姬塬長2油層滲流特征和驅(qū)油效率影響因素分析

李 歷，孫 衛(wèi)，魏曉娥，霍 磊，高 旭，李金陽

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；

3.延長石油安塞采油廠，陜西安塞717400)

姬塬長2油層滲流特征和驅(qū)油效率影響因素分析

李 歷1，2，孫 衛(wèi)1，2，魏曉娥1，2，霍 磊1，2，高 旭1，2，李金陽3

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；

3.延長石油安塞采油廠，陜西安塞717400)

選取模型進(jìn)行真實砂巖水驅(qū)油實驗，對姬塬油田元214區(qū)長2油層的微觀儲層滲流特征和驅(qū)油效率的影響因素進(jìn)行分析研究。實驗結(jié)果表明，研究區(qū)的微觀水驅(qū)油驅(qū)替類型主要有均勻、網(wǎng)狀與指狀3種類型，并且3種驅(qū)替類型對應(yīng)模型的驅(qū)油效率依次降低。殘余油存在的形式主要是以油膜殘余油和繞流殘余油分布為主，比較少見卡斷殘余油和角隅殘余油。通過實驗分析驅(qū)替效率的影響因素，儲層物性是最主要的因素；其次非均質(zhì)性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)對驅(qū)油效率也有一定影響；同時在一定的壓力范圍內(nèi)，提高注水壓力可以明顯的提高驅(qū)油效率，但是當(dāng)壓力增大到一定程度后，水流容易形成優(yōu)勢通道，導(dǎo)致注入水只是沿著優(yōu)勢通道向前推進(jìn)，驅(qū)油效率的增加幅度就會逐漸減小。綜合研究分析，應(yīng)用上述水驅(qū)油實驗得出的結(jié)論可以為油藏的開發(fā)研究提供可靠的依據(jù)。

姬塬油田；儲層物性；驅(qū)替類型；殘余油；驅(qū)油效率

隨著姬塬油田石油資源勘探程度的不斷深入、低滲透儲層的穩(wěn)產(chǎn)狀態(tài)的已經(jīng)很難維持。同時，低滲油藏的注水開發(fā)狀況復(fù)雜，油藏油水分布規(guī)律難尋、不同井油水采出程度差異也比較大、再加上儲層微觀地質(zhì)條件，水驅(qū)油路徑與油藏剩余油展布規(guī)律認(rèn)識不清，這些都是制約油田實現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)的重要原因。真實砂巖微觀模型實驗在表征油藏微觀滲流機(jī)理方面具有直觀性、實用性、科學(xué)性的優(yōu)點[1-3]。同時，研究區(qū)目前在進(jìn)入中含水期后，開發(fā)規(guī)律及微觀驅(qū)油特性均發(fā)生變化。因此，需要對滲流規(guī)律進(jìn)行深入研究，從而指導(dǎo)油田后期的開發(fā)。針對這些問題，本文從基礎(chǔ)地質(zhì)研究角度出發(fā)，結(jié)合真實砂巖微觀水驅(qū)油實驗，對姬塬油田長2油層的微觀滲流特征以及驅(qū)油效率的影響因素進(jìn)行了分析研究。

1 區(qū)域地質(zhì)與儲層特征

姬塬油田鐵邊城地區(qū)元214區(qū)塊位于陜西省的境內(nèi)，橫跨吳起縣的鐵邊城鎮(zhèn)、新寨鄉(xiāng)、吳倉堡鄉(xiāng)、王洼子鄉(xiāng)和定邊縣的新安邊鄉(xiāng)；在整體上，延長組長2儲層呈現(xiàn)西傾大單斜狀，坡度小于2°，斜坡上發(fā)育有北東-南西軸向的鼻狀隆起。

