陳強(qiáng)，孫衛(wèi)，張相春，霍磊，曹雷

（1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

油氣地質(zhì)

低滲透儲(chǔ)層微觀滲流特征及影響因素分析—以鄂爾多斯盆地華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層為例

陳強(qiáng)1，2，孫衛(wèi)1，2，張相春1，2，霍磊1，2，曹雷1，2

（1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

為研究鄂爾多斯盆地華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀滲流機(jī)理及驅(qū)油效率影響因素，此次研究采用真實(shí)砂巖模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡、恒速壓汞及核磁共振等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料分析，結(jié)果表明：長(zhǎng)6儲(chǔ)層驅(qū)油效率整體較低，滲流特征有均勻驅(qū)替、網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替、指-網(wǎng)狀驅(qū)替和指狀驅(qū)替4種類型，驅(qū)油效率依次降低，研究區(qū)以網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替為主；儲(chǔ)層物性、可動(dòng)流體飽和度是表征驅(qū)油效率的主要參數(shù)；物性接近時(shí)，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性決定驅(qū)油效率高低；一定范圍內(nèi)，提高注入水倍數(shù)可以有效提高驅(qū)油效率；驅(qū)油效率隨驅(qū)替速度增加而增加，驅(qū)替速度大于0.012 mL/min時(shí)，驅(qū)油效率基本穩(wěn)定。

滲流特征；驅(qū)油效率；物性；孔隙結(jié)構(gòu)；可動(dòng)流體飽和度；驅(qū)替倍數(shù)；驅(qū)替速度；華慶油田

目前我國(guó)專家學(xué)者對(duì)低滲、特低滲儲(chǔ)層地質(zhì)特征等理論研究水平和勘探開發(fā)技術(shù)都已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但對(duì)于該類儲(chǔ)層的微觀水驅(qū)油特征、驅(qū)油機(jī)理及影響因素的研究不多[1，3]。真實(shí)砂巖微觀模型實(shí)驗(yàn)在表征油氣藏微觀滲流機(jī)理方面具有直觀性、實(shí)用性、科學(xué)性的優(yōu)點(diǎn)。因此，本次研究通過(guò)室內(nèi)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲流狀況、剩余油分布及驅(qū)油效率影響因素，為該區(qū)制定合理的開發(fā)方案及提高采收率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層是長(zhǎng)慶低滲油氣勘探與開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)和代表層位。其位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶中西部偏南處。該區(qū)延長(zhǎng)期處于湖盆中心，主要沉積相類型為湖泊三角洲前緣，沉積條件較為復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)[3，5-9]，屬于典型的陸相特低滲透性砂巖儲(chǔ)層[2-5]，具體表現(xiàn)為孔隙喉道細(xì)小，滲透性差，流體滲流速度緩慢，注水開發(fā)產(chǎn)量低等特點(diǎn)[1，4]。長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性主要以巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，砂巖分選中等-好；膠結(jié)類型主要以薄膜-孔隙膠結(jié)和孔隙膠結(jié)為主，膠結(jié)物以綠泥石、伊利石、碳酸鹽為主，現(xiàn)今成巖期次為中成巖階段A期；孔隙類型以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔為主[3，5]；物性研究表明：儲(chǔ)層孔隙度主要分布范圍為5.22%～13.43%，平均為8.76%，滲透率分布范圍為0.03×10-3μm2～0.63×10-3μm2，平均為0.22× 10-3μm2。壓汞分析表明：喉道半徑平均值為0.42 μm，喉道分選系數(shù)平均值為2.58，中值半徑為0.007 μm～0.289 μm，排驅(qū)壓力為0.45 MPa～7.39 MPa；潤(rùn)濕性指數(shù)在-0.23～0.04，主要表現(xiàn)為弱親油-中性-弱親水。

2 真實(shí)砂巖模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法及流程

2.1.1 實(shí)驗(yàn)巖心選取華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層中的11塊特低滲弱親油巖心，其滲透率為0.03×10-3μm2～0.63× 10-3μm2，孔隙度為5.22%～13.43%。

2.1.2 真實(shí)砂巖微觀模型本次研究共制作11塊真實(shí)砂巖模型，模型所用巖心均為研究區(qū)天然巖心，在保持實(shí)驗(yàn)巖心的各類性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的條件下，經(jīng)洗油、烘干、切片、磨平等工藝處理后，粘貼在兩塊玻璃之間制作而成。模型長(zhǎng)、寬、厚一般為2.5 cm× 2.5 cm×0.05 cm，其承載壓力為0.35 MPa，最高實(shí)驗(yàn)溫度為70℃左右。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)流體實(shí)驗(yàn)用油為原油與煤油配制而成，黏度1.45 Pa·s，加入油溶紅染色呈紅色；實(shí)驗(yàn)用水為原地層水，礦化度為16 000 mg/L，加入甲基藍(lán)染色呈藍(lán)色。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)采用西北大學(xué)地質(zhì)系滲流實(shí)驗(yàn)室真實(shí)砂巖微觀模型流體驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)主要流程為：烘干模型-測(cè)物性、模型抽真空、飽和水-液測(cè)滲透率、飽和油、水驅(qū)油[6，10，11]。實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行。

