杏北A區(qū)一類油層聚合物驅(qū)后儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)的變化

曹永娜

（中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 100083）

儲層是儲集油氣的空間，聚合物溶液的攜帶和吸附作用會引起儲層參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化[1]，杏北A區(qū)塊從2002年開始注聚，經(jīng)過十多年的開發(fā)，聚合物驅(qū)在一定程度上提高了采收率，但聚驅(qū)后剩余油仍有較大的挖掘潛力。所以研究一類油層聚驅(qū)前后物性參數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)的變化情況，是聚驅(qū)后剩余油挖潛的基礎(chǔ)[2]。

主力油層是指油層厚度大，滲透性好的油層。在杏北A區(qū)具體指葡萄花油層葡I1-3，沉積類型有河道砂、廢棄河道砂、河間砂等。從區(qū)內(nèi)葡I1-3有效厚度分布可以看出，有效厚度大于9 m所占比例高，發(fā)育面積也比較大。

1 聚驅(qū)前后可對比樣品的選擇

室內(nèi)模擬實驗可以做到對同一塊巖心先后進行水驅(qū)、聚驅(qū)，分別測其物性，分析聚驅(qū)前后物性變化，但室內(nèi)試驗始終是地下聚合物溶液驅(qū)油過程的一種簡化模擬，無法從根本上代表實際地下儲層經(jīng)聚合物驅(qū)后物性參數(shù)的變化規(guī)律[3-5]。因此研究中聚驅(qū)前后樣品均來自于現(xiàn)場真實巖心，客觀條件限制無法從同一口井既取得聚驅(qū)前的巖心，又取得聚驅(qū)后的巖心。所以對比巖心來自于兩口不同的井。聚驅(qū)前取心井為JE24井，聚驅(qū)后取心井為JH52井，為保證聚驅(qū)前和聚驅(qū)后兩口井所取的巖心在客觀上具有可比性，分別從開發(fā)階段、沉積背景（包括沉積環(huán)境和砂體發(fā)育背景）、巖心觀察、礦物分布和粒度中值五個方面對實驗巖心進行對比和篩選。

聚驅(qū)前和聚驅(qū)后兩口取心井均屬于高含水開采階段，綜合含水在90%以上，油層水淹比例高。兩口井的開采階段相近，開發(fā)程度相似，從而在開采過程中儲層均經(jīng)過長期的沖刷，改造。

聚驅(qū)前和聚驅(qū)后兩口取心井在葡I11、葡I212、葡I32和葡I33小層均屬于同一沉積相帶。相對位置相似的沉積環(huán)境保證了巖心的巖性，物性具有相似性，從而外部條件（注水，聚驅(qū)）所引起的儲層變化基礎(chǔ)一致，這樣變化程度就有了可比性。并且通過聚驅(qū)前取心井JE24和JH52的剖面看，主力油層葡I1-3砂體縱向上主要分布三套，三套砂體在空間上發(fā)育穩(wěn)定，所以兩口井從砂體發(fā)育背景上來看，具有很好的相似性。

觀察JE24井和JH52井的巖心，葡I1主要為油斑、油浸粉砂巖，局部含油；葡I2主要為飽含油細砂巖，含油、油浸細砂巖；葡I3主要為飽含油細砂巖，上部含油飽滿，顏色深褐色，底部水洗顏色淺灰色。從巖心觀察來看，兩口井的共同特征為，從葡I1到葡I3粒度增大，儲層物性變好，高滲層所占比例逐漸增加。從聚驅(qū)前后取心井的對應(yīng)取樣點看，選取樣品的巖性對應(yīng)一致。

從聚驅(qū)前后樣品礦物成分的總體分布來看，各種造巖礦物在兩口取心井的巖心中分布都比較穩(wěn)定，并且礦物含量也比較相似。也就是說從兩口井所取巖心的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度基本相當(dāng)。聚驅(qū)有后礦物成分的穩(wěn)定也保證了注水和注聚與骨架顆粒沒有引起強的化學(xué)反應(yīng)，從而在變化尺度上具有可比性。

