公言杰,柳少波,劉可禹,3,姜 林,袁選俊,陶士振
(1.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;2.提高石油采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.CSIRO Earth Science and Resource Engineering,Perth WA 6000,Australia)
致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中,或與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲集巖中,未經(jīng)過大規(guī)模長距離運(yùn)移的石油聚集[1]。致密油作為非常規(guī)油氣的重要構(gòu)成部分,是目前國內(nèi)外勘探熱點(diǎn)[2-15]。與常規(guī)油氣相比,致密油具有低孔低滲[16-19]、低含油飽和度[20-21]的特點(diǎn),致密油含油飽和度研究對于明確致密油含油性與資源量具有重要意義,而致密儲層高束縛水飽和度是制約致密油含油性的重要因素。致密油充注實(shí)驗(yàn)顯示致密油充注前儲層束縛水飽和度與充注后含油飽和度總和大于100%,致密儲層在充注初期主要是水潤濕[22]。本文從儲層充注前后潤濕性改變的角度對含油性進(jìn)行分析。
川中侏羅系區(qū)域構(gòu)造位置處于盆地中部川中古隆起中部斜坡平緩構(gòu)造帶北部,區(qū)域上稱“川中古隆中斜平緩帶”。目前川中侏羅系勘探程度較高的地區(qū)主要集中在桂花、金華、中臺山、蓮池、公山廟油田以及儀隴、鮮渡河等含油構(gòu)造[23-24](圖1a)。川中侏羅系共發(fā)育8個(gè)組(段):上統(tǒng)包括蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組;中統(tǒng)為沙溪廟組;下統(tǒng)包括涼高山組、大安寨段、馬鞍山段、東岳廟段和珍珠沖段(圖1b)。其中沙溪廟組的沙一段砂巖與涼高山組的涼上段砂巖為2套已發(fā)現(xiàn)的重要致密砂巖產(chǎn)油層[25-26],孔隙度主要集中在3% ~6%之間,滲透率在(0.001 ~1)×10-3μm2,總體為低孔低滲[27]。涼下段泥巖為沙溪廟組與涼高山組油藏主要烴源巖,源儲配置上屬于“下生上儲”配置關(guān)系(圖1c)。
Brown和 Fatt[28]于1956 年首先研究了多孔介質(zhì)中水的核磁共振弛豫特征,發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)中水的弛豫時(shí)間遠(yuǎn)小于其自由狀態(tài)的流體弛豫時(shí)間,儲層孔隙與流體界面效應(yīng)是影響孔隙流體弛豫時(shí)間減小的根本原因。其中,束縛水飽和度與潤濕性可以有效影響多孔介質(zhì)中液固相互作用,從而在核磁測試信號中表現(xiàn)出來。
選取研究區(qū)2口典型井的10個(gè)樣品(表1),樣品長度集中在2.7~5.4 cm,直徑為2.4~2.51 cm,主要為粉砂巖、中砂巖;總體孔隙度介于2.2% ~4.5%,滲透率介于(0.001~1.9)×10-3μm2。
對上述樣品進(jìn)行核磁實(shí)驗(yàn)測定,設(shè)備型號NM12,共振頻率12.854 MHz,探頭線圈直徑25 mm,磁體溫度為(32±0.01)℃。樣品洗油之后放入真空飽和裝置中飽和8 h。實(shí)驗(yàn)參數(shù)采用CPMG序列,序列參數(shù)為:P1=3 μs,TD=102 688,DR=1,P2=7 μs,NECH=2 000,DL1=0.035 ms,SW=666.667 kHz,RFD=0.002 ms,TW=1 000 ms,RG1=10,PRG=3,NS=64,SF=11MHz,O1=826 590.9 Hz。結(jié)果顯示T2弛豫時(shí)間主要集中在0.1~100 ms。1~10號樣品順序按照孔隙度由大至小逐漸降低。其中T2截止值采取離心前后曲線交點(diǎn)對應(yīng)的T2時(shí)間值約為13 ms。孔隙表面束縛水含量越高,可動(dòng)水含量就越低,水的作用越弱,則水的弛豫時(shí)間就越長。通過弛豫時(shí)間截止值前后信號強(qiáng)度對應(yīng)不可動(dòng)與可動(dòng)流體飽和度的計(jì)算,樣品的束縛水飽和度主要集中在50% ~80%之間,平均值73.5%,與此相比,可動(dòng)流體飽和度較小,主要集中在20% ~50%之間,平均值26.5%。
圖1 四川川中公山廟侏羅系致密油藏分布a.油藏平面分布;b.侏羅系地層柱狀圖;c.公山廟侏羅系致密油藏剖面Fig.1 Distribution of Jurassic tight oils in Gongshanmiao,Sichuan Basin
