儲(chǔ)層物性與水驅(qū)油微觀滲流特征——以鄂爾多斯盆地長9與延10油層組為例

陳大友，朱玉雙

(1.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069;2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

隨著我國各大油田進(jìn)入高含水期，有大量問題開始凸顯，如產(chǎn)能迅速下降、含水上升速度快、甚至油井水淹等，研究流體在儲(chǔ)層中的滲流機(jī)理，分析儲(chǔ)層物性與水驅(qū)油滲流特征的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于解決此類問題具有重要的理論意義［1－3］。

本次研究通過真實(shí)砂巖微觀模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同物性儲(chǔ)層的水驅(qū)油滲流特征在微觀尺度上進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比研究，并結(jié)合了儲(chǔ)層物性資料，深入剖析了微觀滲流規(guī)律與儲(chǔ)層物性的內(nèi)在聯(lián)系，為油層組提高采收率、油田科學(xué)合理開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是我國大型沉積盆地之一，其位于中國大陸中部，呈矩形輪廓，地跨陜、甘、寧、晉、蒙五省區(qū)，處于華北地臺(tái)西部，面積約為37×104km2。鄂爾多斯盆地構(gòu)造形態(tài)總體為一東翼寬緩、西翼陡窄的不對(duì)稱大向斜的南北向矩形盆地。盆地邊緣斷裂褶皺較發(fā)育，而盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡單，地層平緩，一般傾角不足1°，是一個(gè)穩(wěn)定的大型內(nèi)陸克拉通盆地［4，5］。盆地內(nèi)沉積了自古生代以來的多套生儲(chǔ)蓋組合，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。整個(gè)盆地可劃分為6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元［6－8］(見圖 1)。

長9油層組屬上三疊統(tǒng)延長組，主要為一套河流相灰綠色、灰色的厚層狀中、粗粒長石砂巖夾深灰色及暗紫色泥巖，整體屬于特低孔－特低滲儲(chǔ)層。

延10油層組位于下侏羅統(tǒng)延安組底部，大多為沉積于富縣組上的河道充填長沉積，巖性主要以灰色、灰綠色粗粒長石質(zhì)石英砂巖夾深灰色泥巖，整體屬于低孔－低滲儲(chǔ)層。

2 儲(chǔ)層物性特征

儲(chǔ)層的物理性質(zhì)包括儲(chǔ)層的孔隙性、滲透性、孔隙結(jié)構(gòu)以及含油飽和度等［9］，其中孔隙性和滲透性是儲(chǔ)集層的兩大基本特性。本次研究選用孔隙性和滲透性作為研究對(duì)象，從長9和延10儲(chǔ)層各選取具有代表性的樣品30個(gè)，測定其孔隙度和滲透率。

圖1 鄂爾多斯構(gòu)造分區(qū)簡圖

2.1 孔隙度

根據(jù)其孔隙度分析結(jié)果，對(duì)長9儲(chǔ)層與延10儲(chǔ)層砂巖孔隙度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，長9砂巖孔隙度主體值分布在6% ～14%，平均為9.6%(見圖2)，總體上屬特低 －低孔儲(chǔ)層;延10砂巖孔隙度主體值分布在12% ～18%，平均為15.6%(見圖3)，總體上屬低孔－中孔儲(chǔ)層?？梢?，延10儲(chǔ)層孔隙度明顯優(yōu)于長9儲(chǔ)層。

圖2 長9孔隙度分布頻率圖

圖3 延10孔隙度分布頻率圖

2.2 滲透率

滲透率分析結(jié)果表明，長9砂巖滲透率主體值分布在0.5 ×10－3～3 ×10－3μm2，平均為 1.3 ×10－3μm2，總體上屬超低滲－特低滲儲(chǔ)層;延10砂巖滲透率主體值分布在5×10－3～25×10－3μm2，平均為 15.6 ×10－3μm2，總體上屬特低滲－低滲儲(chǔ)層。與孔隙度一致，延10儲(chǔ)層的滲透率高于長9儲(chǔ)層。

