疏松砂巖密閉取芯井新鮮樣品和洗油樣品相對(duì)滲透率曲線(xiàn)差異性研究

李金宜，陳丹磬，周鳳軍，朱文森，信召玲，張旭東

(1.中海石油天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459； 2.中海油實(shí)驗(yàn)中心 渤海實(shí)驗(yàn)中心，天津 300452)

引 言

油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中油藏工程研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-T 28912-2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》對(duì)油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)巖心樣品提及新鮮巖心樣品(即含油樣品，通常疏松巖心含油樣品需封蠟后冷凍保存)和洗油后巖心樣品兩種類(lèi)型，但標(biāo)準(zhǔn)本身對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)巖心樣品類(lèi)型的適用條件和范圍并未嚴(yán)格限定。國(guó)內(nèi)科研院所大多采用洗油后巖心樣品進(jìn)行油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)，未過(guò)多考慮洗油過(guò)程巖心潤(rùn)濕性改變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。國(guó)外Morgan[1]和Mungan[2]較早開(kāi)展的研究表明，巖心洗油后，潤(rùn)濕性會(huì)發(fā)生變化并對(duì)相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，需采用儲(chǔ)層液體恢復(fù)潤(rùn)濕性來(lái)降低影響。而Wendell[3]和Morrow[4]進(jìn)一步研究表明，將清洗干凈的巖心用原油恢復(fù)其潤(rùn)濕性后再用精制油進(jìn)行油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)，其潤(rùn)濕性將由洗油后的強(qiáng)親水恢復(fù)為弱親水，恢復(fù)潤(rùn)濕性后的油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確反映油層實(shí)際。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)此類(lèi)基礎(chǔ)研究起步較晚，相關(guān)分析文獻(xiàn)也較少[5-8]。江義容[5]在國(guó)外學(xué)者[1-4]研究結(jié)論基礎(chǔ)上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，分析認(rèn)為，洗油過(guò)程將改變巖心潤(rùn)濕性，由弱親水變?yōu)閺?qiáng)親水，如不恢復(fù)潤(rùn)濕性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將不準(zhǔn)確。李武廣[6]和孫曉旭[7]采用較低滲透率的巖心分析了新鮮含油巖心樣品和洗油后巖心樣品做出的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)差異，認(rèn)為冷凍保存的含油巖心樣品相滲曲線(xiàn)等滲點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水飽和度低于洗油后的常規(guī)巖心等滲點(diǎn)飽和度，同時(shí)兩相滲流區(qū)變窄，驅(qū)油效率更高，建議優(yōu)先考慮用冷凍巖心實(shí)驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)較高滲透率的疏松砂巖巖心開(kāi)展此類(lèi)基礎(chǔ)研究幾乎是空白。為分析此類(lèi)膠結(jié)疏松巖心樣品洗油過(guò)程對(duì)油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的影響，同時(shí)考慮儲(chǔ)層水淹因素，針對(duì)渤海某典型高孔高滲疏松砂巖稀油油藏密閉取芯井在東營(yíng)組未水淹層段和中水淹層段的巖心樣品按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定同時(shí)開(kāi)展新鮮巖心樣品油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)和洗油后樣品油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)，用以分析此類(lèi)儲(chǔ)層在不同水淹級(jí)別下的巖心實(shí)驗(yàn)樣品的適用條件。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

以渤海典型高孔高滲疏松砂巖稀油油藏LD油田某密閉取芯井為例，在該井未水淹層段和中水淹層段分別鉆取3塊直徑2.5cm的新鮮巖心樣品，每塊樣品先按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定開(kāi)展新鮮巖心樣品油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)驅(qū)替結(jié)束后，樣品洗油洗鹽測(cè)孔隙度和滲透率，然后重新飽和流體，在樣品洗油后重復(fù)一次油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析同一塊樣品分別在新鮮樣狀態(tài)和洗油后的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)參數(shù)的差異性，確定高孔高滲疏松砂巖稀油油藏在水淹和未水淹層段應(yīng)該選擇哪種狀態(tài)的巖心樣品進(jìn)行油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程

實(shí)驗(yàn)采用非穩(wěn)態(tài)恒壓法。恒壓法測(cè)定油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程如圖1所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件及參數(shù)

實(shí)驗(yàn)采用6塊天然巖心，參數(shù)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件如表1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

對(duì)每一塊樣品均采取下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

①對(duì)樣品完成端面加持雙層不同目數(shù)濾網(wǎng)、柱體錫套包封等前處理；

②采用白油驅(qū)替新鮮樣品，直至出口端不再出水；

③采用注入水驅(qū)替樣品，出口端計(jì)量采出液，直12.74 mP·s。

表1 巖心樣品信息及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件Tab.1 Information of core samples and experimental conditions

