董長友(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452)

大港油田不同孔隙結(jié)構(gòu)的油水相對滲透率
曲線研究

董長友(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452)

根據(jù)大港油田現(xiàn)狀，模擬各油層的具體條件，匯出相應(yīng)的油水相對滲透率曲線。并匯總了大港油田上第三系明化鎮(zhèn)和館陶組油層及下第三系沙河街組油層，油水相對滲透率曲線的形態(tài)和特征，對其影響因素從潤濕性、粘度比、儲滲參數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)四個方面進行研究。結(jié)果表明，大港油田各油層油水相對滲透率曲線差異較大，同一油田范圍內(nèi)的同一油層不同巖心實驗所測出的曲線也存在著較大差異。束縛水飽和度高，平均為36.2%，X形曲線向右擺。油水兩相共滲飽和度變化范圍為0.417-0.483，水驅(qū)油效率為64.2%-70.4%。隨油藏埋深，物性差，導(dǎo)致油水兩相共滲區(qū)變小，水驅(qū)油效率明顯降低，水的相對滲透率曲線上升平緩。各油層潤濕性屬于弱親水性油藏；在同一飽和度下，油的相對滲透率隨著粘度比的增加而增加。隨著含水飽和度的增加，粘度比對油的相對滲透率影響作用變小，不同粘度比的曲線逐漸靠攏。水的相對滲透率曲線基本不受粘度比的影響；儲滲參數(shù)與束縛水飽和度之間存在著良好的直線關(guān)系；此外，隨著αW值的增大，油水相對滲透率也增高，水驅(qū)油效率提高，注水開發(fā)效果好。

相對滲透率；曲線；孔隙結(jié)構(gòu)；粘度比；潤濕性；儲滲參數(shù)；束縛水飽和度

Abstract:We acquired the relative permeability cures according the specific conditions and Current situation of Dagang oilfield,and summarized the morphology and characteristics of oil water relative permeability curve on oil reservoir at Minghuazhen formation and Guantao formation in Neogene and Shahejie formation in Paleogene.We have studied on four aspects:wettability,viscosity ratio,reservoir permeability and pore structure.The results show that the oil water relative permeability curve of each oil layer is quite different,and there is a big difference in the curve measured by different cores experiment in the same oil layer.The irreducible water saturation is high,the average is 36.1%,and the X curve shifts to the right.The range of oil water two-phase saturation is 0.415-0.487,and the water flooding efficiency is 64.1%-70.21%.With the buried depthof reservoir,the physical property becomes poor,the oil-water two-phase infiltration area becomes smaller,the water drive oil efficiency is obviously decreased,and the relative permeability curve of waterslowly increases .The wettability of each oil layer is weakly hydrophilic.At the same saturation,the relative permeability of oil increases with the increase of viscosity ratio. With the increase of water saturation,the effect of viscosity ratio on the relative permeability of oil becomes smaller,and the curves of different viscosity ratio gradually move closer,and the relative permeability curve of water is not affected by the viscosity ratio. There is a good linear relationship between reservoir permeability and irreducible water saturation.With the increase of δW value,the relative permeability of oil and water is also increased,the ef fi ciency of water drive oil is improved,and the effect of water injection is good.

Key words:relative permeability; curve; pore structure; viscosity ratio; wettability; permeability parameter; irreducible water saturation

油田相對滲透率與油水飽和度的關(guān)系曲線，反映了油層內(nèi)油水兩相滲流的基本特征。它是油田開發(fā)設(shè)計，動態(tài)預(yù)測和數(shù)值模擬計算中的一項基礎(chǔ)資料[1-2],它在油藏工程中具有廣泛的應(yīng)用。油水相對滲透率曲線是各種影響水驅(qū)油機理諸因素的綜合參數(shù)。它不僅是飽和度的函數(shù)，而且還與油層潤濕性，油水粘度比，以及巖石孔隙結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。根據(jù)大港油田的實際情況，模擬各油層的具體條件，繪制出相應(yīng)的曲線。通過實驗及資料分析大港油田上第三系明化鎮(zhèn)和館陶組油層及下第三系沙河街組油層，油水相對滲透率曲線的形態(tài)和特征，對其影響因素從潤濕性、粘度比、儲滲參數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)四個方面進行研究。

