礁灰?guī)r油藏親油特性定量表征方法研究

張曉林，王亞會，湯小龍，徐偉

科學(xué)研究

礁灰?guī)r油藏親油特性定量表征方法研究

張曉林，王亞會，湯小龍，徐偉

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518054）

巖心潤濕性實驗結(jié)果表明，M礁灰?guī)r油田各儲層段潤濕性以親油-強親油為主，且自上而下各段親油性增強。為了在油藏數(shù)值模擬研究中更合理地表征這一特性，通過Wilhelmy實驗定量測定了礁灰?guī)r儲層巖心表面的油水界面張力和潤濕接觸角，并結(jié)合巖心壓汞實驗所取得的毛管壓力資料計算得到了標(biāo)準(zhǔn)化親油毛管壓力曲線，將其應(yīng)用于礁灰?guī)r油田油藏數(shù)值模型中。應(yīng)用結(jié)果表明：采用了親油毛管壓力曲線的油藏模型對生產(chǎn)井指標(biāo)的預(yù)測結(jié)果與實際動態(tài)吻合程度更高，60口生產(chǎn)井中 45口井預(yù)測精度明顯提高。親油毛管壓力曲線的應(yīng)用有助于精細(xì)刻畫M礁灰?guī)r油田的油水微觀分布。

生物礁灰?guī)r；親油；定量表征；毛管壓力曲線；油藏數(shù)值模擬

儲層巖石潤濕性影響著孔道內(nèi)油水微觀分 布[1-3]以及水驅(qū)油過程中毛管力作用方向和水驅(qū)油效率，最終可影響油藏水驅(qū)開發(fā)采收率[4-5]。目前油藏數(shù)值模擬研究中，通常認(rèn)為儲層潤濕性以親水為主，采用親水毛管壓力曲線來表征這一儲層特性。而越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)碳酸鹽巖油藏的儲層潤濕性為混合潤濕或親油。國內(nèi)外已公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料中，關(guān)于親油毛管壓力曲線的定量計算與標(biāo)準(zhǔn)化方法的研究成果極少，且在油藏數(shù)值模擬研究中應(yīng)用親油毛管壓力曲線的案例更為少見[6-9]。

本文充分利用M礁灰?guī)r油田儲層流體及巖心實驗資料，采用定性和定量兩種方法深入分析并確定了儲層潤濕性為親油，通過Wilhelmy實驗定量測定了巖石表面張力和潤濕接觸角等重要參數(shù)，并研究得出了一套親油毛管壓力曲線定量計算及歸一化方法，將研究成果成功應(yīng)用于M礁灰?guī)r油藏數(shù)值模擬研究中。這一研究成果的應(yīng)用有助于精細(xì)刻畫M礁灰?guī)r儲層油水微觀分布，準(zhǔn)確模擬油田生產(chǎn)動態(tài)，提高了油田及生產(chǎn)井開發(fā)指標(biāo)預(yù)測精度[10]，也可為今后各類油田親油儲層的油藏數(shù)值模擬研究提供參考依據(jù)。

1 礁灰?guī)r儲層潤濕性評價實驗

1.1 實驗巖心及流體

M油田為典型生物礁灰?guī)r稠油油藏，選取探井W井的9塊巖心及3塊巖心薄片進行實驗，巖心參數(shù)見表1。實驗用油是井口取樣后復(fù)配地層油，原油高壓物性參數(shù)見表2。實驗用水是根據(jù)地層水分析化驗結(jié)果配置得到，地層水分析化驗結(jié)果見表3。

表1 實驗巖心參數(shù)

表2 原油高壓物性參數(shù)

表3 地層水分析化驗結(jié)果

1.2 實驗設(shè)備

實驗儀器：恒溫箱（最高溫度不低于100 ℃，精度±1 ℃），巖樣抽空裝置，巖心驅(qū)替裝置，滲吸儀，界面張力和潤濕接觸角測定儀等。

1.3 實驗原理及步驟

1.3.1 自吸驅(qū)替法測定相對潤濕性

實驗原理：潤濕相流體在毛管壓力作用下自動吸入巖石孔隙中并驅(qū)替出非潤濕相流體，同時利用離心機所產(chǎn)生的較大離心力將巖心毛管中可流動的液體排出，以得到可流動的總毛管體積，再按一定的比值判斷潤濕性。

實驗步驟：完成巖心清洗、吹干和抽真空操作后，先通過飽和地層水和油驅(qū)水過程建立束縛水，然后分4個步驟進行測定。①吸水排油，將巖心浸泡在地層水中1周后讀取總排油量；②水驅(qū)油，恒壓0.1 MPa驅(qū)替至不出油為止；③吸油排水，將巖心浸泡在原油中1周后取出巖心，將管壁上的水珠完全收集到計量管底部并讀取總排水量；④油驅(qū)水，恒壓0.1 MPa驅(qū)替至不出水為止。最后根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油藏巖石潤濕性測定方法》（SY/T5153—2007）定量計算各巖心潤濕指數(shù)并判斷潤濕性。

