王夢雨， 楊勝來*， 曹庾杰， 王君如， 于家義， 劉文銳

(1.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室，石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

裂縫型火山巖油藏開發(fā)初期利用天然能量及裂縫系統(tǒng)的高滲透能力，能獲得較高的油井日產(chǎn)量。彈性開發(fā)后，常規(guī)注水方法注入水沿裂縫串流，基質(zhì)由于滲透率低，無法實現(xiàn)水驅(qū)油，導(dǎo)致油藏采收率低。為進一步提高油藏采收率，需要探索試驗新的生產(chǎn)方式。裂縫型火山巖油藏注水吞吐采油是一種可行的選擇，但致密油藏注水吞吐采油的可行性、注水吞吐采油機理及參數(shù)優(yōu)化需要開展研究。

裂縫型油藏注水吞吐期間，注入水與巖石孔隙內(nèi)的原油進行置換實現(xiàn)滲吸采油。關(guān)于滲吸機理前人已有大量研究，表明低滲油藏中毛管力是滲吸采油的動力[1-3]，儲層潤濕性一定時，毛管力與孔隙半徑成反比，孔隙半徑越小，毛管力越大，滲吸效果越明顯[4-7]。但以往滲吸機理多采用低滲透率或致密砂巖進行研究[8-14]，針對火山巖縫洞型油藏的巖心滲吸實驗研究很少，缺乏火山巖縫洞型油藏注水吞吐的研究。

為此，針對位于三塘湖盆地馬朗凹陷中部的牛東火山巖油藏，開展室內(nèi)滲吸實驗。首先利用電子計算機斷層掃描(CT)與掃描電鏡(SEM)等手段對火山巖油藏巖心孔隙結(jié)構(gòu)及礦物特征進行描述，通過常溫常壓滲吸實驗研究火山巖滲吸機理，分析滲吸作用在火山巖縫洞油藏采油過程中的貢獻，同時利用核磁共振技術(shù)(NMR)監(jiān)測火山巖油藏巖心的滲吸作用，深入分析致密油火山巖巖心滲吸微觀采油機制。

1 實驗介紹

1.1 實驗樣品

三塘湖盆地馬朗凹陷中部的牛東火山巖油藏地理位置如圖1所示。

圖1 牛東火山巖油藏地理位置

本實驗用巖心、原油和地層水均取自目標(biāo)區(qū)塊(牛東)致密儲集層。巖心樣品為致密火山巖巖心，選取9塊火山巖巖心進行實驗，為模擬火山巖油藏縫洞型的性質(zhì)，研究裂縫對火山巖油藏驅(qū)油的影響，對三塊巖心壓縫處理，裂縫為貫穿縫的定義為裂縫型巖心，如圖2所示，巖心用金屬線固定；沒有裂縫的巖心定為孔隙型巖心，測量裂縫型巖心在不同壓力條件下的水測滲透率與裂縫寬度。巖心各參數(shù)數(shù)據(jù)見表1。

圖2 造縫巖心示意圖

實驗用水為牛東火山巖地層水，礦化度為3 654 mg/L，為CaCl2水型。實驗用油為牛東火山巖原油，黏度為5 mPa·s(45 ℃)，與地層水的界面張力為26.24 mN/m，密度為0.823 6 g/cm3。

1.2 實驗方案

1.2.1 常溫常壓滲吸實驗

(1)目標(biāo)區(qū)塊柱塞巖心洗凈、烘干，測量孔滲。

(2)巖心抽真空，飽和地層水，并計算水測滲透率。

(3)巖心飽和原油，計算含油飽和度，放入45 ℃恒溫箱中老化15 d。

注：水測滲透率為 20 mPa下測得。

(4)老化后的巖心豎直放入浮力法靜態(tài)滲吸測量裝置中，圖3為實驗裝置圖，向燒杯中緩慢加入地層水至刻度線，之后分別隔4、6、12、24、24和24 h測量巖心質(zhì)量，利用質(zhì)量法計算滲吸采出程度和滲吸速率，圖4為常溫常壓滲吸實驗示意圖。

1.2.2 核磁共振滲吸實驗

核磁共振T2譜檢測原理是通過對飽和水后的樣品采集得到的回波衰減信號，使用聯(lián)合迭代重建技術(shù)(SIRT)反演算法進行數(shù)學(xué)反演計算得到樣品的T2譜圖。T2弛豫時間反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境，與氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)，而氫質(zhì)子的束縛程度又與樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。在多孔介質(zhì)中，孔徑越大，存在于孔中的水弛豫時間越長；孔徑越小，存在于孔中的水受到的束縛程度越大，弛豫時間越短，即峰的位置與孔徑大小有關(guān)，峰的面積大小與對應(yīng)孔徑的多少有關(guān)。實驗儀器為MesoMR23-60H-I中尺寸核磁共振分析儀,如圖5所示。

