龐振宇，李 艷，王蓓蕾，黃春霞，段 偉，姚振杰

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所，吉林長春 130012)

特低滲儲層驅(qū)油效率影響因素分析

龐振宇1，李 艷2，王蓓蕾1，黃春霞1，段 偉1，姚振杰1

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所，吉林長春 130012)

利用真實砂巖水驅(qū)油試驗、恒速壓汞、鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射等試驗手段，研究分析特低滲儲層的驅(qū)替類型、剩余油賦存狀態(tài)及影響驅(qū)油效率的主控因素。結(jié)果表明：研究區(qū)驅(qū)替類型主要有指狀驅(qū)替型、網(wǎng)狀驅(qū)替型和均勻驅(qū)替型，殘余油類型以油膜殘余油、繞流殘余油為主，少見孔隙邊緣及角隅殘余油和卡斷殘余油。影響驅(qū)油效率的因素主要有微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其非均質(zhì)性、水驅(qū)倍數(shù)、驅(qū)替壓力?？紫督Y(jié)構(gòu)特征參數(shù)中，孔喉半徑比與驅(qū)油效率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，喉道半徑平均值與驅(qū)油效率呈正相關(guān)關(guān)系，其中孔喉半徑比對驅(qū)油效率的影響最為顯著。在一定注水壓力范圍內(nèi)，增大水驅(qū)倍數(shù)與注水壓力，可以改善孔隙連通性，提高驅(qū)油效率。

特低滲儲層；驅(qū)油效率；恒速壓汞；驅(qū)替類型；孔喉半徑比

我國低滲、特低滲透儲層內(nèi)部構(gòu)型復(fù)雜，砂體垂向上多期疊置，非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙和喉道細(xì)小，孔隙喉道類型多樣，微觀孔喉網(wǎng)絡(luò)分布模式錯綜復(fù)雜，孔喉配位數(shù)不均一，孔喉連通程度差，油水滲流阻力大，油水分布關(guān)系復(fù)雜，存在相對高滲區(qū)，驅(qū)油效率低，水驅(qū)效果差[1-5]。本文利用真實砂巖微觀模型水驅(qū)油試驗，描述水驅(qū)油過程中不同水驅(qū)類型及微觀剩余油分布特征，觀察統(tǒng)計分析在不同水驅(qū)倍數(shù)、驅(qū)替壓力下的驅(qū)油效率，并與微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合，分析影響低滲、特低滲儲層驅(qū)油效率的主控因素。

1 真實砂巖水驅(qū)油試驗

1.1 試驗?zāi)Ｐ?/p>

試驗所用砂巖模型樣品尺寸為2.8 cm×2.5 cm，厚度約為0.6 mm，承壓能力為0.2～0.3 MPa，耐溫能力為100℃左右，加壓耐溫能力在80℃左右。試驗用水參照各自研究區(qū)內(nèi)地層水的礦化度，為了便于觀察，配制的地層水中加入甲基藍(lán)；試驗用油同樣參照研究區(qū)的地層油，配制而成后加入油溶紅。甘谷驛唐157井區(qū)長6儲層地層水的礦化度為48956.3 mg/L，地層原油的密度為0.8304 kg/m3，黏度約為6.382 mPa·s。

1.2 試驗設(shè)備

微觀模型試驗系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、顯微鏡觀察系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)4個部分組成。試驗裝置如圖1所示。

(1)抽真空系統(tǒng)。

利用抽真空壓力泵對模型進(jìn)行抽真空，將模型孔隙中的空氣排出，盡量降低試驗過程中由于氣體的原因造成的試驗誤差。

(2)加壓系統(tǒng)。

采用氮?dú)馄考訅海瑪?shù)字壓力儀測壓。

(3)顯微觀察系統(tǒng)。

以尼康體視顯微鏡為主，配有數(shù)碼照相、錄像系統(tǒng)。試驗中可以隨時觀察各種現(xiàn)象并同時照相或錄像，以便對重要的現(xiàn)象進(jìn)行實時觀察記錄。

(4)圖像采集系統(tǒng)。

該體系配有高分辨率的照相機(jī)和攝像頭，可以將視頻信號從攝像頭中采集到計算機(jī)上。

利用真實砂巖微觀水驅(qū)油模型進(jìn)行微觀水驅(qū)油試驗的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以通過顯微鏡和圖像采集系統(tǒng)直接觀察流體在實際油層巖石孔隙空間的滲流特征。

