特低滲油藏水驅(qū)剩余可動(dòng)油分布特征實(shí)驗(yàn)研究

周尚文，郭和坤，薛華慶

(1.中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中石油 非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065007； 3.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，河北 廊坊 065007)

特低滲油藏水驅(qū)剩余可動(dòng)油分布特征實(shí)驗(yàn)研究

周尚文1,2,3，郭和坤1，薛華慶1,2,3

(1.中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中石油 非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065007； 3.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，河北 廊坊 065007)

為了深入研究特低滲油藏水驅(qū)剩余可動(dòng)油特征，結(jié)合核磁共振、常規(guī)壓汞、油驅(qū)水和水驅(qū)油等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)特低滲儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了剩余可動(dòng)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，其T2截止值平均為34 ms，剩余油飽和度平均61.0%，可動(dòng)油飽和度平均為61.72%，驅(qū)油效率平均為38.82%，剩余可動(dòng)油平均為22.9%，剩余可動(dòng)油較多。結(jié)合壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用多元回歸的方法建立了核磁共振T2譜與壓汞孔隙分布的轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析了剩余可動(dòng)油的微觀分布特征。分析結(jié)果表明，剩余可動(dòng)油主要分布在2.2～10.0 μm的大孔隙中，剩余油中還有37.54%可以采出，特低滲透油藏水驅(qū)后還有較大的挖掘潛力。

特低滲油藏；剩余可動(dòng)油；分布特征；核磁共振；壓汞

水驅(qū)后剩余油中的可動(dòng)油是油藏下一步調(diào)整挖潛的對(duì)象，剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)是評(píng)價(jià)油藏水驅(qū)后開(kāi)發(fā)潛力的重要參數(shù)之一[1]。通過(guò)資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，核磁共振的應(yīng)用研究都集中在剩余油方面，而對(duì)于剩余可動(dòng)油的研究很少[2-4]。為了深入研究特低滲油藏剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)大小及分布情況，本文結(jié)合核磁共振技術(shù)、常規(guī)壓汞技術(shù)、油驅(qū)水和水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)對(duì)巖心剩余可動(dòng)油進(jìn)行研究，得到了特低滲巖心剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)，建立了核磁共振T2譜與壓汞孔隙分布的轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析了剩余可動(dòng)油的微觀分布特征，為制定剩余油挖潛措施提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在對(duì)巖心進(jìn)行核磁共振測(cè)試時(shí)，較多采用的是T2測(cè)量法。在快擴(kuò)散條件下，孔隙中流體的表觀弛豫時(shí)間T2a可近似表示為[5-7]

(1)

式(1)中T2b為流體固有的弛豫時(shí)間，ms；ρ2為流體所處孔隙的表面弛豫率，μm/ms；S/V為流體所處孔隙的表面積與體積之比，與孔徑大小成反比，S/V=FS/r，F(xiàn)S為孔隙形狀因子，r為孔隙半徑，μm。對(duì)于固有弛豫時(shí)間較長(zhǎng)的流體，如水、輕質(zhì)油，1/T2b?ρS/V，那么

(2)

對(duì)于一塊巖樣，弛豫率ρ2、孔隙形狀因子FS可近似看作常數(shù)，因此，由式(2)可知，T2譜能夠反映巖石孔隙半徑的分布情況，較大孔隙對(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間較長(zhǎng)，較小孔隙對(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間較短。當(dāng)孔隙半徑減小時(shí)，滲流阻力會(huì)增大，當(dāng)孔隙半徑減小到一定程度時(shí)，孔隙中的流體受到較大滲流阻力，難以流動(dòng)。在T2譜上，該孔隙半徑對(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間界限稱(chēng)為可動(dòng)流體T2截止值，該值將賦存在巖石孔隙中的流體分為可動(dòng)流體和束縛流體。

基于可動(dòng)流體的油層物理含義，依據(jù)T2截止值，把油藏水驅(qū)后的剩余油分為可動(dòng)部分和不可動(dòng)部分，定義剩余油的可動(dòng)部分為剩余可動(dòng)油，剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)是指水驅(qū)后剩余油中的可動(dòng)油量占巖樣飽和油狀態(tài)總含油量的百分?jǐn)?shù)[1]。

從圖1中能直觀地看出剩余可動(dòng)油的含義，并且通過(guò)飽和油狀態(tài)和水驅(qū)后剩余油狀態(tài)的T2累積分布可以計(jì)算得到：剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)=可動(dòng)油飽和度-驅(qū)油效率。