元214區(qū)長2油層組主要發(fā)育有三角洲平原亞相，陸上的沉積部分和河流體系的分界是從河流大量分叉處開始的，在沉積微相上存在著多樣性[4，5]。長2儲層的巖石類型主要有灰質(zhì)砂巖。沉積作用之后又發(fā)生了壓實、溶蝕、膠結(jié)、破裂和交代等一系列的成巖作用，成巖作用的特征復(fù)雜，現(xiàn)象豐富，對于儲集層孔隙發(fā)育有著顯著的影響，這就造成了儲層孔隙類型的多樣性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[4，5]。長2儲層孔隙主要為溶蝕孔和粒間溶孔，分別占有的比例為：26.2%和72.6%，晶間孔和微孔較為少見，喉道類型主要包括片狀、點-片狀以及管束狀喉道。對研究區(qū)長2儲層物性的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以得出儲層的孔隙度主要分布在4.9%～20.2%之間，平均值為14.5%；滲透率主要分布在0.1×10-3μm2～27.6×10-3μm2之間，平均值為5.7×10-3μm2。

綜合上述研究可以得出：研究區(qū)是屬于低孔隙度、低滲透率的儲層，同時在局部發(fā)育有相對的高滲透地區(qū)。對地層原油高壓物性和地面原油物性進(jìn)行分析研究得到：原油密度為0.754 g/cm3，粘度2.45 MPa·s，油藏飽和壓力8.76 MPa，原始地層壓力13.11 MPa，因此，從另外的一個角度來說，研究區(qū)是屬于低密度、中等粘度、飽和度高的油藏。

2 真實砂巖水驅(qū)油的實驗流程

實驗過程中篩選12塊砂巖模型進(jìn)行水驅(qū)油實驗，具體的實驗方法及流程參見參考文獻(xiàn)[6-9]。真實砂巖微觀水驅(qū)油實驗的流程主要有：

(1)模型制作：巖心切片—洗油—烘干—磨平—膠結(jié)等工藝處理。

(2)微觀模型實驗系統(tǒng)有：抽真空、加壓、顯微鏡觀察以及圖像采集系統(tǒng)四個部分。

(3)實驗步驟：a.抽真空飽和水和液測滲透率b.飽和油至束縛水狀態(tài)c.水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)d.估算驅(qū)油效率。

通過以上的實驗過程，然后準(zhǔn)確記錄、采集各個實驗步驟的數(shù)據(jù)和圖像，最后進(jìn)行最終的數(shù)據(jù)處理。

3 微觀水驅(qū)油實驗結(jié)果與分析

3.1 驅(qū)替類型

篩選出12塊模型進(jìn)行真實砂巖水驅(qū)油實驗，實驗得出的結(jié)果和特征如表1、圖1所示。從水驅(qū)油實驗中可以得出，由于樣品物性差異較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)，使得在水驅(qū)油實驗過程中，驅(qū)替類型呈現(xiàn)出不同的方式。在顯微鏡下觀察可得：其中，單獨的驅(qū)替類型主要有均勻、網(wǎng)狀和指狀驅(qū)替三種類型。但是并不是僅僅單一存在，而大多數(shù)是以組合型為主，即均勻，網(wǎng)狀和指狀驅(qū)替相互組合而成。

1)指狀驅(qū)替型：這種驅(qū)替類型主要表現(xiàn)為在水驅(qū)油過程中水驅(qū)初期時前緣表現(xiàn)為指狀型分布。隨著驅(qū)替過程的進(jìn)行，指狀型突進(jìn)帶就會慢慢的變寬，彼此之間就會連成了一大片，相比之下，沒有連成片的區(qū)域就形成了繞流殘余油。隨著驅(qū)替時間的增加、壓力的增大，部分區(qū)域便會形成指狀-網(wǎng)狀這種組合型的驅(qū)替方式。這類模型的有效孔隙體積平均值為0.049 mL，驅(qū)替出來體積平均值為0.005 mL，最終的驅(qū)替效率為25.70%。

