疏松砂巖油藏冷凍巖心與常規(guī)巖心相滲曲線研究

孫曉旭，楊勝來，李武廣，王欣，廖長(zhǎng)霖

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249）

疏松砂巖油藏冷凍巖心與常規(guī)巖心相滲曲線研究

孫曉旭，楊勝來，李武廣，王欣，廖長(zhǎng)霖

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249）

為了更好地評(píng)價(jià)疏松砂巖油藏的水驅(qū)開發(fā)特點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際油藏地質(zhì)和流體性質(zhì)特征，用室內(nèi)水驅(qū)油非穩(wěn)態(tài)法，研究近似油藏條件下冷凍巖心與常規(guī)巖心的油水相滲曲線，并進(jìn)行對(duì)比分析。在數(shù)據(jù)處理過程中，利用JBN經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算，采用對(duì)數(shù)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合與回歸，最后繪出油水相滲曲線，并作為判斷水驅(qū)效果的依據(jù)。結(jié)果表明，水驅(qū)后冷凍巖心的殘余油飽和度平均為29%，殘余油飽和度對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率為0.32，驅(qū)油效率平均為52%；常規(guī)巖心的殘余油飽和度平均為30%，殘余油飽和度對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率為0.30，驅(qū)油效率平均為52%。同一含水飽和度所對(duì)應(yīng)的冷凍巖心，其水相相對(duì)滲透率高于常規(guī)巖心所對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率，但常規(guī)巖心見水時(shí)間早于冷凍巖心，且含水上升較快。冷凍巖心的最終水驅(qū)油效率和無水采收率均高于常規(guī)巖心。

非穩(wěn)態(tài)法；常規(guī)巖心；冷凍巖心；相對(duì)滲透率；疏松砂巖油藏

對(duì)于水驅(qū)油藏，油水相對(duì)滲透率資料是研究油水兩相滲流的基礎(chǔ)，是油田開發(fā)參數(shù)計(jì)算、動(dòng)態(tài)分析及數(shù)值模擬的重要資料。掌握相滲曲線特征，可為后續(xù)開發(fā)方案制訂及調(diào)整打下基礎(chǔ)［1-7］。疏松砂巖油藏由于具有疏松特質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)取心應(yīng)采用密閉取心方式，之后直接冷凍封存，不進(jìn)行洗油，即為冷凍巖心，而常規(guī)巖心是指經(jīng)過洗油處理的巖心。針對(duì)巖心處理方式的不同，筆者利用實(shí)驗(yàn)室水驅(qū)油非穩(wěn)態(tài)法，對(duì)冷凍巖心與常規(guī)巖心的油水相滲特征、驅(qū)油效率及含水率進(jìn)行分析［8-9］。

某油藏屬于第三系低幅度短軸背斜構(gòu)造，高點(diǎn)埋深1 600 m，無斷層發(fā)育，儲(chǔ)層由濱湖灘砂沉積的粉細(xì)砂巖和濱湖礫巖組成。巖石類型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和混合砂巖，平均孔隙度20.4%，滲透率228.8×10-3μm2，為中孔、中滲疏松砂巖儲(chǔ)層。到目前為止，該油藏開發(fā)已經(jīng)歷了無水期和低含水期，且已進(jìn)入中高含水開發(fā)階段，控水穩(wěn)油成為油藏開發(fā)的重要工作。要保證油藏高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，必須掌握油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究油藏水驅(qū)特征和油水相對(duì)滲透率。

1 油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)

按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5345—1999油水相對(duì)滲透率測(cè)定》［10］進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及樣品

1）實(shí)驗(yàn)裝置。SYS-Ⅲ多級(jí)超高溫兩相驅(qū)替系統(tǒng)由ISCO-260D高精度驅(qū)替泵、相應(yīng)的油水中間容器（水釜、油釜）、高精度壓力表、巖心夾持器及計(jì)量裝置等部分組成。實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 SYS-Ⅲ多級(jí)超高溫兩相驅(qū)替系統(tǒng)

