杏北開(kāi)發(fā)區(qū)薄差儲(chǔ)層相滲特征研究

殷代印，方 正

（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318）

大慶長(zhǎng)垣地區(qū)杏北開(kāi)發(fā)區(qū)已開(kāi)發(fā)多年，在不斷注水的條件下，各高滲透層含水率不斷上升，直接影響油田的開(kāi)發(fā)效果，使開(kāi)發(fā)成本不斷增加，而油田產(chǎn)量卻不斷下降。為了保持油田的穩(wěn)產(chǎn)高效，必須加大對(duì)薄差儲(chǔ)層以及外圍的開(kāi)發(fā)和勘探力度。

大慶油田進(jìn)入特高含水期以后，長(zhǎng)垣薩葡高油層中的薄(有效厚度小于0.5 m)、差油層(獨(dú)立表外層)成為調(diào)整的主要對(duì)象[1-3]。薄差儲(chǔ)層具有單層厚度小、滲透率低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，其滲流特征和滲流規(guī)律也極其復(fù)雜[4-5]。以薄差儲(chǔ)層的物性及特點(diǎn)為根據(jù)，從油水相對(duì)滲透率曲線出發(fā)，對(duì)其滲透率分布范圍進(jìn)行級(jí)別劃分，進(jìn)行不同滲透率級(jí)別和不同開(kāi)采階段的相對(duì)滲透率曲線特征及其變化的研究,可了解儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)及油水兩相在不同含水飽和度下滲流規(guī)律,儲(chǔ)集層參數(shù)的相關(guān)性和這些參數(shù)隨油田含水率的上升規(guī)律,以及對(duì)油田開(kāi)采效果的影響,從而為薄差儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)及科學(xué)指導(dǎo)。

1 薄差儲(chǔ)層相滲曲線特征類型

通過(guò)收集有關(guān)相滲曲線數(shù)據(jù)，篩選出具有薄差儲(chǔ)層特征的相滲曲線40條，從篩選出的相滲曲線形態(tài)特征上可以看出，油相相對(duì)滲透率曲線斜率隨含水飽和度(Sw)的變化規(guī)律基本一致，而相滲曲線的形態(tài)差異主要表現(xiàn)在水相相對(duì)滲透率上。因而本次運(yùn)用水相相對(duì)滲透率曲線的凸凹性來(lái)判別相滲曲線的形態(tài)[7-8]，即采用水相滲透率曲線斜率變化率的值進(jìn)行分類。

1.1 水相凹型

在油水相共流區(qū)內(nèi)，恒有水相滲透率曲線斜率大于0，但其斜率變化率呈遞增趨勢(shì)，最后極差較大，則水相滲透率曲線在兩相共流區(qū)內(nèi)的圖形是向上凹的，把該種曲線類型稱為水相凹型。在研究的樣品中有水相凹型23條，占樣品總數(shù)的57.5%，其典型曲線形態(tài)如圖1所示。

圖1 水相凹型特征類型Fig.1 Typical morphology of water phase concave phase infiltration curve

從圖1可以看出，油相相滲曲線形態(tài)與水相凹型的相似，但遞減幅度比水相凹型的快；水相相滲曲線在初期增加幅度較快，后期隨含水飽和度的增加幅度逐漸變緩，最終水相相對(duì)滲透率值較低。

1.2 水相直線型

在兩相共流區(qū)內(nèi)，恒有水相滲透率斜率大于0，但其斜率變化率恒等于0，其極差適中，則水相滲透率曲線在兩相共流區(qū)內(nèi)呈直線型，把該種曲線類型稱為水相直線型，在研究的樣品中水相直線型11條，占樣品總數(shù)的27.5%，其典型曲線形態(tài)如圖2所示。