在分析了研究區(qū)樣品束縛水飽和度之后,采用接觸角測定法對上述樣品洗油后水潤濕性進(jìn)行了測定。由于油藏平均埋深在2 200~2 600 m,平均地溫約為70~80℃[29],故測定實(shí)驗(yàn)條件設(shè)為70℃和80℃。結(jié)果顯示70℃條件下接觸角介于20°~40°之間,在80℃條件下,接觸角更低,介于15°~25°(圖2),這說明洗油后儲層呈現(xiàn)良好的水黏附潤濕[30]。
表1 四川川中公山廟侏羅系致密油樣品統(tǒng)計(jì)Table 1 Jurassic tight oil samples from Gongshanmiao,Sichuan Basin
圖2 四川川中公山廟侏羅系致密油樣品接觸角統(tǒng)計(jì)θ1代表樣品充注實(shí)驗(yàn)前與水接觸角Fig.2 Contact angles of Jurassic tight oil samples from Gongshanmiao,Sichuan Basin
在明確了研究區(qū)樣品具有高束縛水飽和度、水黏附潤濕的性質(zhì)之后,選取了4個(gè)樣品(1,3,5,6號)進(jìn)行注油實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用水參照CaCl2型地層水的礦化度10 g/L,黏度約為1 mPa·s(常溫)。為了便于觀察,配制的地層水加入甲基藍(lán)。實(shí)驗(yàn)用油參照侏羅系原油配制而成后加入油溶紅。由于油藏溫度為80℃,對實(shí)驗(yàn)用油與侏羅系原油的黏度隨溫度變化進(jìn)行了實(shí)際測定,結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)用油與侏羅系原油的黏度隨溫度變化總體一致,無較大差別。當(dāng)溫度從常溫逐漸升高至40℃,實(shí)驗(yàn)用油黏度已經(jīng)快速下降至11 mPa·s,在80℃狀態(tài)下黏度值為4 mPa·s。對該油樣品的黏度指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,40℃動(dòng)力黏度為11 mPa·s,對應(yīng)運(yùn)動(dòng)黏度11 mm2/s,黏度指數(shù)VI為187,表示實(shí)驗(yàn)用油黏度在40~80℃條件下黏度已經(jīng)較小,受溫度的影響不大。
具體實(shí)驗(yàn)方法如下:將巖心洗油、烘干、切片、磨平等工序后黏在2塊玻璃之間,制作成砂巖微觀模型,尺寸為2.5 cm×2.5 cm,厚度約0.6 mm。利用抽真空壓力泵對模型進(jìn)行抽真空,飽和水。通過氣源注氣將中間容器中實(shí)驗(yàn)用油注入引槽中,壓力由小到大逐步增加,當(dāng)?shù)谝坏斡陀勺笠圻M(jìn)入模型時(shí),記錄注入壓力,此壓力便是飽和油的啟動(dòng)壓力。結(jié)果顯示,真實(shí)砂巖模型的飽和油啟動(dòng)壓力在30~100 kPa之間,平均值為65 kPa。至每個(gè)模型出口端只出油不出水為止,飽和油過程結(jié)束,觀察其滲流特征并統(tǒng)計(jì)模型的原始含油飽和度(圖3)。
圖3 實(shí)驗(yàn)裝置流程Fig.3 Flow diagram of experimental apparatus
實(shí)驗(yàn)過程顯示,儲層樣品的非均質(zhì)性控制致密油聚集過程。當(dāng)油流經(jīng)連通較好的大孔隙和微裂縫時(shí),便很快在此形成通道,連續(xù)相的油繞過小孔隙,使連通較好的滲流通道逐漸形成并穩(wěn)定,而周邊較小孔喉中的水殘留下來,形成一定的殘余水,即在模型中油的分布是不均勻的(圖4)。隨著驅(qū)替壓力逐漸增大,油驅(qū)水通道不斷增多,油從大孔隙逐漸進(jìn)入小孔隙,由單一的滲流通道逐漸形成網(wǎng)狀或連片狀,使其中的水不斷被排出。但在部分孔隙盲端或角隅、顆粒邊緣夾縫和礦物破裂解理縫中的水,由于毛細(xì)管力和巖石表面物理性質(zhì)(潤濕性、界面張力)的作用,仍被殘留下來形成殘余水。由此看出,實(shí)驗(yàn)過程中非均質(zhì)性導(dǎo)致儲層中的部分可動(dòng)水并沒有被排出。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,4個(gè)砂巖模型的飽和油啟動(dòng)壓力在30~100 kPa之間,平均值為65 kPa。最終含油飽和度采用稱重法進(jìn)行計(jì)算,實(shí)驗(yàn)最終含油飽和度在40% ~52%之間,平均值45%。針對測試后樣品的流體飽和度測定,嘗試采用核磁實(shí)驗(yàn)測試方法進(jìn)行測試。核磁共振設(shè)備為MesoMR23-060H-I,共振頻率23 MHz左右,探頭線圈直徑為60 mm,實(shí)驗(yàn)溫度控制在31.99~32.00℃。測試參數(shù)為SF=23 MHz,O1=15 6115.1 Hz,P1=17 μs,TD=42 362,P2=34 μs,DL1=0.11 ms,SW=333.333 kHz,NECH1=500,RFD=0.002 ms,TW=1 000 ms,RG1=20 db,DRG`=3,NS=256,PRG=3。