注：表中各樣品實(shí)驗(yàn)條件：恒壓法，實(shí)驗(yàn)溫度61 ℃；標(biāo)準(zhǔn)鹽水注入，注入水黏度0.487 9 mP·s；白油模擬，模擬油黏度

至出口端不再出油；

④樣品浸泡在甲苯及甲醇混合溶液中洗油洗鹽，蒸餾法測(cè)量含水量，烘干后測(cè)量氦孔隙度和空氣滲透率，計(jì)算新鮮樣品相滲曲線(xiàn)束縛水飽和度值，整理新鮮樣品油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)；

⑤重新飽和地層水；

⑥采用白油驅(qū)替洗油后巖心樣品，直至出口端不再出水；

⑦采用注入水驅(qū)替巖心樣品，出口端計(jì)量采出液，直至出口端不再出油，整理洗油巖心樣品油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6組巖心油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，相滲曲線(xiàn)如圖2—圖3所示：

表2 新鮮和洗油后巖心樣品油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results of oil-water relative permeability of fresh samples and washed samples

注：Φ-氦孔隙度；Ka-空氣滲透率；Swi-束縛水飽和度；Sor-殘余油飽和度；Sw(Krw=Kro)-等滲點(diǎn)含水飽和度；Swmax-最大含水飽和度；

Sw-含水飽和度；(Swmax-Sw)-兩相區(qū)間大??；Koc-束縛水下油相滲透率；Kwc-殘余油下水相滲透率；Krwc-殘余油下水相相對(duì)滲透率；η-驅(qū)油效率。以下各表均同。

圖2 未水淹層段巖心樣品洗油前后油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)對(duì)比Fig.2 Comparison of oil-water relative permeability curves of core samples from non waterflooded layer before with after oil being washed

圖3 中水淹層段巖心樣品洗油前后油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)對(duì)比Fig.3 Comparison of oil-water relative permeability curves of samples from moderate waterflooded layer before with after oil being washed

從圖2和圖3油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)整體對(duì)比可知，與中水淹層段樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，未水淹層段樣品在洗油前后，相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的束縛水飽和度、殘余油飽和度、等滲點(diǎn)飽和度、束縛水下油相相對(duì)滲透率和殘余油下水相相對(duì)滲透率等關(guān)鍵端點(diǎn)值均差異明顯，洗油后，油相和水相曲線(xiàn)均表現(xiàn)出整體右移的趨勢(shì)。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 潤(rùn)濕性變化

由表2及圖3結(jié)果可知，在中水淹層段巖心的3組實(shí)驗(yàn)中，同一塊樣品在新鮮樣狀態(tài)和洗油后的束縛水飽和度、殘余油飽和度、等滲點(diǎn)飽和度、兩相區(qū)跨度以及驅(qū)油效率等關(guān)鍵參數(shù)值幾乎一致，表明對(duì)于高孔高滲疏松砂巖油藏中水淹層段的密閉取芯，巖心樣品類(lèi)型對(duì)最后的油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，無(wú)論是采用新鮮狀態(tài)巖心還是洗油巖心，其相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果均能代表儲(chǔ)層流體真實(shí)滲流規(guī)律。

但在未水淹層段鉆取樣品的3組實(shí)驗(yàn)中，由表2及圖2結(jié)果可知，同一塊巖心樣品在新鮮樣狀態(tài)和洗油后的相滲參數(shù)對(duì)比中，洗油后相滲曲線(xiàn)的束縛水飽和度均明顯高于新鮮狀態(tài)下的相滲曲線(xiàn)束縛水飽和度值，但是兩相區(qū)跨度值接近。兩相區(qū)跨度接近說(shuō)明兩種巖心狀態(tài)實(shí)驗(yàn)中流體在微觀(guān)孔隙中的可流動(dòng)空間范圍是相同的，區(qū)別在于新鮮樣品中殘余油占據(jù)的部分喉道空間在洗油后因潤(rùn)濕性改變逐漸被束縛水所替代。同時(shí)可以看到新鮮樣品經(jīng)歷洗油后，等滲點(diǎn)飽和度均不同程度右移，顯示親水性增強(qiáng)，驅(qū)油效率提高。

分析認(rèn)為，潤(rùn)濕性改變是造成未水淹層段兩種巖心狀態(tài)下油水相滲曲線(xiàn)參數(shù)差異的主要原因。未水淹層段樣品經(jīng)歷洗油后，樣品潤(rùn)濕性從新鮮樣狀態(tài)的弱親油-弱親水逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水，而中水淹層段樣品在洗油前后一直保持親水狀態(tài)。因此，對(duì)于該類(lèi)型疏松砂巖油藏未水淹層段，采用新鮮狀態(tài)巖心樣品更能代表儲(chǔ)層巖心真實(shí)潤(rùn)濕性，其油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果更能代表儲(chǔ)層流體真實(shí)滲流規(guī)律。

