趙明國(guó)， 賈慧敏， 丁先運(yùn)

(1．東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318； 2.科爾加里國(guó)際油氣技術(shù)有限公司，北京 100020)

大慶F油層孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)相滲特征影響研究

趙明國(guó)1， 賈慧敏1， 丁先運(yùn)2

(1．東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318； 2.科爾加里國(guó)際油氣技術(shù)有限公司，北京 100020)

油水相對(duì)滲透率曲線反映了油水兩相在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)規(guī)律，而微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征是影響相滲曲線形態(tài)的重要因素。分析了孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層滲透率和相滲特征的影響，發(fā)現(xiàn)大慶F油層的空氣滲透率隨孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減??；束縛水飽和度和等滲點(diǎn)飽和度隨孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而減小，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而增大；水相端點(diǎn)滲透率隨孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減小。儲(chǔ)層物性、相滲特征參數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)均為冪函數(shù)關(guān)系。

F油層； 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征； 滲透率； 相滲特征; 冪函數(shù)關(guān)系

油水相對(duì)滲透率曲線反映了流體在巖石中的流動(dòng)規(guī)律，是油田開發(fā)動(dòng)態(tài)分析和數(shù)值模擬所必需的基礎(chǔ)資料[1-5]。F油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致注水開發(fā)過(guò)程中油水的滲流規(guī)律和滲流特征復(fù)雜多變，這就要求確定F油層的孔隙結(jié)構(gòu)特征與油水在孔隙結(jié)構(gòu)中滲流特征之間的關(guān)系。本文選取大慶油田F油層不同井的40塊天然巖樣，通過(guò)恒壓壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)定油層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征并通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定相滲曲線，然后通過(guò)建立微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與相滲曲線特征參數(shù)之間的關(guān)系，分析了孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)相滲曲線的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)條件

巖樣：大慶油田F油層天40塊天然巖樣；

溫度：常規(guī)壓汞為室溫22 ℃，相滲實(shí)驗(yàn)油層溫度為67 ℃；

水：大慶油田F油層采出水；

油：大慶油田F油層脫氣原油與煤油配置的模擬油，67 ℃時(shí)黏度為9.7 mPa·s。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

① 將巖樣用甲苯抽提洗凈，烘干，并將每塊巖樣分別加工成兩個(gè)巖心柱塞A、B。

② 分別測(cè)定巖心柱塞A、B的長(zhǎng)度、直徑、干重、空氣滲透率和空氣孔隙度。

③ 在恒溫67 ℃下，將巖心柱塞A中充分飽和地層水，測(cè)量濕重，求液測(cè)孔隙度；用模擬油驅(qū)水，建立束縛水飽和度，并計(jì)算束縛水飽和度。

④ 用地層水進(jìn)行油驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，記錄不同時(shí)刻巖樣兩端的壓差、產(chǎn)水量、產(chǎn)油量，直至含水率達(dá)到98%以上結(jié)束。

⑤ 計(jì)算含水飽和度、油水相對(duì)滲透率。

⑥ 用巖心柱塞B，進(jìn)行恒壓壓汞實(shí)驗(yàn)，記錄進(jìn)汞量和相應(yīng)的壓力。

2 結(jié)果分析

根據(jù)恒壓壓汞實(shí)驗(yàn)，得到下列參數(shù)，最大孔隙半徑為0.059～20.726 μm，平均孔隙半徑為0.023～7.431 μm，分選系數(shù)(喉道半徑的方差除以平均半徑[6])為1.367～4.734，孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)(真實(shí)巖石孔隙特征與長(zhǎng)度相同的平行柱狀毛細(xì)管束模型之間的差別[6])為0.601～32.920。

2.1孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響

孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)絕對(duì)滲透率的影響如圖1所示。由圖1可知，氣測(cè)滲透率隨孔隙半徑、孔隙分選系數(shù)的增大而增大，隨孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減小。平均孔隙半徑標(biāo)志著巖心孔道允許流體通過(guò)的能力的大小，高才尼與卡爾曼導(dǎo)出的滲透率公式[7](以下稱高-卡方程)表明，儲(chǔ)層滲透率與孔隙半徑的平方成正相關(guān)關(guān)系，即滲透率隨孔隙半徑增大而迅速增加。分選系數(shù)越小，各孔隙的半徑越接近于平均孔隙半徑，儲(chǔ)層巖石的比表面越大[7]，高-卡方程表明儲(chǔ)層滲透率隨比表面的增大而迅速減小，因此分選系數(shù)越小，滲透率越小。結(jié)構(gòu)系數(shù)越大，孔隙迂曲度越大，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，儲(chǔ)層允許流體流過(guò)的能力越差，高-卡方程也表明滲透率隨迂曲度的增大而減小。

圖1 孔隙半徑、分選系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)絕對(duì)滲透率的影響

Fig.1Effectofporediameter,sortingcoefficientandcoefficientofporestructureonabsolutepermeability

2.2孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)油水相滲曲線特征的影響

通過(guò)探討孔隙半徑、孔隙分選性、孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)和束縛水飽和度、等滲點(diǎn)飽和度、水相端點(diǎn)滲透率之間的關(guān)系，來(lái)說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)油水相滲特征的影響。

孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)束縛水飽和度影響如圖2所示。由圖2可知，束縛水飽和度隨最大、平均孔隙半徑和孔隙分選系數(shù)的增大而減小，隨孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)的增加而增加。F油層巖石潤(rùn)濕性為親水或弱親水，水首先充滿小孔隙并以薄膜的形式貼附在大孔隙表面形成束縛水[8]，且束縛水主要存在小孔道中。隨著孔隙半徑增大，小孔隙迅速減少使束縛水飽和度迅速降低?？紫兜姆诌x系數(shù)越小，孔隙分布越集中，比表面越大，則其束縛水飽和度越高?？紫督Y(jié)構(gòu)系數(shù)越大意味著孔隙迂曲度越大且有效滲流面積越小[9]，水大量存在于角隅、死孔隙和孔隙表面，流動(dòng)性較差，束縛水飽和度升高。

孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)等滲點(diǎn)水相飽和度的影響如圖3所示。由圖3可知，等滲點(diǎn)水飽和度隨最大孔隙半徑、平均孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而減小，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而增大。在親水儲(chǔ)層中，孔隙半徑和分選系數(shù)越大，束縛水飽和度越小，則同等水飽和度條件下，可流動(dòng)水飽和度增加，水相滲透率迅速增加，所以等滲點(diǎn)飽和度降低?？紫督Y(jié)構(gòu)系數(shù)增加，一方面意味著迂曲度增大，水大量存在于死孔隙和角隅中[10]，使束縛水飽和度增加，則等滲點(diǎn)飽和度增加，另一方面意味著有效的滲流面積減少，則水相滲透率增加緩慢，等滲點(diǎn)飽和度增加。

圖2 孔隙半徑、分選系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)束縛水飽和度影響

Fig.2Effectofporediameter,sortingcoefficientandstructurecoefficientonirreduciblewatersaturation

圖3 孔隙半徑、 分選系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)等滲點(diǎn)水飽和度影響

Fig.3Effectofporediameter,sortingcoefficientandstructurecoefficientonisotonicpointwatersaturation

孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)水相端點(diǎn)滲透率的影響如圖4所示。由圖4可知，水相端點(diǎn)滲透率隨最大孔隙半徑、平均孔隙半徑和分選系數(shù)的增加而增加，隨著結(jié)構(gòu)系數(shù)的增加而減小。因?yàn)榭紫栋霃皆黾?，阻力減小，水相滲透率大大提高?？紫兜姆诌x系數(shù)越大，束縛水越少，在同等水飽和度下，可動(dòng)水越多，則水相端點(diǎn)的滲透率越大。在親水儲(chǔ)層中，油位于大孔隙中間[11]，當(dāng)迂曲度增大時(shí)，油滴容易被捕集而堵塞喉道，使水滲透率降低，所以水相端點(diǎn)滲透率隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減小。

所以，F(xiàn)油層孔隙半徑、分選系數(shù)和結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)束縛水飽和度、等滲點(diǎn)水飽和度和水相端點(diǎn)滲透率均有較大的影響，其關(guān)系見(jiàn)表1。

圖4 孔隙半徑、分選系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)水相端點(diǎn)滲透率的影響

Fig.4Effectofporediameter,sortingcoefficientandstructurecoefficientonwaterendpointpermeability

3 結(jié)論

(1) 儲(chǔ)層的滲透率隨最大孔隙半徑、平均孔隙半徑及分選系數(shù)的增大而增大，隨孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減小。滲透率與最大孔隙半徑、平均孔隙半徑、分選系數(shù)及孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)呈冪函數(shù)關(guān)系。

(2) 油水相滲曲線中束縛水飽和度、等滲點(diǎn)飽和度隨最大孔隙半徑、平均孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而減小，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而增大。水相端點(diǎn)滲透率隨最大孔隙半徑、平均孔隙半徑和分選系數(shù)的增大而增大，隨結(jié)構(gòu)系數(shù)的增大而減小。束縛水飽和度、等滲點(diǎn)飽和度、水相端點(diǎn)滲透率與最大孔隙半徑、平均孔隙半徑、分選系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)呈冪函數(shù)關(guān)系。

表1 F油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征與儲(chǔ)層滲透率及油水相滲特征的關(guān)系Table 1 Relationship between micro pore structure and the permeability, the characteristicsof oil-water relative permeability in F reservoir

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(編輯 王亞新)

Study on the Effects of Pore Structure Characteristics on Relative Permeability Characteristics of F Reservoir in Daqing Oilfield

Zhao Mingguo1, Jia Huimin1, Ding Xianyun2

(1.MOEKeyLaboratoryofEnhancedOilRecovery,NortheastPetroleumUniverisity,DaqingHeilongjiang163318,China; 2.KalgaryInternationalOil&GasTechnologyCo.Ltd.,Beijing100020,China)

Oil-water relative permeability curve reflects the law of oil and water flowing in the porous media, and the characteristics of pore structure are important factors which greatly influence the relative permeability curve.The effects of the pore structure characteristics on the permeability and the characteristics of relative permeability in F reservoir was analyzed. It is found that the absolute permeability increases with the radius of pores and sorting coefficient upgoing and decreases with the coefficient of pore structure upgoing .The irreducible water saturation and isotonic point saturation decrease with the pore radius and sorting coefficient increasing, and increase with the coefficient of pore structure increasing.The endpoint permeability of water phase increases with the pore radius and sorting coefficient upgoing, and decreases with the coefficient of pore structure upgoing. The parameters of permeability and relative permeability characteristics in this formation are in power function relationship with the micro pore structure characteristics.

F reservoir; Micro pore structure characteristics; Permeability; Relative permeability characteristics; Power function relationship

1006-396X(2014)04-0039-04

2014-03-07

：2014-06-30

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“CO2提高油田動(dòng)用率和采收率技術(shù)”(2008zx05016-0014)。

趙明國(guó)(1963-)，男，博士，教授，從事低滲透油田開發(fā)提高原油采收率等方面的研究； E-mail:zhaomingguo63@163.com。

TE357

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.04.009