圖1 試驗裝置流程圖Fig.1 The flow chart of experimental facility

1.3 試驗步驟

(1)抽真空飽和水及液測滲透率。

(2)飽和油至束縛水狀態(tài)。飽和油啟動壓力在15.3～80.5 kPa之間，平均值為40.37 kPa；原始含油飽和度在22.41%～66.47%之間，平均值為43.35%。

(3)水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)。水驅(qū)油至模型1倍孔隙體積，錄像、拍照，確定模型的水驅(qū)油入口壓力(啟動壓力)，統(tǒng)計砂巖模型剩余油飽和度，依次類推，水驅(qū)至2倍、3倍孔隙體積，并計算驅(qū)油效率(Ed)。

2 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果顯示，研究區(qū)長6儲層驅(qū)替類型主要有指狀驅(qū)替型、網(wǎng)狀驅(qū)替型和均勻驅(qū)替型，殘余油類型以油膜殘余油、繞流殘余油為主，少見孔隙邊緣及角隅殘余油和卡斷殘余油(圖2)。

根據(jù)公式：驅(qū)油效率=(原始含油飽和度-殘余油飽和度)/原始含油飽和度，得到驅(qū)油效率(Ed)，見表1。結(jié)果顯示，研究區(qū)長6儲層在1PV時驅(qū)油效率相對較低，平均值為19.05%，驅(qū)油壓力相對較高；2PV時驅(qū)油效率平均值為23.77%，較1PV時平均提高4.72%；3PV時驅(qū)油效率平均值為24.45%，較2PV時平均提高0.68%，提升幅度不大。3PV時只是改善了儲層中優(yōu)勢通道的物性，增大了注入水的流速，并沒有實質(zhì)性的提高波及體積，導(dǎo)致驅(qū)油效果未有實質(zhì)性提高。

圖2 研究區(qū)不同的水驅(qū)油類型Fig.2 Different types of water flooding in study areaa.指狀驅(qū)替，唐151井，575.34m,×30;b.網(wǎng)狀驅(qū)替，唐138井，567.1m,×20;c.均勻驅(qū)替，唐135井，575.62m,×30

井號井深/m層位原始含油飽和度(Soi)/%驅(qū)油效率1PV/%2PV/%3PV/%唐151596．00長61342．3023．7729．8130．38唐137545．40長61239．3821．1628．7230．68唐138561．48長62245．7016．1319．6921．26唐115356．23長61251．9829．0831．3832．45唐155660．91長61366．4727．9031．7433．68唐142447．20長61232．4112．1115．0816．48唐151575．22長61244．2124．1826．2527．96唐137589．05長62258．2316．9519．6520．88唐135575．62長61236．3218．7622．6324．73唐138515．34長61255．9714．7317．3718．18唐138567．10長62261．7216．6218．1619．68唐142469．70長62135．7613．1715．7317．09

3 驅(qū)油效率影響因素分析

3.1 物性對驅(qū)油效率的影響

研究區(qū)長6儲層物性較差，驅(qū)油效率整體偏低。在微觀滲流試驗中，滲流阻力大，注入水驅(qū)替困難，滲流路線單調(diào)，滲流通道連通性差，水驅(qū)油效率低[6-9]?？紫抖取B透率與驅(qū)油效率相關(guān)系數(shù)分別為0.1686和0.2545，孔隙度、滲透率與驅(qū)油效率相關(guān)性不高，(圖3)。這是因為特低滲儲層的孔隙和喉道細(xì)小，粗喉道較少，連通性差，有效孔隙和喉道的發(fā)育程度與孔隙度、滲透率之間不具有明顯的相關(guān)性，造成部分樣品滲透率很高，驅(qū)油效率卻很低，而部分滲透率較低的樣品卻具有較高的驅(qū)油效率。

圖3 物性與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系Fig.3 The relationship between physical property and oil displacement efficiency

3.2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)對驅(qū)油效率的影響

不同孔隙結(jié)構(gòu)中的油水具有不同的滲流特征，不同的滲流特征必然導(dǎo)致水驅(qū)油效果的不同。形成微觀殘余油的機(jī)理一般認(rèn)為是“潤濕性捕集”和“毛細(xì)管捕集”，并認(rèn)為后者形成的殘余油數(shù)量大于前者，而孔隙結(jié)構(gòu)特征是控制毛細(xì)管壓力的主要因素，因此微觀孔喉發(fā)育程度及分布模式對水驅(qū)油效率影響顯著[10-15]。