2）實(shí)驗(yàn)樣品。實(shí)驗(yàn)用油為模擬地層油（模擬油物性近似于地層條件下的原油物性），50℃條件下黏度3.66 mPa·s，密度0.809 g/cm3，體積系數(shù)1.045 cm3/cm3，原始?xì)庥捅?.23 m3/t。驅(qū)替流體為按油田實(shí)測(cè)礦化度配制的地層水，總礦化度為158842mg/L，K+，Na+的質(zhì)量濃度均為55490mg/L，Ca2+，Mg2+，CO32-，HCO3-，Cl-和SO42-的質(zhì)量濃度分別為5 126，844，0，92，96 264 mg/L和1 026 mg/L，pH值為5.64，水型為CaCl2型。巖樣為油田給定的、采用密閉取心方式獲得的包裹巖心，直接冷凍封存后使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

溫度50℃；有效圍壓14.5 MPa；驅(qū)替速度0.6 mL/ min。驅(qū)替速度是采用恒速法、根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按Lμwv≥1確定的，其中L為巖心長(zhǎng)度，μw為實(shí)驗(yàn)溫度下注入流體的黏度，v為滲流速度。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)前對(duì)儀器進(jìn)行檢查，確保誤差在允許范圍內(nèi)，同時(shí)清洗管線，確保沒有堵塞。連接實(shí)驗(yàn)裝置后，加壓10 MPa，5 h，系統(tǒng)不漏為合格［11］。

冷凍巖心油水相對(duì)滲透率及水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)步驟為：1）測(cè)定巖心直徑、長(zhǎng)度、水驅(qū)油前的質(zhì)量及巖心的油相滲透率；2）采用0.6 mL/min的注水速度，驅(qū)替至含水率達(dá)到或接近99%，保持穩(wěn)定后，測(cè)定殘余油飽和度下的水相相對(duì)滲透率，結(jié)束實(shí)驗(yàn)；3）洗巖心，烘干，測(cè)定干重，用氮?dú)鉁y(cè)定巖樣孔隙度和滲透率。

常規(guī)巖心油水相對(duì)滲透率及水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)步驟為：1）測(cè)定巖心直徑和長(zhǎng)度；2）洗巖心，烘干，測(cè)定干重，用氮?dú)鉁y(cè)定巖樣孔隙度和滲透率；3）抽真空，飽和地層水，按SY/T 5336—1996標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；4）測(cè)定巖心濕重和巖心常溫、常壓下的水相相對(duì)滲透率，恒溫24 h后，再測(cè)定巖心的水相相對(duì)滲透率；5）飽和油時(shí)，以0.6 mL/ min的速度和14.5 MPa圍壓，飽和油10 PV，驅(qū)替至不出水時(shí)，測(cè)定油相相對(duì)滲透率；6）水驅(qū)油時(shí)，以0.6 mL/min的速度，驅(qū)替至含水率達(dá)到或者接近99%，測(cè)定殘余油飽和度下的水相相對(duì)滲透率，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

在注入驅(qū)替相過程中，準(zhǔn)確記錄見水時(shí)間、見水時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量及巖樣兩端的壓差。見水初期加密記錄，間隔30s換一次試管，產(chǎn)油量減少時(shí)，將記錄時(shí)間間隔增至8 min，隨著產(chǎn)油量的下降，再逐漸延長(zhǎng)記錄時(shí)間間隔。當(dāng)驅(qū)替至含水率達(dá)到或接近99%時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

1.4 注意事項(xiàng)

1）測(cè)定殘余油飽和度之前，應(yīng)先清洗巖心，這樣比以往通過驅(qū)油量來計(jì)算殘余油飽和度更加精確；2）油藏條件下，隨儲(chǔ)層壓力的增加，滲透率降低，所以，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照儲(chǔ)層壓力狀態(tài)，將其換算成擬三軸條件下的壓力，據(jù)此設(shè)定圍限壓力，減小誤差；3）巖心飽和油后，采取動(dòng)態(tài)切換進(jìn)行水驅(qū)，切換前應(yīng)保持油、水兩相中間容器壓力平衡；4）在飽和油之前，打開六通閥放空，以排除油、水膨脹對(duì)死體積的影響。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

