王舸，韓立，劉昱瑭，楊沾宏

（中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安710201）

低滲-特低滲儲層微觀水驅(qū)油特征及其影響因素

王舸，韓立，劉昱瑭，楊沾宏

（中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安710201）

通過鄂爾多斯盆地延長組低滲-特低滲透砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，總結(jié)微觀水驅(qū)油特征，探討微觀水驅(qū)油驅(qū)油效率的影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，低滲-特低滲透砂巖儲層水驅(qū)油過程中，水驅(qū)油特征主要表現(xiàn)為：驅(qū)油方式主要以非活塞式驅(qū)替為主；殘余油主要以繞流殘余油為主；非均質(zhì)性越強(qiáng)，驅(qū)油效率越低；原油黏度越低，驅(qū)油效率越高；驅(qū)替速度不同，驅(qū)油效率不同；通道類型不同，去提效率不同；影響因素包括：物性；孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；水驅(qū)倍數(shù)；驅(qū)替壓力和開采方式。低滲-特低滲透砂巖儲層水驅(qū)開發(fā)中影響開發(fā)效果的因素較多，但是主控因素是微觀孔隙結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)性。因此對于低滲-特低滲透砂巖儲層水驅(qū)開發(fā)，應(yīng)選擇合理的工藝參數(shù)和具有針對性的改善水驅(qū)開發(fā)效果措施，才能保證較好的開發(fā)效果。

鄂爾多斯盆地；低滲-特低滲儲層；微觀模型；水驅(qū)油特征；影響因素；驅(qū)油效率

低滲-特低滲透砂巖儲層具有巨大的開發(fā)潛力，同時亦具有較大的開發(fā)難度，成為國內(nèi)外油氣田地質(zhì)與開發(fā)專家們研究的焦點(diǎn)。低滲-特低滲透砂巖儲層具有喉道細(xì)小、溶蝕孔隙及微孔隙較多、裂縫及微裂縫較發(fā)育、束縛流體飽和度高、微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征。目前對于水驅(qū)油影響因素的研究較分散且參數(shù)較少，對于水驅(qū)油的主要特征研究不多，這些特征和影響因素的研究對提高及改善低滲-特低滲透油田的注水開發(fā)效果具有一定的借鑒意義［1-3］。本文通過鄂爾多斯盆地低滲-特低滲透砂巖儲層真微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，探討該類油藏微觀水驅(qū)油特征和影響驅(qū)油效率的主要因素。

1　實(shí)驗(yàn)條件及方法

1.1實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)用油：根據(jù)研究區(qū)地層原油黏度配制而成的模擬油，地層溫度下，黏度1.6 mPa·s，加入油溶紅。

實(shí)驗(yàn)用水：根據(jù)實(shí)際地層水和注入水離子組成配制而成的模擬水，加入次甲基藍(lán)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停簩⒅鶢顜r心洗油、烘干、切片、磨片、黏結(jié)等工序處理，最大承壓能力為0.2 MPa。模型的長度和寬度為18 mm～25 mm，厚度0.5 mm左右。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

（1）模型烘干去除剩余可動水和束縛水；

（2）將烘干后的模型抽真空后飽和地層水，模擬成藏前地層原始狀況；

（3）飽和地層水后的模型接入驅(qū)替流程，測試水相滲透率；

（4）飽和油造束縛水，模擬油氣成藏過程，觀察油水分布規(guī)律；

（5）飽和油后的模型進(jìn)行注入水驅(qū)，模擬油田注水開發(fā)過程。記錄實(shí)驗(yàn)過程中不同參數(shù)下的驅(qū)油效率，驅(qū)替流程（見圖1）。

圖1　微觀水驅(qū)油流程示意圖

表1　不同微觀模型物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

本次實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M油藏的宏觀非均質(zhì)性、平面非均質(zhì)性，將不同沉積微相帶，不同層位，同一沉積微相帶不同位置，同一小層不同韻律部位的砂巖進(jìn)行組合對比，模擬油田注水開發(fā)過程存在的問題，有針對性的開展油田注水開發(fā)的水驅(qū)特征及其影響因素。