圖2 水相直線型特征類型Fig.2 Typical form of linear phase infiltration curve of water phase

1.3 水相凸型

在油水兩相共流區(qū)內(nèi)，水相滲透率斜率恒大于0，但其斜率變化卻呈遞減趨勢(shì)，最后極差較小，則水相滲透率曲線在兩相共流區(qū)內(nèi)的圖形是向上凸的，把該種曲線類型稱為水相凸型。在研究的樣品中有8條屬于該類型，占樣品總數(shù)的20%，其典型曲線形態(tài)如圖3所示。

圖3 水相凸型特征類型Fig.3 Typical morphology of water phase convex phase infiltration curve

從圖3可以看出,油相相滲曲線在初期遞減速度較快，呈陡直下降，隨含水飽和度增加，后期逐漸減緩；水相相滲曲線在初期增加幅度較緩，隨含水飽和度的增加，后期增加幅度逐漸加大，最終水相相對(duì)滲透率值較高。

2 不同滲透率級(jí)別薄差儲(chǔ)層特征

2.1 薄差儲(chǔ)層滲透率級(jí)別劃分

篩選出具有薄差儲(chǔ)層特征的相滲曲線，其平均滲透率為275 mD，根據(jù)其巖心滲透率分布范圍，劃定4個(gè)滲透率級(jí)別，分別為10 mD以下、10～100 mD、100～200 mD和200 mD以上，其4個(gè)級(jí)別樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出,篩選出的薄差儲(chǔ)層巖心相滲曲線數(shù)據(jù)所處滲透率級(jí)別主要在 10～100 mD、100～200 mD，而處于 10 mD以下和200 mD以上級(jí)別的較少，其分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果符合杏北區(qū)薄差儲(chǔ)層的物性分布情況，說(shuō)明了篩選的29條巖心數(shù)據(jù)對(duì)于薄差儲(chǔ)層具有代表意義。

2.2 薄差儲(chǔ)層不同滲透率級(jí)別曲線對(duì)比

薄差儲(chǔ)層相滲曲線滲透率主要分為4個(gè)級(jí)別，為了更好地認(rèn)識(shí)不同滲透率級(jí)別下薄差儲(chǔ)層相滲曲線的特點(diǎn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)相滲曲線的各項(xiàng)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析，得出各個(gè)不同滲透率級(jí)別下薄差儲(chǔ)層相滲曲線的特征參數(shù)，再分別對(duì)不同滲透率級(jí)別下的薄差儲(chǔ)層相滲特征參數(shù)作出分析。薄差儲(chǔ)層各滲透率級(jí)別相滲特征參數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 不同滲透率級(jí)別樣本統(tǒng)計(jì)Fig.4 Sample chart of different permeability levels

表1 薄差儲(chǔ)層各滲透率級(jí)別相滲特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical analysis table of permeability characteristics of permeability grades in thin reservoirs %

由表1可以看出，薄差儲(chǔ)層各滲透率級(jí)別束縛水飽和度平均在30%以上，殘余油飽和度平均在30%以上，兩相流跨度平均在40%以下，最大水相相對(duì)滲透率平均在30%以下，表明薄差儲(chǔ)層相滲曲線具有“雙高雙低”的特征，并且共滲點(diǎn)含水飽和度平均在50%以上，說(shuō)明薄差儲(chǔ)層具有明顯的親水性特征。以上相滲特征均反映了該儲(chǔ)層具有驅(qū)油效率及最終采收率低下，具有較大開(kāi)發(fā)難度的特點(diǎn)。這是由于親水性油層的孔喉比和比表面大，并且薄差儲(chǔ)層的流通孔道變小，使巖石顆粒周圍分散的水分子聚集成一個(gè)個(gè)空心小圓環(huán)，彼此分散而不連通，使壓力的傳播沒(méi)有連續(xù)性，造成了“雙高雙低”及驅(qū)油效率低下的特點(diǎn)[9-10]。