1.3.2 Wilhelmy實驗測定界面張力和潤濕接觸角

Wilhelmy實驗法測定儀的基本原理和步驟是通過調(diào)節(jié)巖心薄片位置使巖板與油水兩相同時接觸，固液、液液各界面張力均表現(xiàn)出來。當(dāng)油水界面發(fā)生變化時，巖心薄片將被拉動并失去平衡，此時需施加平衡力使巖心薄片重新達(dá)到平衡。最后根據(jù)力平衡原理計算得到實驗油水界面張力和潤濕接觸角。

圖1 滲吸儀

圖2 巖心驅(qū)替裝置

1.4 結(jié)果分析

1.4.1 自吸驅(qū)替法測定相對潤濕性

在油藏溫度52.22 ℃下，通過自吸驅(qū)替法測定了自吸排油量、驅(qū)替排油量、自吸排水量和吸油排水量。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計算得到水濕指數(shù)、油濕指數(shù)和相對潤濕指數(shù)，結(jié)果見表4。實驗巖心中僅W-5相對潤濕指數(shù)為-0.134，潤濕性為弱親油，分析認(rèn)為是巖心滲透率低影響自吸驅(qū)替實驗結(jié)果；其余8塊巖心相對潤濕指數(shù)均為-0.5～-0.9，潤濕性為親 油至強親油，強親油巖心合計5塊，占總巖心數(shù)的62.5%。實驗表明，M礁灰?guī)r儲層巖石潤濕性為親油至強親油，且以強親油為主。

表4 潤濕性實驗測定結(jié)果

1.4.2 Wilhelmy實驗法實驗結(jié)果

利用W井3塊巖心薄片分別進行Wilhelmy實驗，定量測定了油水界面張力及潤濕接觸角?？紤]油水界面張力大小主要與實驗油水性質(zhì)有關(guān)，實驗中僅進行了1次油水界面張力測定，結(jié)果見表5。不同巖心薄片潤濕接觸角存在一定差異，測定潤濕接觸角范圍為110°～120°，平均值114.7°。潤濕接觸角測定結(jié)果進一步表明M礁灰?guī)r儲層巖石潤濕性為親油為主，與基于相對潤濕指數(shù)的潤濕性評價結(jié)果一致。

表5 Wilhelmy實驗法測定結(jié)果

2 礁灰?guī)r儲層親油特性定量表征

實際油田開發(fā)研究中，毛管力可表征儲層巖石潤濕性。對于親油儲層，水驅(qū)油過程中毛管力與驅(qū)動方向相反，為水驅(qū)油阻力。油藏數(shù)值模擬研究中如能合理表征儲層親油特性，研究得到的宏觀剩余油分布結(jié)果將更為可靠。

本文借鑒前人經(jīng)驗建立了親油毛管力曲線計算及標(biāo)準(zhǔn)化流程，可通過該方法將實驗室?guī)r樣的毛管力曲線處理得到油藏數(shù)值模擬研究所需的地層條件下平均毛管力曲線。函數(shù)曲線把油層流體界面張力、潤濕性和巖石的滲透率與孔隙度等的影響綜合在一起來表征油層的毛管力曲線特征。以壓汞法測定的毛管力曲線為例，根據(jù)公式（1）和公式（2），可將實驗室測得的cHg(Hg)函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為(wd)函數(shù)關(guān)系，得到冪函數(shù)關(guān)系式（3）。

式中：—巖心的函數(shù)無因次排驅(qū)壓力；

—巖心函數(shù)指數(shù)。

通過擬合每塊巖心實驗數(shù)據(jù)可得到特征參數(shù)、。

根據(jù)毛管力曲線形態(tài)和孔喉分布特征劃分巖石流動單元，計算各流動單元特征參數(shù)、平均值。最后根據(jù)式（4）和式（5）反算得到油藏條件下毛管力曲線。

親油儲層潤濕接觸角>90°，計算得到的油藏條件下毛管力cR(w)<0，表示其作用方向與驅(qū)動方向相反。親油毛管力曲線標(biāo)準(zhǔn)化流程見圖3。

3 油田應(yīng)用實例

按照上述標(biāo)準(zhǔn)化方法和流程，對M礁灰?guī)r油田巖心壓汞毛管力曲線進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到油藏條件下的標(biāo)準(zhǔn)化親油毛管力曲線。圖4所示為5類巖石流動單元的標(biāo)準(zhǔn)化親油毛管力曲線。

為了評估親油毛管壓力曲線在M油田油藏數(shù)值模型中的應(yīng)用效果，在未進行生產(chǎn)歷史擬合時，分別應(yīng)用親油、親水毛管壓力曲線進行生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測，對比開發(fā)指標(biāo)預(yù)測精度，結(jié)果如圖5、圖6所示。采用親油毛管壓力曲線時，油藏數(shù)值模型預(yù)測單井含水上升規(guī)律與實際生產(chǎn)動態(tài)趨勢更接近，模型預(yù)測精度更高。經(jīng)詳細(xì)統(tǒng)計，采用親油毛管壓力曲線后，M油田60口生產(chǎn)井中45口井預(yù)測精度明顯提高，另有15口井預(yù)測精度相當(dāng)，預(yù)測精度提高率達(dá)到78%。

