李 承 龍

（東北石油大學 石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318）

大慶外圍油田低滲透油層水驅動用界限研究

李 承 龍

（東北石油大學 石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318）

隨著大慶外圍油田的不斷開采，外圍油田評價日益變差。目前剩余油主要集中在低豐度、低滲透率的油層。以大慶外圍某油田特低滲透油層為例，對該區(qū)塊的孔隙結構特征進行研究，確定研究區(qū)塊水驅動用界限，原油粘度、平均喉道半徑、可動流體百分數(shù)、粘土礦物含量和擬啟動壓力梯度5個重要參數(shù)進行了分析，在使用綜合分類方法對研究區(qū)塊進行儲層評價，確定出了合理井網部署方案，為合理開采該區(qū)塊提供技術保證。

低滲透油層；孔隙結構；啟動壓力梯度；綜合分類方法

目前，研究區(qū)探明未動用儲量為3.8億t，含有面積為1 029 km2，原油粘度5.56 mP?s，粘土礦物含量為 16.33%，流度主要集中在 0.01～0.31 mD /(mPa?s)，滲透率集中在0.1～0.3 mD。該區(qū)塊儲層砂體零散、局部存在裂縫、油水分布復雜，而且勘探認識程度低。

首先對研究區(qū)孔隙結構特征進行研究，確定該區(qū)塊水驅動用界限，對原油粘度、平均喉道半徑、可動流體百分數(shù)、粘土礦物含量和擬啟動壓力梯度進行了分析，使用綜合分類方法對研究區(qū)塊進行儲層評價，確定出了合理井網部署方案。

1 儲層微觀孔隙結構特征研究

選擇iKΔ 在 80%以上的半徑為主流喉道半徑下限。

式中:ir—單一喉道半徑，μm；

iα—單一道半徑歸一化的分布頻率密度。

由于常規(guī)壓汞法不能準確的測量出喉道數(shù)量、喉道分布，影響平均喉道半徑的計算。而采用恒速壓汞法可以彌補常規(guī)壓汞法的缺點[1]。

恒速壓汞的實驗原理[2]：保持汞以 1×10-6mL/s速度進入巖樣，這種超低進汞速度能夠保證準靜態(tài)進汞過程的進行。在進汞過程中，界面張力與接觸角保持不變；彎月面的形狀隨著進汞前緣所經歷孔隙形狀的變化而變化，進而使得系統(tǒng)毛管壓力的改變[3]。

對研究區(qū)塊5 塊巖樣進行了恒速壓汞測試，得出巖心孔隙結構特征參數(shù)(表1)，在此基礎上，再分別對巖樣的微觀孔隙結構進行了細致的分析。

表1 巖心微觀孔隙結構特征參數(shù)Table 1 Core pore structure parameters

圖1為滲透率與平均喉道半徑關系曲線，如圖1可知，兩者呈較好對數(shù)關系，平均喉道半徑隨著滲透率的增大而增大。經計算可知，研究區(qū)平均喉道半徑以小于1.5μm的為細微喉道為主。

圖1 滲透率與平均喉道半徑關系Fig.1 The relationship between the permeability and the average throat radius

2 儲層流動孔喉及動用滲透率下限研究

通過核磁共振實驗[4]，對研究區(qū)塊進行了更深入的研究，綜合儲層微觀孔隙結構特征，進而明確研究區(qū)儲層流動喉道半徑及滲透率下限[5]。

對于不同巖石流體系統(tǒng)，其物性不同，所以對應的弛豫時間2T也不相同，反之，只要知道它們2T值，就能得到對應流體系統(tǒng)的物性[6]。2

圖2 滲透率與動流體百分數(shù)關系Fig.2 Relationship between permeability and movable fluid content

對研究區(qū)塊油層做了 23塊巖樣的核磁共振實驗，得出：研究區(qū)儲層滲透率集中在 0.139～5.985 mD，可流動百分數(shù)集中在31.01%～62.23%，可流動百分數(shù)的平均值為45.03%，平均吼道半徑在0.3-0.5 μm（圖2）；當滲透率的增大時，可流動百分數(shù)也增大，呈對數(shù)關系；當孔隙度變大時，可流動百分數(shù)也變大，但關系不顯著。

核磁共振的機理說明，儲層孔隙半徑越大，氫核的2T值越大[7]，所以根據弛豫時間2T的分布以及恒速壓汞實驗得到孔喉半徑的分布，從而確定動用的最小喉道半徑[8]。

毛管壓力與毛管孔徑之間的關系為：

對汞來說 σ=49.44N/cm2， θ= 140°

則有

由公式（1）可知，2T和孔隙比表面有關，比表面與空隙大小有關，但由于地層孔隙結構復雜，所以可以用非線性關系來描述比表面與孔徑的關系：

通過實驗分析得出，弛豫時間2T與孔徑呈冪函數(shù)關系[9]：

rc：孔隙半徑，μm； Fs：孔隙形狀因子由（2）和（3）有：

對于C和n值的求解：以研究區(qū)杏71 321-2巖心為例，首先描繪出利用恒速壓汞實驗得到的毛管力曲線，且毛管力曲線的位置、形狀是固定的，再利用公式（4）把核磁共振曲線轉換為毛管力曲線，然后再使用試湊法來計算出最優(yōu)的C和n值，從而保證兩條曲線擬合度最佳（圖3）。再把最優(yōu)C和n值代到公式（3）中，得到2T值，接著再將其轉換為了孔喉半徑，得到圖 4。同理再求出其它巖心孔喉半徑。

圖3 杏71 321-2巖樣核磁和恒速壓汞毛管力曲線擬合圖Fig.3 Curve fitting chart of nuclear magnetic and constant velocity mercury injection capillary force of Xing 71 321-2