根據(jù)這4個(gè)級(jí)別的分布范圍，從具有薄差儲(chǔ)層特征的巖心相滲曲線中選出具有代表意義的不同滲透率級(jí)別的多條相滲曲線，從中選取4條繪制在同一圖版中進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。從圖5中可以看出，代表1～10 mD級(jí)別的相滲曲線其油相相滲曲線在初期遞減速度較快，呈陡直下降，隨含水飽和度增加，后期逐漸減緩；水相相滲曲線在初期增加幅度較快，后期隨含水飽和度的增加幅度逐漸變緩，最終水相相對(duì)滲透率值較低，其主要為水相凸型相滲曲線。而100～200 mD和200 mD以上級(jí)別的相滲曲線其油相相滲曲線與水相凸型相似，但其遞減幅度稍慢；水相相滲曲線在初期增加幅度較緩，隨含水飽和度的增加后期幅度逐漸加快，最終水相相對(duì)滲透率較高，其主要為水相凹型相滲曲線。10～100 mD的油相滲透率曲線與前兩種相滲曲線的油相相滲曲線相似，其變化幅度介于兩者之間；水相滲透率曲線呈一條直線狀，最終水相相對(duì)滲透率也介于前兩種相滲曲線之間，其主要為水相直線型相滲曲線。

圖5 不同滲透率級(jí)別相對(duì)滲透率Fig.5 Relative permeability curve for different permeability levels

通過(guò)各相滲的束縛水飽和度、殘余油水相滲透率、驅(qū)油效率和共滲范圍與其滲透率之間的關(guān)系，繪制關(guān)系曲線，如圖6所示。由圖6可以看出，各參數(shù)與滲透率之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系，并且束縛水飽和度隨著滲透率的增加而減小，而驅(qū)油效率、共滲范圍和殘余油水相滲透率隨著滲透率的增加而增大，這也說(shuō)明了影響薄差儲(chǔ)層相滲曲線的主要因素為滲透率。各參數(shù)在滲透率0～200 mD變化明顯，而當(dāng)滲透率大于200 mD時(shí)趨勢(shì)平緩，變化不再明顯，說(shuō)明薄差儲(chǔ)層相滲曲線在滲透率0～200 mD受儲(chǔ)層物性影響較明顯。

圖6 相滲特征參數(shù)與滲透率關(guān)系Fig.6 Relationship between phase infiltration characteristic parameters and permeability

3 不同開(kāi)發(fā)階段薄差儲(chǔ)層滲透率曲線

根據(jù)篩選出的薄差儲(chǔ)層相滲數(shù)據(jù)的測(cè)試時(shí)間，分別歸類出中含水期薄差儲(chǔ)層相滲曲線22條，高含水期薄差儲(chǔ)層相滲曲線18條，根據(jù)不同的開(kāi)發(fā)階段選取不同滲透率級(jí)別的典型相滲曲線，分別對(duì)中、高含水期不同滲透率級(jí)別具有代表意義的相滲曲線進(jìn)行對(duì)比，繪制對(duì)比曲線（見(jiàn)圖7）。

圖7 中、高含水期相滲曲線對(duì)比Fig.7 Comparison of phase infiltration curves between medium and high water cuts

