布主要受裂縫連通性的影響，重力分異對(duì)驅(qū)替效果幾乎不產(chǎn)生影響。不同驅(qū)替速度下的剩余油量和分布差別較大，表明驅(qū)替速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)裂縫的影響也較明顯。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，殘余油的形式多種多樣，主要有孤滴狀、角隅狀及膜狀等形式。當(dāng)油連續(xù)通過(guò)巖石的孔隙喉道時(shí)，由于喉道半徑很小，毛細(xì)管力急劇增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力不足以抵消毛細(xì)管力效應(yīng)時(shí)，連續(xù)油流即被卡斷，變?yōu)榉稚⒌挠偷危?］。摩爾（Moore）采用示蹤劑對(duì)強(qiáng)水濕巖心的水驅(qū)油研究表明，非潤(rùn)濕相流體（油）相當(dāng)大的部分局限于枝叉結(jié)構(gòu)，尤其是在含油飽和度接近殘余油飽和度時(shí)更是如此。當(dāng)注入水繞過(guò)它時(shí)，枝叉中的油由于毛細(xì)管力而被捕集和隔絕［6］，因此形成角隅狀。膜狀殘余油主要存在于親油的裂縫中，由于儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性的復(fù)雜性，模型表現(xiàn)出部分偏親油的性質(zhì)，在裂縫表面和角隅對(duì)油產(chǎn)生吸附作用，形成一些薄膜狀殘余油。

3 結(jié)果分析

3.1 不同驅(qū)替速度下的水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖1為裂縫模型水平驅(qū)替過(guò)程中的含水率、采收率與累計(jì)注入量的關(guān)系曲線。從圖1可以看出，不同的驅(qū)替速度下見(jiàn)水時(shí)的累計(jì)注入量基本相同，且見(jiàn)水后含水率迅速上升，表明此類模型在水驅(qū)過(guò)程中以活塞式驅(qū)替為主。

圖1 不同驅(qū)替速度的水平驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

驅(qū)替速度為0.25 mL/min的采出程度最高，其次是0.50 mL/min和0.13 mL/min。見(jiàn)水后由于含水率快速上升，采油速度明顯下降，最后基本降為0，也表現(xiàn)出了活塞式驅(qū)替的特點(diǎn)。說(shuō)明在這類油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大部分油產(chǎn)自無(wú)水采收率階段，所以延長(zhǎng)無(wú)水采油期至關(guān)重要［7］。

垂直驅(qū)替的2組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：注入速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)裂縫水驅(qū)油的影響較明顯。總的采出程度變化趨勢(shì)為：中速＞高速＞低速。這主要是受水突破及驅(qū)油波及效率的影響。一般情況下，隨著注入速度的增加，注入水易沿大裂縫流動(dòng)產(chǎn)生水竄，從而導(dǎo)致采出程度變差；而注入速度過(guò)低，注入水的驅(qū)替能量過(guò)小，不易進(jìn)入較小的裂縫，小裂縫中的原油驅(qū)替不出而滯留在裂縫中，波及效率低，采出程度也較差。以中等速度（0.25 mL/min）驅(qū)替，既可避免由于高速帶來(lái)的水竄現(xiàn)象，又可加大低速注入的波及效率，最終取得較好的驅(qū)油效果。

從以上分析可以看出，水驅(qū)油時(shí)采出程度與驅(qū)替速度不是呈單純上升關(guān)系，而是存在一個(gè)最佳驅(qū)替速度，即臨界驅(qū)替速度［8］。

3.2 垂直與水平放置的水驅(qū)實(shí)驗(yàn)

對(duì)比了垂直放置和水平放置的所有驅(qū)替速度下的含水率（見(jiàn)圖2）和采出程度（見(jiàn)圖3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一速度下，水平驅(qū)替比垂直驅(qū)替的含水率低，采出程度比垂直驅(qū)替高。垂直放置時(shí)，裂縫縱向跨度大，受重力分異作用明顯，密度較大的水會(huì)聚在裂縫底部，導(dǎo)致裂縫頂部的油不易驅(qū)出，波及效率偏低，從而影響驅(qū)替效率。水平放置時(shí)，裂縫縱向跨度較小，重力分異作用影響不大，驅(qū)替后的油水分布不會(huì)出現(xiàn)頂部油明顯積聚的現(xiàn)象，波及效率較高，因此采出程度偏高。

圖2 含水率對(duì)比

圖3 采出程度對(duì)比

4 結(jié)論

1）隨著水驅(qū)油速度增加，驅(qū)油效率上升，當(dāng)達(dá)到一定程度后開(kāi)始下降，說(shuō)明存在一個(gè)最佳驅(qū)替速度，即臨界驅(qū)替速度。

2）裂縫性油藏的采出程度受裂縫地層傾斜角度的影響，傾斜角度越小，采出程度越高。

3）裂縫性油層較厚時(shí)，水驅(qū)后油層頂部可能會(huì)有大量剩余油。對(duì)水驅(qū)過(guò)程中裂縫上方的殘余油，可以考慮進(jìn)一步注氣驅(qū)替。

［1］Sun Wei，Qu Zhihao.Characterization of water injection in low permeable rock using sandstone micro-model［A］.SPE 86964，2004.

