特低滲透儲(chǔ)層水驅(qū)前后儲(chǔ)層特征變化規(guī)律及機(jī)理研究
——以長(zhǎng)慶油田白209井區(qū)長(zhǎng)6油層組為例

何文祥，譚文才（長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北 荊州434023）

馬超亞（中石油長(zhǎng)慶油田分公司第七采油廠，陜西 吳旗717606）

特低滲透儲(chǔ)層水驅(qū)前后儲(chǔ)層特征變化規(guī)律及機(jī)理研究
——以長(zhǎng)慶油田白209井區(qū)長(zhǎng)6油層組為例

何文祥，譚文才（長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北 荊州434023）

馬超亞（中石油長(zhǎng)慶油田分公司第七采油廠，陜西 吳旗717606）

長(zhǎng)慶油田白209井區(qū)長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)層為特低滲儲(chǔ)層。為研究特低滲儲(chǔ)層水驅(qū)開(kāi)發(fā)后儲(chǔ)層特征變化規(guī)律，選取該井區(qū)內(nèi)相同層位、深度接近的巖心進(jìn)行水驅(qū)前后儲(chǔ)層特征變化規(guī)律對(duì)比研究。結(jié)果表明，水驅(qū)后粘土礦物總量減少；伊利石相對(duì)、絕對(duì)含量減少；伊/蒙混層相對(duì)、絕對(duì)含量增加；綠泥石相對(duì)含量稍有增加、絕對(duì)含量減少。水驅(qū)后巖石的孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，孔喉分布不集中，孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增強(qiáng)，滲透率變差。另外，潤(rùn)濕性試驗(yàn)結(jié)果顯示注水后儲(chǔ)層空氣滲透率減少，吸水量增加，吸油量減少，水潤(rùn)濕指數(shù)增加，油潤(rùn)濕指數(shù)減少，儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性向親水方向變化。

特低滲透儲(chǔ)層；壓汞試驗(yàn)；伊/蒙混層；孔喉結(jié)構(gòu)；潤(rùn)濕性

注水開(kāi)發(fā)是油田目前最常用的開(kāi)發(fā)方式，注水開(kāi)發(fā)將引起儲(chǔ)層中粘土礦物含量、孔滲物性、潤(rùn)濕性等儲(chǔ)層地質(zhì)特征的變化［1～4］，從而影響流體在儲(chǔ)層中的滲流特征［5，6］，并導(dǎo)致驅(qū)油效率及采收率的改變。因此，認(rèn)識(shí)注水開(kāi)發(fā)前后儲(chǔ)層特征變化規(guī)律，有利于提出合理開(kāi)發(fā)方案，對(duì)提高油田最終采收率具有重要意義。

長(zhǎng)慶油田白209井區(qū)長(zhǎng)6油層組主要為碎屑巖儲(chǔ)層，巖石類(lèi)型以細(xì)－粉砂巖為主，中砂巖含量較少。物質(zhì)組分比較復(fù)雜，碎屑顆粒成分以長(zhǎng)石和石英為主，巖屑含量較低；雜基多為陸源粘土，膠結(jié)物成分有碳酸鹽礦物、硅質(zhì)等。粘土礦物主要以綠泥石為主，伊利石豐富，不含高嶺石。砂巖類(lèi)型為長(zhǎng)石砂巖。儲(chǔ)層物性為低孔、特低滲儲(chǔ)層。由于白209井區(qū)目前還沒(méi)有水淹井的巖心樣品，因而水驅(qū)后樣品在實(shí)驗(yàn)室完成。

1 水驅(qū)前后儲(chǔ)層特征的變化

儲(chǔ)層經(jīng)長(zhǎng)期水驅(qū)后，儲(chǔ)集特征會(huì)發(fā)生變化，而且不同物性?xún)?chǔ)層具有不同的變化規(guī)律［7］。為研究特低滲透儲(chǔ)層水驅(qū)后儲(chǔ)集特征變化，選擇白209井區(qū)白210－27井、白213井以及白213－31井等巖心樣品進(jìn)行X衍射分析、壓汞試驗(yàn)、孔滲物性以及巖石的潤(rùn)濕性試驗(yàn)，為保證樣品水驅(qū)前后的可對(duì)比性，取心時(shí)盡量選擇巖性較為均質(zhì)的層段，而且取樣間隔不能太大。