將真實砂巖水驅(qū)油試驗結(jié)果與恒速壓汞試驗結(jié)果相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)殘余油的形成主要與孔喉半徑比和喉道半徑的大小關(guān)系密切。從圖4a中可以看出，孔喉半徑比與驅(qū)油效率呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.8505；隨著孔喉半徑比的增大，驅(qū)油效率不斷降低，當(dāng)孔喉半徑比增大到519.7η時，驅(qū)油效率降低到17.09%?？缀戆霃奖仍酱?，越容易產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，非濕相越容易卡斷，導(dǎo)致驅(qū)油效率降低。

從圖4b中可以看出，喉道半徑平均值與驅(qū)油效率呈明顯正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.6384；隨著喉道半徑平均值的增大，驅(qū)油效率不斷增加，當(dāng)喉道半徑平均值增大到2.651 μm時，驅(qū)油效率增大到33.62%。

研究區(qū)存在自生石英/石英加大、碳酸鹽膠結(jié)以及黏土礦物的充填等現(xiàn)象，導(dǎo)致小顆粒在大顆粒之間的空隙內(nèi)充填，顆粒與顆粒之間的接觸更緊密，顆粒間膠結(jié)作用明顯，從而粒間孔之間喉道半徑變小、連通性較差，間接導(dǎo)致驅(qū)油效率變低。孔喉分選系數(shù)的大小反映儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性的強(qiáng)弱，孔喉分選系數(shù)越大，分選越差，微觀非均質(zhì)性越嚴(yán)重。從圖4c可知，隨著微觀孔喉分選系數(shù)的增大，微觀非均質(zhì)性不斷增強(qiáng)，驅(qū)油效率不斷降低。主要表現(xiàn)為：注入水沿大孔道推進(jìn)，繞過連通性較差或細(xì)小孔隙群，導(dǎo)致這些地方的油滯留下來形成殘余油。如模型唐142井469.7 m，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，導(dǎo)致最終驅(qū)油效率較低(圖5)。

圖4 微觀孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)油效率相關(guān)關(guān)系Fig.4 The relationship between micropore throat structure parameters and oil displacement efficiency

圖5 唐142井469.7 m水驅(qū)油全視域Fig.5 Tang 142 well 469.7 m water flooding visual field

3.3 水驅(qū)倍數(shù)對驅(qū)油效率的影響

研究區(qū)微觀砂巖模型結(jié)構(gòu)致密，驅(qū)替速率緩慢，但隨著水驅(qū)倍數(shù)的增加，最終驅(qū)油效率有所提高。水驅(qū)體積倍數(shù)越大，水驅(qū)油效率越高，但是在達(dá)到一定驅(qū)替倍數(shù)或驅(qū)替時間后，驅(qū)油效率變化不大。本試驗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)1PV、2PV、3PV時統(tǒng)計殘余油，并計算其驅(qū)油效率。試驗結(jié)果表明，提高注水體積倍數(shù)能提高驅(qū)油效率，1PV～2PV驅(qū)替，驅(qū)油效率提高顯著；2PV～3PV驅(qū)替，驅(qū)油效率提高速率變慢；3PV之后，驅(qū)油效率提高幅度變緩。這主要與滲流優(yōu)勢通道相關(guān)，一旦相對高滲的優(yōu)勢通道形成之后，注入水將只沿優(yōu)勢通道推進(jìn)，提高驅(qū)替倍數(shù)只是提高了注入水的流速，無法繼續(xù)擴(kuò)大波及面積，致使驅(qū)油效率基本不變(圖6)。

注入水體積倍數(shù)對提高驅(qū)油效率來說有正反兩方面的影響。

3.3.1 積極方面

(1)沖散巖石顆粒表面的膠結(jié)物，使原來被黏土礦物堵塞的孔道重新打通，提高驅(qū)油效率。

(2)促使孔道變大、增粗，從而使孔隙連通性變好，進(jìn)而可以提高驅(qū)油效率。

3.3.2 消極方面

提高注水倍數(shù)的同時也延長了水驅(qū)時間，長時間沖刷儲層，使得：

圖6 水驅(qū)油體積倍數(shù)與驅(qū)油效率關(guān)系圖Fig.6 The relationship between water displacement volume multiple and oil displacement efficiency