粒度中值表示粒度分布的集中趨勢，可以表示沉積物在縱向或橫向上的變化規(guī)律[6，7]。并且粒度在聚驅(qū)前后也是一個很穩(wěn)定的參數(shù)。所以在實驗樣品的選擇時盡可能的在條件允許的情況下，進行對比的兩塊巖心盡量選擇粒度大小相似，同一粒度中值范圍內(nèi)的巖心進行對比，以確保兩口取心井，不同巖心的可比性。

2 儲層物性在聚驅(qū)后的變化特征

考察描述儲層的幾個參數(shù)，相對于孔隙度、滲透率和泥質(zhì)含量來說粒度是一個對孔滲敏感，并且自身在聚驅(qū)前后基本不變的參數(shù)，所以對聚驅(qū)前和聚驅(qū)后兩口取心井JE24井和JH52井主力油層的物性樣品歸類統(tǒng)計分析，明確不同的粒度范圍內(nèi)孔隙度，滲透率和泥質(zhì)含量在聚驅(qū)前后的變化特征（見表1）。

2.1 不同粒度范圍儲層參數(shù)的對比

2.1.1 聚驅(qū)前后孔隙度的變化 從圖1可以看出，聚驅(qū)前后孔隙度變化不大，在粒度中值小于0.05 mm和粒度中值大于0.15 mm的范圍內(nèi)孔隙度基本不變，在粒度中值0.05 mm到0.15 mm區(qū)間內(nèi)，孔隙度略有增加，并且粒度中值為0.05 mm到0.1 mm區(qū)間增加的幅度大于0.1 mm到0.15 mm粒度區(qū)間?？梢缘贸鼋Y(jié)論是：在粒度很小和粒度越大的范圍內(nèi)孔隙度沒有變化，在粒度中等范圍內(nèi)有一定的增加，但增加幅度很小。

表1 不同粒度區(qū)間內(nèi)儲層物性參數(shù)在聚驅(qū)前后的變化

圖1 不同粒度范圍孔隙度聚驅(qū)前后的變化

粒度中值越大，對應(yīng)孔隙度相應(yīng)較大，在大孔隙、粗喉道內(nèi)，聚合物有足夠的余地回旋，并且大孔道中聚合物驅(qū)替液的流速較低，沖刷能力較弱。所以聚驅(qū)對這部分孔隙基本沒有改變。

對粒度中值特別小的區(qū)域孔隙度也基本沒有影響，是因為聚合物雖然可以擴大波及體積，但由于波及孔隙體積的存在，很小的孔隙中仍有聚合物波及不到的地方，所以聚驅(qū)對這部分孔隙也是沒有影響。

只有對粒度中值大于0.5 mm小于0.15 mm的部分，聚驅(qū)后孔隙度略有增大，主要是聚合物的沖刷作用引起的，但增大值很小，整體表現(xiàn)為孔隙度略微有所增加。

2.1.2 聚驅(qū)前后滲透率的變化 聚驅(qū)前后，滲透率是變化很大的一個儲層參數(shù)。從不同粒度中值范圍的滲透率變化來看（見圖2），不同粒度范圍內(nèi)的滲透率均有較大提高，并且滲透率的變化呈指數(shù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)很高。由聚驅(qū)前后滲透率變化的趨勢線來看，兩條趨勢線的形態(tài)呈兩頭窄，中間寬的形態(tài)，即：當(dāng)粒度中值越小（小于0.05 mm）和粒度中值越大（大于0.15 mm）時，滲透率雖然也在增加，但增加的幅度不如粒度中值在0.05 mm到0.15 mm的中間段。

圖2 不同粒度范圍滲透率聚驅(qū)前后的變化

引起儲集層滲透率變化的因素有很多種。首先是驅(qū)替介質(zhì)的沖刷作用；其次是液巖相互作用導(dǎo)致粘土礦物的轉(zhuǎn)化、分散、遷移等引起儲層滲透性發(fā)生變化；對于聚驅(qū)后儲層，聚合物的滯留也是滲透率變化的原因之一。

