非均質(zhì)儲層水驅(qū)剩余油分布及其挖潛室內(nèi)模擬研究

董利飛岳湘安蘇 群張德鑫張 昱宋偉新

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，北京 102249；3.中國石油天然氣集團公司長慶油田分公司，西安 751500）

非均質(zhì)儲層水驅(qū)剩余油分布及其挖潛室內(nèi)模擬研究

董利飛1，2岳湘安1，2蘇 群1，2張德鑫3張 昱1，2宋偉新1，2

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，北京 102249；3.中國石油天然氣集團公司長慶油田分公司，西安 751500）

引用格式：董利飛，岳湘安，蘇群，等. 非均質(zhì)儲層水驅(qū)剩余油分布及其挖潛室內(nèi)模擬研究［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：63-66.

為了挖潛長期注水開發(fā)油田水淹層內(nèi)的剩余油，通過分析儲層孔隙結(jié)構(gòu)和孔喉大小，研制了可視化非均質(zhì)模型，以錄像的方法室內(nèi)觀察水驅(qū)剩余油形成過程，分析其分布特征及挖潛技術(shù)思路?；趶椥灶w粒在孔喉結(jié)構(gòu)中的材料性能，提出與儲層孔喉相匹配的彈性顆粒粒徑篩選原則，并通過非均質(zhì)巖心水驅(qū)后顆粒調(diào)剖實驗，評價該彈性顆粒的動態(tài)封堵能力和調(diào)剖效果。結(jié)果表明：油田儲層普遍存在非均質(zhì)性，該性質(zhì)影響水驅(qū)剩余油的分布；水淹層內(nèi)剩余油以非均質(zhì)剩余油為主，多數(shù)存在于層內(nèi)局部低滲部位，分布較為分散，其挖潛應(yīng)以提高微觀波及效率為主；彈性顆粒對喉道的封堵強度隨粒徑的增大先增大后趨于恒定，當顆粒粒徑與喉道直徑之比超過3時，顆粒在孔喉結(jié)構(gòu)中發(fā)生破碎；封堵水淹層水流通道、挖潛層內(nèi)剩余油時，選擇粒徑為3倍大孔喉尺寸的彈性顆粒，其效果明顯。

剩余油；調(diào)剖；彈性顆粒；非均質(zhì)性；可視化模型；室內(nèi)模擬研究

國內(nèi)大部分油田經(jīng)過長期注水開發(fā)后，注采矛盾突出，水竄水淹現(xiàn)象嚴重，水驅(qū)效率降低［1-4］。經(jīng)過一系列調(diào)剖增產(chǎn)措施后，盡管取得了一定效果，但也使得剩余油區(qū)儲層物性較之前更差，剩余油挖潛難度也隨之加大。目前應(yīng)用現(xiàn)有的一些體系調(diào)剖時，盲目性較高，缺乏合理有效的篩選和評價方法，有效作用期和最終效果差異較大。因此，分析目前儲層物性主要特點，研究其對剩余油形成和分布的影響，提出合理的評價方法來篩選與儲層相匹配的調(diào)剖體系，從而挖潛其中的剩余油顯得十分必要［5-9］。

油田儲層中剩余油主要有兩部分，一部分為水驅(qū)未波及到區(qū)域內(nèi)的剩余油，這類剩余油存在的層位一般滲透率較低或者厚度較薄，開發(fā)的技術(shù)要求及經(jīng)濟成本較高；另一部分為水淹層內(nèi)的剩余油，這類剩余油一般是由于水竄通道的形成而使注入水繞過部分區(qū)域，從而在其中殘存部分原油，這類剩余油是油田高含水期提高采收率的一個主要方向［10］，也是本文的研究對象。

基于水淹層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特點，分析其影響剩余油的主要物性特征，研制了具備該特征的可視化物理模型。通過水驅(qū)油實驗觀察剩余油的形成過程，分析剩余油類型和分布特征，提出了挖潛該類剩余油的技術(shù)要求以及應(yīng)用彈性顆粒體系調(diào)剖的可行性。結(jié)合具有孔喉結(jié)構(gòu)的測量裝置，分析彈性顆粒在孔喉結(jié)構(gòu)中的材料性能，明確其與儲層相匹配的篩選方法，并根據(jù)吉林油田儲層孔喉大小，研制相應(yīng)儲層物性特點的物理模型，篩選匹配的彈性顆粒，評價其封堵和調(diào)剖效果。

