王國(guó)壯 (中石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州 450006)

王永鋼 (陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

杜一帆 (中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

李金池 (長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

李航航，王昊 (西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

油藏流體在儲(chǔ)層中的滲流特征取決于儲(chǔ)層多孔介質(zhì)性質(zhì)、流體性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀況以及流體與固體間的相互作用等。前人對(duì)致密砂巖油藏儲(chǔ)層滲流特征、滲流規(guī)律研究較多，但淺層儲(chǔ)層幾乎沒(méi)有涉及[1～4]。該類(lèi)儲(chǔ)層特征表現(xiàn)為埋藏淺、致密、低孔、低滲、低溫、低壓，注水開(kāi)發(fā)面臨諸多問(wèn)題[5～7]：①注水井注水壓力呈上升趨勢(shì)，注水難度逐漸增大；②隨著注水開(kāi)發(fā)的深入，見(jiàn)水油井逐漸增多，含水上升快，水淹、水竄逐漸增強(qiáng)，注水利用率低，注水效果逐漸變差；③注水井注水量逐漸下降，地層能量補(bǔ)充不足，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量呈下降趨勢(shì)。為探索淺層致密砂巖油藏有效注水開(kāi)發(fā)方法，以鄂爾多斯盆地南部A油田長(zhǎng)3油層組油藏為研究對(duì)象(埋藏深度350～570m)，通過(guò)室內(nèi)巖心水驅(qū)油、相對(duì)滲透率試驗(yàn)，探討淺層致密砂巖油藏儲(chǔ)層水驅(qū)油、相對(duì)滲透率曲線(xiàn)特征，旨在完善該類(lèi)油藏注水開(kāi)發(fā)理論。

1 水驅(qū)油特征

為探討淺層致密砂巖油藏儲(chǔ)層水驅(qū)油特征及影響驅(qū)油效率的因素，開(kāi)展了室內(nèi)巖心水驅(qū)油試驗(yàn)。

1.1 水驅(qū)油試驗(yàn)

試驗(yàn)中，選取研究區(qū)目的層直徑為2.5cm規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)巖心。試驗(yàn)步聚如下：

1)試驗(yàn)準(zhǔn)備。鉆取巖心，并將其兩端取齊、取平，采用溶劑(酒精+苯)抽提法進(jìn)行巖心洗油至潔凈度熒光三級(jí)以下，再將巖心置于真空干燥箱中干燥至恒重，稱(chēng)巖心干重，測(cè)量長(zhǎng)度、直徑。

2)滲透率測(cè)定。用氮?dú)鉁y(cè)5組不同壓差、流量下的氣體滲透率，回歸出克氏滲透率。

3)飽和水及孔隙度測(cè)定。巖心抽真空后加壓飽和模擬地層水(總礦化度為32000mg/L)，稱(chēng)濕重，由濕重與干重差、樣品體積，計(jì)算樣品孔隙度。

4)油驅(qū)飽和水巖心至束縛水狀態(tài)。用原油、煤油配制模擬油，黏度為4.56mPa·s(20℃)。模擬油驅(qū)替和模擬地層水的巖心至飽和油束縛水狀態(tài)，計(jì)算樣品原始含油飽和度及束縛水飽和度。

5)水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)。用模擬地層水驅(qū)替飽和油束縛水狀態(tài)的巖心，記錄不同注入倍數(shù)下的出油量、出水量，計(jì)算相應(yīng)的殘余油飽和度、驅(qū)油效率、含水率。

6)每塊樣品水驅(qū)至累計(jì)注入量10PV(出口端含水率接近100%)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。

筆者共挑選了9塊樣品進(jìn)行水驅(qū)油試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 水驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

分析典型樣品試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)圖1、表2)表明，隨著注入倍數(shù)增加，含水率升高，驅(qū)油效率升高。當(dāng)注入倍數(shù)在0.1～1PV時(shí)，隨著注入倍數(shù)的增加，驅(qū)油效率和含水率增加較快，增加幅度也較大。當(dāng)注入倍數(shù)大于1PV時(shí)，再增加注入倍數(shù)，驅(qū)油效率和含水率基本不變。

圖1 A油田長(zhǎng)3油層組注入倍數(shù)與驅(qū)油效率、含水率的關(guān)系

表2 典型樣品注入倍數(shù)與驅(qū)油效率、含水率

孔隙介質(zhì)中的兩相驅(qū)替效果除受孔隙度、滲透率、含油飽和度因素影響外，諸如孔隙結(jié)構(gòu)特征、孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性等也起著重要作用。致密砂巖油藏滲透率低，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道半徑小，孔喉系統(tǒng)中邊界層的存在進(jìn)一步降低了可動(dòng)流體含量。巖心束縛水飽和度越高，原油充注程度越差(含油飽和度越低)，邊界層的存在致使可動(dòng)油飽和度越低，水驅(qū)油效率也越差。

