大慶外圍油田低滲透油層水驅(qū)動(dòng)用界限研究

李 承 龍

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

大慶外圍油田低滲透油層水驅(qū)動(dòng)用界限研究

李 承 龍

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

隨著大慶外圍油田的不斷開采，外圍油田評(píng)價(jià)日益變差。目前剩余油主要集中在低豐度、低滲透率的油層。以大慶外圍某油田特低滲透油層為例，對(duì)該區(qū)塊的孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，確定研究區(qū)塊水驅(qū)動(dòng)用界限，原油粘度、平均喉道半徑、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、粘土礦物含量和擬啟動(dòng)壓力梯度5個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行了分析，在使用綜合分類方法對(duì)研究區(qū)塊進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，確定出了合理井網(wǎng)部署方案，為合理開采該區(qū)塊提供技術(shù)保證。

低滲透油層；孔隙結(jié)構(gòu)；啟動(dòng)壓力梯度；綜合分類方法

目前，研究區(qū)探明未動(dòng)用儲(chǔ)量為3.8億t，含有面積為1 029 km2，原油粘度5.56 mP?s，粘土礦物含量為 16.33%，流度主要集中在 0.01～0.31 mD /(mPa?s)，滲透率集中在0.1～0.3 mD。該區(qū)塊儲(chǔ)層砂體零散、局部存在裂縫、油水分布復(fù)雜，而且勘探認(rèn)識(shí)程度低。

首先對(duì)研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，確定該區(qū)塊水驅(qū)動(dòng)用界限，對(duì)原油粘度、平均喉道半徑、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、粘土礦物含量和擬啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行了分析，使用綜合分類方法對(duì)研究區(qū)塊進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，確定出了合理井網(wǎng)部署方案。

1 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

選擇iKΔ 在 80%以上的半徑為主流喉道半徑下限。

式中:ir—單一喉道半徑，μm；

iα—單一道半徑歸一化的分布頻率密度。

由于常規(guī)壓汞法不能準(zhǔn)確的測(cè)量出喉道數(shù)量、喉道分布，影響平均喉道半徑的計(jì)算。而采用恒速壓汞法可以彌補(bǔ)常規(guī)壓汞法的缺點(diǎn)[1]。

恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)原理[2]：保持汞以 1×10-6mL/s速度進(jìn)入巖樣，這種超低進(jìn)汞速度能夠保證準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)汞過程的進(jìn)行。在進(jìn)汞過程中，界面張力與接觸角保持不變；彎月面的形狀隨著進(jìn)汞前緣所經(jīng)歷孔隙形狀的變化而變化，進(jìn)而使得系統(tǒng)毛管壓力的改變[3]。

對(duì)研究區(qū)塊5 塊巖樣進(jìn)行了恒速壓汞測(cè)試，得出巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)(表1)，在此基礎(chǔ)上，再分別對(duì)巖樣的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的分析。

表1 巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)Table 1 Core pore structure parameters

圖1為滲透率與平均喉道半徑關(guān)系曲線，如圖1可知，兩者呈較好對(duì)數(shù)關(guān)系，平均喉道半徑隨著滲透率的增大而增大。經(jīng)計(jì)算可知，研究區(qū)平均喉道半徑以小于1.5μm的為細(xì)微喉道為主。

圖1 滲透率與平均喉道半徑關(guān)系Fig.1 The relationship between the permeability and the average throat radius

2 儲(chǔ)層流動(dòng)孔喉及動(dòng)用滲透率下限研究

通過核磁共振實(shí)驗(yàn)[4]，對(duì)研究區(qū)塊進(jìn)行了更深入的研究，綜合儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而明確研究區(qū)儲(chǔ)層流動(dòng)喉道半徑及滲透率下限[5]。

對(duì)于不同巖石流體系統(tǒng)，其物性不同，所以對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間2T也不相同，反之，只要知道它們2T值，就能得到對(duì)應(yīng)流體系統(tǒng)的物性[6]。2

圖2 滲透率與動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.2 Relationship between permeability and movable fluid content