2)網(wǎng)狀驅(qū)替型：網(wǎng)狀驅(qū)替可以說是指狀和均勻驅(qū)替二者之間的過渡形式。這種驅(qū)替類型主要表現(xiàn)為在水驅(qū)油過程水驅(qū)前緣呈網(wǎng)狀型分布，水流突破之后會在后緣處形成網(wǎng)狀型的水驅(qū)油通道。隨著驅(qū)替時間增加，壓力增大，部分區(qū)域會出現(xiàn)均勻型的滲流或者少量的指狀滲流。該類模型的有效孔隙體積平均值為0.051 mL，驅(qū)替出來體積平均值為0.008 mL，最終的驅(qū)替效率為29.83%。

3)均勻驅(qū)替型：通過顯微鏡的觀察，在這個階段，水流首先沿著阻力比較低的通道開始突進(jìn)，短時間內(nèi)就會在突破出口端，突破后水流的波及面積就會在平面上慢慢擴(kuò)大。這種驅(qū)替類型主要表現(xiàn)為水驅(qū)油前緣推進(jìn)相對均勻穩(wěn)定，隨著驅(qū)替時間的延長，壓力的增大，模型的部分區(qū)域會出現(xiàn)網(wǎng)狀型的滲流或少量的指狀滲流。該類模型的有效孔隙體積平均值為0.056 mL，驅(qū)替出來體積平均值為0.011 mL，最終的驅(qū)替效率為36.82%。

表1 真實砂巖微觀水驅(qū)油效率表

通過上述分析表明：在水驅(qū)油驅(qū)替的過程中，驅(qū)替類型主要存在均勻、網(wǎng)狀和指狀三種單一的驅(qū)替類型，并且三種驅(qū)替類型對應(yīng)的模型的驅(qū)油效率是依次降低的。

指狀驅(qū)替(2-8)1644.9 m

網(wǎng)狀驅(qū)替(2-9)1649.87 m

均勻驅(qū)替(4-5)1742.46 m

3.2 殘余油分布狀態(tài)

殘余油的形成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，它不僅僅和孔隙介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、孔隙介質(zhì)的表面性質(zhì)以及油水的性質(zhì)有關(guān)，而且還和驅(qū)替的條件有一定的關(guān)系。但是在這些影響因素中，孔隙結(jié)構(gòu)起著主導(dǎo)的作用[10，11]。同時，由于儲層物性的不同，在水驅(qū)油的過程中，殘余油形成的方式和主要類型也不是都相同的。在顯微鏡下觀察可以得到：存在的殘余油類型主要有油滴卡斷、繞流、油膜和角隅4種類型。實驗過程中，綜合分析可以得到：研究區(qū)的殘余油類型主要有油膜殘余油和繞流殘余油；同時，指狀驅(qū)替容易形成繞流、油膜型殘余油；均勻、網(wǎng)狀型驅(qū)替容易形成繞流、油膜和部分的角隅、卡斷型殘余油。具體的各種殘余油類型如下(圖2)所示。

1)卡斷殘余油：儲層存在的非均質(zhì)性以及孔隙分布的復(fù)雜性，使得在水驅(qū)油過程中，當(dāng)注入水開始向中央擴(kuò)散的時候，也就是當(dāng)注入水由大孔隙進(jìn)入小孔隙時，孔隙的毛細(xì)管力和驅(qū)動力就會急劇增大，最終會使得油流會在喉道處被卡斷，形成了卡斷殘余油(圖2a)。

2)繞流殘余油：儲層巖石的非均質(zhì)性和孔隙結(jié)構(gòu)分布的不均勻性，使得在水驅(qū)油的過程中，注入水首先通過阻力相對較小的孔隙，然后慢慢逐漸向兩邊進(jìn)行擴(kuò)散，從而形成了之后的水流通道，這樣便自然而然就會形成大大小小的繞流殘余油(圖2b)。

3)油膜殘余油：研究區(qū)的儲層整體上呈現(xiàn)弱親油的特點，儲層的巖石礦物成分相對比較復(fù)雜。因此，大部分巖石顆粒的表面常常會以油膜的形式來吸附原油(圖2c)。