圖3 親油毛管力曲線標(biāo)準(zhǔn)化流程

圖4 M礁灰?guī)r油田巖心壓汞實驗毛管壓力數(shù)據(jù)表

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化親油毛管力曲線

親油毛管壓力曲線的應(yīng)用有助于更加精細(xì)地刻畫M礁灰?guī)r油田的油水微觀分布，進一步提高油田開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測精度。本文提出的儲層親油特性定量表征方法也可為各類油田親油儲層的油藏數(shù)值模擬研究提供參考經(jīng)驗。

圖6 親油及親水毛壓曲線應(yīng)用效果對比

4 結(jié) 論

1）巖心潤濕性實驗測定了M礁灰?guī)r儲層巖石潤濕性為親油至強親油，且以強親油為主。

2）Wilhelmy實驗法進一步定量測定了M礁灰?guī)r儲層巖石油水界面張力為25 mN·m-1，潤濕接觸角為110°～120°。

3）建立了一套親油毛管壓力曲線定量計算方法，并成功應(yīng)用于M礁灰?guī)r油藏數(shù)值模型中，采用親油毛管壓力曲線后開發(fā)指標(biāo)預(yù)測精度提高率達(dá)到78%。

［1］李帥，丁云宏，才博，等．致密儲層體積改造潤濕反轉(zhuǎn)實驗及模擬研究[J].特種油氣藏，2016，23（6）：107-110．

［2］李帥，丁云宏，劉廣峰，等．致密儲層體積改造潤濕反轉(zhuǎn)提高采收率的研究[J].深圳大學(xué)學(xué)報理工版，2017，34（1）：98-103．

［3］張志堅，黃熠澤，閆坤，等．低滲透油藏滲吸采油技術(shù)進展與展望[J]．當(dāng)代化工，2021，50（2）：374-377．

［4］宋宏志，楊二龍，李田靚，等．海上油田水驅(qū)后氣水交替驅(qū)室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬研究[J]．當(dāng)代化工，2021，50（5）：1171-1174．

［5］李競，朱國金，劉晨，等．碳酸鹽巖油藏智能水驅(qū)規(guī)律與機制[J]．非常規(guī)油氣，2021，8（2）：43-48．

［6］趙軍，左清泉，張潤芳，等．底水稠油油藏穩(wěn)態(tài)法油水相滲實驗方法探索[J]．石油化工應(yīng)用，2020，39（10）：62-66．

［7］李雄炎，秦瑞寶，平海濤，等．高精度滲透率模型建立及應(yīng)用[J]．中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，44（6）：14-19．

［8］夏瑜，陳浩，姚鋒盛，等．致密砂巖氣藏滲透率定量評價新方法及應(yīng)用[J]．天然氣勘探與開發(fā)，2020，43（3）：78-84．

［9］陳楠．基于高含水期油田水驅(qū)特征的相滲曲線計算方法[J]．石油化工應(yīng)用，2021，40（5）：23-27．

［10］趙輝，李坪東，楊帆，等．K144油藏剩余油分布特征及挖潛對策研究[J]．石油化工應(yīng)用，2021，40（5）：58-60．

Research on Quantitative Characterization of Oil Wetting Featurein Reef Limestone Reservoir

（CNOOC Shenzhen Branch, Shenzhen Guangdong 518054, China）

The core wettability experiment shows that all layers in M reef limestone reservoir are mainly oil wetting, even strong oil wetting in lower layers. To accurately characterize this feature in reservoir numerical simulation research, a series of Wilhelmy experiments were firstly conducted to get the oil-water interfacial tension and the wetting contact angle in M reservoir. Then, technique processes were proposed to calculate the oil wetting capillary pressure curves of five rock types from mercury injection experiment data prepared. Finally, applications of the oil wetting capillary pressure curves in M reservoir simulation model were carried on successfully. Simulation results showed that production performance predicted by model with the oil wetting capillary pressure curves was greatly improved. 45 wells of all 60 wells got better predicted data, resulting in accurately prediction of micro oil-water distribution in M reef limestone reservoir.

Reef limestone; Oil wetting; Quantitative characterization; Capillary pressure curve; Numerical simulation

中國海油重大科技專項課題四，礁灰?guī)r油田高效開發(fā)技術(shù)研究（項目編號：CNOOC-KJ 135 ZDXM 37 SZ 04 SZ）。

2021-07-05

張曉林（1987-），男，湖北省武穴市人，工程師，碩士，2014年畢業(yè)中國石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：海上礁灰?guī)r油田開發(fā)地質(zhì)油藏研究。

TE311

A

1004-0935（2022）01-0001-04