1.1 水驅(qū)前后粘土礦物含量變化

取白210－27井巖心樣品進(jìn)行水驅(qū)前、后X衍射試驗(yàn)分析，其中水驅(qū)前、后樣品各3塊共6塊樣品。其相對(duì)和絕對(duì)含量變化結(jié)果如圖1。

從圖1可以看出，3個(gè)樣品水驅(qū)后，粘土總量減少；伊利石相對(duì)、絕對(duì)含量減少；伊/蒙混層相對(duì)、絕對(duì)含量增加；綠泥石相對(duì)含量稍有增加、絕對(duì)含量減少。另外，試驗(yàn)結(jié)果顯示伊/蒙混層比由水驅(qū)前小于10%變?yōu)樗?qū)后的15%。

圖1 水驅(qū)前后粘土礦物相對(duì)和絕對(duì)含量變化

1.2 水驅(qū)前后孔隙結(jié)構(gòu)變化

利用白213井巖心進(jìn)行水驅(qū)前后壓汞試驗(yàn)，試驗(yàn)共用4塊巖心，其中水驅(qū)前后各2塊。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、表1。從圖2可以看出，水驅(qū)后樣品的啟動(dòng)壓力略有增加，曲線的平緩段也有明顯區(qū)別，即水驅(qū)后樣品的進(jìn)汞曲線比水驅(qū)前樣品的曲線要陡。退汞曲線也具有同樣規(guī)律，說(shuō)明水驅(qū)后巖石的孔隙結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化，孔喉分布不集中，孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增強(qiáng)。表1表征了孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性的特征，從這些參數(shù)可以看出以下變化特征：①孔喉分布特征參數(shù)變化。水驅(qū)后孔喉分選系數(shù)、均值明顯降低，歪度變大。表明儲(chǔ)層水驅(qū)后，孔喉分散，分布不均勻。②孔喉半徑特征參數(shù)變化。水驅(qū)后中值道半徑略有升高、平均孔喉體積比降低。水驅(qū)后孔喉半徑復(fù)雜化。③孔喉連通特征參數(shù)變化：水驅(qū)后門(mén)檻壓力升高、最大進(jìn)汞飽和度、結(jié)構(gòu)系數(shù)下降。表明儲(chǔ)層水驅(qū)后，孔隙連通滲流能力變差，儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力變小。

圖2 白213井水驅(qū)前后壓汞曲線圖

表1 水驅(qū)前后孔喉特征參數(shù)數(shù)據(jù)表

1.3 水驅(qū)前后滲透率變化

利用白213井3塊樣品進(jìn)行水驅(qū)前后滲透率變化規(guī)律研究（表2），可見(jiàn)水驅(qū)后巖心滲透率均變差。

表2 水驅(qū)前后滲透率變化表

1.4 水驅(qū)前后儲(chǔ)層潤(rùn)濕性變化

由表3看出，與注水開(kāi)發(fā)前相比，注水后各樣品空氣滲透率減少，吸水量、吸油量、排水量、排油量變化無(wú)規(guī)律；水潤(rùn)濕指數(shù)和油潤(rùn)指數(shù)有增有減，但總體上注水后儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性向親水方向變化。

表3 水驅(qū)前后潤(rùn)濕性變化表

2 水驅(qū)前后儲(chǔ)層特征變化的機(jī)理研究

水驅(qū)后儲(chǔ)層的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)的變化主要是由于粘土礦物含量的變化引起的［8］。在水驅(qū)過(guò)程中，不同的粘土礦物與巖石顆粒的膠結(jié)程度有很大區(qū)別，綠泥石一般呈膜狀貼附于顆粒表面或環(huán)繞顆粒，其結(jié)晶格架較緊密，不易遭到破壞，故水驅(qū)后絕對(duì)含量只是略有降低。而其他粘土礦物含量減少幅度較大，導(dǎo)致綠泥石相對(duì)含量略有升高；伊利石易被水沖刷遷移，伊利石的絕對(duì)含量減少；伊/蒙混層具有一定的遇水膨脹性，導(dǎo)致絕對(duì)含量增加50%，混層比由小于10%增加為15%。這些粘土礦物水驅(qū)后不穩(wěn)定機(jī)制有較大區(qū)別，對(duì)地層的傷害方式也不同，其中伊/蒙混層為水敏性的粘土礦物，對(duì)地層的損害方式主要為水化膨脹堵塞；高嶺石、伊利石主要為運(yùn)移堵塞；綠泥石除運(yùn)移堵塞外，在酸的作用下還可形成Fe（OH）3、Fe（OH）2沉淀?yè)p害地層。不同的粘土礦物共同作用使得孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，引起儲(chǔ)層有效滲濾空間縮小、分割和孔喉堵塞，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。