4)角隅殘余油：研究區(qū)儲層巖石的潤濕性在整體是親水的，但是仍然有部分巖石顆粒的表面會吸附原油。這種現(xiàn)象會導(dǎo)致注入水在孔道中非勻速的向前推進(jìn)，這樣就會出現(xiàn)在孔道的中央或者邊緣前進(jìn)速度比其他的地區(qū)快，最后會出現(xiàn)不能完全徹底地驅(qū)出油，從而產(chǎn)生了角隅殘余油(圖2d)。

總的來說，研究區(qū)長2儲層在水驅(qū)過程中存在的殘余油類型主要包括油膜殘余油和繞流殘余油。和親水儲層相比，不同的是，比較少見角隅殘余油和卡斷殘余油。

圖2 不同的殘余油類型

3.3 驅(qū)油效率的影響因素

影響水驅(qū)油驅(qū)油效率的因素有很多，包括儲層物性、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、儲層的非均質(zhì)性、驅(qū)替過程的驅(qū)替倍數(shù)以及粘土礦物類型等等。通過實驗結(jié)果表明，儲層的物性是影響研究區(qū)儲層驅(qū)油效率的最主要因素；其次，微觀孔隙結(jié)構(gòu)和儲層的非均質(zhì)性也在一定的程度上也影響著驅(qū)油效率[9，12-16]。

3.3.1 儲層物性

通過對實驗現(xiàn)象的觀察以及處理實驗所得的數(shù)據(jù)，可以得出儲層的物性狀況是影響驅(qū)油效率的最主要的因素。具體來說，當(dāng)儲層的物性相對較好時，驅(qū)油效率相對比較高；當(dāng)儲層的物性較差時，驅(qū)油效率就比較低。通過相關(guān)性的研究可以得出，在總體的趨勢下，驅(qū)油效率是隨著孔隙度、滲透率的增大而增大；但具體來講，孔隙度與驅(qū)油效率的相關(guān)性R2=0.4974，滲透率與驅(qū)油效率的相關(guān)性R2=0.5563，相比之下，孔隙度與驅(qū)油效率的相關(guān)性低于滲透率與驅(qū)油效率的相關(guān)性，這個可以說明物性、特別是受孔道寬窄制約的滲透率和驅(qū)油效率的關(guān)系更加密切。

3.3.2 儲層非均質(zhì)性

實驗結(jié)果表明，模型非均質(zhì)性的不同對驅(qū)油效率也有著很大程度的影響。通過在顯微鏡下觀察非均質(zhì)性相對較強(qiáng)的樣品，當(dāng)它們加壓到一定的數(shù)值以后，流體在孔隙空間內(nèi)部形成的滲流通道就會比較單一，這就會導(dǎo)致波及面積在一定程度上的受到了限制，使得驅(qū)替過后會形成了大簇狀的殘余油，最終將會導(dǎo)致驅(qū)油效率比較低。再者，結(jié)合壓汞實驗得出的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出部分樣品的分選系數(shù)和驅(qū)油效率之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)儲層的變異系數(shù)和孔喉分選系數(shù)與驅(qū)油效率在總體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。也就是說，當(dāng)變異系數(shù)和孔喉分選系數(shù)越大的時候，驅(qū)油效率就會越低；相反，驅(qū)油效率就會越高。這就可以說明儲層非均質(zhì)性也是影響驅(qū)油效率的一個比較重要的因素。

3.3.3 驅(qū)替壓力和水驅(qū)倍數(shù)

1)驅(qū)替壓力

實驗過程中逐漸提高水驅(qū)油的驅(qū)替壓力，就是說在某一個注水壓力下，水驅(qū)樣品不出油時就進(jìn)一步提高注入水的壓力。顯微鏡下觀察可得，當(dāng)提高注入壓力時，樣品的油水分布會出現(xiàn)兩個方面的變化：一方面是孔隙中油膜的厚度會被減薄，甚至?xí)粍冸x；另一方面就是可能會驅(qū)替出之前形成的繞流殘余油，在一定的程度上提高了驅(qū)替效率。也就是說，當(dāng)提高注入壓力后，水能夠進(jìn)入之前難以進(jìn)入的區(qū)域，但是當(dāng)壓力提高到一定的程度后，滲流通道會基本的固定，水流會沿著滲流通道進(jìn)行驅(qū)替。因此，如果繼續(xù)加大壓力的話對驅(qū)油效率的影響就會很小。(圖3)。