該實驗與常溫常壓滲吸實驗步驟一致，只是將地層水換成重水以屏蔽氫信號，進行常溫常壓滲吸，并在滲吸過程中分別隔1、4、6、12、24和24 h共測6次核磁T2譜圖。并選一塊巖心在滲吸過程中成像三次，直觀觀測滲吸變化過程。

圖3 常溫常壓滲吸實驗測量裝置簡圖

圖4 常溫常壓滲吸實驗

圖5 核磁共振分析儀

圖6 巖心掃描電鏡與CT掃描的孔隙結(jié)構(gòu)圖

圖7 核磁T2譜弛豫時間與孔徑分布的轉(zhuǎn)換

2 火山巖巖心孔隙結(jié)構(gòu)分布

利用掃描電鏡及CT掃描手段獲得了火山巖油藏巖心孔隙結(jié)構(gòu)圖像，牛東區(qū)塊火山巖儲層風(fēng)化淋濾作用強，黏土礦物含量高，平均黏土礦物含量14.7%，根據(jù)掃描電鏡結(jié)果[圖6(a)和圖6(b)]分析，黏土礦物主要為高嶺石(微粒遷移)、蒙脫石(水敏性)等成分，因此具有很強的潛在水敏性[15-19]。CT掃描實驗結(jié)果[圖6(c)和圖6(d)]表明，火山巖儲集空間具有多樣性和復(fù)雜性，孔、洞、縫交織在一起，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形態(tài)各異。發(fā)育程度不同的孔、洞、縫，按不同的方式組合在一起，形成復(fù)雜的空間網(wǎng)絡(luò)，使儲層孔隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性。

3 火山巖油藏基質(zhì)中原油分布

對于牛東區(qū)塊油藏，由于儲層具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，其儲層物性的好壞取決于裂縫的發(fā)育程度，若裂縫溝通了氣孔溶孔，則形成良好的儲集空間和滲流通道。為研究火山巖基質(zhì)滲吸微觀機制：滲吸路徑以及滲吸采油的孔隙分布，利用核磁共振手段測量不同滲吸時間的巖心中油水分布。

對于本核磁共振實驗，通過變換不同的孔隙轉(zhuǎn)化系數(shù)(C)，核磁累計孔徑分布與壓汞法的累計進汞量曲線進行對比[20]，得到最佳的轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.03，進而將核磁T2反演數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為孔徑分布數(shù)據(jù)(圖7)。從孔徑分布圖中可以看出火山巖三塊巖心含油孔徑主要在1 nm～10 μm，滲透率較高的H8號、H9號巖心，含有的原油主要集中在0.1 μm孔徑附近的孔隙當(dāng)中，滲透率極低的H7號巖心中的原油主要分布在0.01 μm孔徑附近的孔隙當(dāng)中。通過核磁檢測到的巖心不同孔徑中的油信號可以發(fā)現(xiàn)，檢測到的可動油下限孔徑為10-3μm。如此低的孔徑很難用常規(guī)注水方法注水驅(qū)替，通過核磁譜圖可以看出，滲吸作用可以置換出一部分基質(zhì)中的原油，具有一定的采油效率，因此注水吞吐采油方法是可行的。

4 常溫常壓滲吸采油機理分析

常溫常壓滲吸結(jié)果見表2，裂縫型巖心滲透率高于孔隙型巖心，常溫常壓條件下滲吸采出程度隨滲透率的增加而增加，裂縫型巖心滲吸采出程度平均比孔隙型巖心高43%，巖心的基質(zhì)平均滲透率數(shù)量級為10-2，屬于致密油藏，依靠天然能量衰竭采油困難，利用注水吞吐，致密油滲吸油水置換可以提高基質(zhì)和孔洞中的原油采收率。

常溫常壓滲吸采出程度隨時間變化曲線(圖8)，每條曲線斜率分別表示各巖心滲吸速率。滲吸結(jié)果表明：所有巖心滲吸速率均是前20 h滲吸快且基本達到滲吸頂點，之后滲吸趨于平穩(wěn)，可將滲吸過程分為兩個階段，前20 h可為初期快速滲吸階段，之后滲吸為緩慢并趨于平衡的緩慢滲吸階段。H1和H2號巖心滲吸曲線斜率明顯低于其他巖心，表明滲吸速率低于剩余巖心，分析認(rèn)為H1和H2巖心的滲透率低于其他巖心，含油飽和度低，因此滲吸速率低。雖然H3～H6四塊巖心開始時滲吸速率均較快且差距不明顯，但1 h后，不同巖心滲吸速率與滲吸采出程度出現(xiàn)差異，含油飽和度較高且滲透率大的巖心繼續(xù)快速滲吸，達到一定值時，滲吸曲線趨于平穩(wěn)。用核磁共振T2譜手段監(jiān)測滲吸實驗的巖心滲透率極低，H7和H8號巖心飽和油量少，滲吸量雖然少，但采出程度可達30%，結(jié)合圖9核磁成像圖分析認(rèn)為滲透率極低的致密巖心滲吸采油主要是表層原油快速滲吸。綜上：裂縫、滲透率和含油飽和度對常溫常壓滲吸速率和采出程度影響很大，裂縫型巖心、較高滲透率巖心和高含油飽和度巖心有利于滲吸采油。