本次研究系統(tǒng)地完成了鄂爾多斯盆地延長組10個砂巖樣品的微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，參數(shù)（見表1）。

2　微觀水驅(qū)油特征

2.1水驅(qū)油方式以非活塞式驅(qū)替為主

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中水驅(qū)油驅(qū)替方式主要有活塞式和非活塞式2種。由于儲層中巖石潤濕性的非均質(zhì)性、孔隙結(jié)構(gòu)和巖石比表面積的不規(guī)則性，使得驅(qū)替過程主要以非活塞式驅(qū)替為主（見圖2）。

圖2　不同的水驅(qū)油類型

2.2殘余油以繞流殘余油為主

殘余油的分布幾乎完全受孔隙結(jié)構(gòu)控制。殘余油分為卡斷、繞流、角隅和油膜4類。本實(shí)驗(yàn)對剩余油類型和數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（見圖3、圖4），由于非均質(zhì)性使得注入水沿高滲透條帶突進(jìn)、竄流，而油膜剩余油較多的模型驅(qū)替比較均勻，驅(qū)油效率也較高。

圖3　剩余油類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖4　殘余油類型

2.3非均質(zhì)性越強(qiáng)，驅(qū)油效率越低

本次研究中個別樣品非均質(zhì)性較強(qiáng)［4-6］，通過鏡下觀察非均質(zhì)性相對較強(qiáng)的樣品，流體在孔隙空間內(nèi)部滲流通道單一，波及面積有限。水驅(qū)油后殘余油以繞流殘余油為主，驅(qū)油效率低。另外，通過壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)部分樣品分選系數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系發(fā)現(xiàn)儲層孔喉分選系數(shù)、變異系數(shù)與驅(qū)油效率總體呈負(fù)相關(guān)，即分選系數(shù)、變異系數(shù)越大，驅(qū)油效率越低，反之，則越高（見圖5）。這也表明儲層非均質(zhì)性也是制約驅(qū)油效率的一個較為重要的因素。

圖5　變異系數(shù)/分選系數(shù)與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

2.4原油黏度越低，驅(qū)油效率越高

流度比是影響驅(qū)油效率的參數(shù)之一，通過模擬不同黏度的原油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以看出（見圖6），隨著流度比的增加，驅(qū)油效率呈下降趨勢。對驅(qū)油效率的影響分為三個階段：緩慢下降階段（流度比＜10）、快速下降階段（流度比在10～30）和穩(wěn)定階段（流度比＞30）（見圖7）。分析認(rèn)為：當(dāng)油水流度比＜10時，水驅(qū)過程比較均勻，注入水可以進(jìn)入較小孔隙，同時油水界面張力、表面張力較低，洗油能力較強(qiáng)，故驅(qū)油效率較高且下降緩慢；當(dāng)油水流度比介于10～30時，油水流度比超過了臨界值，使得水驅(qū)前緣容易沿連通好的大孔隙道向前突進(jìn)，注入水只進(jìn)入較大孔隙，油水界面張力和表面張力升高，洗油能力變?nèi)?，?qū)油效率迅速下降；當(dāng)油水流度比大于30時，較高的流度比使得油水界面張力、表面張力最差，洗油能力最弱，注入水只沿已形成的水相連續(xù)通道向前流動，優(yōu)勢通道已形成，水驅(qū)前緣之后仍留有大量原油，超過這一流度比后，驅(qū)油效率基本穩(wěn)定。