長2整體孔喉較細(xì)小，水流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后水就難以波及到，因此水流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，隨著注水壓力的加大，驅(qū)油效率增加的程度就會減小。Y219井1751.3 m的模型從1 PV到2 PV，隨著注水壓力的加大，注水波及面明顯變大，驅(qū)油效率明顯增大；從2 PV到3 PV，隨著注水壓力的加大，注水波及面就變化不大，驅(qū)油效率增加的程度也不大(圖4)。

圖3 不同驅(qū)替壓力與驅(qū)油效率關(guān)系圖

圖4 Y-219井1751.3 m不同驅(qū)替壓力下對驅(qū)油效率的影響

2)水驅(qū)倍數(shù)

圖5 水驅(qū)油體積倍數(shù)與驅(qū)油效率關(guān)系圖

圖6 不同類型模型滲流特征全視域圖

實驗過程中，在壓力保持不變的情況下提高注入水體積倍數(shù)，分別在水驅(qū)1 PV，2 PV，3 PV時統(tǒng)計殘余油飽和度，并通過殘余油飽和度來計算它們對應(yīng)的驅(qū)油效率。對實驗數(shù)據(jù)分析可得，提高注水體積倍數(shù)可以提高驅(qū)油效率。從1倍驅(qū)替到2倍驅(qū)替，驅(qū)油效率能夠很大程度的提高；但是從2倍驅(qū)替到3倍驅(qū)替，驅(qū)油效率的提高速度就變慢了。這種情況主要是與水流的優(yōu)勢通道有關(guān)，就是當(dāng)水流形成優(yōu)勢通道之后，注入水只會沿著優(yōu)勢通道向前推進(jìn)，導(dǎo)致驅(qū)油效率基本保持不變(圖5、圖6)。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)長2儲層微觀水驅(qū)油的驅(qū)替類型主要有均勻、網(wǎng)狀與指狀三種類型，同時，三種驅(qū)替類型的模型的驅(qū)油效率依次降低。

(2)研究區(qū)長2儲層的水驅(qū)殘余油分布狀態(tài)主要包括油膜殘余油和繞流殘余油，比較少出現(xiàn)角隅殘余油和卡斷殘余油。

(3)儲層物性是影響研究區(qū)長2儲層驅(qū)油效率的最主要因素；相比較之下，微觀孔隙結(jié)構(gòu)和儲層非均質(zhì)性也是影響驅(qū)油效率的重要因素；并且，在一定壓力范圍內(nèi)，提高注水壓力可以很大程度的提高驅(qū)油效率，但是當(dāng)壓力增大到一定程度后，水流就容易形成優(yōu)勢通道，導(dǎo)致注入水只沿著優(yōu)勢通道向前推進(jìn)，使得驅(qū)油效率的增加幅度會逐漸減小。

(4)通過進(jìn)行水驅(qū)油實驗得出的結(jié)論，對研究區(qū)后期的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]曾大乾，李淑貞.中國低滲透砂巖儲層類型及地質(zhì)特征[J].石油學(xué)報，1994，15(1)：38-45.

[2]李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：14-30.

[3]黃延章.低滲透油層滲流機(jī)理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.12.

[4]禚喜準(zhǔn)，王琪，史基安.鄂爾多斯盆地鹽池-姬塬地區(qū)三疊系長2砂巖成巖演化特征與優(yōu)質(zhì)儲層分布[J].礦物巖石，2005，25(4)：98-106.

[5]羅靜蘭.成巖作用對河流-三角洲相砂巖儲層物性演化的影響-以延長油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長2砂巖為例.沉積學(xué)報，2001，19(4)：541-547.