表2 常溫常壓滲吸實驗數(shù)據(jù)表

通過核磁孔徑分布圖(圖7)可以看出，發(fā)生滲吸的孔徑下限為1 nm,為研究各尺度孔隙對滲吸的貢獻大小，按照周德勝等的研究結(jié)果表明巖心在滲流過程中0.1 μm是區(qū)分提供滲吸動力喉道和主要泄油喉道的界限，故將巖心中的孔隙按孔隙半徑分類，孔隙半徑小于0.1 μm的為微孔，孔隙半徑在0.1～1 μm的是過渡孔，孔隙半徑大于1 μm的為大孔，由核磁共振實驗T2譜圖可以得到不同時間原油經(jīng)過滲吸減少的量，對應(yīng)孔徑分布則可以得到以上所分類的三種孔隙分別對應(yīng)的滲吸采出程度與滲吸速率，經(jīng)統(tǒng)計可得(圖10)，微孔中原油的滲吸速率高于過渡孔高于大孔，分析認(rèn)為毛管力是滲吸的主要動力，毛管力與孔徑成反比，孔徑越小，毛管力越大，因此微孔原油滲吸最快，表明滲吸從微孔中先開始，微孔中的油通過毛管力差進入到過渡孔和大孔，原油經(jīng)由大孔進入裂縫之后被采出，該結(jié)果表明了滲吸采油路徑。巖心滲吸成像結(jié)果如圖9所示，綠色較深的部位含油飽和度高，由不同時間滲吸成像圖可以看出在自發(fā)滲吸期間并未出現(xiàn)明顯的端面富集現(xiàn)象，各方向滲吸均勻，垂向與水平方向沒有明顯差異。說明滲吸過程毛管力起主導(dǎo)作用，重力與浮力作用微弱，且由圖像可以看出巖心表層滲吸較快，滲吸程度較高。

圖8 常溫常壓滲吸采出程度隨時間變化

圖9 核磁共振常溫常壓滲吸成像圖

圖10 核磁檢測不同孔隙滲吸速率變化對比

5 結(jié)論

(1)牛東火山巖油藏裂縫和氣孔為主要儲集空間，裂縫溝通孔洞為主要滲流通道；火山巖巖心基質(zhì)致密，毛管力主導(dǎo)的滲吸作用可將基質(zhì)中的油置換出來，滲吸初期(前20 h)為快速滲吸階段，后期為低速階段，啟示現(xiàn)場燜井時間可控制在24 h左右。

(2)將巖心中的孔隙按孔隙半徑分類，孔隙半徑小于0.1 μm的為微孔，孔隙半徑在0.1～1 μm的是過渡孔，孔隙半徑大于1 μm的為大孔，滲吸結(jié)果表明微孔滲吸速率高于過渡孔高于大孔，但由于微孔原油含量少，其滲吸采出程度占比小。表明了滲吸作用動力主要為毛管力，孔隙半徑越小毛管力越大，滲吸作用越強，并且從核磁共振滲吸成像圖可直觀地看出，滲吸從巖心四周表層開始，滲吸期間并未出現(xiàn)明顯的端面富集現(xiàn)象，各方向滲吸均勻，垂向與水平方向沒有明顯差異。說明滲吸過程毛管力起主導(dǎo)作用，重力與浮力作用微弱。

(3)將核磁共振常溫常壓滲吸實驗所得T2譜圖通過壓汞數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為孔徑分布圖，得到滲吸可動油孔徑下限為納米級。

(4)滲吸實驗中裂縫型巖心滲吸效果均強于基質(zhì)型巖心，裂縫型巖心滲吸采出程度平均比孔隙型巖心高43%。

牛東火山巖低角度裂縫發(fā)育，建議牛東火山巖油藏在轉(zhuǎn)換開發(fā)方式時，應(yīng)采取體積壓裂造縫以溝通含油孔洞，并充分發(fā)揮水驅(qū)和滲吸雙重作用，即結(jié)合注水驅(qū)替與注水吞吐兩種手段，最大限度提高火山巖油藏采收率。