圖4 長9滲透率分布頻率圖

圖5 延10滲透率分布頻率圖

3 微觀滲流實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皩?shí)驗(yàn)設(shè)備

圖6 真實(shí)砂巖微觀模型

本次實(shí)驗(yàn)采用真實(shí)砂巖微觀模型［10－13］，該模型是取用研究區(qū)的儲(chǔ)層天然巖心，經(jīng)抽提、烘干、切片、磨平等工序之后，粘貼在兩片玻璃之間制作而成的。模型大小約為2.5×2.5 cm2，耐壓力能力為 0.2 MPa，耐溫 200℃ (圖 6)。由于精細(xì)的制作技術(shù)，模型保留了儲(chǔ)層巖石本身的孔隙結(jié)構(gòu)特征、巖石表面物理性質(zhì)及部分填隙物，大大增加了研究結(jié)果的可信度。實(shí)驗(yàn)另一優(yōu)點(diǎn)是可以通過顯微鏡和圖象采集系統(tǒng)直接觀察流體在實(shí)際油層巖石孔隙空間的滲流特征，并能拍照及錄像。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括抽真空系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、顯微鏡觀察系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。

3.2 實(shí)驗(yàn)流體與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流體包括模擬油和模擬水，模擬油是根據(jù)研究區(qū)的油藏粘度配制而成，為了便于實(shí)驗(yàn)觀察，加入了少量油溶紅，使模擬油呈現(xiàn)紅色;實(shí)驗(yàn)用模擬水是根據(jù)實(shí)際地層水離子組成及礦化度配置而成，黏度約為1.0 mPa·s，同樣為了便于觀察，在模擬水中加入了微量甲基蘭，使其呈藍(lán)色。

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)主要按以下步驟進(jìn)行:(1)模型抽真空、飽和水;(2)測定砂巖模型的液體滲透率;(3)油驅(qū)水至束縛水飽和度，觀察微觀滲流特征，并統(tǒng)計(jì)原始含油飽和度;(4)水驅(qū)油至殘余油飽和度，觀察滲流特征的變化;(5)分析、解釋微觀滲流特征及其影響因素。

4 不同物性儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的滲流特征

分別于長9和延10儲(chǔ)存選取具有代表性的部位，各制作6個(gè)模型，進(jìn)行微觀水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，較高孔滲的延10儲(chǔ)層與較低孔滲的長9儲(chǔ)層具有明顯不同的滲流特征。

4.1 低孔低滲儲(chǔ)層

對(duì)于低滲低滲的長9儲(chǔ)層模型，注入水進(jìn)入模型的啟動(dòng)壓力較高，較低的驅(qū)替壓力難以使水進(jìn)入模型;當(dāng)提高驅(qū)替壓力，使水進(jìn)入模型進(jìn)行驅(qū)替油時(shí)，水驅(qū)油路徑一般較單一，多呈指狀或者網(wǎng)狀突進(jìn)。模型在無水期結(jié)束時(shí)，注入水的主要滲流通道已具雛形，待加壓繼續(xù)驅(qū)替，水驅(qū)油路徑變化甚微，注入水沿著原已形成的路徑到達(dá)出口，油水分布變化很小(圖7)。最終整體驅(qū)油效率較低，平均為37.83%(表1)。

圖7 鄂爾多斯盆地長9儲(chǔ)層水驅(qū)油鏡下顯微照片

低滲低滲儲(chǔ)層的殘余油以片狀為主，這是由于注入水的繞流造成的(圖8)。

圖8 鄂爾多斯盆地長9儲(chǔ)層殘余油分布

4.2 高孔高滲儲(chǔ)層

對(duì)于高孔高滲的延10儲(chǔ)層模型，注入水易于進(jìn)入模型，水按照較為均勻的方式注入整個(gè)模型中;模型在無水期結(jié)束時(shí)，注入水的主要滲流通道已具雛形，待加壓繼續(xù)驅(qū)替，注入水的主要滲流通道更加顯著，且注入水由各主滲流通道向周圍擴(kuò)散，形成了更多的滲流通道，同時(shí)更多的油被驅(qū)除(圖9)。最終整體驅(qū)油效率較高，平均達(dá)到56.33%(見表2)。