[6]Sun Wei,Qu Zhi-hao,Tang guo-qing.Characterization of water injection in low-permeability rock u-sing sandstone micro-models[J].Journal of Petroleum Technology，2004,56 (5 ):71 -72.

[7]Sun Wei,Tang guo-qing.Visual study of water injection in low permeable sandstone[J]Journal of Canadian Petroleum Technology，2006，45 (11):21-26.

[8]孫衛(wèi)，曲志浩，李勁峰.安塞特低滲透油田見水后的水驅(qū)油機(jī)理及開發(fā)效果分析[J]石油實驗地質(zhì)，1999，21(3)：256-260.

[9]朱玉雙，曲志浩，孔令榮，等.靖安油田長6，長2油層驅(qū)油效率影響因素[J]石油與天然氣地質(zhì)，1999，20(4)：333-335.

[10]楊普華.孔隙結(jié)構(gòu)對水驅(qū)油機(jī)理影響的研究[J].石油學(xué)報，1980，增刊(1)：103-112.

[11]全洪慧，朱玉雙，張洪軍，等.儲層孔隙結(jié)構(gòu)與水驅(qū)油微觀滲流特征：以安塞油田王窯區(qū)長6油層組為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2011，32(6)：952-960.

[12]孫衛(wèi)，何娟.姬源延安組儲層水驅(qū)油效率及影響因素[J]石油與天然氣地質(zhì)，1999.20(1)：26-29.

[13]劉中春，岳湘安，王正波.低滲透油藏巖石物性對滲流的影響分析[J].油氣地質(zhì)與采收率，2005，11(6)：39-41.

[14]關(guān)利群，屈紅軍，胡春花，等.安塞油田H區(qū)長6油層儲層非均質(zhì)性與含油性關(guān)系研究[J].巖性油氣藏，2010，22(3)：26-30.

[15]朱玉雙，孔令榮，曲志浩，等.注水開發(fā)并非安塞油田長6油層低采收率的主要原因[J].石油與天然氣地質(zhì)，1997，18(3)：221-223.

[16]曲志浩，孔令榮.低滲透油層微觀水驅(qū)油特征[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002，32(4)：329-334.

[責(zé)任編輯 李曉霞]

Analysis on Seepage Characteristics and Influencing Factors of Oil Displacement Efficiency of Chang 2 Reservoir in Jiyuan Oilfield

LI LI1，2,SUN WEI1，2,WEI Xiao-e1，2，HUO LEI1，2GAO XU1，2，LI Jing-yang3

(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics,Northwest University,Xi′an 710069,China;2.Department of Geology,Northwest University,Xi′an 710069;3.Ansai Oil Production Plant,Yanchang Petroleum(Group)Limited Company,Yan′an 717400,China)

According water-flooding experiments with the real sandstone micro-model,this article mainly study on the micro-water driving oil percolation characteristics of reservoir,and the influence factors of oil displacement efficiency of Chang 2 reservoir in Jiyuan oilfield Yuan 214 for its tableland oilfield.The results show that micro water driving oil displacement type of the study area mainly has three types:homogeneous, reticular and finger.Oil displacement efficiency of homogeneous, reticular and finger decreased systematically. Residual oil distribution are mainly residual oil film and residual oil flow around(by-pass oil),pore edge and corner residual oil and card off residual oil are few. Physical property is the primary factor that affecting the effects of reservoir oil displacement.In certain pressure range,oil displacement efficiency can be increased effectively by increasing driving water pressure. However,when the pressure increases to a certain degree,the flow more easily to form dominant flow channels and driving water along with the dominant channel,which lead to increasing amplitude of the displacement efficiency becoming smaller. Microscopic pore structure and heterogeneity also influence oil displacement efficiency.Comprehensive analysis shows that the application of the above conclusion can be a reliable basis for reservoir development.

Jiyuan oilfield; reservoir property; displacement type; residual oil; oil displacement efficiency

2015-09-20

李 歷(1990—)，男，陜西綏德人，西北大學(xué)碩士研究生。

P618.13

A

1004-602X(2015)04-0068-06