(1)大孔隙更大，滲透率增加，喉道增大且大喉道數(shù)量增加，整體物性變好；但孔喉半徑比增大，優(yōu)勢通道的優(yōu)勢地位得到進(jìn)一步加強(qiáng)，微觀非均質(zhì)性更加突出，驅(qū)油效率降低。

(2)黏土礦物被沖散，一方面堵塞部分孔道，使微觀孔喉半徑變小，遇水膨脹，也會堵塞孔道；另一方面沖散后的黏土礦物大大增加了比表面積，從而降低了可動流體飽和度，對儲層造成傷害，導(dǎo)致驅(qū)油效率降低。

因此，在實際注水開發(fā)過程中應(yīng)確定一個合理的、符合油藏實際的注入水體積倍數(shù)。

3.4 注水壓力對驅(qū)油效率的影響

在一定注水壓力范圍內(nèi)，提高注水壓力可顯著提高驅(qū)油效率。形成這一趨勢的主要原因是：隨著壓力的攀升，注入水不斷克服界面張力和黏滯力造成的阻力，加快了注入水的流速，同時有效克服了細(xì)微喉道產(chǎn)生的毛細(xì)管力，增加了水驅(qū)油的通道，注入水由較大級別孔隙進(jìn)入下一級細(xì)小孔隙，提高了驅(qū)油效率；隨著注水壓力的上升，地層中的壓力得到了一定程度的恢復(fù)，導(dǎo)致微觀孔喉結(jié)構(gòu)中的油膜厚度變薄，降低了儲層的束縛水飽和度，提高了可動流體飽和度，驅(qū)油效率也相應(yīng)增大。但是注水壓力提高到一定程度后，相對高滲透的優(yōu)勢滲流通道基本成型，再加大壓力，僅僅是提高了注入水沿優(yōu)勢通道的流速，并未進(jìn)一步擴(kuò)大波及面積，因此對驅(qū)油效率影響程度較小。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)驅(qū)替類型主要有指狀驅(qū)替型、網(wǎng)狀驅(qū)替型和均勻驅(qū)替型，殘余油類型以油膜殘余油、繞流殘余油為主，少見孔隙邊緣及角隅殘余油和卡斷殘余油。

(2)影響驅(qū)油效率的因素主要有物性、微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其非均質(zhì)性、水驅(qū)倍數(shù)、驅(qū)替壓力等?？紫督Y(jié)構(gòu)特征參數(shù)中，孔喉半徑比對驅(qū)油效率的影響最為顯著。

(3)在一定注入壓力范圍內(nèi)，增大水驅(qū)倍數(shù)與注水壓力，可以改善孔隙連通性，提高驅(qū)油效率。然而，長時間沖刷儲層：①會導(dǎo)致優(yōu)勢通道的優(yōu)勢地位得到進(jìn)一步加強(qiáng)，微觀非均質(zhì)性更加突出，驅(qū)油效率降低。②使黏土礦物被沖散，一方面堵塞部分孔道，使微觀孔喉半徑變小，遇水膨脹，也會堵塞孔道；另一方面沖散后的黏土礦物大大增加了比表面積，從而降低了可動流體飽和度，對儲層造成傷害，導(dǎo)致驅(qū)油效率降低。

[1] 楊正明,張英芝,郝明強(qiáng),等.低滲透油田儲層綜合評價方法[J].石油學(xué)報,2006,27(2):64-67.

[2] 葸克來,操應(yīng)長,王艷忠,等.低滲透儲集層成巖作用與孔滲演化——以準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)侏羅系三工河組為例[J].石油勘探與開發(fā),2015,42(4):1-10.

[3] 楊峰,寧正福,胡昌蓬,等.儲頁巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].石油學(xué)報,2013,34(2):301-311.

[4] 龐振宇,孫衛(wèi).李進(jìn)步,等.低滲透致密氣藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流特征研究:以蘇里格氣田蘇48和蘇120區(qū)塊儲層為例[J].地質(zhì)科技情報,2013,32(4):133-138.

[5] 杜金虎,劉合,馬德勝,等.試論中國陸相致密油有效開發(fā)技術(shù)[J].石油勘探與開發(fā),2014,41(2):198-205.