1 油水相對滲透率曲線研究

采用非穩(wěn)定流水驅(qū)油方法,控制注水壓力保持恒定，在天然巖心地層模型上進行注水采油實驗，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，做出相應(yīng)的油水相對滲透率曲線。實驗數(shù)據(jù)見表1。為了對比分析不同層位油水相對滲透率曲線的形態(tài)，選取束縛水飽和度基本接近，代表四個油層組的四支典型模型的實驗結(jié)果，繪制圖1。由曲線圖可知，大港油田各油層的油水相對滲透率曲線差異較大，特別是非潤濕相——油的相對滲透率差異很大，即是同一油田范圍內(nèi)同一油層不同巖心實驗所測出的曲線也存在著較大的差異。

表1 油水相對滲透率數(shù)據(jù) Table 1 date of oil-water relative permeability

1.1 油水相對滲透率曲線形態(tài)和特征

大港油田上第三系油層屬于氧化環(huán)境下的河流相沉積，屬于二次運移后形成的次生油藏，這類油藏的基本特征決定了原始含油飽和度低，束縛水含量高。下第三系油層雖屬原生油藏，但由于埋藏深、物性差，導(dǎo)致束縛水含量也偏高。以油基泥漿取心井資料為例，對比大港油田港205井和大慶油田杏133井、勝利的孤島油田渤108井、116井，選取絕對滲透率為1um2所對應(yīng)的束縛水含量的數(shù)據(jù)進行對比，其束縛水飽和度大港為36.2%，孤島為32.2%，大慶為18.4%，可見同一滲透性巖心，束縛水含量大港比孤島高4.0%，比大慶高出17.5%。從數(shù)據(jù)表1可知，大港油田各油層束縛水飽和度數(shù)值為29%-42%，一般均值大于31%，由于束縛水飽和度高，X形曲線起點及整條曲線向右擺。

1.2 水驅(qū)油效率特點

束縛水含量高，這些束縛水或滯留于微細孔隙中，或呈薄膜狀態(tài)粘附于顆粒表面。由于油相占據(jù)大孔道或分布于孔道中間部位，而有利于流動被水驅(qū)動、開采出來，最終水驅(qū)油效率高。國外許多研究資料指出，在微觀孔隙中，“潤濕性滯留作用”和“毛細管捕集作用”是影響水驅(qū)油效率的主要因素[3-8]。大港油田油層潤濕性呈弱親水性，這種被滯留的油一般呈油珠狀分布于孔道中間部位。而親油性油層，這部分殘余油被吸附在巖石表面，形成薄厚不一的油膜。兩者比較，前者殘余油小，水驅(qū)油效率高。由于“毛細管捕集作用”，在水驅(qū)油實驗條件下，殘余油總是被捕集在微細孔隙中，較大孔隙中的油被驅(qū)替、開采出來。因此，水驅(qū)油效率高。油水兩相共滲飽和度變化范圍為0.417-0.483，最終水驅(qū)油效率為64.2%-70.4%。大港油田由于油層埋藏深，物性差，導(dǎo)致油水兩相共滲區(qū)變小，水驅(qū)油效率也明顯降低。馬西深層油水共滲區(qū)和最終水驅(qū)油效率，比板橋同層位油層降低了9.2%和12.7%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，水的相對滲透率曲線上升平緩，在最大含水飽和度(完全水淹)時，水的相對滲透率小于31%，這一特征是由巖石親水性所決定的。單就潤濕性而言，親水性油藏含水上升平緩，耗水量小，相同注水倍數(shù)下的采出程度高，開發(fā)效果好。