利用顯微鏡等可視化技術(shù)，準(zhǔn)確記錄上述各實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)及圖像，并進(jìn)行最終數(shù)據(jù)處理。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層最終期驅(qū)油效率較低（平均為34.97%）。由于樣品物性及孔隙結(jié)構(gòu)等因素影響，注入水在模型內(nèi)部的滲流類型多以組合式為主[11，12]，單一滲流路徑主要為均勻驅(qū)替、網(wǎng)狀驅(qū)替和指狀驅(qū)替3種類型，且驅(qū)油效率依次降低（見表1、圖版Ⅰa～d）。

表1 真實(shí)砂巖模型微觀水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Tab.1 The testing results of waterflooding experiments with the real sandstone micromodel

均勻驅(qū)替時(shí)（見圖版Ⅰa），多條水路均勻進(jìn)入巖樣內(nèi)部，水驅(qū)前緣幾乎平行推進(jìn)，注入水波及面積較大，也較為均勻。隨著驅(qū)替壓力、驅(qū)替倍數(shù)增加，模型部分區(qū)域會(huì)形成少量網(wǎng)狀或者指狀驅(qū)替。驅(qū)替結(jié)束時(shí)，滲流路徑主要以均勻、均勻-網(wǎng)狀為主。該類模型孔隙發(fā)育、孔喉連通性好，飽和油啟動(dòng)壓力最低，最終期驅(qū)油效率為42%。

網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替時(shí)（見圖版Ⅰb），多條水路呈水網(wǎng)狀交叉進(jìn)入巖樣內(nèi)部，隨著驅(qū)替壓力、驅(qū)替倍數(shù)增加，各條水道相互交織，網(wǎng)狀通道變寬、變密，部分區(qū)域形成均勻驅(qū)替或者少量指狀驅(qū)替。驅(qū)替結(jié)束時(shí)，滲流路徑主要以網(wǎng)狀、網(wǎng)狀-均勻狀為主，指狀繞流區(qū)域較少。該類模型孔隙相對(duì)發(fā)育、孔喉連通性較好，飽和油啟動(dòng)壓力較低，最終期驅(qū)油效率平均值為36.38%。

指狀驅(qū)替時(shí)（見圖版Ⅰd），注入水以相對(duì)單一的水路進(jìn)入巖樣內(nèi)部，水驅(qū)前緣推進(jìn)不均勻，容易形成明顯的突進(jìn)通道，注入水波及面積較小，形成較大面積的繞流滲流區(qū)。隨著驅(qū)替壓力、驅(qū)替倍數(shù)增加，指狀路徑增多、變寬，部分路徑相交匯形成小范圍網(wǎng)狀驅(qū)替。驅(qū)替結(jié)束時(shí)，滲流路徑主要以指狀、指-網(wǎng)狀為主。該類模型孔隙發(fā)育較差、孔喉連通性差，飽和油啟動(dòng)壓力相對(duì)最高，最終期驅(qū)油效率平均值為31.60%。

3 驅(qū)油效率影響因素及分析

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)驅(qū)油效率影響因素較多，包括物性、孔隙結(jié)構(gòu)、油水黏度比、潤(rùn)濕性等[10-20]。本文著重從華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層特征（物性、孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性、可動(dòng)流體飽和度）及實(shí)驗(yàn)條件（驅(qū)替倍數(shù)、驅(qū)替速度）分析水驅(qū)油效率影響因素。

3.1 儲(chǔ)層物性

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性較差，驅(qū)油效率整體較低。模型最終驅(qū)油效率與孔隙度、滲透率均呈正相關(guān)性（見圖1），但滲透率與驅(qū)油效率的相關(guān)性（R2= 0.898 6）高于孔隙度（R2=0.411 3），這也表明儲(chǔ)層物性，特別是受喉道大小和連通性制約的滲透率直接影響樣品的最終驅(qū)油效率。因此，在油藏開發(fā)過(guò)程中應(yīng)對(duì)物性較好的地區(qū)進(jìn)行著重開采，并采取壓裂等措施提高儲(chǔ)層滲透性，從而提高油藏采出程度。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性