圖6　不同流度比與驅(qū)油效率關(guān)系圖

圖7　不同流度比下的驅(qū)油效率全視域圖

2.5驅(qū)替速度不同，驅(qū)油效率不同

圖8　驅(qū)替速度與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

2.6通道類型不同，驅(qū)替效率不同

不同通道類型是影響水驅(qū)滲流特征的參數(shù)之一，將模型通道類型及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行匯總，由表2可知模型通道類型主要為粒間孔-溶孔、微孔-溶孔-粒間孔兩大類，通過比較不同通道類型樣品驅(qū)油效率，發(fā)現(xiàn)粒間孔-溶孔驅(qū)油效率明顯高于微孔-溶孔-粒間孔，這主要是由于粒間孔-溶孔樣品孔隙結(jié)構(gòu)相對比較均勻，啟動壓力雖然高，但均質(zhì)性較好，當(dāng)驅(qū)替壓力超過啟動壓力后，注入水在巖心中均勻推進(jìn)，因此驅(qū)油效率較高。

表2　通道類型與驅(qū)替類型統(tǒng)計(jì)表

3　影響驅(qū)油效率因素

3.1儲層物性對驅(qū)油效率的影響

微觀砂巖模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明［7-14］，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，模型的孔隙度與驅(qū)油效率相關(guān)性不高（見圖9），但與滲透率相關(guān)性較好（見圖10）。對于低滲-特低滲儲層，由于微觀孔道整體較小，相對粗孔道較少，連通性主要取決于吼道，也是滲透率的主要表征參數(shù)，因此與滲透率相關(guān)性較好，這也造成水驅(qū)油路線相對比較單調(diào)，最終導(dǎo)致驅(qū)油效率低。

圖9　孔隙度與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

圖10　滲透率與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

3.2孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對驅(qū)油效率的影響

孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性取決于喉道，驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)取決于喉道的貢獻(xiàn)率（見圖11）。從圖11中可以看出隨著平均喉道半徑的增大，驅(qū)油效率也相應(yīng)增加，喉道越細(xì)，毛管力作用越強(qiáng)，驅(qū)油效率相對較低，對于細(xì)喉道，驅(qū)油作用克服了毛管力作用，可動流體飽和度增加，驅(qū)油效率提高。對于研究區(qū)儲層而言，驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)主要來源于微細(xì)喉道和細(xì)喉道。

在微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中可以明顯的觀察到孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對驅(qū)油效率的影響。孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性越強(qiáng)，驅(qū)油效率就越低。這主要是因?yàn)?，注入水沿高滲透條帶突進(jìn)，把連通不好的低滲區(qū)域的大面積油滯留下來形成繞流殘余油。孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性造成的影響，是導(dǎo)致微觀模型水驅(qū)油效率較低的主要原因之一，因此在油藏注水開發(fā)中后期，需要改善注水井吸水剖面，提高水驅(qū)波及體積。如模型王檢29-061井1 272.07 m（見圖12），由于模型內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性強(qiáng)，在水驅(qū)油過程中，存在大量未波及區(qū)域，最終導(dǎo)致驅(qū)油效率較低。

圖11　平均喉道半徑與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

圖12　王檢29-061井1 272.07 m水驅(qū)油全視域

3.3微觀孔隙結(jié)構(gòu)對驅(qū)油效率的影響

“有一天，患者走進(jìn)診室，不用刷手機(jī)，只靠‘刷臉’便可完成預(yù)約、就診和支付，甚至可以先診療后付費(fèi)，才是最好的醫(yī)療方式。”王立明向記者展望，當(dāng)下，利用不斷進(jìn)步的技術(shù)，完善一體化的院內(nèi)診療格局，實(shí)現(xiàn)院際更為緊密的協(xié)作，滿足患者的就醫(yī)新需求，是眾望，也是醫(yī)院不斷發(fā)展的根基所在。

微觀孔隙結(jié)構(gòu)中孔喉的大小及其分布規(guī)律對驅(qū)油效率起著至關(guān)重要的作用?？紫督Y(jié)構(gòu)不同，油水滲流規(guī)律不同，必然導(dǎo)致不同的驅(qū)油效率［15-19］。