對(duì)研究區(qū)塊油層做了 23塊巖樣的核磁共振實(shí)驗(yàn)，得出：研究區(qū)儲(chǔ)層滲透率集中在 0.139～5.985 mD，可流動(dòng)百分?jǐn)?shù)集中在31.01%～62.23%，可流動(dòng)百分?jǐn)?shù)的平均值為45.03%，平均吼道半徑在0.3-0.5 μm（圖2）；當(dāng)滲透率的增大時(shí)，可流動(dòng)百分?jǐn)?shù)也增大，呈對(duì)數(shù)關(guān)系；當(dāng)孔隙度變大時(shí)，可流動(dòng)百分?jǐn)?shù)也變大，但關(guān)系不顯著。

核磁共振的機(jī)理說明，儲(chǔ)層孔隙半徑越大，氫核的2T值越大[7]，所以根據(jù)弛豫時(shí)間2T的分布以及恒速壓汞實(shí)驗(yàn)得到孔喉半徑的分布，從而確定動(dòng)用的最小喉道半徑[8]。

毛管壓力與毛管孔徑之間的關(guān)系為：

對(duì)汞來說 σ=49.44N/cm2， θ= 140°

則有

由公式（1）可知，2T和孔隙比表面有關(guān)，比表面與空隙大小有關(guān)，但由于地層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以可以用非線性關(guān)系來描述比表面與孔徑的關(guān)系：

通過實(shí)驗(yàn)分析得出，弛豫時(shí)間2T與孔徑呈冪函數(shù)關(guān)系[9]：

rc：孔隙半徑，μm； Fs：孔隙形狀因子由（2）和（3）有：

對(duì)于C和n值的求解：以研究區(qū)杏71 321-2巖心為例，首先描繪出利用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)得到的毛管力曲線，且毛管力曲線的位置、形狀是固定的，再利用公式（4）把核磁共振曲線轉(zhuǎn)換為毛管力曲線，然后再使用試湊法來計(jì)算出最優(yōu)的C和n值，從而保證兩條曲線擬合度最佳（圖3）。再把最優(yōu)C和n值代到公式（3）中，得到2T值，接著再將其轉(zhuǎn)換為了孔喉半徑，得到圖 4。同理再求出其它巖心孔喉半徑。

圖3 杏71 321-2巖樣核磁和恒速壓汞毛管力曲線擬合圖Fig.3 Curve fitting chart of nuclear magnetic and constant velocity mercury injection capillary force of Xing 71 321-2

由表2可知，轉(zhuǎn)換系數(shù)C和n的平均值分別為61和1.15；流動(dòng)孔喉半徑下限平均值為 0.375μm。

根據(jù)恒速壓汞所得的結(jié)果，研究區(qū)儲(chǔ)層喉道半徑與滲透率之間呈正相關(guān)關(guān)系，結(jié)合儲(chǔ)層流動(dòng)孔喉下限值，求得動(dòng)用滲透率下限為0.2 mD。

表2 核磁共振毛管壓力曲線轉(zhuǎn)換表Table 2 NMR capillary pressure curve conversion table

3 啟動(dòng)壓力梯度研究

對(duì)研究區(qū)塊10塊巖樣做了非線性滲流測(cè)試，得到啟動(dòng)壓力梯度，巖樣的滲透率范圍在0. 116～3.71 mD，表3為測(cè)試結(jié)果。

表3 研究區(qū)塊啟動(dòng)壓力梯度數(shù)據(jù)表Table 3 Study block starting pressure gradient data

由表3可知，研究區(qū)塊平均擬啟動(dòng)壓力梯度為0.1914MPa/m，而且擬啟動(dòng)壓力梯度與滲透率呈良好的負(fù)相關(guān)性：

式中：δ—擬啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m；

K—滲透率，mD。

4 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究

將原油粘度、平均喉道半徑、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、粘土礦物含量和擬啟動(dòng)壓力梯度參數(shù)作為評(píng)價(jià)因素，利用綜合分類方法對(duì)研究區(qū)塊進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

常規(guī)方法評(píng)價(jià)的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，所以使用以多因素為基礎(chǔ)的定量綜合評(píng)價(jià)方法。

表4 儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Reservoir classification standard