實(shí)驗(yàn)過程如下:首先對注油后樣品進(jìn)行測試,分別將4個(gè)砂巖薄片放入設(shè)備特定容器(無核磁信號)中進(jìn)行測試;之后將4個(gè)砂巖薄片置于50%濃度的MnCl2溶液中進(jìn)行飽和,MnCl2溶液可以有效抑制孔隙中水的信號,因此在核磁中可以測定出含油飽和度。由于實(shí)驗(yàn)樣品薄片很薄(幾百微米),薄片兩側(cè)玻璃對信號干擾很大,因此取薄片進(jìn)行信號測試以便對上述兩側(cè)測試信號進(jìn)行玻璃信號去除。最后取1%的孔隙度標(biāo)樣(CuSO4溶液和重水配制,10 mL),放入設(shè)備中進(jìn)行測試,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。
對比各樣品信號量(表2)可知,原樣≈空白<飽錳樣<<1%孔隙度標(biāo)樣,由此可知由于樣品中核磁信號太小,我們所檢測到的信號量基本完全來源于噪音。所以核磁實(shí)驗(yàn)顯示充注實(shí)驗(yàn)后樣品中的油水信息難以采用核磁實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試分析。
對視域范圍內(nèi)沒有被排除的可動(dòng)水進(jìn)行流體面統(tǒng)計(jì)顯示,1,3,5,6號樣品分別占 40%,15%,25%,20%,則可計(jì)算出被驅(qū)替的可動(dòng)水飽和度為12.53%,14.16%,23.79%,14.14%。而最終含油飽和度為40% ~52%,很明顯高于被驅(qū)替的可動(dòng)水飽和度,因此致密油在充注過程中通過連通較好的孔喉形成穩(wěn)定滲流通道時(shí),儲層中一部分束縛水被驅(qū)替掉,使得最終含油飽和度高于被驅(qū)替的動(dòng)水飽和度。通過計(jì)算,1~6號樣品驅(qū)替掉的束縛水飽和度在20.21% ~37.86%之間,具體數(shù)據(jù)見表3。
對注油實(shí)驗(yàn)后的1~6樣品進(jìn)行了油接觸角測定,油采用實(shí)驗(yàn)用油,測定實(shí)驗(yàn)條件設(shè)為70℃和80℃。結(jié)果顯示70℃條件下接觸角在30°~50°之間;在80℃條件下,接觸角更低,介于30°~40°,這說明洗油后儲層呈現(xiàn)良好的油黏附潤濕。
圖4 實(shí)驗(yàn)?zāi)P惋柡陀腿曈蛱卣鳒\紅色部分為油Fig.4 Full view features of experimental model(light red indicates for oil)
致密砂巖高束縛水含量雖不利于致密油運(yùn)移聚集,但致密油運(yùn)聚過程中通過連通較好的孔喉形成穩(wěn)定滲流通道時(shí),儲層中一部分束縛水被驅(qū)替掉,并改變致密儲層潤濕性(水潤濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐櫇?,使得最終含油飽和度高于被驅(qū)替的動(dòng)水飽和度,部分抵消了高束縛水飽和度對致密油含油性的抑制作用,利于致密油運(yùn)聚(圖5)。
表2 充注實(shí)驗(yàn)結(jié)束后樣品核磁信號量Table 2 Magnetic resonance signals of tight oil samples after charging
表3 實(shí)驗(yàn)?zāi)P土黧w飽和度統(tǒng)計(jì)Table 3 Fluid saturations of experimental models
(1)川中侏羅系致密油儲層樣品核磁實(shí)驗(yàn)顯示束縛水飽和度很高,平均值73.5%,不利于致密油運(yùn)移聚集。致密油微觀充注物理模擬實(shí)驗(yàn)顯示,最終含油飽和度在40% ~52%之間,平均值45%,束縛水飽和度與最終含油飽和度之和高于100%,同時(shí)最終含油飽和度高于被驅(qū)替的可動(dòng)水飽和度。
(2)潤濕性測定實(shí)驗(yàn)顯示,充注前儲層樣品水接觸角介于15°~25°,充注后樣品油接觸角測定顯示,80℃條件下接觸角介于30°~40°,表明致密油在充注過程中通過連通較好的孔喉形成穩(wěn)定滲流通道時(shí),儲層中一部分束縛水被驅(qū)替掉,并改變致密儲層潤濕性(水潤濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐櫇?,使得最終含油飽和度高于被驅(qū)替的動(dòng)水飽和度,利于致密油運(yùn)聚。
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(編輯 黃 娟)