3.3.1孔喉半徑特征對驅(qū)油效率的影響孔喉的半徑特征主要通過喉道半徑和孔喉比來反映。喉道半徑、孔喉體積比與驅(qū)油效率關(guān)系曲線（見圖13、圖14）。從圖中可以看出，隨著喉道半徑的增加驅(qū)油效率增加，這主要是由于喉道半徑增大，毛管力變小，注入水驅(qū)替效率增大，驅(qū)油效率增加；隨著孔喉體積比的增大，驅(qū)油效率下降，這主要是由于在注水初期，壓力較小，注入水不能進(jìn)入微小孔喉中，導(dǎo)致驅(qū)油效率降低。

圖13　喉道半徑與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

圖14　孔喉比與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

3.3.2孔喉連通性對驅(qū)油效率的影響孔喉連通性主要表現(xiàn)在孔喉的儲集能力和滲流能力上。通過研究區(qū)壓汞參數(shù)的分析，其中最大進(jìn)汞飽和度和結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)能夠反映孔喉的連通性（見圖15、圖16）。

3.4水驅(qū)倍數(shù)對驅(qū)油效率的影響

本實(shí)驗(yàn)是在壓力保持不變的前提下提高注入水體積倍數(shù)，分別在水驅(qū)1 PV、2 PV、3 PV時統(tǒng)計(jì)殘余油，并計(jì)算其驅(qū)油效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提高注水體積倍數(shù)能提高驅(qū)油效率，1 PV～2 PV驅(qū)替，驅(qū)油效率提高顯著；2 PV～3 PV驅(qū)替驅(qū)油效率提高速度變慢，3 PV之后，驅(qū)油效率基本不變，這主要與水流優(yōu)勢通道相關(guān)，一旦優(yōu)勢通道形成之后，注入水將只沿優(yōu)勢通道推進(jìn)，注入水無效循環(huán)，驅(qū)油效率基本不變（見圖17、圖18）。

圖15　最大進(jìn)汞飽和度與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

圖16　結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系

圖17　水驅(qū)油體積倍數(shù)與驅(qū)油效率關(guān)系圖

3.5不同驅(qū)替壓力對驅(qū)油效率的影響

本次研究進(jìn)行了提高注水壓力實(shí)驗(yàn)，即在某一注水壓力下水驅(qū)樣品不出油時，進(jìn)一步提高注水壓力。鏡下觀察表明，提高注水壓力后，樣品油水分布出現(xiàn)兩個方面的變化：一方面孔隙中油膜厚度減薄，甚至被剝離；另一方面先前由于繞流形成的部分殘余油重新被啟動、驅(qū)替，繞流殘余減少，即提高注入壓力，水能夠進(jìn)入先前難以進(jìn)入的區(qū)域（見圖19、圖20）。但是注水壓力提高到一定程度后即壓力超過50%后，滲流通道基本固定，再加大壓力，對驅(qū)油效率影響較小，為注水配注量的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖18　不同類型模型滲流特征全視域圖

圖19　不同驅(qū)替壓力與驅(qū)油效率關(guān)系圖

圖20　王檢16-155 1 040.98 m不同驅(qū)替壓力全視域圖

表3　多層合采統(tǒng)計(jì)表

3.6多層合采對驅(qū)油效率的影響

通過兩個不同物性的模型并聯(lián)模擬多層合采生產(chǎn)過程（見表3），實(shí)驗(yàn)過程中，由于王檢16-151井1 171.4 m模型飽和油過程中，物性和孔隙結(jié)構(gòu)相對較差，啟動壓力達(dá)到108.3 kPa，造成原始含油飽和度較低且不均勻，而1 158.04 m模型啟動壓力58.0 kPa，水驅(qū)過程中，由于油水流度比的差異，水驅(qū)油開始過程壓力上升，隨著驅(qū)替過程的進(jìn)行，注入水會沿著壓力較低的部位和方向推進(jìn)，滲流通道形成后，水流通道和方向?qū)⒑茈y改變，1 171.4 m的啟動壓力較高，注入水很難進(jìn)入低滲層（見圖21），未被采出或采出程度較低。驅(qū)替過程結(jié)束后，對高滲層模型進(jìn)行鏡下分析（見圖22），相比低滲層，高滲層雖然被注入水波及，但是由于注入水與原油之間的界面張力較高，高滲層仍有大量剩余油存在，且剩余油飽和度比低滲層高。因此，對于長期注水開發(fā)，多層合采的區(qū)塊，首先挖潛的部位是高滲層，其次在滲透率相對較低的層位，挖潛的方式高滲層采取降低油水界面張力、改善巖石潤濕性、改善油水流度比，低滲層采取調(diào)整吸水剖面、降低毛管壓力、改善長期水流通道和方向，提高多層合采的效率。