2 影響因素探討

2.1 油層潤濕性的影響

油層潤濕性直接控制著油水微觀分布規(guī)律，它對相對滲透率曲線有明顯的影響[9-11]。大港油田所測巖樣測試結(jié)果表明，盡管不同油田不同油層親水程度存在差異，綜合分析，各油層潤濕性屬于弱親水性油藏。為了進一步分析潤濕性對曲線的影響，引用大慶薩北地區(qū)、薩爾圖親油性油層和巖樣經(jīng)400℃烘燒成強親水巖樣所測定的曲線進行對比，見圖2。親油性巖心束縛水飽和度一般少于孔隙體積16%，親水性巖心束縛水飽和度一般大于孔隙體積31%。由于曲線的起點不同，其排列順序，隨著親油性減弱和親水性增強，其曲線從左向右依次排列。此外，水的相對滲透率曲線形態(tài)大不相同，親油性巖心水的相對滲透率曲線上升較陡，高含水階段曲線上翹，而親水性巖心水相曲線上升平緩。說明潤濕性決定著曲線排列順序和特征。

2.2 油水粘度比的影響

大港油田隨埋藏深度的增加，原油粘度逐漸變小。在測定油水相對滲透率曲線時應(yīng)考慮油水粘度比的影響。以羊三木油田為例，選取館陶組油層巖心，控制相同實驗條件，取油水粘度比分別為125和70模擬管Ⅱ上、下兩個油組進行對比實驗，測定曲線如圖3。這組曲線說明，在同一含水飽和度條件下，油的相對滲透率隨著粘度比增加而增加；隨著含水飽和度的增加，粘度比對油的相對滲透率影響作用變小，不同粘度比的曲線逐漸靠攏；水的相對滲透率曲線基本不受粘度比的影響。這一實驗結(jié)果與國外的有關(guān)實驗結(jié)論一致[12-13]。

油水粘度比對水驅(qū)油效率的影響還表現(xiàn)在分流曲線上。隨著原油粘度的增大，分流曲線向左上方移動，這說明，在任何含水比情況下，原油粘度的增大，必然導(dǎo)致驅(qū)油效率的降低，若要獲得某一特定的驅(qū)油效率，就需要大幅度地增加注水量。

2.3 儲滲參數(shù)(ΦlogKg)的影響

油水滲流特征與巖石本身的物性參數(shù)密切相關(guān)。巖石儲滲參數(shù)，它控制著含水飽和度，也影響著相對滲透率[14-15]。由實驗說明，親水性巖心，束縛水飽和度對測定的曲線特征有決定性的影響。儲滲參數(shù)與束縛水飽和度之間存在很好的直線關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9。王徐莊巖樣儲滲參數(shù)為1.02，高尚堡巖樣儲滲參數(shù)為0.508。這兩塊巖樣潤濕性和油水粘度比相同，儲滲參數(shù)差別較大，王徐莊的儲滲參數(shù)是高尚堡的1.7倍。比較這兩組曲線，有明顯不同，其變化規(guī)律是隨著巖樣儲滲參數(shù)的增大，油水相對滲透率都有顯著的增加。它也是影響曲線形態(tài)和特征的重要因素。

2.4.1 孔隙大小與分布的影響

館陶組油層巖樣測定的曲線如圖4。比較兩組曲線說明，兩相共滲區(qū)不同，孔隙大、粗歪度、分選好的巖樣為0.37-0.84，孔隙少的巖樣為0.34-0.71；小孔隙巖樣殘余油飽和度比大孔隙巖樣高出13%；大孔隙巖樣的相對滲透率比小孔隙巖樣高。由表2數(shù)據(jù)也說明導(dǎo)致曲線差異的主要原因是由于孔隙大小與分布的差異[16-20]。