研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較強(qiáng)[14，16，20]，為研究孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對(duì)水驅(qū)油滲流特征的影響，本次實(shí)驗(yàn)選取2塊物性接近的模型H26-3和H13-3分別代表兩種不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征（見表2）。從表2孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可以看出，模型H26-3平均喉道半徑較模型H13-3?。豢缀肀?、分選系數(shù)大于模型H13-3。說(shuō)明H26-3模型的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性要強(qiáng)于模型H13-3。

在顯微鏡下可以觀察到，H13-3模型巖石顆粒相對(duì)細(xì)小，顆粒大小較為均勻，孔隙較小，但發(fā)育較大的喉道且連通性好。在水驅(qū)油過(guò)程中，注入水以多條路線沿較大的孔喉網(wǎng)狀交叉進(jìn)入模型內(nèi)部，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，注入水水網(wǎng)不斷擴(kuò)大、交匯。無(wú)水期結(jié)束后加壓繼續(xù)驅(qū)替，注入水還可以進(jìn)入更細(xì)小的孔隙空間，模型最終注入水波及面積大，驅(qū)油效率較高（37.1%），殘余油主要以膜狀殘余油為主（見圖版ⅠA）。

H26-3模型巖石顆粒大小不均，發(fā)育較大孔隙，但喉道粗細(xì)不一，孔喉連通性差。在水驅(qū)油過(guò)程中，注入水沿著連通性較好的孔道指進(jìn)和繞流，在較短時(shí)間內(nèi)形成水流優(yōu)勢(shì)通道。無(wú)水期結(jié)束后繼續(xù)驅(qū)替，水流通道基本保持不變，注入水只是繼續(xù)沖刷大孔道壁上附著的較厚油膜，孔隙連通性不好的孔隙中的大面積油被滯留下來(lái)形成繞流殘余油（見圖版ⅠB），模型最終期驅(qū)油效率較低（32.5%）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，儲(chǔ)層物性不是驅(qū)油效率的決定因素。在物性接近的情況下，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征決定驅(qū)油效率高低，孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性越強(qiáng)，孔喉連通性越差，最終期驅(qū)油效率越低。

圖1 物性與驅(qū)油效率關(guān)系圖Fig.1 Correlation of physical property and displacement efficiency

表2 華慶油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層模型孔隙結(jié)構(gòu)及驅(qū)油效率對(duì)比Tab.2 Comparison of the pore structure and displacement efficiency of Chang 6 reservoir in Huaqing oilfield

3.3 可動(dòng)流體飽和度

可動(dòng)流體飽和度參數(shù)能較好的反映儲(chǔ)層可動(dòng)流體狀況（見圖2），因此在儲(chǔ)層滲流機(jī)理和產(chǎn)能評(píng)價(jià)研究中有廣泛的應(yīng)用[12，17]。從圖2可以看出，本次實(shí)驗(yàn)選取的長(zhǎng)6儲(chǔ)層11塊樣品最終期驅(qū)油效率與可動(dòng)流體飽和度呈較好的正相關(guān)性（R2=0.874 3）；驅(qū)油效率較高的樣品可動(dòng)流體飽和度主要集中在30%～50%。表明可動(dòng)流體飽和度能更直接的表征流體特征與驅(qū)油效率的關(guān)系，可動(dòng)流體飽和度越高，能被驅(qū)替出來(lái)的油量越高。

圖2 可動(dòng)流體飽和度與驅(qū)油效率的關(guān)系Fig.2 The relationship between displacement efficiency and Movable fluid saturation

圖3 驅(qū)替倍數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系Fig.3 The relationship between displacement efficiency and injecting water volume

3.4 驅(qū)替倍數(shù)

實(shí)驗(yàn)中，在保持壓力不變的前提下提高注入水體積倍數(shù)，分別在水驅(qū)1 PV～5 PV時(shí)統(tǒng)計(jì)殘余油，并計(jì)算其驅(qū)油效率。結(jié)果表明（見圖3），提高注入水體積倍數(shù)能提高驅(qū)油效率，并且在1 PV～2 PV時(shí)提高顯著（13%～18.4%），2 PV～3 PV驅(qū)油效率提高速度變慢（2.1%～4.2%），3 PV之后，驅(qū)油效率基本保持不變。這主要是因?yàn)椋? PV～2 PV時(shí)，注入水主要驅(qū)替孔喉較發(fā)育、連通性較好的儲(chǔ)集空間內(nèi)的原油，驅(qū)油效率增幅較大；2 PV～3 PV注入水主要沖刷水流優(yōu)勢(shì)通道周圍孔壁上吸附的油膜及少量繞流形成的殘余油，驅(qū)油效率提高幅度較低；3 PV之后，水流通道相對(duì)穩(wěn)定，注入水無(wú)效循環(huán)，驅(qū)油效率基本不變。