2 相對(duì)滲透率曲線(xiàn)特征

大量試驗(yàn)研究表明，相對(duì)滲透率不是飽和度的唯一函數(shù)，與巖石潤(rùn)濕性、流體飽和順序、巖石孔隙結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)流體、試驗(yàn)溫度以及試驗(yàn)壓差有關(guān)[8～12]。相對(duì)滲透率曲線(xiàn)是各影響因素綜合作用的結(jié)果，宏觀(guān)地反映水驅(qū)油過(guò)程中發(fā)生的一切復(fù)雜物理-化學(xué)過(guò)程，是研究注水開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要基礎(chǔ)資料和評(píng)價(jià)油田開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵性參數(shù)[13～15]。與中、高滲儲(chǔ)層相比，低滲透儲(chǔ)層的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)具有束縛水飽和度高、殘余油飽和度高、油水兩相共滲區(qū)窄、水驅(qū)油效率低、含水率高等特點(diǎn)。

2.1 相對(duì)滲透率試驗(yàn)

試驗(yàn)方法為非穩(wěn)態(tài)法，執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5345-2007《巖石中兩相相對(duì)滲透率測(cè)定方法》。試驗(yàn)步驟為：

1)樣品準(zhǔn)備。鉆取巖心、制樣，巖心洗油、烘干至恒重，稱(chēng)巖心干重，測(cè)量巖心長(zhǎng)度、直徑。

2)測(cè)量樣品孔隙度、滲透率。用氮?dú)鈿鉁y(cè)滲透率；飽和水稱(chēng)重法計(jì)算樣品孔隙度。

3)油驅(qū)飽和水巖心至束縛水狀態(tài)。原油驅(qū)替飽和水巖心，直至不出水，計(jì)量巖心出水量，計(jì)算原始含油飽和度和束縛水飽和度。

4)水驅(qū)油過(guò)程。水驅(qū)飽和油、束縛水巖心，記錄不同時(shí)刻的注入壓力、出油量和出水量，計(jì)算相應(yīng)的含水飽和度與兩相相對(duì)滲透率。水驅(qū)至不再出油，試驗(yàn)結(jié)束。

選取9塊巖心樣品進(jìn)行油水兩相滲透率測(cè)定，典型樣品相對(duì)滲透率曲線(xiàn)如圖2所示。水相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)呈現(xiàn)“上撓-直線(xiàn)型”，初期水相滲透率上升較慢，后期上升較快。水驅(qū)油過(guò)程中，由于喉道較小，毛細(xì)管力作用顯著，水容易沿壁面推進(jìn)或者從較小孔喉滲吸，將原油卡斷，形成分散相。特別是在水驅(qū)后期，含水飽和度較高，油相斷成分散油滴。在賈敏效應(yīng)作用下，這些油滴卡在喉道處無(wú)法移動(dòng)，形成殘余油，造成殘余油飽和度較高。最終水相相對(duì)滲透率上升較慢，水相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)表現(xiàn)為上撓型。巖心滲透率越低，喉道越小，水相相對(duì)滲透率越低。

注：Krw為水相相對(duì)滲透率；Kro為油相相對(duì)滲透率。圖2 A油田長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層相對(duì)滲透率曲線(xiàn)

圖2樣品相對(duì)滲透率曲線(xiàn)可以分為2段：第1段為油水兩相共滲區(qū)，當(dāng)水相飽和度大于束縛水飽和度后，水相呈連續(xù)流狀態(tài)開(kāi)始流動(dòng)，油相相對(duì)滲透率急劇下降，水相相對(duì)滲透率增加緩慢。即水相滲透率的增加不足以彌補(bǔ)油相滲透率的下降，兩相干擾造成巖樣滲流能力整體下降。等滲點(diǎn)后，水相滲流能力大于油相滲流能力。第2段為接近殘余油狀態(tài)，水相飽和度增大至油相停止流動(dòng)，此時(shí)油相失去流動(dòng)能力，成為殘余油，油相相對(duì)滲透率為0，水相相對(duì)滲透率增加。整個(gè)過(guò)程，隨著含水飽和度的增加油相滲流能力急劇下降，水相滲流能力上升緩慢，巖樣整體滲流能力降低。