2.4.2 均質(zhì)系數(shù)與退出效率乘積的影響

經(jīng)研究及查閱大量資料有關(guān)孔隙結(jié)構(gòu)與水驅(qū)油效率關(guān)系發(fā)現(xiàn)，均質(zhì)系數(shù)、退出效率與水驅(qū)油效率之間存在著較好的關(guān)系[21-26]。以明化鎮(zhèn)組油層巖樣所測定的曲線為例，探討αW參數(shù)對曲線的影響，見圖5。為了對比，圖5經(jīng)過了標準化處理。對比這三組曲線可以看出αW與曲線的關(guān)系是隨著αW值的增大，油水相對滲透率都隨之增高。這是由于αW值愈大，巖樣孔喉分布愈均勻，水驅(qū)油效率提高，注水開發(fā)效果越好。

表2 孔隙大小與分布數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

1)大港油田各油層油水相對滲透率曲線差異較大，特別是非潤濕相——油的相對滲透率差異更大，同一油田范圍內(nèi)同一油層不同巖心實驗所測出的曲線也存在著較大差異。這是由于次生油藏，決定了原始含油飽和度低，束縛水含量高，其值為29%-42%，均值大于31%，造成X形曲線起點及整條曲線向右擺。油水兩相共滲飽和度范圍為0.417-0.483，最終水驅(qū)油效率為64.2%-704%。水的相對滲透率曲線上升平緩，在最大含水飽和度(完全水淹)時，水的相對滲透率小于31%，這是由巖石親水性決定的。

2)經(jīng)模擬實驗曲線對比，證明親油性巖心束縛水飽和度一般小于孔隙體積16%，而親水性巖心束縛水飽和度一般大于孔隙體積31%。其曲線的排列順序隨親油性減弱和親水性增加，從左向右依次排列。親油性巖心水的相對滲透率曲線上升較陡，親水性巖心水相曲線上升平緩。油藏潤濕性決定著曲線的排列順序，并屬于弱親水性油藏。

3)在同一含水飽和度下，油的相對滲透率隨著粘度比增加而增加；隨著含水飽和度的增加，粘度比對油的相對滲透率影響作用變少，不同粘度比的曲線逐漸靠攏；水的相對滲透率曲線基本不受粘度比的影響。

4)儲滲參數(shù)與束縛水飽和度之間存在著很好的直線關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9。它控制著含水飽和度，從而影響著相對滲透率。隨著巖樣儲滲參數(shù)的增大，油水相對滲透率有顯著增加。它是影響曲線形態(tài)和特征的重要因素。

5)不管是宏觀物性參數(shù)還是微觀的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，都是影響相對滲透率曲線的諸因素。大孔隙巖樣相對滲透率比小孔隙巖樣高，小孔隙巖樣殘余油飽和度比大孔隙巖樣高13%。曲線差異主要是由于孔隙大小與分布的差異。此外，隨αW值的增大，油水相對滲透率隨之增高，巖樣孔喉分布愈均勻，水驅(qū)油效率提高，注水開發(fā)效果越好。

[1]方少仙，侯方浩.石油天然氣儲層地質(zhì)學(xué)[M].北京:石油大學(xué)出版社，1998.

[2]吳勝和，熊琦華.油氣儲層地質(zhì)學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[3]Ibrahim,M.N.and Koederitz,L.F.:“Two-Phase Relative Permeability Prediction Using a Linear Regression Model,”SPE 65631,Presented at Spe Eastern Regional Meeting,Morgantown,West Virginia,Oct.17-19,2000.

[4]Honarpour,M.,Koederitz,L.F.,and Harvey,A. H.:Relative Permeability of Petroleum Reservior,CRC Press,Inc,Boca Raton(1986)

[5]Corey,A.T.:“The Interrelation Between Gas and Oil Relative Permeability,”Producers Monthly(1954)

[6]Embid,S.M.:“Modelling Capillary Presure and Relative Permeability for Systems with Heterogeneous Wettability,”ph.D.Dissertation,The University of Texas at Austin(1997)

[7]Alpak,F.O.Lake,L.W.and Embid,S.M.:“Validation of a Modified Carman-Kozeny Equation to Model Twophase Relative Permeability,”SPE 56479,Presented at the Annual Technical Conference and Exhibition,Texas,Oct,3-6,1999

[8]Brooks,R.H.and Corey,A.T.:“Properties of Porous Media Affecting Fluid Flow,”Journal of Irrigation and Drainage Division,(June 1966)61.