圖1 油相累積分布圖

在巖石孔隙中流體的橫向弛豫時(shí)間T2和孔隙比表面有關(guān)。而比表面與孔隙空間大小及形狀有關(guān)。一般將巖石孔隙簡(jiǎn)化成球狀孔隙和柱狀管道，而實(shí)際地層中孔隙結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析研究發(fā)現(xiàn)，T2分布與孔徑之間不是線性關(guān)系，而是冪函數(shù)關(guān)系[8-9]，即

(3)

其中：C、n為常數(shù)；rc為孔隙半徑，μm。

通過(guò)壓汞實(shí)驗(yàn)可以得到毛管力和孔隙半徑的關(guān)系式

(4)

式中：pc為毛管壓力，MPa；rc為毛管半徑，μm。

所以，通過(guò)繪制核磁T2分布和壓汞孔喉分布的累積分布曲線，利用多元回歸的方法對(duì)其進(jìn)行擬合，即可以獲得參數(shù)C和n，從而把油相的T2譜轉(zhuǎn)換成油相在孔隙中的頻率分布，進(jìn)而得到剩余可動(dòng)油的微觀分布特征。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

選取20塊特低滲油藏巖心進(jìn)行剩余可動(dòng)油實(shí)驗(yàn)，把同一塊巖心分為兩部分，一部分進(jìn)行核磁共振測(cè)試，另一部分巖心進(jìn)行常規(guī)壓汞測(cè)試。20塊特低滲巖心孔隙度7.10%～10.83% ，平均8.75%；滲透率為(0.22～12.29)×10-3μm2，平均5.10×10-3μm2。

2.1 核磁共振測(cè)試

核磁共振測(cè)試具體步驟如下：

(1)巖心經(jīng)洗油、烘干后，稱(chēng)干重，測(cè)量長(zhǎng)度、直徑；測(cè)試巖心的氣測(cè)孔隙度和克氏滲透率，將巖樣抽真空、飽和地層水后，稱(chēng)濕重。

(2)測(cè)試巖心飽和地層水狀態(tài)的T2譜，主要測(cè)試參數(shù)為：回波時(shí)間300 μs，等待時(shí)間3 000 ms，回波個(gè)數(shù)1 024，掃描次數(shù)64，增益50。

(3)把巖心放入離心杯中，保證巖心浸沒(méi)在合成油中(合成油無(wú)信號(hào))，配平重量后進(jìn)行油驅(qū)水離心實(shí)驗(yàn)，離心力為2.27 MPa，離心后建立巖心飽和油狀態(tài)，并測(cè)試此狀態(tài)下巖心的核磁共振T2譜。測(cè)試參數(shù)與步驟(2)中的相同。

(4)對(duì)飽和油狀態(tài)巖心進(jìn)行水驅(qū)油離心實(shí)驗(yàn)，離心力為0.1 MPa，離心后建立巖心的剩余油狀態(tài)，并測(cè)試此狀態(tài)下巖心的核磁共振T2譜。測(cè)試參數(shù)與步驟(2)中的相同。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得巖心飽和水狀態(tài)、飽和油狀態(tài)、剩余油狀態(tài)的T2譜如圖2所示。通過(guò)飽和水狀態(tài)T2譜和飽和油狀態(tài)T2譜相減可以得到飽和油狀態(tài)的油相T2譜，通過(guò)飽和水狀態(tài)T2譜和剩余油狀態(tài)T2譜相減可以得到剩余油狀態(tài)的油相T2譜，這樣能直觀地觀察到油相在孔隙中的分布情況，如圖3所示。

圖2 巖心3種狀態(tài)下的核磁T2譜

圖3 巖心飽和油狀態(tài)和剩余油狀態(tài)油相分布

結(jié)合20塊巖心3種狀態(tài)下的核磁共振T2譜，得到其T2截止值平均為34 ms，剩余油飽和度平均值61.00%，可動(dòng)油飽和度平均為61.72%，驅(qū)油效率平均為38.82%，不可動(dòng)油飽和度平均為38.28%，剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)平均為22.90%。對(duì)于特低滲儲(chǔ)層巖心，其水驅(qū)驅(qū)油效率較低，剩余油中還有37.54%可以采出，說(shuō)明該特低滲油藏水驅(qū)開(kāi)發(fā)后還有較大的開(kāi)發(fā)潛力。