聚驅(qū)后整體來說儲層滲透性變好，對于粒度中值不同范圍滲透率變化的程度不一致，不一致的原因是引起滲透率變化的各種因素相互消長。杏北A區(qū)一類油層儲層整體物性較好，聚合物沖刷作用占主體，所以整體呈現(xiàn)物性變好，滲透率增大。在大粒度區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)孔隙空間也比較大，而在大孔隙內(nèi)聚合物的低流速使得沖刷能力減弱，聚合物滯留作用增大，從而滲透率的增加變緩。聚合物擴大了波及體積，小孔隙空間內(nèi)粘土的損害因素所占比例增加，所以小粒度區(qū)間內(nèi)儲層滲透率的增加幅度亦變低。

2.1.3 聚驅(qū)前后泥質(zhì)含量的變化 泥質(zhì)含量變化不大，基本表現(xiàn)為粒度?。ㄐ∮?.1 mm）的巖心泥質(zhì)含量略有增加；粒度大（大于0.1 mm）的巖心略有減?。ㄒ妶D3）。

圖3 不同粒度范圍泥質(zhì)含量聚驅(qū)前后的變化

水驅(qū)波及不到的區(qū)域，由于聚合物的作用擴大了波及體積，而這部分也正是粒度小，泥質(zhì)含量比較高的部分。粘土礦物的相互轉(zhuǎn)化使得這部分的泥質(zhì)含量小幅度增加，但增加幅度非常小。粒度較大的部分由于聚合物的沖刷帶走了一部分粘土礦物，從而泥質(zhì)含量有一定幅度的降低。

圖4 孔隙度和滲透率回歸關(guān)系圖

2.2 儲層參數(shù)間的關(guān)系

圖5 泥質(zhì)含量與孔滲的關(guān)系

2.2.1 孔隙度和滲透率的關(guān)系 選擇不同粒度的樣品，測試其孔隙度和滲透率，分析孔隙度和滲透率之間的關(guān)系。由圖4可以看出，聚驅(qū)前和聚驅(qū)后孔隙度和滲透率均呈比較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.849和0.773 5。但回歸公式不同，驅(qū)前為y=0.382 3 e0.247x，聚驅(qū)后為y=0.302e0.301x，其中x為孔隙度，y為滲透率。并且在同樣孔隙度的條件下，聚驅(qū)后的滲透率相對聚驅(qū)前的滲透率值較大。

2.2.2 泥質(zhì)含量與孔滲的關(guān)系 從泥質(zhì)含量與孔隙度的關(guān)系可以看到，無論聚驅(qū)前還是聚驅(qū)后，隨泥質(zhì)含量的增大，孔隙度減小。聚驅(qū)前后孔隙度基本沒有變化。

無論聚驅(qū)前還是聚驅(qū)后的樣品，滲透率都是隨著泥質(zhì)含量的增加而降低，但在同等泥質(zhì)含量情況下，聚驅(qū)后滲透性更好一些（見圖5）。

3 聚驅(qū)后孔隙結(jié)構(gòu)的變化

3.1 孔隙類型及分布

杏北A區(qū)主力油層具有孔隙和喉道粗大，孔隙連通性好等特點。通過對聚驅(qū)前取心井JE24與聚驅(qū)后取心井JH52主力油層所取13塊樣品所制鑄體薄片分析，總體定性的特征為：儲集層孔隙、喉道均比較發(fā)育，邊緣比較平滑，具有發(fā)育的儲集空間和較強的滲流能力。儲層空隙類型主要為粒間擴大孔、粒間縮小孔、溶蝕孔和粒內(nèi)裂隙。

分別JE24井和JH52井各自4塊粒度相似巖心樣品的鑄體薄片定量統(tǒng)計，從兩口井聚驅(qū)前后孔隙類型所占比例分布來看（見圖6），聚驅(qū)前和聚驅(qū)后各種孔隙類型及其所占比例均無明顯變化。

從各種孔隙類型分布的聚驅(qū)前后觀察對比來看，聚驅(qū)前和聚驅(qū)后沒有明顯區(qū)別，也就進一步證明聚合物驅(qū)油對孔隙影響不大。那么聚合物驅(qū)對微孔隙和喉道會產(chǎn)生什么樣的影響，進一步從壓汞實驗來進行研究。

