油層水淹實(shí)驗(yàn)測量及水淹機(jī)理研究

王鳳啟 陳海峰

摘 要：隨著油田逐漸進(jìn)入高水淹階段，迫切需要進(jìn)行巖心樣品的水淹實(shí)驗(yàn)測量和水淹機(jī)理研究。從油驅(qū)水、水驅(qū)油和油水混驅(qū)三個(gè)過程進(jìn)行室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。研究束縛水飽和度與孔隙度、滲透率之間的關(guān)系；采用多元素回歸分析的方法進(jìn)行擬合，準(zhǔn)確得到含水飽和度與產(chǎn)水率、電阻率之間的關(guān)系；分析巖電數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲透率對巖心束縛水飽和度影響較大；含水飽和度與產(chǎn)水率、電阻率高度線性相關(guān)，可通過回歸方程測量水淹程度；孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素；相同孔隙度巖心的束縛水飽和度大小與m值并無相關(guān)性。

關(guān) 鍵 詞：驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；含水飽和度；地層因素；膠結(jié)指數(shù)

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1704-04

Abstract： As the oilfield gradually steps into the stage of high water flooding， research on reservoir water flooding measurement and water flooding mechanism is urgently needed. The indoor displacement experiments were carried out from three processes of oil displacing water， water driving oil and mixed oil-water displacing. The relationship of irreducible water saturation with porosity and permeability was studied； using the method of multi-element regression analysis to fit， the relationship of water saturation with producing water ratio and resistivity was obtained； electrical data were analyzed. The results show that the permeability has great influence on irreducible water saturation； water saturation has linear correlation with water production rate and the resistivity of highly；water flooded degree can be measured by regression equation； the cores of similar porosity and different permeability can have very similar formation factors. There is no correlation between the irreducible water saturation and m value for the same porosity core samples.

Key words： displacement experiment； water saturation； formation factor； cementation factor

隨著開發(fā)程度不斷加深，我國大部分油田已逐漸進(jìn)入高水淹開發(fā)階段，由于地層非均質(zhì)性嚴(yán)重，油田開發(fā)難度越來越大，某油田區(qū)塊經(jīng)過近幾十年的開采，目前主力油田已進(jìn)入高水淹階段，水淹層評價(jià)已成為當(dāng)務(wù)之急，對水淹機(jī)理認(rèn)識不清，迫切需要進(jìn)行巖心樣品的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究。

目前，主要有常規(guī)法、隔板法、離心法和持續(xù)注入法等幾種室內(nèi)巖心驅(qū)替方式[1-3]。離心法由于其飽和度分布不均勻并沒有得到廣泛采用；持續(xù)注入法只適用于親水巖石，不適用于親油巖石；隔板法測量數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但是具有實(shí)驗(yàn)周期長和運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。電性參數(shù)是描述水淹程度的一個(gè)重要參數(shù)[4-8]，實(shí)驗(yàn)室中電阻率的測量方法有四極法和二極法[9-12]，與二極法相比四極法得到的曲線由于受到巖心內(nèi)油水分布不均的影響，其規(guī)則性較差。王建等人研究表明與地面條件相比，地層條件下測量得到的巖性系數(shù)a增大，膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n和巖性系數(shù)b減小，應(yīng)該在模擬油藏實(shí)際條件下測量巖石電性參數(shù)[13]；張龍海選用不同的m值來計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜儲層的含油飽和度[14]；賈自力等人利用滲濾門理論解釋了地層膠結(jié)指數(shù)m隨孔隙度變化的一般規(guī)律，并建立了地層膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n的準(zhǔn)確計(jì)算方法，獲得了良好的效果[15]。

根據(jù)本地區(qū)實(shí)際情況，本次實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)法進(jìn)行水淹實(shí)驗(yàn)測量，為了結(jié)果更準(zhǔn)確采用二極法測量電阻率以消除含水飽和度不均勻?qū)y量結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)完全模擬高溫高壓地下地質(zhì)條件。

1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)所使用的樣品為某油田兩個(gè)區(qū)塊的砂巖巖心，泥質(zhì)含量低、膠結(jié)較好，按不同孔隙度范圍分段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，A區(qū)塊5組巖心，B區(qū)塊4組巖心，每組設(shè)計(jì)巖心6～7塊，每組樣品孔隙度相同，共設(shè)計(jì)鉆取巖心9組59塊。巖心樣品直徑2.5 cm，長度5～8 cm。A區(qū)塊巖心孔隙度在11%～20%之間，滲透率在0.1～10 mD之間；B區(qū)塊巖心孔隙度在22%～30%之間，滲透率在100D～900 mD之間。每組樣品按不同產(chǎn)水率進(jìn)行設(shè)計(jì)，產(chǎn)水率從0～100%，各組樣品產(chǎn)水率錯(cuò)開。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）巖心的預(yù)處理，包括洗鹽、洗鹽、烘干、飽和地層水等。

（2）通過高溫烘箱和圍壓泵，將裝入巖心夾持器中的巖心樣品升溫至兩個(gè)區(qū)塊的地層溫度，升壓至兩個(gè)區(qū)塊的地層壓力，穩(wěn)定24 h后，測量飽含地層水時(shí)巖心電阻率。

（3）通過平流泵以一定速度注入原油至巖心束縛水狀態(tài)，待電阻率儀讀數(shù)穩(wěn)定后讀值，計(jì)量出水量；然后通過平流泵以一定速度注入地層水至巖心殘余油狀態(tài)，待電阻率儀讀數(shù)穩(wěn)定后讀值，計(jì)量出油量；最后通過平流泵按事先設(shè)定好的油水比例進(jìn)行油水混驅(qū)，待電阻率儀讀數(shù)穩(wěn)定后讀值。