2.2 T2分布轉(zhuǎn)換成孔隙分布

常規(guī)壓汞測(cè)試得到的巖樣孔隙分布和儲(chǔ)層巖石的T2分布均可以反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征，二者之間可以相互轉(zhuǎn)化。一般巖樣的壓汞測(cè)試是在一定進(jìn)汞壓力下進(jìn)行的，其進(jìn)汞飽和度達(dá)不到100%，汞不能進(jìn)入小于最大進(jìn)汞壓力對(duì)應(yīng)的孔喉半徑區(qū)間的孔隙。而利用核磁共振技術(shù)獲得的T2譜反映的是巖樣所有孔隙空間的分布。因此，本文對(duì)2種方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)，只用T2譜幅度累積百分?jǐn)?shù)大于未進(jìn)汞飽和度的那部分T2譜與壓汞獲得的孔喉半徑分布進(jìn)行對(duì)比，保證了與較大孔喉有很好對(duì)應(yīng)。如圖4(a)、圖4(b)所示，選取具有代表性的7號(hào)巖心， 通過(guò)繪制其核磁T2分布和壓汞孔隙分布的累積分布曲線，基于方程(3)， 利用多元回歸的方法對(duì)其進(jìn)行擬合，得到轉(zhuǎn)換系數(shù)C=61.15，冪率n=0.66，擬合效果較好。即可建立橫向弛豫時(shí)間T2和孔隙半徑rc的轉(zhuǎn)換關(guān)系

圖4 7#巖心核磁T2累積分布和壓汞孔隙累積分布實(shí)驗(yàn)曲線

(5)

通過(guò)此關(guān)系式，即可以把核磁共振T2分布轉(zhuǎn)換成油相在孔隙中的分布。

2.3 剩余可動(dòng)油分布

應(yīng)用橫向弛豫時(shí)間T2和孔隙半徑rc的關(guān)系式，把實(shí)驗(yàn)測(cè)得的核磁共振油相T2譜轉(zhuǎn)換成剩余可動(dòng)油在孔隙中的分布如圖5所示。從表1中可以看出特低滲透油藏水驅(qū)后剩余可動(dòng)油的微觀分布特征，剩余可動(dòng)油主要分布在2.2～10.0μm的孔隙中，說(shuō)明大孔隙中還存在較多的剩余可動(dòng)油可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。因?qū)嶋H油藏水驅(qū)過(guò)程的縱向波及系數(shù)遠(yuǎn)小于水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的縱向波及系數(shù)，故實(shí)際油藏的水驅(qū)體積波及系數(shù)會(huì)更小，可動(dòng)油的動(dòng)用程度會(huì)更差，說(shuō)明特低滲透油藏水驅(qū)后還有較大的挖掘潛力，可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行剩余油的挖潛，以提高采收率[10-13]。

圖5 剩余可動(dòng)油累積分布

表1 油相在不同孔隙半徑中的分布情況

3 結(jié) 論

(1)對(duì)于20個(gè)特低滲儲(chǔ)層巖心，其可動(dòng)油飽和度平均61.72%，水驅(qū)后剩余油飽和度平均61.00%，驅(qū)油效率平均38.82%，剩余可動(dòng)油百分?jǐn)?shù)平均為22.9%，剩余油中還有37.54%可以采出，說(shuō)明該特低滲油藏水驅(qū)開(kāi)發(fā)后還有較大的挖掘潛力。

(2)特低滲儲(chǔ)層巖心的核磁共振T2分布與由毛管壓力曲線得到的孔喉分布具有很好的相關(guān)性，通過(guò)多元回歸擬合后可以建立橫向弛豫時(shí)間T2和孔隙半徑rc的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到油相在孔隙中的微觀分布特征。

(3)特低滲儲(chǔ)層巖心的剩余可動(dòng)油主要分布在2.2～10.0μm的孔隙中，大孔隙中還賦存較多的剩余可動(dòng)油，有較大的開(kāi)發(fā)潛力。

[1] 王瑞飛，孫衛(wèi)，楊華，等.特低滲透砂巖油藏水驅(qū)微觀機(jī)理[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，46(6)：29-33.WANGRui-fei,SUNWei,YANGHua,etal.Micromechanismofwaterdriveinultra-lowpermeabilitysandstonereservoir[J].JournalofLanzhouUniversity：NaturalScience,2010,46(6):29-33.

[2] 李洪璽，劉全穩(wěn)，溫長(zhǎng)云，等.剩余油分布及其挖潛研究綜述[J].特種油氣藏，2006，13(3)：8-11.LIHong-xi,LIUQuan-wen,WENChang-yun,etal.Residualoildistributionandpotentialtappingstudy[J].SpecialOil&GasReservoirs,2006,13(3):8-11.