分別計(jì)算冷凍巖心與常規(guī)巖心相滲曲線的4個(gè)端點(diǎn)值，即束縛水飽和度下的油相相對(duì)滲透率和水相相對(duì)滲透率、殘余油飽和度下的油相相對(duì)滲透率和水相相對(duì)滲透率。殘余油飽和度下的水相相對(duì)滲透率，等于常規(guī)巖心實(shí)驗(yàn)步驟5）和6）中測(cè)定的油、水相對(duì)滲透率的值；殘余油飽和度下油相相對(duì)滲透率近似為0；束縛水飽和度下水相相對(duì)滲透率近似為1；束縛水飽和度下的油相相對(duì)滲透率近似為0。

根據(jù)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，整體求取相滲曲線：1）繪制累計(jì)產(chǎn)油量、壓差與累計(jì)注水時(shí)間的關(guān)系曲線；2）根據(jù)光滑后的曲線，找出一定時(shí)間間隔所對(duì)應(yīng)的累計(jì)產(chǎn)油量和壓差，進(jìn)行曲線擬合，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取擬合誤差最小的函數(shù)；3）按照J(rèn)BN方法，即式（1）—式（4），計(jì)算油水相對(duì)滲透率及其對(duì)應(yīng)的含水飽和度；4）繪制油水相對(duì)滲透率與含水飽和度關(guān)系曲線。

式中：Kro為油相相對(duì)滲透率；Sw為含水飽和度；fo為含油率；（t）為無因次累計(jì)注水量；Krw為水相相對(duì)滲透率；μw為測(cè)定溫度下水的黏度，mPa·s；μo為測(cè)定溫度下油的黏度，mPa·s；fw為含水率；Swe為出口端的含水飽和度；Swi為束縛水飽和度；（t）為無因次累計(jì)采油量；I為流動(dòng)能力比；Δp0為初始?jí)翰?，MPa；Δp（t）為t時(shí)刻壓差，MPa。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 相滲曲線特征

為了確定冷凍巖心與常規(guī)巖心的相滲曲線特征，分別測(cè)定了3塊滲透率范圍相差較大的巖心在冷凍條件和常規(guī)條件下的油水相滲曲線，其特征值見表1（其中K為巖心滲透率，10-3μm2；Sor為殘余油飽和度；η為驅(qū)油效率）。

根據(jù)表1，繪制出了3塊巖心在冷凍條件和常規(guī)條件下含水飽和度的油水相滲曲線（見圖2）。

表1 冷凍巖心和常規(guī)巖心相滲曲線特征值

圖2 冷凍巖心與常規(guī)巖心相滲曲線

從圖2可以看出：對(duì)于大多數(shù)巖心，隨著含水飽和度的增加，油相相對(duì)滲透率起初下降急劇，接近等滲點(diǎn)后下降平緩，曲線大致呈L型，水相相對(duì)滲透率上升緩慢；不論冷凍巖心，還是常規(guī)巖心，隨巖心氣測(cè)滲透率的增加，束縛水和殘余油飽和度都下降，等滲點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水飽和度越小、滲透率越高，殘余油飽和度下的水相滲透率就越大；冷凍巖心殘余油飽和度下對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率高于常規(guī)巖心，等滲點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水飽和度低于常規(guī)巖心；多數(shù)巖心的束縛水飽和度大于25%，等滲點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水飽和度大于50%。最大含水飽和度下的水相相對(duì)滲透率小于0.3，判斷巖心潤(rùn)濕性為親水［12］。

3.2 水驅(qū)特征

冷凍巖心和常規(guī)巖心的驅(qū)油效率與注入體積倍數(shù)關(guān)系曲線見圖3。

圖3 驅(qū)油效率與注入體積倍數(shù)關(guān)系曲線

從圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)所用巖心的水驅(qū)油效率在39%～69%。對(duì)于大多數(shù)巖心，當(dāng)注入體積倍數(shù)小于1 PV時(shí)，驅(qū)油效率近似直線上升；當(dāng)注入體積倍數(shù)在1～2 PV時(shí)，驅(qū)油效率上升趨勢(shì)變緩，出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)；當(dāng)注入體積倍數(shù)大于2 PV時(shí)，驅(qū)油效率幾乎沒有上升。對(duì)于不同巖心，滲透率越高，驅(qū)油效率就越高；對(duì)于同一巖心，冷凍條件下的驅(qū)油效率高于常規(guī)條件下的。常規(guī)巖心和冷凍巖心的含水率與驅(qū)油效率關(guān)系曲線見圖4。