［2］吳小斌，銀燕，孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地三角洲前緣不同沉積微相砂巖儲(chǔ)層水驅(qū)油效率及其影響因素［J］.油氣地球物理，2008，6（1）：41-45. Wu Xiaobin，Yin Yan，Sun Wei.Research on water displacing oil experiment efficiency and influential factors of delta front different sedimentary mic-facies of Ordos Basin［J］.Petroleum Geophysics，2008，6（1）：41-45.

［3］蘇娜，黃健全，韓國(guó)輝，等.微觀水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)及剩余油形成機(jī)理研究［J］.斷塊油氣田，2007，14（6）：50-51. Su Na，Huang Jianquan，Han Guohui，et al.Microscopic water flood test and on remaining oil forming mechanism［J］.Fault-Block Oil& Gas Field，2007，14（6）：50-51.

［4］鄧瑞健.核磁共振技術(shù)在水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2002，9（4）：33-37. Deng Ruijian．Application of nuclear magnetic resonance imaging technology in water driving oil experiment［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2002，9（4）：33-37.

［5］趙陽(yáng)，曲志浩，劉震.裂縫水驅(qū)油機(jī)理的真實(shí)砂巖微觀模型實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2002，29（1）：116-119. Zhao Yang，Qu Zhihao，Liu Zhen.Experimental study on water/oil displacement mechanisms in fractured reservoir by real sandstone micro-models［J］.Petroleum Exploration and Development，2002，29（1）：116-119.

［6］何更生.油層物理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006：185-186. He Gengsheng.Petrophysics［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2006：185-186.

［7］王雷，竇之林，林濤，等.縫洞型油藏注水驅(qū)油可視化物理模擬研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，33（2）：121-124. Wang Lei，Dou Zhilin，Lin Tao，et al.Study on the visual modeling of water flooding in carbonate fracture-cavity reservoir［J］.Journal of SouthwestPetroleumUniversity：Science&TechnologyEdition，2011，33（2）：121-124.

［8］郭平，苑志旺，易敏，等.低滲低壓油藏真實(shí)巖心薄片微觀水驅(qū)試驗(yàn)研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2009，31（4）：100-105. Guo Ping，Yuan Zhiwang，Yi Min，et al.Experimental study of microscopic water displacement in low-permeability and low-pressure reservoirs by using sandstone slice［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2009，31（4）：100-105.

（編輯 孫薇）

Experiment on water-oil displacing for visible model of fractured carbonate reservoir

Chen Yingying1,Sun Lei1,Tian Tonghui2,Pan Yi1,Dong Weijun1,Liu Yanzi1
(1.State Key Laboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, China;2.Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257000,China)

This paper focuses on the research of flow mechanism in the fractured carbonate reservoir.Based on the actual geologic characteristics and core,it designs a visible network fracture model to simulate the water flooding mechanism and analyzes the influence of different injection velocities and inclination angles of model on the water flooding effect.The oil and water distribution in process of water flooding is understood.Because of reservoir heterogeneity,residual oil is mainly in the form of isolated droplet, cant and membrane,etc.The formation mechanism of residual oil is different.The experiment results indicate that when water-oil displacing,the displacing velocity is not proportional to recovery degree,but there is an optimum displacing velocity in water flooding,that is the critical displacing velocity.The formation and distribution of remaining oil is mainly affected by wettability of rock,connectivity of fracture and differentiation of gravity.The water-oil displacing efficiency is related to the inclination angle of fractured reservoir.The smaller the fractured layer dip is,the higher the degree of recovery is.If the oil-bearing layer is thick,there is a great potential for development on the top of oil-bearing layer.

fractured reservoir;visible model;remaining oil distribution;water-oil displacing mechanism;critical displacing velocity

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜裂縫性碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”子課題“裂縫性碳酸鹽巖油藏滲流機(jī)理物理模擬研究”（2008ZX05014-004）

TE344

：A

1005-8907（2012）01-0092-03

2011-05-11；改回日期：2011-11-25。

陳瑩瑩，女，1986年生，在讀碩士研究生，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)發(fā)。E-mail：chenyingying0393@yahoo.com.cn。

陳瑩瑩，孫雷，田同輝，等.裂縫性碳酸鹽巖油藏可視化模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：92-94. Chen Yingying，Sun Lei，Tian Tonghui，et al.Experiment on water-oil displacing for visible model of fractured carbonate reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：92-94.