（4）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 束縛水飽和度數(shù)據(jù)分析

圖1為A、B區(qū)塊各組巖心樣品束縛水飽和度Swi隨滲透率K的變化關(guān)系圖，圖中符號相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)為同一組巖心。從圖1可以看出A區(qū)塊的巖心樣品滲透率越低，束縛水飽和度越高，并且孔隙度相等的巖心束縛水飽和度隨滲透率的增大而減?。欢鳥區(qū)塊的巖心屬于中高滲，這種變化不再明顯。分別從兩個(gè)區(qū)塊中挑選出一些滲透率相近的巖心樣品，并做束縛水飽和度Swi與孔隙度Φ的關(guān)系圖（圖2），可以看出滲透率相同孔隙度不同的巖心束縛水飽和度隨孔隙度的增大幾乎無變化。一方面低滲巖心毛細(xì)管壓力大，油首先從毛細(xì)管壓力小而喉道大的路徑通過，而大的排驅(qū)壓力改變了這些大喉道的形態(tài)，導(dǎo)致原油不再進(jìn)入細(xì)小的喉道或?yàn)橹﹂]的孔隙及孔隙的角隅處，導(dǎo)致較高的束縛水飽和度；另一方面低滲的巖心樣品多表現(xiàn)出孔隙的不規(guī)則、孔隙壁粗糙、吼道細(xì)小等非均質(zhì)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致較高的束縛水飽和度。因此滲透率對束縛水飽和度的影響較大，而孔隙度表征的是儲層的儲集能力，對束縛水飽和度影響較小。

2.2 油水混驅(qū)含水飽和度數(shù)據(jù)分析

建立A區(qū)塊含水飽和度Sw與該含水飽和度下的產(chǎn)水率fw、電阻率Rt之間的關(guān)系圖（圖3、4），含水飽和度與產(chǎn)水率、電阻率呈很好的線性關(guān)系，可以采用多元素回歸分析的方法進(jìn)行擬合，得到含水飽和度與產(chǎn)水率、電阻率之間的關(guān)系：

回歸方程（1）的相關(guān)系數(shù)R=0.921 7，回歸方程（2）的相關(guān)系數(shù)R=0.944 56。油水混驅(qū)模擬地下水淹情況，可以看出含水飽和度隨水淹程度的增大而增大，電阻率隨水淹程度的增大而減小，油田在開發(fā)的過程中產(chǎn)水率和儲層電阻率參數(shù)都比較容易獲得，然后根據(jù)回歸方程（1）、（2）就能隨時(shí)得知儲層的含水飽和度，監(jiān)測水淹程度，進(jìn)一步指導(dǎo)油田開發(fā)。

建立兩區(qū)塊的地層因素F-孔隙度Φ、地層因素F-滲透率K、地層因素F-儲層品質(zhì)指數(shù)RQI的關(guān)系圖，如圖5、6、7所示?？梢钥闯龅貙右蛩叵嘟膸r心孔隙度差別不大，但滲透率的變化范圍卻比較大，所以孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素。RQI反映的是巖心的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，圖7反應(yīng)出地層因素相近時(shí)巖心RQI的變化范圍也比較大，說明結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巖心和結(jié)構(gòu)簡單的巖心也可以有相近的地層因素。

圖8為巖石孔隙結(jié)構(gòu)二維示意圖?？梢钥闯?，電流只流過圖中C表示的孔道，而沒有通過由T表示的網(wǎng)洞。網(wǎng)洞可以是那種閉塞類型（圖8a），也可以含有連通孔隙（圖8b），在這種對稱條件下也會造成不流動區(qū)，因此T表示的區(qū)域不能通過電流[7]。

圖9為兩區(qū)塊巖心束縛水飽和度與膠結(jié)指數(shù)m的關(guān)系，可以看出每一組巖心的束縛水飽和度隨膠結(jié)指數(shù)m的變化并無規(guī)律性變化。根據(jù)公式（4），如果孔隙度Φ相同，m值大對應(yīng)的與孔道有關(guān)的流動孔隙度Φf值小，也就是說m值大與網(wǎng)洞有關(guān)的不流動孔隙相對含量多，這樣會認(rèn)為不流動孔隙增多束縛水飽和度應(yīng)該高，但是這里的不流動是指電流的不流動，并不是指流體的不流動，在壓力的和流體粘度的作用下，T處的流體始終是流動的，這樣束縛水飽和度與m值并無相關(guān)性。

3 結(jié) 論

通過實(shí)驗(yàn)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）同一區(qū)塊低滲的巖心樣品具有高的束縛水飽和度；當(dāng)孔隙度相同時(shí)束縛水飽和度隨滲透率的增大而減小，而當(dāng)巖心為中高孔滲時(shí)這種變化不再明顯；滲透率相同孔隙度不同的巖心束縛水飽和度隨孔隙度的增大幾乎無變化。

（2）采用多元素回歸分析方法進(jìn)行擬合，可以準(zhǔn)確的得到含水飽和度與產(chǎn)水率、電阻率之間的關(guān)系。含水飽和度隨水淹程度的增大而增大，電阻率隨水淹程度的增大而減小。

（3）孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素。

（4）相同孔隙度巖心的束縛水飽和度大小與m值并無相關(guān)性。

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