3.2 相對(duì)滲透率變化

新鮮樣品在經(jīng)歷洗油后無(wú)論是束縛水飽和度下的油相滲透率還是殘余油飽和度下的水相滲透率均有不同程度增大，且水淹層段樣品的增大幅度整體上要高于未水淹層段，如表3所示。

對(duì)于海上此類(lèi)高孔高滲疏松砂巖油藏，已有文獻(xiàn)研究[9-13]發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)疏松砂巖骨架顆粒膠結(jié)程度較弱，水驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)層普遍存在微粒運(yùn)移情況。該疏松巖心由地下取出時(shí)，巖心的膨脹作用比固結(jié)巖心嚴(yán)重得多，某些顆粒甚至脫離了原來(lái)的相互支撐狀態(tài)，因此洗油過(guò)程中清除孔隙中作為膠結(jié)物質(zhì)的原油以后，顆粒之間的相互位置有可能發(fā)生變化。在此次樣品洗油過(guò)程中，同樣可觀(guān)察到微粒在端面金屬濾網(wǎng)內(nèi)微量聚集[14]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，微粒運(yùn)移對(duì)相滲透率的影響隨著水淹程度增大而增大。

3.3 考慮水淹影響的相滲曲線(xiàn)重構(gòu)

對(duì)于此類(lèi)高孔高滲疏松砂巖油藏，水淹程度不僅影響油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)對(duì)巖心樣品的選擇，同樣影響相滲透率本身在實(shí)驗(yàn)中的變化程度。在實(shí)際油藏注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，儲(chǔ)層從未水淹、低水淹、中水淹到強(qiáng)水淹，其水淹級(jí)別的變化是一個(gè)緩慢的長(zhǎng)期過(guò)程，這同時(shí)也是儲(chǔ)層潤(rùn)濕性和微觀(guān)孔喉結(jié)構(gòu)不斷變化的過(guò)程。因此，代表實(shí)際儲(chǔ)層流體滲流規(guī)律的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)本身同樣應(yīng)該隨水淹程度加劇而不斷動(dòng)態(tài)調(diào)整[15-16]。因此結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開(kāi)展考慮水淹影響的“全壽命”油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)重構(gòu)。

表3 水淹與未水淹巖心在新鮮狀態(tài)和洗油后的相滲透率增幅Tab.3 Increase of oil-water relative permeability of cores after oil being washed

注：表中各字符物理意義分別為：ΔKoc-束縛水下油相滲透率增幅；ΔKwc-殘余油下水相滲透率增幅。

相對(duì)滲透率曲線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化模型采用指數(shù)法[17]。首先，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即

(1)

(2)

(3)

然后對(duì)每條標(biāo)準(zhǔn)化曲線(xiàn)分別進(jìn)行線(xiàn)性回歸，即

(4)

(5)

以未水淹層段2-005A新鮮樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，結(jié)果如圖4所示。

各巖心洗油前后相對(duì)滲透率曲線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中回歸系數(shù)a、b值如表4所示。

圖4 2-005A新鮮樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Fig.4 Processing of experimental data of fresh sample 2-005A

樣品號(hào)SwiSorKrwcab未水淹1-009A洗油樣0．2370．2200．2955．34542．9636未水淹1-009A新鮮樣0．1650．3010．2373．63403．1033未水淹1-013A洗油樣0．2400．2000．1723．50073．2978未水淹1-013A新鮮樣0．1640．2750．1953．93633．4348未水淹2-005A洗油樣0．2540．2140．2664．63962．9879未水淹2-005A新鮮樣0．1760．2950．2795．78442．9195中水淹3-013A洗油樣0．2640．1790．2433．94142．8148中水淹3-013A新鮮樣0．2740．1730．2345．01593．0008中水淹4-005A洗油樣0．2600．2250．2686．26872．9052中水淹4-005A新鮮樣0．2650．2320．3013．02563．1717中水淹4-010A洗油樣0．2720．2230．2614．39952．8621中水淹4-010A新鮮樣0．2500．2400．2874．92482．8695

(6)

(7)

將各樣品的Swi、Sor、Kro(Swi)及Krw(Sor)特征值分別進(jìn)行算術(shù)平均作為歸一化后相對(duì)滲透率曲線(xiàn)的特征值，然后求取歸一化油水相對(duì)滲透率，即

(8)

(9)