1　非均質(zhì)性儲層可視化物理模型的研制

非均質(zhì)性是指儲層孔隙、喉道大小及均勻程度、孔隙喉道的配置關(guān)系和連通程度。它直接影響著油、水滲流特征以及驅(qū)替效率，從而控制著孔隙結(jié)構(gòu)中微觀規(guī)模剩余油的分布。形成儲層非均質(zhì)性的主要原因是巖石顆粒大小不一、排列方式的差異以及成巖過程中的膠結(jié)、溶蝕等作用。儲層巖石顆粒本身就具有不同的分選性及磨圓度，沉積過程中顆粒隨機排列，且目前大多數(shù)含油氣儲層都經(jīng)過了多種成巖作用，因此儲層的非均質(zhì)性是普遍存在的。根據(jù)吉林油田取心資料分析的孔喉半徑分布特征，該儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型以大孔粗喉型最為常見，孔喉半徑集中在4.0～6.3 μm；中孔中喉型次之，孔喉半徑集中在0.1～4.0 μm之間；少數(shù)發(fā)育細孔細喉型孔隙，半徑集中在0.016～0.16 μm。這種大小不均的孔喉半徑充分說明了儲層的微觀上的非均質(zhì)特點。

為了模擬儲層層內(nèi)這種非均質(zhì)特征，同時便于實驗觀察，設(shè)計了可視化非均質(zhì)模型。模型選用透明的石英玻璃板，并將其吻合在不銹鋼鋼板之上，上下通過螺栓固定，在兩者之間形成一個具有0.5 cm厚度的空隙空間，用以填充不同目數(shù)的玻璃微珠，形成不同大小的孔隙及孔隙結(jié)構(gòu)上的非均質(zhì)性。實驗選用30目的玻璃微珠作為基質(zhì)，以100目的玻璃微珠作為非均質(zhì)點進行隨機填充，大顆粒包圍小顆粒，小顆粒形成的孔隙在微觀上足夠大，但是在宏觀上較小，形成局部的低滲點并被高滲區(qū)包圍，可認為模型在該處具有非均質(zhì)性。可視化非均質(zhì)模型的尺寸為：長30 cm，寬8 cm（如圖1所示）。為了使石英板表面更接近于實際油藏條件，利用化學(xué)劑浸泡石英板將其表面潤濕性變?yōu)橛H水。

圖1　可視化非均質(zhì)填砂模型

2　非均質(zhì)儲層水驅(qū)剩余油分布室內(nèi)模擬研究

對可視化非均質(zhì)模型進行試漏分析，連接驅(qū)油實驗設(shè)備，抽真空、飽和油并老化6 h后，以恒定速度水驅(qū)油。同時在模型上方安裝一臺高精度攝像機，通過錄像實時記錄水驅(qū)油過程，直至含水98%以后停止實驗，取下錄像機，對驅(qū)替過程進行圖像分析，研究水驅(qū)后非均質(zhì)模型內(nèi)剩余油的形成及其分布特征。其中實驗用油視黏度為7.14 mPa·s，注入水總礦化度為6 400 mg/L，實驗溫度為室溫。實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2　非均質(zhì)模型水驅(qū)剩余油形成及分布

從圖2中可以明顯地看出，隨著注水量的增加，水驅(qū)后該可視化非均質(zhì)模型中高滲區(qū)域內(nèi)的原油被沖刷的較為干凈，而在局部低滲部位因驅(qū)油效率低而存留較多的剩余油。這種剩余油是由儲層孔隙結(jié)構(gòu)等的微觀上的非均質(zhì)性引起的，因此其類型為非均質(zhì)剩余油。由于儲層中局部低滲點的分布較為隨機和分散，所以層內(nèi)非均質(zhì)儲層水驅(qū)后剩余油分布較為分散，且大多存在于局部低滲部位。

3　儲層非均質(zhì)剩余油挖潛室內(nèi)模擬研究

3.1彈性顆粒剩余油挖潛可行性

由于層內(nèi)非均質(zhì)儲層水驅(qū)剩余油分散地存在于局部低滲區(qū)域，因此對其挖潛應(yīng)該以提高微觀波及效率為主要方向。同時，由于剩余油隨機分布，要求調(diào)剖劑在選擇性封堵水竄通道時盡量避免低滲區(qū)域的堵塞，而且應(yīng)具有“堵而不死”的效果。彈性顆粒是一類應(yīng)用較為廣泛的調(diào)剖體系［11-16］，其在液流作用下，優(yōu)先進入高滲部位，通過物理堵塞的方式封堵與之大小相匹配的喉道，具有選擇性封堵特點，用量少、有效期長，且對低滲區(qū)域儲層污染??；同時由于具有一定的材料彈性變形能力，在油藏深部封堵時表現(xiàn)出“變形蟲”特性［17-18］，具有較好的局部封堵和調(diào)剖能力，能夠提高微觀波及效率。彈性顆粒對于這種非均質(zhì)剩余油的挖潛具有較好的可行性。