巖石潤(rùn)濕性變化是由流體在多孔介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中油、水與巖石表面相互作用造成，這些相互作用包括：①油膜被水膜所取代。油層孔隙中原油極性分子分布不均勻，且在造巖礦物表面較富集，在注水開(kāi)發(fā)后，水對(duì)造巖礦物表面油中的極性分子產(chǎn)生溶解作用，油膜被水膜取代，使儲(chǔ)層的親水性增強(qiáng)。②一般油組分中非烴和瀝青質(zhì)含量越高，巖石親油性越明顯。注水開(kāi)發(fā)時(shí)，隨著水的大量采出，非烴也不斷地被注入水溶解和采出，使地層中非烴含量降低，油膜被剝落，從而使油層親水性增強(qiáng)。最終導(dǎo)致儲(chǔ)層滲流機(jī)理向提高油藏采收率方向改變，使水驅(qū)油效率得到進(jìn)一步提高。

3 結(jié)論與建議

1）特低滲透儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)水驅(qū)開(kāi)發(fā)后，由于粘土礦物的分離、轉(zhuǎn)移、水化和膨脹等因素造成粘土礦物含量的變化，并導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增強(qiáng)，滲透性變差。因而在注水開(kāi)發(fā)時(shí)，采油速度、注水強(qiáng)度的選擇應(yīng)以地層臨界流速為依據(jù)，不超過(guò)臨界流速并加入適量粘土穩(wěn)定劑，抑制粘土礦物的分散。

2）總體上特低滲透儲(chǔ)層注水后巖石潤(rùn)濕性向親水方向變化，因此，選擇合理的注水方式有利于采收率的提高。

［1］王志章，蔡毅，楊蕾.開(kāi)發(fā)中后期油藏參數(shù)變化規(guī)律及變化機(jī)理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［2］李存貴，徐守余.長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)油藏的孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30（2）：94～96.

［3］郭莉，竇松江，王維倫.港東開(kāi)發(fā)區(qū)注水后儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（增刊）：10～12.

［4］彭仕宓，尹旭，張繼春.注水開(kāi)發(fā)中粘土礦物及其巖石敏感性的演化模式［J］.石油學(xué)報(bào)，2006，27（4）：71～75.

［5］林玉保，劉春林，衛(wèi)秀芬，等.特低滲透儲(chǔ)層油水滲流特征研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2005，24（6）：42～44.

［6］高旺來(lái).安塞低滲油田孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)滲流特征曲線的影響［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30（1）：79～80.

［7］何文祥，許雅.港東開(kāi)發(fā)區(qū)水淹前后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律及機(jī)理研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（2）：191～193.

［8］張洪波，王志章，戴勝群.水驅(qū)前后油藏參數(shù)變化機(jī)理研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27（4）：665～666.

Law and Mechanism of Characteristic Changes of Ultra－low Permeability Reservoirs Before and After Waterflooding

HE Wen－xiang，TAN Wen－cai（Department of Geochemistry，Yangtze University；Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education，Jingzhou434023，Hubei，China）
MA Chao－ya（No.7Oil Production Plant，Changqing Oilfield Company，CNPC，Wuqi717606，Shaanxi，China）

Chang 6reservoir of Block Bai 209in Changqing Oilfield was an ultra－low permeability reservoir.Cores from the same horizon and adjacent depth in the block were chosen to analyze the law of characteristic changes of the ultra－low permeability reservoir after waterflooding.The results indicate that the total contents of clay mineral decrease，the relative and absolute values of illite decrease and illite－montmorillonite mixed－layer mineral increases，the relative value of chlorite increases a little and the absolute value decreases.Pore and throat structure is more complex and is poor in distribution，heterogeneity of pore－throat structure increase and reservoir permeability decreases.Besides，the result of wettability analysis shows that air permeability decreases，water absorption increases and oil absorption decreases，the index of water wettability increases and oil wettability decreases，the wettability changes into water wetting.

ultra－low permeability reservoir；pressured－mercury testing；illite－montmorillonite mixed－layer mineral；pore－throat structure；wettability

TE122.2

A

1000－9752（2010）05－0056－04

2010－05－20

國(guó)家“973”規(guī)劃項(xiàng)目（G199902250）。

何文祥（1968－），男，1987年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事油藏描述和油田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新