姚齊銀,金吉能

(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,武漢 434000)

我國油田大部分采用注水開采的方式,對于油層中存在一定量的殘余油,采取注水井轉(zhuǎn)抽出油的方式,以獲得更高的采出量。以往研究中,有學(xué)者在簡易試驗的基礎(chǔ)上,對轉(zhuǎn)抽試驗進行機理分析與數(shù)值模擬,獲得了基本的試驗數(shù)據(jù)[1-3]。段寶江等[4]在研究巖心水驅(qū)過程中得到了不同孔隙中油的動用規(guī)律。張舒琴[5]利用電子計算機斷層(CT)掃描技術(shù)與室內(nèi)驅(qū)替試驗相結(jié)合的方法,研究了不同驅(qū)替階段聚/表復(fù)合驅(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)及微觀剩余油的變化規(guī)律。郭源等[6]對轉(zhuǎn)抽試驗得到的采收率影響因素進行了分析,得出反向驅(qū)替后驅(qū)油效率的提升不僅與滲透率有關(guān),還與巖心的孔喉結(jié)構(gòu)和油水賦存狀態(tài)有關(guān)。目前,關(guān)于轉(zhuǎn)抽試驗規(guī)律總結(jié)及機理分析的研究報道較少,在驅(qū)替試驗過程中,水驅(qū)規(guī)律不明,故難以確定最佳的轉(zhuǎn)抽時間。

本工作采用巖心流動試驗方法,分析了反驅(qū)前后采收率、驅(qū)油效率和最終采收率的變化,計算驅(qū)油量、轉(zhuǎn)折點、擬合曲線等一系列數(shù)據(jù),依據(jù)SYT 5345-2007《巖石中兩相相對滲透率測定方法》,確定合理的轉(zhuǎn)抽時間和條件,并通過CT 掃描技術(shù)及三維重構(gòu)技術(shù)獲取巖心內(nèi)微觀油水的分布狀態(tài),進而總結(jié)機理及規(guī)律,為塔里木油田注水井轉(zhuǎn)抽方案設(shè)計及應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 試驗

1.1 巖心基本數(shù)據(jù)

為確保獲得地層下油水互驅(qū)的真實狀態(tài),巖心流動試驗樣品均取自實際原油及地層。巖心基本數(shù)據(jù)見表1。

表1 巖心基本數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data of core

1.2 試驗方法

1.2.1 正反向水驅(qū)油試驗

原油與地層水都具有彈性,改變壓力和溫度,原油以及地層水均會發(fā)生彈性膨脹或收縮,對飽和度和采收率的影響較大,因此試驗過程應(yīng)盡可能地模擬地層壓力及溫度。依據(jù)SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》,設(shè)計試驗步驟如下。

(1) 測量巖心的基礎(chǔ)物性參數(shù),然后對巖心進行12 h的飽和試驗,試驗結(jié)束后測量飽和狀態(tài)下巖心的質(zhì)量。

(2) 對安裝完成的裝置進行初步設(shè)置,以0.05 m L/min的流速進行油驅(qū)水,當(dāng)出口端不再有水流出時,準(zhǔn)確計量出口端排出的水量,通過式(1)計算得出巖心的束縛水飽和度。

式中:Swi為巖心束縛水飽和度,%;Vp為巖心孔隙體積,cm3;Vw1為總飽和水量,cm3;Vw2為出口端排出水量,cm3。

(3) 正向驅(qū)替。以0.05 m L/min的流速對容器內(nèi)的巖心進行正向驅(qū)替,其控制條件主要為觀察流出液體成分,可將空試管放在質(zhì)量計算器上,觀察出口端流出液體的質(zhì)量和體積。試驗過程中,將記錄數(shù)據(jù)間隔的PV 數(shù)設(shè)為0.1(PV 為孔隙體積倍數(shù),即注入量或采出量除以孔隙體積所得的值),以保證試驗所需的巖心的含水率,及時記錄液體注入量、排出量以及壓力。

(4) 反向驅(qū)替。以0.05 m L/min的流速對容器內(nèi)的巖心進行反向驅(qū)替,其基本方法、試驗步驟和要求與正向驅(qū)替一致。

(5) 在對比試驗過程中,可重復(fù)步驟2、步驟3和步驟4進行反復(fù)試驗,確定巖心內(nèi)的含水率,然后對比不同含水率的巖心產(chǎn)生的轉(zhuǎn)抽效果,計算其驅(qū)油量、轉(zhuǎn)折點、擬合系數(shù)等一系列數(shù)據(jù),最終確定轉(zhuǎn)抽時機及轉(zhuǎn)抽規(guī)律。