[6] 趙繼勇,樊建明,何永宏,等.超低滲-致密油藏水平井開發(fā)注采參數(shù)優(yōu)化實踐——以鄂爾多斯盆地長慶油田為例[J].石油勘探與開發(fā),2015,42(1):68-75.

[7] 龐振宇,孫衛(wèi).趙春龍,等.低滲透致密氣藏成巖作用及對儲層物性的影響——以蘇里格氣田蘇48區(qū)塊盒8段儲層為例[J].蘭州大學(xué)學(xué)報,2012,48(5):29-35.

[8] 楊華,付金華.超低滲透油藏勘探理論與技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:66-69.

[9] 劉中春,岳湘安,王正波.低滲透油藏巖石物性對滲流的影響分析[J].油氣地質(zhì)與采收率,2005,11(6):39-41.

[10] MARYAM A M, STEVEN L B. Connectivity of Pore Space as a Control on Two-Phase Flow Properties of Tight-Gas Sandstones[J]. Transport in Porous Media, 2012,94(2):537-554.

[11] 時宇,楊正明,黃延章.低滲透儲層非線性滲流模型研究[J].石油學(xué)報,2009,30(5):731-733.

[12] 李順明,宋新民,蔣有偉,等.高尚堡油田砂質(zhì)辮狀河儲集層構(gòu)型與剩余油分布[J].石油勘探與開發(fā),2011,38(4):474-482.

[13] 王元基.改善水驅(qū)提高采收率技術(shù)文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2011:9-25.

[14] GHARBI O, BLUNT M J. The impact of wettability and connectivity on relative permeability in carbonates: A pore network modeling analysis [J]. Water Resources Research, 2012,48(12):67-72.

[15] 呂偉峰,冷振鵬,張祖波,等.應(yīng)用CT掃描技術(shù)研究低滲透巖心水驅(qū)油機(jī)理[J].油氣地質(zhì)與采收率,2013,20(2):87-90.

AnalysisofInfluenceFactorsofOilDisplacementEfficiencyinUltra-lowPermeabilityReservoir

Pang Zhenyu1, Li Yan2, Wang Beilei1, Huang Chunxia1,Duan Wei1, Yao Zhenjie1

(1.ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China;2.InstituteofBureauofNonferrousMetalGeologicalProspectingofJilinProvince,Changchun,Jilin130012,China)

The flooding type, residual oil occurrence and main factor of controlling reservoir oil displacement efficiency in ultra-low permeability reservoir have been analyzed by using water-flooding experiments with the real sandstone micro-model, constant-rate mercury injection technology, casting thin-sections, scanning electron micrograph observations, X-ray diffractions and so on. The results showed that flooding types include finger flooding, reticular flooding and homogeneous flooding in study area. Residual oil distribution are mainly residual oil film and residual oil flow around (by-pass oil), pore edge and corner residual oil and card off residual oil are few. Microscopic pore structure, displacement pressure and multiple of displacement volume are primary factors that affecting the effects of reservoir oil displacement. There is a negative correlation between pore throat radius ratio and oil displacement efficiency. There is a positive correlation between the average throat radius and oil displacement efficiency. The pore throat radius ratio is the primary factor that affecting the effects of reservoir oil displacement in pore characteristic parameters. In certain pressure range, oil displacement efficiency can be increased effectively by increasing displacement volume and displacement pressure．

ultra-low permeability reservoir; oil displacement efficiency; constant-rate mercury injection technology; flooding type； pore throat radius ratio

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程“陜北致密砂巖油藏CO2驅(qū)提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究及先導(dǎo)試驗”(2014KTZB03-02)、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃政府間專項“碳捕集、封存、利用的示范及新一代技術(shù)研發(fā)”(2016YFE0102500)、國家科技支撐計劃課題“CO2埋存與提高采收率技術(shù)”(2012BAC26B03)聯(lián)合資助。

龐振宇(1984—)，男，吉林省吉林市人，博士，工程師，現(xiàn)主要從事油氣藏精細(xì)描述及開發(fā)地質(zhì)研究工作。郵箱：pangzhenyu0624@163.com.

王蓓蕾(1983—)，女，陜西渭南人，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事CO2驅(qū)提高采收率方向的研究工作。郵箱：leilei8020207@163.com.

TE327

:A