由圖7可以看出，中含水期往高含水期過(guò)渡，相滲曲線的變化主要表現(xiàn)為相滲曲線共滲范圍縮小，共滲點(diǎn)左移且油相滲透率下降速度加快。其主要原因在于，雖然1～10 mD和10～100 mD級(jí)別的薄差儲(chǔ)層整體儲(chǔ)層物性較差，但處于長(zhǎng)期注水的條件下，儲(chǔ)層也會(huì)受到機(jī)械沖刷以及物理化學(xué)作用，一些被沖刷的黏土礦物不易被攜帶而滯留到小孔隙中，加之黏土礦物的膨脹作用也影響較大[11-12]。綜上所述，將1～10 mD和10～100 mD級(jí)別的相滲曲線的變化類型歸類為相滲縮小型。由圖7（c）、（d）可以看出，中含水期往高含水期過(guò)渡，相滲曲線的變化主要表現(xiàn)相滲曲線共滲范圍擴(kuò)大，共滲點(diǎn)右移，油相相對(duì)滲透率曲線下降逐漸變緩，此變化充分表明在長(zhǎng)期注水的條件下，這兩種滲透率級(jí)別的儲(chǔ)層巖石向著有利于注水轉(zhuǎn)向的方向轉(zhuǎn)變，水濕性增強(qiáng)，水洗能力提高，注水適應(yīng)性更好，并且改善了儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)[13]，油相滲透率增加，有利于注水開(kāi)發(fā)，從而提高原油的采收率，其主要原因在于，儲(chǔ)層在長(zhǎng)期的水洗過(guò)程中，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，油層內(nèi)砂巖顆粒之間和巖石表面的黏土礦物受到機(jī)械沖刷及分散溶解等物理化學(xué)作用，部分黏土礦物連同吸附在黏土顆粒表面的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及油膜被沖走，儲(chǔ)層巖石黏土礦物的組成和孔隙度發(fā)生了變化，局部砂巖顆粒的親水表面更多的裸露出來(lái)[14-15]。這種相滲變化類型是有利于油田開(kāi)發(fā)的變化類型，但是限于大部分薄差儲(chǔ)層的物性條件，只有一部分的薄差儲(chǔ)層相滲曲線為這種變化類型。綜上所述，將100～200 mD和200 mD以上級(jí)別的相滲曲線變化類型歸類為相滲擴(kuò)大型。中、高含水期薄差儲(chǔ)層相滲曲線主要特征參數(shù)見(jiàn)表2、3。

表2 中含水期薄差儲(chǔ)層相滲特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical analysis table of phase infiltration characteristic parameters of thin-water reservoirs in water-bearing period %

表3 高含水期薄差儲(chǔ)層相滲特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistical analysis table for the characteristics of phase infiltration characteristics of thin reservoirs in high water cut period %

由表 2、3可以看出，1～10 mD和 10～100 mD級(jí)別的相滲曲線束縛水飽和度、兩相流跨度、最大水相相對(duì)滲透率以及驅(qū)油效率從中含水期過(guò)渡到高含水期呈遞減趨勢(shì)并且共滲點(diǎn)向左移動(dòng)。而100～200 mD和200 mD以上級(jí)別的相滲曲線束縛水飽和度、兩相跨度、最大水相相對(duì)滲透率以及驅(qū)油效率從中含水期過(guò)渡到高含水期呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且共滲點(diǎn)向右移動(dòng)。綜上所述，不同開(kāi)發(fā)階段的相滲變化類型主要有共滲范圍擴(kuò)大和共滲范圍縮小兩種。其中，1～10 mD和10～100 mD級(jí)別的相滲曲線變化類型為相滲縮小型，而100～200 mD和200 mD以上級(jí)別相滲曲線變化類型為相滲擴(kuò)大型。

4 結(jié) 論

（1）薄差儲(chǔ)層相滲曲線存在3種類型，分別為水相凹型、水相凸型和水相直線型。其中，薄差儲(chǔ)層相滲曲線的主要特征類型為水相凹型。

（2）根據(jù)薄差儲(chǔ)層的物性和特點(diǎn)及其滲透率分布范圍，將其相滲曲線分為4個(gè)滲透率級(jí)別，分別為10 mD以下、10～100 mD、100～200 mD、200 mD以上，其中10 mD以下為水相凸型，10～100 mD為水相直線型，100～200 mD和200 mD以上為水相凹型。

（3）薄差儲(chǔ)層的相滲參數(shù)特征主要呈現(xiàn)為“雙高雙低”的特點(diǎn)，表現(xiàn)了強(qiáng)親水性，驅(qū)油效率低的特征。

（4）長(zhǎng)期注水可改善100～200 mD和200 mD以上級(jí)別的薄差儲(chǔ)層相滲特征，增強(qiáng)其儲(chǔ)層滲流能力，改善其物性；而對(duì)于10 mD以下和10～100 mD級(jí)別的則反之。