對不同滲透率的天然巖心開展不同含水率條件下的正反向水驅(qū)油試驗,其驅(qū)油效率(ED)通過式(2)計算得出。

式中:Sor為殘余油飽和度,%。

1.2.2 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型三維分析

以巖心內(nèi)束縛水飽和狀態(tài)、正向驅(qū)至殘余油狀態(tài)及反向驅(qū)至殘余油狀態(tài)等3個狀態(tài)作為節(jié)點,采用CT 掃描技術(shù)或核磁共振獲取樣品的結(jié)構(gòu)信息,對所獲得圖像中孔隙和喉道的的位置分布、范圍變化及分布值進行規(guī)律性總結(jié)[7-9]。分別在上述3個狀態(tài)中固定選取一個尺寸為100μm×100μm×100μm 單位體,采用最大球法和微觀孔隙模型的孔隙特征統(tǒng)計方法,對所選的單位體進行三維重構(gòu)[10]。

1.2.3 特征分析

在CT 圖像中直接觀察油水狀態(tài)是判斷試驗現(xiàn)象最直接的方法。其次,根據(jù)CT 圖像顏色的深淺部位,劃分為不同程度的灰度值,觀察并衡量巖樣內(nèi)油水的賦存狀態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 正反水驅(qū)油試驗結(jié)果

由圖1可見:LX-1 巖心在66.67%～100%含水率條件下的總驅(qū)油效率分別為56.315 7%、54.736 8%、53.684 2%、52.631 5%,LX-7巖心在50.00%～100%含水率條件下的總驅(qū)油效率分別為57.186 5%、58.044 1%、57.861 6%、57.574 9%;隨巖心含水率的逐漸升高,滲透率較低的巖心的總驅(qū)油效率逐漸降低,滲透率較高的巖心的總驅(qū)油效率逐漸趨于穩(wěn)定[11];4塊巖心在接近75%含水率條件下的總驅(qū)油率分別為54.736 8%、57.865 1%、57.861 6%、58.044 1%,其反驅(qū)增量分別為2.293 3%、2.145 2%、2.152 4%、2.274 6%;隨巖心滲透率的逐漸增大,總驅(qū)油效率逐漸提高,反驅(qū)增量在一定范圍內(nèi)波動,無明顯變化規(guī)律;LX-3、LX-5、LX-7巖心在接近50%含水率條件下的總驅(qū)油率分別為54.426 9%、55.139 5%、57.186 5%,其反驅(qū)增量分別為2.996 7%、3.254 1%、3.577 2%,當(dāng)巖心含水率較低時,總驅(qū)油效率與反驅(qū)增量均隨巖心滲透率的增大而提高。

圖1 不同含水率條件下轉(zhuǎn)抽時4塊巖心的水驅(qū)油效率隨注入量的變化曲線Fig.1 Variation curves of water displacement efficiency of four cores with injection amount during pumping under different water content conditions: (a)LX-1 core;(b)LX-3 core;(d)LX-5 core;(f)LX-7 core

由圖2可見:當(dāng)巖心含水率為100%時,6塊巖心的反驅(qū)油效率增量分別為2.531 4%、2.105 2%、2.396 7%、1.991 2%、2.653 1%、2.274 8%;對比同級別滲透率的巖心,LX-1 與LX-2、LX-3 與LX-4、LX-5與LX-6反驅(qū)后的驅(qū)油效率增量偏差分別為0.426 2%、0.405 5%、0.378 3%。

圖2 不同巖心正反向水驅(qū)油效率和含水率隨注入量的變化曲線Fig.2 Variation curves of forward and reverse water displacement efficiency and water content of different cores with injection amount: (a)LX-1 core;(b)LX-2 core;(c)LX-3 core;(d)LX-4 core;(e)LX-5 core;(f)LX-6 core

如圖3所示,反驅(qū)驅(qū)油效率增量主要為2.08%～4.32%,平均增量為3.17%,為探究反驅(qū)驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系,對巖心的總驅(qū)油效率、正驅(qū)驅(qū)油效率與滲透率進行擬合,所得關(guān)系系數(shù)分別為0.719 0、0.819 9,由此可得出,當(dāng)巖心含水率處于100%時,總驅(qū)油效率與滲透率的相關(guān)性低于正驅(qū)驅(qū)油效率與滲透率的相關(guān)性,這表明反驅(qū)油效率增量與滲透率的關(guān)聯(lián)性不明顯[12-16]。

圖3 不同巖心水驅(qū)油效率隨滲透率變化的擬合曲線Fig.3 Fitting curves of variation of water displacement efficiency with permeability of different cores

2.2 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型三維分析結(jié)果

如圖4所示:束縛水飽和狀態(tài)下巖心的孔隙半徑和喉道半徑的分布范圍及分布值均處于最大值;正向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下,巖心的孔隙半徑和喉道半徑的分布范圍及分布值均呈逐漸減小的趨勢;反向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下,巖心的孔隙半徑和喉道半徑的分布范圍及分布值均逐漸增大,但仍低于束縛水飽和狀態(tài)下的。

圖4 不同驅(qū)替狀態(tài)下巖心孔隙半徑和喉道半徑的變化曲線Fig.4 Variation curves of core pore radius(a)and throat radius(b)under different displacement conditions