(10)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以繪制出歸一化油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合LD油田水淹級(jí)別劃分確認(rèn)相滲重構(gòu)原則：重構(gòu)相滲的束縛水飽和度值采用未水淹層段3條新鮮巖心油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)歸一化得到，同時(shí)在含水低于40%的未水淹、低水淹階段，重構(gòu)相滲的水相和油相指數(shù)分別采用該歸一化相滲水相和油相指數(shù)；重構(gòu)相滲的殘余油飽和度值及其對(duì)應(yīng)下的水相相對(duì)滲透率采用中水淹層段6條油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)歸一化得到，同時(shí)在含水高于40%的中水淹、高水淹階段，重構(gòu)相滲的水相和油相指數(shù)分別采用該歸一化相滲水相和油相指數(shù)，如表5所示。

歸一化后相滲及重構(gòu)相滲數(shù)據(jù)如表6所示。

表5 考慮水淹影響的相滲重構(gòu)原則Tab.5 Reconstruction principle of relative permeability curve considering the influence of waterflooded

表6 采用的歸一化相滲及重構(gòu)相滲數(shù)據(jù)Tab.6 Normalization and reconstruction data of relative permeability curve

4 重構(gòu)相滲曲線(xiàn)對(duì)礦場(chǎng)開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)的影響

將重構(gòu)相滲曲線(xiàn)與未水淹歸一化相滲曲線(xiàn)分別作含水上升規(guī)律理論曲線(xiàn)，如圖5。

從圖5(b)可以看出，未考慮水淹影響的相滲曲線(xiàn)在中高含水階段，其理論含水上升速度明顯高于考慮水淹影響的重構(gòu)相滲曲線(xiàn)，可能會(huì)對(duì)實(shí)際礦場(chǎng)開(kāi)發(fā)指標(biāo)的預(yù)測(cè)帶來(lái)偏差。

以渤海典型厚儲(chǔ)層疏松砂巖L油田為例，該油田主要含油層系為東二下段，其主力油組在油田范圍內(nèi)分布穩(wěn)定，油層較厚，一般大于30 m。儲(chǔ)層孔隙度主要分布在24%～35%，滲透率分布范圍(50～5 000)×10-3μm2，具有高孔、高滲的儲(chǔ)集物性特征。L油田礦場(chǎng)水驅(qū)數(shù)值模擬模(圖6)型網(wǎng)格劃分上采取X方向劃分130個(gè)網(wǎng)格，Y方向60個(gè)網(wǎng)格，Z方向73個(gè)網(wǎng)格，角點(diǎn)網(wǎng)格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)為130×60×73=569 400個(gè)。

礦場(chǎng)模型數(shù)值模擬結(jié)果如表7及圖7所示。

圖5 重構(gòu)相滲曲線(xiàn)含水上升理論規(guī)律Fig.5 Theoretical laws of water-cut rise of reconstructed relative permeability curve

圖6 礦場(chǎng)數(shù)值模擬模型Fig.6 Typical field numerical simulation model

模型采用相滲采收率/%未水淹6條相滲歸一化28．19考慮水淹影響的重構(gòu)相滲30．39

圖7 各模型采出程度與含水率關(guān)系對(duì)比Fig.7 Comparison of recovery degree-water cut relation curves of different models

從圖7可以看出，水淹因素在油田生產(chǎn)低含水期對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)影響較小，但在中高含水期對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)影響較大，且隨含水上升，采出程度指標(biāo)差異越大?？紤]水淹影響的相滲曲線(xiàn)重構(gòu)方案與不考慮水淹影響因素方案相比，在相同采出程度下，其含水率更低；在以含水98%預(yù)測(cè)采收率指標(biāo)下，其最終采收率高出近2%。可見(jiàn)，對(duì)于此類(lèi)高孔高滲疏松砂巖注水開(kāi)發(fā)稀油油藏，應(yīng)充分結(jié)合水淹因素對(duì)儲(chǔ)層流體滲流規(guī)律的影響，采用重構(gòu)相滲曲線(xiàn)對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

5 結(jié) 論

(1)對(duì)于高孔高滲疏松砂巖稀油油藏，選用油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)的巖石樣品時(shí)，在未水淹層段，采用新鮮巖心樣品更能代表儲(chǔ)層巖石真實(shí)潤(rùn)濕性，其油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果比采用洗油后巖心樣品更能代表儲(chǔ)層流體真實(shí)滲流規(guī)律；在中水淹層段，新鮮巖心樣品和洗油后巖心樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大。

(2)新鮮巖心樣品在洗油后無(wú)論是束縛水飽和度下的油相滲透率還是殘余油飽和度下的水相滲透率均有不同程度增大，且水淹層段樣品的增大幅度要遠(yuǎn)高于未水淹層段。

(3)采用考慮水淹影響的重構(gòu)相滲曲線(xiàn)，將對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)產(chǎn)生較大影響，應(yīng)在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整相滲曲線(xiàn)。

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