3.2彈性顆粒粒徑篩選原則

盡管彈性顆粒具有挖潛層內(nèi)非均質(zhì)剩余油的可行性，但是要達到較好的封堵和調(diào)剖效果，必須使顆粒與目標封堵部位（儲層局部高滲通道）大小相匹配，避免顆粒粒徑過大而堵死，或者粒徑過小而無法封堵住局部高滲通道。目前，對于如何篩選適合目標油藏孔喉結(jié)構(gòu)和大小的彈性顆粒，使其在孔喉結(jié)構(gòu)下的材料性能合理、粒徑適中，仍然沒有一個統(tǒng)一有效的評價方法。這也使得彈性顆粒在現(xiàn)場應(yīng)用時具有一定的盲目性，應(yīng)用效果參差不齊。

應(yīng)用自行研發(fā)凝膠調(diào)堵劑性能測量裝置（ZL 201520133826.5）測量不同大小的凝膠顆粒通過該裝置過程中（擠壓進入喉道時）的最高突破壓力，分析顆粒在具有儲層孔喉結(jié)構(gòu)特點的空間中的材料性能。根據(jù)彈性顆粒材料性能隨粒徑大小的變化關(guān)系，明確保證顆粒具有較好材料性能下的合理粒徑范圍。

實驗用彈性顆粒由丙烯酰胺單體、交聯(lián)劑及其他添加劑在地面聚合交聯(lián)成凝膠，經(jīng)烘干、粉碎及篩分而成，其粒徑可以由不同大小的篩子控制，其材料彈性能力與凝膠材料的彈性能力相同。實驗裝置中模擬喉道結(jié)構(gòu)部分的直徑為2 mm，注入速度為1 m/ d。以彈性顆粒粒徑與孔喉模型的喉道直徑之比為橫軸變量（擠壓程度），以突破強度（封堵強度）為應(yīng)變量，不同顆粒粒徑實驗結(jié)果如圖3所以。

圖3　不同粒徑彈性顆粒對測量裝置喉道的封堵

從圖3可以看出，隨著彈性顆粒粒徑與模擬喉道比值的增加，顆粒突破測試裝置的最高壓力先升高后趨于穩(wěn)定。這是因為顆粒粒徑的增大使得其在進入模擬喉道時受擠壓程度增加，壓力升高，對孔喉的封堵強度也隨之增大；但是當顆粒粒徑超過一定程度后，顆粒受擠壓程度超過了其材料彈性變形能力，要通過模擬喉道，顆粒必然發(fā)生破碎，該過程中的最高壓力即為彈性顆粒的材料強度，該值不會隨粒徑與喉道比值的增加而變化，因此封堵強度保持穩(wěn)定。彈性顆粒在孔隙結(jié)構(gòu)中破碎的材料臨界值為3，即該彈性顆粒最大可以變形封堵1/3粒徑的喉道而不發(fā)生破碎。

實際調(diào)剖過程中，如果篩選的彈性顆粒擠壓破碎成小粒徑顆粒，其對高滲竄流通道的匹配性變差，封堵能力降低，封堵有效封堵距離也大大減小，調(diào)剖效果必然不佳。所以，應(yīng)用該彈性顆粒挖潛非均質(zhì)儲層剩余油時，應(yīng)選擇粒徑為3倍儲層高滲竄流通道孔喉大?。ɑ虼罂缀碇睆剑┑念w粒，使之匹配于非均質(zhì)儲層，達到較好的封堵和局部調(diào)剖能力。

3.3彈性顆粒調(diào)剖效果

根據(jù)吉林油田取心資料，大孔喉半徑集中在4.0～6.3 μm，基于平均孔喉半徑與滲透率的關(guān)系，壓制高滲區(qū)域滲透率為1 022.4 mD的人造巖心，并在其中隨機充填局部低滲點，其滲透率為107.3 mD，形成相應(yīng)的非均質(zhì)儲層物理模型（圖4）。

圖4　非均質(zhì)儲層物理模型

而根據(jù)顆粒篩選原則，選擇3倍大孔喉直徑的粒徑，即為24.0～37.8 μm。根據(jù)實驗條件，取平均粒徑為20～40 μm的該彈性顆粒進行實驗。

將非均質(zhì)儲層物理模型澆注固化后，系統(tǒng)排氣試漏，抽真空、造束縛水并飽和油，老化6 h，以1 m/d的速度水驅(qū)油，當含水超過98%時，注入0.3 PV濃度為1 000 mg/L的彈性顆粒溶液，后續(xù)水驅(qū)替至不再出油，觀察含水以及采收率的變化，驅(qū)油動態(tài)如圖5所示。