相對(duì)滲透率曲線(xiàn)特征與核磁共振τ2譜匹配較好(見(jiàn)圖3)。由圖3可知，2塊樣品τ2譜右峰均不明顯，表現(xiàn)為可動(dòng)流體量低，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、可動(dòng)流體孔隙度低的特點(diǎn)。其中，A48-86樣品的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、可動(dòng)流體孔隙度為48.25%和8.71%；A48-102樣品的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、可動(dòng)流體孔隙度為43.64%、7.84%。

圖3 不同離心力離心后的τ2譜圖

2.2 端點(diǎn)相滲特征

先飽和水后油驅(qū)是為制造束縛水飽和狀態(tài)的巖心，以供后續(xù)水驅(qū)油及相滲試驗(yàn)使用。水驅(qū)油試驗(yàn)及相對(duì)滲透率試驗(yàn)均是在飽和油巖心的基礎(chǔ)上開(kāi)展的。

相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的2個(gè)端點(diǎn)飽和度分別為束縛水飽和度(Swi)和殘余油飽和度(Sor)。試驗(yàn)中樣品束縛水飽和度平均為47.11%，殘余油飽和度平均為31.82%。樣品物性與束縛水飽和度、殘余油飽和度相關(guān)性不強(qiáng)?？傮w上，表現(xiàn)為滲透性越好，殘余油飽和度越低。

與相滲曲線(xiàn)的2個(gè)端點(diǎn)飽和度相對(duì)應(yīng)，存在束縛水飽和度下的油相相對(duì)滲透率和殘余油飽和度下的水相相對(duì)滲透率2個(gè)端點(diǎn)相滲值。束縛水飽和度的Kro=Kro(Swi)；殘余油飽和度的Krw=Krw(Sor)。上述2個(gè)數(shù)值越高，說(shuō)明兩相滲流能力越強(qiáng)。

試驗(yàn)表明，Krw(Sor)值越高，水的滲流能力越強(qiáng)，巖石的親油性越弱，巖石的親水特性越強(qiáng)，水驅(qū)油越容易，但驅(qū)油效率未必高。試驗(yàn)表明，研究區(qū)儲(chǔ)層Krw(Sor)偏低，殘余油飽和度較高，故油藏水驅(qū)采油效率偏低。

2.3 等滲點(diǎn)相滲、飽和度特征

研究區(qū)儲(chǔ)層9塊樣品等滲點(diǎn)含水飽和度較高，平均值57.49%。分析等滲點(diǎn)含水飽和度(Sw)的影響因素，殘余油飽和度對(duì)等滲點(diǎn)含水飽和度影響較大。殘余油飽和度越高，等滲點(diǎn)含水飽和度越高。束縛水飽和度對(duì)等滲點(diǎn)含水飽和度影響不大(見(jiàn)圖4)。

因油水兩相流動(dòng)干擾，其相對(duì)滲透率之和幾乎總小于1。等滲點(diǎn)處相對(duì)滲透率值越高，表明毛細(xì)管壓力作用減弱和兩相間干擾減小，兩相滲流能力越強(qiáng)。分析可知，孔隙結(jié)構(gòu)特征是影響兩相流體滲流特征的主要因素。研究區(qū)儲(chǔ)層致密、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔道小且不規(guī)則、水驅(qū)油滲流復(fù)雜，這些因素綜合導(dǎo)致相滲特征差異明顯。

研究區(qū)儲(chǔ)層束縛水飽和度、殘余油飽和度均較高，等滲點(diǎn)處相對(duì)滲透率總體低，儲(chǔ)層Krw(Sor)偏低，毛細(xì)管壓力作用較大和兩相間干擾較強(qiáng)，油水兩相滲流能力較差，表現(xiàn)為水驅(qū)采油效率較低。

3 結(jié)論

1)A油田長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層隨物性變好，水驅(qū)油效率增高。隨注入倍數(shù)增加，驅(qū)油效率有增加的趨勢(shì)，當(dāng)注入倍數(shù)大于1PV，再增加注入倍數(shù)，驅(qū)油效率、含水率增幅不大；隨束縛水飽和度增加，最終驅(qū)油效率降低。

圖4 殘余油飽和度、束縛水飽和度與等滲點(diǎn)含水飽和度關(guān)系

2)長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層等滲點(diǎn)處相對(duì)滲透值低，兩相間干擾大，油、水兩相滲流能力較差。束縛水飽和度、殘余油飽和度均較高，儲(chǔ)層Krw(Sor)偏低，水驅(qū)采油效率較低。