探索不同節(jié)點下網(wǎng)絡(luò)模型的孔隙半徑及喉道半徑變化的機理,應(yīng)著重于從CT 掃描測試過程中易受巖石和流體密度差影響的區(qū)域進行分析。如圖5(a)～(c)所示,選取處于束縛水飽和狀態(tài)下巖心的某一節(jié)點時,此狀態(tài)下巖心擁有較高的含油飽和度,巖樣內(nèi)孔隙及喉道的含油量也處于較高水平,會導(dǎo)致巖心內(nèi)的流體和巖樣密度差較大,CT 掃描所測定的巖樣孔隙半徑也會相對較大。如圖5(d)～(f)所示,選取正向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下巖心的某一節(jié)點時,隨著巖心內(nèi)含水飽和度的逐漸增加,巖心的含油飽和度和巖樣內(nèi)孔隙及喉道的含油量均逐漸下降,即驅(qū)油過程中水逐漸代替殘余油占據(jù)巖心內(nèi)的孔隙,巖心內(nèi)的流體密度逐漸增大,這會導(dǎo)致巖心內(nèi)的流體和巖樣密度差減小,CT 掃描所測定的巖樣孔隙半徑低于束縛水飽和狀態(tài)下測定的。如圖5(g)～(i)所示,選取反向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下巖心的某一節(jié)點時,反驅(qū)油過程使分散在微孔隙的殘余油再一次匯集,較大孔隙及喉道的含油量略微上升,這會導(dǎo)致巖心內(nèi)的流體和巖樣密度差略微增大,CT 掃描所測定的巖樣孔隙半徑略高于正向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下測定的,但仍低于束縛水飽和狀態(tài)下測定的巖樣孔隙半徑。

圖5 不同驅(qū)替狀態(tài)下的CT 處理圖Fig.5 CT processing maps under different displacement conditions: (a)irreducible water saturation state,data volume model;(b)forward displacement to residual oil state,data volume model;(c)reverse displacement to residual oil state,data volume model;(d)irreducible water saturated state,pore-throat space model;(e)forward displacement to residual oil state,pore-throat space model;(f)reverse displacement to residual oil state,pore-throat space model;(g)irreducible water saturated state,pore-throat network model;(h)forward displacement to residual oil state,pore-throat network model;(i)reverse displacement to residual oil state,pore-throat network model

2.3 特征分析

由圖6可見:束縛水狀態(tài)下,巖心局部區(qū)域可見孔喉、流體容積、表面顆粒,其邊緣輪廓較清晰,殘余油區(qū)域顏色明亮;正向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下,巖心局部區(qū)域孔隙數(shù)量減少,殘余油區(qū)域顏色較暗淡,且相對模糊;反向驅(qū)至殘余油狀態(tài)下,巖心殘余油區(qū)域顏色恢復(fù)明亮,且產(chǎn)生新的殘余油聚集點,這說明通過反向驅(qū)油可以實現(xiàn)殘余油的重新聚集,從而提高采收率。

圖6 不同驅(qū)替狀態(tài)下CT 掃描圖像Fig.6 CT scan images in different displacement states: (a)irreducible water saturation state;(b)forward displacement to residual oil state;(c)reverse displacement to residual oil state

2.4 現(xiàn)場應(yīng)用

結(jié)合現(xiàn)場資料,對新疆塔里木油田庫車北部構(gòu)造帶中區(qū)塊進行現(xiàn)場應(yīng)用,選擇位于邊緣的5口注水井進行轉(zhuǎn)抽試驗,打破邊緣注水井的注采平衡,在邊緣儲層內(nèi)改變液流方向,注入地層能量,使受到波及區(qū)域的原油開始流動,促使殘余油重新聚集、驅(qū)替、產(chǎn)出。結(jié)果表明,井區(qū)地層壓力明顯下降,生產(chǎn)壓差增大,產(chǎn)液量、產(chǎn)油量明顯提升,5口井累計增油1 350 t,平均單井增油225 t,轉(zhuǎn)抽后月注采比由1.86下降至0.71,含水率由54.7下降至43.3,分層出油情況得到明顯改善。

3 結(jié)論

(1) 在含水率從50%左右升高至100%時,隨著注入量的增大,不同滲透率巖心的反向驅(qū)油效率增量均逐漸減小,說明轉(zhuǎn)抽時間越早,含水飽和度越低,受毛管力所束縛的原油量越多,開始轉(zhuǎn)抽時克服毛管力的圈閉作用更容易重新聚集而被驅(qū)替,反抽后開始見油的時間也越早。

(2) 總驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系系數(shù)為0.719 0,低于正向驅(qū)油效率與滲透率的關(guān)系系數(shù)(0.819 9),即反驅(qū)增量與滲透率的關(guān)聯(lián)性不明顯。

(3) 巖心孔隙內(nèi)束縛水和殘余油的運動狀態(tài)會影響巖心內(nèi)的流體和巖樣密度差,從而影響巖心內(nèi)孔隙半徑和喉道半徑的大小與分布。

(4) 反向驅(qū)油可以實現(xiàn)殘余分散油的重新聚集,從而提高采收率。