圖6 JE24井和JH52井巖心鑄體薄片孔隙類型分布

3.2 孔隙的結(jié)構(gòu)特征

選擇聚驅(qū)前后兩組粒度中值相似的樣品做汞實驗，從兩組樣品的曲線形態(tài)來看，不同粒度的聚驅(qū)前和聚驅(qū)后曲線的特征（見圖7）。

圖7 兩組聚驅(qū)前后樣品壓汞曲線形態(tài)對比

（1）排驅(qū)壓力相近，進汞端位置基本一致，反映最大孔喉半徑一致；（2）退汞曲線形態(tài)類似；（3）進汞曲線的斜率有所不同，聚驅(qū)前進汞曲線的斜率小于聚驅(qū)后進汞曲線的斜率；（4）同樣壓力下，聚驅(qū)后樣品的進汞量小于聚驅(qū)前樣品，最大進汞飽和度在聚驅(qū)后變小。

排驅(qū)壓力對應(yīng)樣品最大孔喉半徑，聚驅(qū)前后排驅(qū)壓力不變意味著聚合物溶液在驅(qū)替過程中對儲層的最大孔喉影響不大[8，9]。由前面的分析可知在大孔隙粗孔喉中聚合物溶液有足夠的回旋余地，所以在滲流過程中對這部分孔喉基本沒有影響。

退汞效率反映孔隙、喉道分布的均勻程度，是孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對采收率影響的主要參數(shù)之一[9]。從聚驅(qū)前后的退汞效率來看，聚驅(qū)前和聚驅(qū)后基本不變，也就是說明聚驅(qū)前后的巖心都相對較為均質(zhì)。

聚驅(qū)后進汞曲線的斜率的增大和最大汞飽和度的降低均表明，小孔喉的增加和部分微孔喉的堵塞。造成聚驅(qū)前后壓汞曲線形態(tài)變化的原因有以下幾點：

（1）顆粒細小的砂巖中粘土礦物膨脹；（2）聚合物溶液在攜帶和搬運過程中，粘土礦物在細小喉道處沉積縮小阻塞喉道；（3）聚合物本身在孔隙中殘留縮小阻塞喉道（見圖8）；（4）毛管壓力曲線形態(tài)與油、水在孔隙內(nèi)的分布和運動特征有關(guān)。從自吸法對巖石潤濕性的測定中可以知道，聚驅(qū)后巖石親水性有所增強，這樣就使得聚驅(qū)后毛管壓力增大。

圖8 聚合物在儲層中的殘留

以上原因共同作用使得非濕相的汞更難進入巖石的孔隙，細小喉道的阻塞也會使得最大汞飽和度的降低。

4 孔隙喉道對滲透率的影響

聚驅(qū)前后儲層參數(shù)變化分析中可知，聚驅(qū)后滲透率增大。從壓汞曲線的形態(tài)來看，進汞曲線的斜率更大，也就是說汞更難進入巖心孔隙，如何解釋這種現(xiàn)象。從聚驅(qū)前后樣品毛管半徑對滲透率的影響關(guān)系（見圖9）中可以看出，對滲透率貢獻最大的毛管半徑集中在大孔喉部分，低于7.35 μm的孔喉對滲透率基本沒有貢獻。所以小孔喉的堵塞并不影響滲透率增大的趨勢。

圖9 聚驅(qū)前后樣品毛管半徑對滲透率的影響關(guān)系

5 結(jié)論

（1）分別從開發(fā)階段，沉積背景（包括沉積環(huán)境和砂體發(fā)育背景）、巖心觀察、礦物分布和粒度中值五個方面對實驗巖心進行對比和篩選。建立了聚驅(qū)前后樣品選擇的標(biāo)準，實驗證明是可行的。

（2）大量樣品統(tǒng)計分析，聚驅(qū)前后孔隙度和泥質(zhì)含量變化不大，滲透率增大，但在不同粒度區(qū)間增大的幅度不同。

（3）杏北A區(qū)發(fā)育四種孔隙類型，聚驅(qū)前后各種孔隙類型所占的比例基本不變。聚驅(qū)前后排驅(qū)壓力不變，證明最大孔喉半徑不變。進汞曲線斜率增大，最大汞飽和度減小，其主要原因為粘土礦物的膨脹和聚合物的滯留。

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