圖5　非均質(zhì)巖心驅(qū)油動態(tài)

從圖5中可以看出，注入彈性顆粒溶液后含水率明顯降低，采收率從42.96%增加到55.17%，提高了12.21個百分點，水驅(qū)后剩余油挖潛效果顯著。說明該彈性顆粒進入非均質(zhì)巖心后能夠較好地封堵局部高滲水竄通道，提高了微觀波及效率，實現(xiàn)了層內(nèi)調(diào)剖，能夠較好地適應(yīng)于非均質(zhì)儲層剩余油的挖潛。同時也說明了該彈性顆粒粒徑篩選方法的合理性。

4　結(jié)論

（1）油田儲層普遍存在非均質(zhì)性，長期水驅(qū)和多輪次調(diào)剖增產(chǎn)措施后，水淹層內(nèi)非均質(zhì)性對剩余油的影響突出，剩余油的挖潛難度加大；通過不同粒徑的玻璃微珠或者石英砂，以大粒徑包圍小粒徑隨機充填并壓實，形成具有局部低滲點的層內(nèi)非均質(zhì)模型，可用來室內(nèi)模擬非均質(zhì)儲層，研究剩余油分布及其挖潛。

（2）水淹層內(nèi)潛力較大的一類剩余油為非均質(zhì)剩余油，該類型剩余油主要由儲層層內(nèi)非均質(zhì)性引起，分布較為分散，且主要集中在局部低滲部位，剩余油的挖潛以提高微觀波及效率為主。

（3）彈性顆粒具有擠壓變形能力，可以動態(tài)封堵水淹層內(nèi)竄流通道，對層內(nèi)非均質(zhì)剩余油的挖潛具有較好的可行性；應(yīng)用該彈性顆粒封堵局部高滲通道時，粒徑的選擇應(yīng)以3倍水淹層高滲通道孔喉（層內(nèi)大孔喉）尺寸為準；合理粒徑下的彈性顆粒在非均質(zhì)儲層中的調(diào)剖效果明顯，適宜于水淹層非均質(zhì)剩余油的挖潛。

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（修改稿收到日期 2015-10-09）

〔編輯 景 暖〕

Distribution of remaining oil by water fooding in heterogeneous reservoirs and indoor simulation study for its potential tapping

DONG Lifei1，2，YUE Xiangan1，2，SU Qun1，2，ZHANG Dexin3，ZHANGYu1，2，SONG Wei xin1，2
（1. Key Laboratory of Education Ministry for Petroleum Engineering，China Uniνersity of Petroleum，Beijing 102249，China；2. Petroleum Engineering College，China Uniνersity of Petroleum，Beijing 102249，China；3. Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 751500，China）

In order to tap the potentiality of the remaining oil from water flooded layer of the long-term water flooding oil fields，a visualized heterogeneous model was developed through analyses of the pore structure and the size of pore throats of the reservoirs，which was used to carry out indoor observation of the formation process of water flooding remaining oil by way of video and analysis was conducted of its distribution characteristics and way of thinking of potential tapping techniques. Based on the material properties of elastic particles in throat structure，the screening principle for the diameter of this elastic particle which was in match with reservoir throat was presented. And through test of profile control of particles after water flooding in heterogeneous cores，evaluation was made on the dynamic plugging capacity and profile control effectiveness of this elastic particle. The results show that heterogeneity occurs commonly in oilfield reservoirs，which affects the distribution of water flooding remaining oil； the remaining oil in flooded layers is mainly heterogeneous remaining oil，mostly found in local low-permeability zones of the layers and distributed dispersedly，so its potential tapping will be mainly by improving the microscopic sweep efficiency； the plugging strength of elastic particles on throat increases first and then keeps constant with the enlarging of elastic particle diameter-when the ratio of particle diameter with throat diameter is over 3，the particles will be broken in throat structure； when plugging the water channel in water flooded layer and tapping the remaining oil，the elastic particle works effectively whose diameter is three times of the size of throat.

remaining oil； profile control； elastic particle； heterogeneity； visualized model； indoor simulation study

TE357

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0063-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.015

國家科技重大專項“油田開采后期提高采收率新技術(shù)”（2011ZX05009-004）。

董利飛，1988年生。2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事提高采收率與采油化學(xué)相關(guān)研究工作。E-mail：lfdong2012@sina.com。