[3] 高博禹，彭仕宓，王建波，等.剩余油形成與分布的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].特種油氣藏，2004,11(4)：7-11,22.GAOBo-yu,PENGShi-bi,WANGJian-bo,etal.Researchstatusanddevelopmenttrendofresidualoilgenerationanddistribution[J].SpecialOil&GasReservoirs,2004,11(4):7-11,22.

[4] 侯健，李振泉，關(guān)繼騰，等.基于三維網(wǎng)絡(luò)模型的水驅(qū)油微觀滲流機(jī)理研究[J].力學(xué)學(xué)報(bào)，2005，37(6)：783-787.HOUJian,LIZhen-quan,GUANJi-teng,etal.Waterfloodingmicroscopicseepagemechanismresearchbasedonthee-dimensionnetworkmodel[J].ChineseJournalofTheoreticalandAppliedMechanics,2005,37(6):783-787.

[5]AnMai，ApostolosKantzas.AnevaluationoftheapplicationoflowfieldNMRinthecharacterizationofcarbonatereservoirs[C].SPE77401,2002.

[6]KenyonWE.Nuclearmagneticresonanceasapetrophysicalmeasurement[J].NuclearGeophysics,1992,6(2):153-171.

[7]TimurA.Pulsednuclearmagneticresonancestudiesofporosity,movablefluid,andpermeabilityofsandstones[J].JournalofPetroleumTechnology,1969,21(6):775-786.

[8] 李海波，朱巨義，郭和坤，等.核磁共振T2譜換算孔隙半徑分布方法研究[J].波譜學(xué)雜志，2008，25(2)：273-280.LIHai-bo,ZHUJu-yi,GUOHe-kun,etal.MethodsforcalculatingporeradiusdistributioninrockfromNMRT2spectra[J].ChineseJournalofMagneticResonance,2008,25(2):273-280.

[9] 王學(xué)武，楊正明，李海波，等.核磁共振研究低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)方法[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010,32(2)：69-72.WANGXue-wu,YANGZheng-ming,LIHai-bo,etal.ExperimentalstudyonporestructureoflowpermeabilitycorewithNMRspectra[J].JournalofSouthwestPetroleumUniversity:Science&TechnologyEdition,2010,32(2):69-72.

[10] 陳志海.特低滲油藏儲(chǔ)層微觀孔喉分布特征與可動(dòng)油評(píng)價(jià)：以十屋油田營(yíng)城組油藏為例[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2011，33(6)：657-661，670.CHENZhi-hai.Distributionfeatureofmicro-poreandthroatandevaluationofmovableoilinextra-lowpermeabilityreservoir:AcasestudyinYingchengFormation,ShiwuOilField[J].PetroleumGeologyandExperiment,2011,33(6):657-661,670.

[11] 李洪璽，劉全穩(wěn)，何家雄，等.物理模擬研究剩余油微觀分布[J].新疆石油地質(zhì)，2006，27(3)：351-353.LIHong-xi,LIUQuan-wen,HEJiax-iong,etal.Astudyonmicrodistributionofresidualoilbyphysicalsimulationprocess[J].XinjiangPetroleumGeology,2006,27(3):351-353.

[12] 劉曰強(qiáng)，喬向陽(yáng)，魏尚武，等.應(yīng)用核磁共振技術(shù)研究吐哈盆地低滲透儲(chǔ)層滲流能力[J].特種油氣藏，2005，12(2)：96-99.LIUYue-qiang,QIAOXiang-yang,WEIShang-wu,etal.NuclearmagneticresonancetechnologyinpercolationstudyoflowpermeabilityreservoirinTubaBasin[J].SpecialOil&GasReservoirs,2005,12(2):96-99.

[13] 劉紅現(xiàn)，許長(zhǎng)福，胡志明，等.用核磁共振技術(shù)研究剩余油微觀分布[J].特種油氣藏，2011，18(1)：96-97，125.LIUHong-xian,XUChang-fu,HUZhi-ming,etal.ResearchonmicrocosmicremainingoildistributionbyNMR[J].SpecialOil&GasReservoirs,2011,18(1):96-97,125.

責(zé)任編輯：賀元旦

2014-12-20

“十二五”國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(編號(hào)：2011ZX05018)

周尚文(1987-)，男，碩士，主要從事核磁共振技術(shù)在油氣田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究。E-mail：skywindcool@126.com

1673-064X(2015)02-0065-04

TE357.9

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