3.5 驅(qū)替速度

驅(qū)替速度也是影響水驅(qū)油微觀驅(qū)替機(jī)理及驅(qū)油效率的因素之一。實(shí)驗(yàn)分別選取均勻驅(qū)替（H22-2）、網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替（H13-3）和指狀驅(qū)替（H29-1）三塊樣品，在壓力一定下，增加驅(qū)替速度，結(jié)果表明（見圖4）。

圖4 驅(qū)替速度與驅(qū)油效率關(guān)系圖Fig.4 Correlation of displacement velocity and displacement efficiency

（1）驅(qū)替速度在0.002 mL/min～0.01 mL/min時(shí)，均勻驅(qū)替、網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替和指狀驅(qū)替均表現(xiàn)為隨著驅(qū)替速度增加，驅(qū)油效率增加，增幅均勻驅(qū)替最大，網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替次之，指狀驅(qū)替最小。

（2）驅(qū)替速度大于0.012 mL/min時(shí)，驅(qū)油效率曲線平緩，驅(qū)替速度對(duì)驅(qū)油效率的影響減弱。均勻驅(qū)替驅(qū)油效率基本穩(wěn)定，網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替和指狀驅(qū)替驅(qū)油效率略有增加，主要是因?yàn)轵?qū)替速度大于0.012 mL/min時(shí)，網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替和指狀驅(qū)替滲流路徑基本穩(wěn)定，但繼續(xù)增加驅(qū)替速度，滲流通道周圍孔道壁上吸附的較厚油膜及少量水未波及的繞流殘余油可以被繼續(xù)剝離、驅(qū)替。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層最終驅(qū)油效率低，水驅(qū)油過(guò)程中滲流路徑包括均勻驅(qū)替、網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替、指-網(wǎng)狀驅(qū)替、指狀驅(qū)替，其驅(qū)油效率依次降低，研究區(qū)以網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替為主。

（2）儲(chǔ)層滲透率直接影響驅(qū)油效率；在物性接近時(shí)，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性特征決定驅(qū)油效率高低；可動(dòng)流體飽和度是表征驅(qū)油效率的重要流體參數(shù)，可動(dòng)流體飽和度、儲(chǔ)層物性均與驅(qū)油效率呈正相關(guān)性。

（3）在一定范圍內(nèi)，提高注入水倍數(shù)可以有效提高驅(qū)油效率；驅(qū)油效率隨驅(qū)替速度增加而增加，驅(qū)替速度大于0.012 mL/min時(shí)，驅(qū)油效率基本穩(wěn)定。

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Micro-flow characteristics and influence factors of oil displacement efficiency in low permeability reservoirs

CHEN Qiang1，2，SUN Wei1，2，ZHANG Xiangchun1，2，HUO Lei1，2，CAO Lei1，2
（1.State Key Laboratory for Continental Dynamics，Xi'an Shanxi 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

In order to obtain the microscopic percolation mechanism and the influence factors of oil displacement efficiency of the Chang 6 reservoir in the Huaqing oilfield of Ordos basin,the study was based on the real sandstone micro-model water flooding experiment,and combined with the experimental date of thin slice,SEM,constant-speed mercury injection and nuclear magnetic resonance.The results show that the microscopic seepage paths of Chang 6 reservoir include uniform displacement,mesh-uniform displacement,finger-mesh displace－ment and finger displacement,and their oil displacement efficiency reduced in turn.The mesh-uniform displacement is the main seepage paths and the final oil displacement efficiency is low of Chang 6 reservoir.Reservoir property and movable fluid saturation are the main parameters to characterize the oil displacement efficiency,and the heterogeneity of reservoir pore structure determines the efficiency of oil displacement when the reservoir property closed.It can effectively improve the oil displacement efficiency by increasing the injecting water volume in a certain range.Oil displacement efficiency increases with the increase of displacement velocity and will be stable when displacement velocity is greater than 0.012 mL/min.

Micro-flow characteristics；displacement efficiency；reservoir property；pore structure；saturation of movable fluid；displacement multiple；displacement velocity；Huaqing oilfield

TE122.23

A

1673-5285（2016）01-0051-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.015

2015－11-23

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”基金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2011ZX05044；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程基金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2011KTZB01-04-01。

陳強(qiáng)，男（1990-），西北大學(xué)在讀碩士研究生，從事油氣地質(zhì)與開發(fā)方面的研究工作，郵箱：gslscq_1102@qq.com。