圖4 含水率與驅(qū)油效率關(guān)系曲線

結(jié)合圖3、圖4可以看出：

1）對(duì)于同一巖心，在相同的注入體積倍數(shù)條件下，冷凍條件的無水采收率和最終采收率都高于常規(guī)條件，且常規(guī)巖心含水率的變化快于冷凍巖心，常規(guī)巖心的含水率高于冷凍巖心；對(duì)于不同巖心，隨著滲透率的增加，無水采收率整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2）當(dāng)巖心出口端見水后，含水率上升迅速。

3）當(dāng)注入體積倍數(shù)小于2 PV時(shí)，含水率已經(jīng)達(dá)到90%以上。說明常規(guī)巖心見水時(shí)間普遍早于冷凍巖心，且含水率上升較快。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用室內(nèi)水驅(qū)油非穩(wěn)態(tài)法，研究了冷凍巖心與常規(guī)巖心的相滲曲線、驅(qū)油效率及含水率變化之間的對(duì)比關(guān)系。研究結(jié)果表明，冷凍巖心的相滲曲線、驅(qū)油效果及含水率變化情況均明顯好于常規(guī)巖心，這是因?yàn)槔鋬鰩r心未經(jīng)過清洗等處理過程，與實(shí)際油藏條件更為接近。

［1］ 羅志鋒，黃炳光，王怒濤，等.一種計(jì)算低滲透油藏相對(duì)滲透率曲線的方法［J］.斷塊油氣田，2007，14（1）：47-49.

［2］ 陳忠，殷宜平，陳浩.非穩(wěn)態(tài)法計(jì)算油水相對(duì)滲透率的方法探討［J］.斷塊油氣田，2005，12（1）：41-43.

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［10］國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/T 5345—1999油水相對(duì)滲透率測(cè)定［S］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［11］陽(yáng)曉燕，楊勝來，李秀巒，等.非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定稠油油藏相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（6）：745-747.

［12］楊勝來，魏俊之.油層物理學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：243-245.

（編輯 姬美蘭）

Study on relative permeability curves of frozen core and conventional core in unconsolidated sandstone reservoir

Sun Xiaoxu,Yang Shenglai,Li Wuguang,Wang Xin,Liao Changlin
(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

In order to better find out the development characteristics of unconsolidated sandstone reservoir,aiming at the geologic features and the fluid property characteristics of reservoir,nonsteady state method to study the relative permeability curves of oilwater of frozen rock and conventional core is proposed under the conditions of similar reservoirs with water displacing oil in laboratory,which are compared.JBN empirical formula is adopted in the process of data processing,using the logarithm function for fitting and regressing calculation to gain the oil-water relative permeability curves,which obtains the experimental result.The result shows that residual oil saturation of frozen core is 29%on average after water flooding,water relative permeability of corresponding with residual oil saturation is 0.32,oil displacement efficiency averages 52%.Residual oil saturation is 30%on average for conventional core,water relative permeability of corresponding with residual oil saturation is 0.30 and oil displacement efficiency of an average is 52%.Water permeability of frozen core of corresponding with same water saturation is larger than that of conventional core,but water breakthrough time of conventional core generally predates that of frozen core,and water cut rises quickly.Ultimate water flooding efficiency of frozen core and breakthrough recovery are higher than those of conventional core.

nonsteady state method;conventional core;frozen core;relative permeability;unconsolidated sandstone reservoir

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超深層油氣藏巖石物性垂向分布規(guī)律及滲流特征研究”（50874114）

TE312

A

10.6056/dkyqt201204017

2011-12-20；改回日期：2012-05-14。

孫曉旭，女，1986年生，油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。E-mail：sunxiaoxu 19860914@163.com。

孫曉旭，楊勝來，李武廣，等.疏松砂巖油藏冷凍巖心與常規(guī)巖心相滲曲線研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：477-480.

Sun Xiaoxu，Yang Shenglai，Li Wuguang，et al.Study on relative permeability curves of frozen core and conventional core in unconsolidated sandstone reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：477-480.