[9]熊敏，王勤田.盤河斷塊區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)與驅(qū)油效率[J].石油與天然氣地質(zhì)，2003,24(1)：42-44.

[10]蔡忠.儲集層孔隙結(jié)構(gòu)與驅(qū)油效率關(guān)系研究[J].石油勘探與開發(fā)，2000,27(6):45-46,49.

[11]張創(chuàng)，孫衛(wèi)，解偉.蘇北盆地沙埝油田阜三段儲層微觀特征及其與驅(qū)油效率的關(guān)系[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2011,25(1):70-77.

[12]Behrenbruch,P.:“Waterfloor Residual Oil Saturation-The Buffalo Field,Timor Sea,”SPE 64282,presented at The Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exihibition,Brisbane,Australia,Oct,16-18,2000.

[13]Salathiel,R.A.:“Oil Recovery by Surface Film Drainage in Mixed Wettability Rocks,”JPT,(Oct.1973)1216.

[14]連承波，鐘建華，楊玉芳等.松遼盆地龍西地區(qū)泉四段低孔低滲砂巖儲層物性及微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究[J].地質(zhì)科學(xué)，2010,45(4):1170-1179.

[15]王瑞飛,沈平平,宋子齊等.特低滲透砂巖油藏儲層微觀孔喉特征[J].石油學(xué)報，2009,30(4):560-563,569.

[16]何建華，丁文龍，付景龍，等.頁巖微觀孔隙成因類型研究[J].巖性油氣藏，2014,26(5)：30-35.

[17]郝樂偉,王琪,唐俊.儲層巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究方法與理論綜述[J].巖性油氣藏2013,25(5)：123-128.

[18]李繼紅，陳清華.孤島油田儲層微觀結(jié)構(gòu)特征及其影響因素[J].西北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001,31(3):241-244,276.

[19]唐洪明，趙敬松，陳忠等.蒸汽驅(qū)對儲層孔隙結(jié)構(gòu)和礦物組成的影響[J].西南石油大學(xué)學(xué)報.2000,22(2):11-14.

[20]浦秀剛,吳永平,周建生等.低滲油氣儲層孔喉的分形結(jié)構(gòu)與物性評價新參數(shù)[J].天然氣工業(yè)，2005,25(12)：37-39

[21]高輝,孫衛(wèi),高靜樂等.特低滲透砂巖儲層微觀孔喉與可動流體變化特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2011,30(2)：89-93.

[22]唐海發(fā),彭仕宓,趙彥超.大牛地氣田盒2+3段致密砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其分類評價[J].礦物巖石，2006,26(3)：107-113.

[23]張憲國,張濤,林承焰.基于孔隙分形特征的低滲透儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價[J].巖性油氣藏,2013,25(6):40-45.

[24]楊巍,陳國俊,胡士駿等.川南一黔北地區(qū)下古生界頁巖孔隙發(fā)育特征[J].巖性油氣藏,2015,27(4):47-52.

[25]徐勇,呂成福,陳國俊等.川東南龍馬溪組頁巖孔隙分形特征[J].巖性油氣藏,2015,27(4):32-39.

[26]何文祥，楊樂，馬超亞等.特低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對滲流行為的影響——以鄂爾多斯盆地長6儲層為例[J].天然氣地球科學(xué)，2011,22(3)：477-481,517.

Research on oil water relative permeability of different pore structure rock in Dagang oilfield

Dong Chang-you
(CNOOC Energy Development Limited By Share Ltd Engineering Branch,Tianjin Tanggu 300452)

董長友(1962-)，男，工程師，從事油氣田勘探開發(fā)實驗研究工作。