圖21　多層合采模型滲流特征全視域圖

圖22　王檢16-151井1 158.04 m水驅(qū)后油水分布三維效果圖

4　結(jié)論

（1）微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑庇^的展示水驅(qū)油過程、油水滲流特征和分布規(guī)律，為后續(xù)挖潛措施的選擇和改善水驅(qū)效果的評價提供直觀依據(jù)；

（2）微觀水驅(qū)油特征主要體現(xiàn)在水驅(qū)方式主要以非活塞式驅(qū)替為主；殘余油主要以繞流殘余油為主；非均質(zhì)性越強(qiáng)，驅(qū)油效率越低；原油黏度越低，驅(qū)油效率越高；驅(qū)替速度不同，驅(qū)油效率不同；通道類型不同，驅(qū)替效率不同；

（3）驅(qū)油效率影響因素較多，主要體現(xiàn)在儲層物性、非均質(zhì)性、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、水驅(qū)倍數(shù)、驅(qū)替壓力以及開采工藝，其中物性和非均質(zhì)性是影響驅(qū)油效率的主控因素；

（4）通過驅(qū)油實(shí)驗(yàn)分析，儲層物性好的區(qū)域應(yīng)為開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，對滲透率低的區(qū)域?qū)嵤毫迅脑煲蕴岣邼B透率；注水開發(fā)過程中應(yīng)保持地層壓力，保證水驅(qū)能量充足；還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)及時對儲層進(jìn)行改造，避免因儲層非均質(zhì)性而造成水竄等現(xiàn)象的發(fā)生，提高水驅(qū)波及面積，提高油藏水驅(qū)采收率。

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Characteristics and influence factors for oil displacement efficiency by the micro-model water flooding experiment in low permeability-ultra low permeability reservoir

WANG Ge，HAN Li，LIU Yutang，YANG Zhanhong
（Oil Production Plant 6 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710201，China）

By the sandstone micro-model water flooding experiment of low permeability-ultra low permeability sandstone reservoir in the Ordos basin.Summarizing the characteristics of microscopic water flooding，to investigate the factors affecting water displacing oil displacement efficiency in this paper.It's discovered that the low permeability-ultra low permeability sandstone reservoir water flooding process.Water flooding main characteristics，flooding in major non-piston displacement based.Residual oil to flow around the main residual oilbased，stronger heterogeneity，the lower the oil displacement efficiency.Viscosity of crude oil by the end of the higher oil displacement efficiency，displacement velocity different，different oil displacement efficiency.Channel types，different to mention efficiency.Influence factors include，physical properties，pore structure heterogeneity，microscopic pore structure，water flooding multiples，displacement pressure and mining methods.So for low permeability-ultra lowpermeability sandstone reservoir water flooding should choose reasonable parameters and targeted measures to improve water flooding effect，in order to ensure better development results.

Ordos basin；low permeability-ultra low permeability reservoir；micro-model；characteristics of microscopic water flooding；influence factors；oil displacement efficiency

TE122.23

A

1673-5285（2016）09-0103-10

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.026

2016－07-12

王舸，男（1988-），助理工程師，主要從事提高采收率的研究和管理工作，郵箱：794007080@qq.com。