基于單因素分析之上，綜合分類方法對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，則有：

式中： μm—最大原油粘度，mPa?s；

sm—最大可流動(dòng)百分比，%；

rm—最大平均喉道半徑，μm；

mm—最大粘土礦物含量，%；

λm：最大擬啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m。

I 類： Feci＞ 8；II 類：5 ＜ Feci＜ 8；III 類：2 ＜ Feci＜ 5；IV 類： Feci＜ 2。

經(jīng)計(jì)算得到研究區(qū)塊綜合系數(shù) Feci= 3.31，所以研究區(qū)塊為III 類儲(chǔ)層。

5 最優(yōu)井網(wǎng)部署研究

5.1 最優(yōu)井網(wǎng)形式

目前，研究區(qū)采用 300 m×100 m 矩形井網(wǎng)，使用Eclipse軟件建立菱形反九點(diǎn)、正方形反九點(diǎn)、矩形五點(diǎn)井網(wǎng)模型（井網(wǎng)密度相同）。模擬時(shí)間為25年，得到采出程度、含水率情況。由圖4和圖5可知，雖然矩形五點(diǎn)井網(wǎng)的含水率最高，但是采出程度也最高。由圖6可知，當(dāng)采出程度相同時(shí)，矩形五點(diǎn)井網(wǎng)采出程度最高，而且含水率最小，所以研究區(qū)塊的最優(yōu)井網(wǎng)部署形式為矩形五點(diǎn)井網(wǎng)。

圖4 采出程度與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship curves of recovery degree and time

圖5 含水率與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship between moisture content and time

圖6 含水率與采出程度的關(guān)系曲線Fig.6 Curve degree of water cut and recovery

5.2 最優(yōu)井排距

采用Eclipse軟件建立矩形五點(diǎn)井網(wǎng)模型，且井排距分別為300 m×80 m、300 m×100 m、300 m× 150 m、400 m×100 m。分別模擬出1、5、10年時(shí)研究區(qū)地層壓力梯度分布情況，得出：對(duì)于300 m ×100 m矩形井網(wǎng)，當(dāng)模擬到 1 年時(shí)，有效驅(qū)動(dòng)壓力體系已經(jīng)初步形成；到5 年時(shí)，有效驅(qū)動(dòng)體系已經(jīng)基本形成；到 10 年時(shí)，有效驅(qū)動(dòng)壓力體系已經(jīng)完全形成。對(duì)于400 m×100 m矩形井網(wǎng)，有效驅(qū)動(dòng)壓力體系到10 年時(shí)才能初步形成。對(duì)于300 m× 150 m和300 m×80 m矩形井網(wǎng)，有效驅(qū)動(dòng)壓力體系在到 5 年才能初步形成。所以研究區(qū)最優(yōu)的井排距為300 m×100 m。

6 結(jié) 論

利用恒速壓汞、核磁共振、非線性滲流測(cè)試新技術(shù)等實(shí)驗(yàn)手段研究了儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)、流體動(dòng)用規(guī)律等特征，測(cè)試出了平均喉道半徑、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)以及擬啟動(dòng)壓力梯度等參數(shù)，通過綜合分類法對(duì)研究區(qū)塊進(jìn)行了儲(chǔ)層綜合分類評(píng)價(jià)，得出矩形五點(diǎn)井網(wǎng)模型為最優(yōu)部署方式，最優(yōu)井排距井排距為300 m×100 m。

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［2］劉峰．基于恒速壓汞技術(shù)的基山砂體孔隙結(jié)構(gòu)特征研究[J]．中國科技信息，2008，6（3）：133-136.

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［4］李靜葉，王祝文，劉菁華,等. 核磁測(cè)井資料在大慶油田儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].世界地質(zhì), 2012, 3(1): 187-192.

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Research on Threshold for Water Flooding of Peripheral Ultra-low Permeability Reservoirs in Daqing Oilfield

LI Cheng-long
（Institute of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

As development of peripheral Daqing oilfield，field evaluation is worse and worse. Now remaining oil of oilfield is mainly in ultra-low permeability reservoirs. Taking a peripheral ultra-low permeability reservoir in Daqing oilfield as an example, pore structure characteristic of the block was researched, in order to determine the threshold for water flooding. Average throat radius, content of clay mineral, content of mobile fluid, pseudo-actuating –pressure gradient and crude oil viscosity were analyzed. And the reservoir was evaluated by comprehensive classification method. Rightful program of well pattern deploying was determined.

Ultra-low permeability reservoir; Pore structure; Triggering pressure gradient; Comprehensive classification method

TE 357

A

1671-0460（2015）08-1871-04

2015-01-12

李承龍（1986-），男，黑龍江大慶人，博士生，就讀于石油大學(xué)石油氣田開發(fā)專業(yè)。 E-mail：lcl716@126.com。