由表2可知，轉換系數(shù)C和n的平均值分別為61和1.15；流動孔喉半徑下限平均值為 0.375μm。

根據恒速壓汞所得的結果，研究區(qū)儲層喉道半徑與滲透率之間呈正相關關系，結合儲層流動孔喉下限值，求得動用滲透率下限為0.2 mD。

表2 核磁共振毛管壓力曲線轉換表Table 2 NMR capillary pressure curve conversion table

3 啟動壓力梯度研究

對研究區(qū)塊10塊巖樣做了非線性滲流測試，得到啟動壓力梯度，巖樣的滲透率范圍在0. 116～3.71 mD，表3為測試結果。

表3 研究區(qū)塊啟動壓力梯度數(shù)據表Table 3 Study block starting pressure gradient data

由表3可知，研究區(qū)塊平均擬啟動壓力梯度為0.1914MPa/m，而且擬啟動壓力梯度與滲透率呈良好的負相關性：

式中：δ—擬啟動壓力梯度，MPa/m；

K—滲透率，mD。

4 儲層評價研究

將原油粘度、平均喉道半徑、可動流體百分數(shù)、粘土礦物含量和擬啟動壓力梯度參數(shù)作為評價因素，利用綜合分類方法對研究區(qū)塊進行儲層評價。

常規(guī)方法評價的結果不夠準確，所以使用以多因素為基礎的定量綜合評價方法。

表4 儲層分類標準Table 4 Reservoir classification standard

基于單因素分析之上，綜合分類方法對每個參數(shù)進行歸一化處理，則有：

式中： μm—最大原油粘度，mPa?s；

sm—最大可流動百分比，%；

rm—最大平均喉道半徑，μm；

mm—最大粘土礦物含量，%；

λm：最大擬啟動壓力梯度，MPa/m。

I 類： Feci＞ 8；II 類：5 ＜ Feci＜ 8；III 類：2 ＜ Feci＜ 5；IV 類： Feci＜ 2。

經計算得到研究區(qū)塊綜合系數(shù) Feci= 3.31，所以研究區(qū)塊為III 類儲層。

5 最優(yōu)井網部署研究

5.1 最優(yōu)井網形式

目前，研究區(qū)采用 300 m×100 m 矩形井網，使用Eclipse軟件建立菱形反九點、正方形反九點、矩形五點井網模型（井網密度相同）。模擬時間為25年，得到采出程度、含水率情況。由圖4和圖5可知，雖然矩形五點井網的含水率最高，但是采出程度也最高。由圖6可知，當采出程度相同時，矩形五點井網采出程度最高，而且含水率最小，所以研究區(qū)塊的最優(yōu)井網部署形式為矩形五點井網。

圖4 采出程度與時間的關系曲線Fig.4 Relationship curves of recovery degree and time

圖5 含水率與時間的關系曲線Fig.5 Relationship between moisture content and time

圖6 含水率與采出程度的關系曲線Fig.6 Curve degree of water cut and recovery

5.2 最優(yōu)井排距

采用Eclipse軟件建立矩形五點井網模型，且井排距分別為300 m×80 m、300 m×100 m、300 m× 150 m、400 m×100 m。分別模擬出1、5、10年時研究區(qū)地層壓力梯度分布情況，得出：對于300 m ×100 m矩形井網，當模擬到 1 年時，有效驅動壓力體系已經初步形成；到5 年時，有效驅動體系已經基本形成；到 10 年時，有效驅動壓力體系已經完全形成。對于400 m×100 m矩形井網，有效驅動壓力體系到10 年時才能初步形成。對于300 m× 150 m和300 m×80 m矩形井網，有效驅動壓力體系在到 5 年才能初步形成。所以研究區(qū)最優(yōu)的井排距為300 m×100 m。

6 結 論

利用恒速壓汞、核磁共振、非線性滲流測試新技術等實驗手段研究了儲層微觀結構、流體動用規(guī)律等特征，測試出了平均喉道半徑、可動流體百分數(shù)以及擬啟動壓力梯度等參數(shù)，通過綜合分類法對研究區(qū)塊進行了儲層綜合分類評價，得出矩形五點井網模型為最優(yōu)部署方式，最優(yōu)井排距井排距為300 m×100 m。

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［3］朱永賢，孫衛(wèi)，于鋒．應用常規(guī)壓汞和恒速壓汞實驗方法研究儲層微觀孔隙結構[J]．天然氣地球科學，2008，19（4）：553-556.

［4］李靜葉，王祝文，劉菁華,等. 核磁測井資料在大慶油田儲層評價中的應用[J].世界地質, 2012, 3(1): 187-192.

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Research on Threshold for Water Flooding of Peripheral Ultra-low Permeability Reservoirs in Daqing Oilfield

LI Cheng-long
（Institute of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

As development of peripheral Daqing oilfield，field evaluation is worse and worse. Now remaining oil of oilfield is mainly in ultra-low permeability reservoirs. Taking a peripheral ultra-low permeability reservoir in Daqing oilfield as an example, pore structure characteristic of the block was researched, in order to determine the threshold for water flooding. Average throat radius, content of clay mineral, content of mobile fluid, pseudo-actuating –pressure gradient and crude oil viscosity were analyzed. And the reservoir was evaluated by comprehensive classification method. Rightful program of well pattern deploying was determined.

Ultra-low permeability reservoir; Pore structure; Triggering pressure gradient; Comprehensive classification method

TE 357

A

1671-0460（2015）08-1871-04

2015-01-12

李承龍（1986-），男，黑龍江大慶人，博士生，就讀于石油大學石油氣田開發(fā)專業(yè)。 E-mail：lcl716@126.com。