圖9 鄂爾多斯盆地長9儲(chǔ)層水驅(qū)油鏡下顯微照片

高孔高滲儲(chǔ)層的殘余油多呈現(xiàn)膜狀、小簇狀及孤島狀，殘余油零星分布于模型各個(gè)部位(圖10)。

圖10 鄂爾多斯盆地長9儲(chǔ)層殘余油分布

5 物性儲(chǔ)層對(duì)驅(qū)油效率的影響

有諸多因素會(huì)影響水驅(qū)油的驅(qū)油效率，歸納起來主要有兩個(gè)方面。一方面是外界因素，包括注入水的性質(zhì)、注入水的加壓方式和注入倍數(shù)等;另一方面是儲(chǔ)層本身特征，包括儲(chǔ)層物性、孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層的潤濕性等［14，15］。本文主要探討儲(chǔ)層物性對(duì)驅(qū)油效率的影響。

在研究中發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層物性對(duì)于水驅(qū)油效率具有重要的影響，孔隙度、滲透率越大，最終驅(qū)油效率越高。其原因在于，水驅(qū)油的實(shí)質(zhì)是一種能量釋放的過程。對(duì)于低孔滲儲(chǔ)層而言，滲透率差，大多孔道細(xì)小，并且連通性差，造成儲(chǔ)層微觀水驅(qū)油困難，水難以注入，當(dāng)壓力加大到一定程度后，造成能量積累，在釋放的瞬間沿較粗的孔道突進(jìn)，使后期進(jìn)入的水沿之前“突破”的單一孔道流動(dòng)，很難波及其他部位，造成大量片狀殘余油;而物性較好的儲(chǔ)層孔道整體較粗，連通性較好，注入水更易于進(jìn)入，能量積累小，注入水往往按較為均勻的方式進(jìn)入，水波及面積大，使得驅(qū)油效率較高。

另外研究還發(fā)現(xiàn)，在水驅(qū)油的后期，提高驅(qū)替壓力之后，高孔滲的延10儲(chǔ)層的驅(qū)油效率持續(xù)增長，而較低滲透率的長9儲(chǔ)層則增長緩慢乃至停滯。究其原因，是高孔滲的儲(chǔ)層在水驅(qū)油的后期殘余油所在部位的物性條件仍舊較好，水仍然可以進(jìn)入之前沒有進(jìn)入的部位，持續(xù)驅(qū)替殘余油;而低孔滲的儲(chǔ)層殘余油多處于孔滲較差的部位，短時(shí)期水很難進(jìn)入，造成大量成片分布的殘余油。

表1 鄂爾多斯盆地長9儲(chǔ)層模型水驅(qū)油數(shù)據(jù)

表2 鄂爾多斯盆地延10儲(chǔ)層模型水驅(qū)油數(shù)據(jù)

6 結(jié)語

(1)不同物性儲(chǔ)層具有不同的滲流特征，物性是對(duì)水驅(qū)油滲流特征具有重要影響;

(2)研究發(fā)現(xiàn)，較高孔隙度和滲透率的延10儲(chǔ)層的水驅(qū)油滲流方式以均勻驅(qū)替為主，最終驅(qū)油效率較高，而物性較差的長9儲(chǔ)層水驅(qū)油滲流方式主要為指狀和網(wǎng)狀驅(qū)替，最終驅(qū)油效率較低;

(3)在水驅(qū)油的后期，高孔滲的延10儲(chǔ)層的驅(qū)油效率持續(xù)增長，而較低滲透率的長9儲(chǔ)層則增長緩慢乃至停滯，這為高含水期的不同物性的儲(chǔ)層采取不同的開發(fā)措施指明了方向。

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