長垣外圍特低滲儲層孔隙結構參數(shù)及驅油效率研究

殷代印， 呂　騰， 陳鑫礦

(東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318)

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長垣外圍特低滲儲層孔隙結構參數(shù)及驅油效率研究

殷代印， 呂騰， 陳鑫礦

(東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318)

為研究大慶長垣外圍特低滲透儲層巖心驅油效率與微觀孔隙結構的關系，應用CT掃描技術對該地區(qū)數(shù)十塊天然巖心進行觀察分析，得到大量微觀孔隙半徑、喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)、迂曲度、形狀因子數(shù)據(jù)，在此基礎上對該地區(qū)微觀孔隙結構參數(shù)分布規(guī)律進行研究。通過水驅油實驗，記錄各巖心驅油效率，研究孔隙結構參數(shù)對驅油效率的綜合影響。經過標準化處理，得到各孔隙結構參數(shù)與驅油效率的線性回歸方程。結果表明，各參數(shù)中平均喉道半徑對驅油效率影響最大，系數(shù)達到0.531，而平均孔隙半徑的系數(shù)值只有0.045，可以認為對驅油效率沒有影響。

特低滲透；CT掃描；微觀孔隙結構；線性回歸

大慶長垣外圍油田屬特低滲透油田，其構造復雜，開采難度大，具有低產量、低滲透、低豐度的“三低”特征，開發(fā)效果并不十分理想。目前已有許多學者對低滲透、特低滲油藏微觀孔隙結構進行了研究[1-5]，但對于多個微觀孔隙結構參數(shù)的綜合研究及孔隙結構參數(shù)與驅油效率的多元回歸關系研究較少。本文利用CT掃描技術對本地區(qū)孔隙半徑、喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)、迂曲度、形狀因子等微觀孔隙結構參數(shù)進行了研究，并通過水驅油實驗將巖樣微觀孔隙結構參數(shù)與驅油效率聯(lián)系起來，建立了驅油效率的標準線性回歸方程。相比于對單一微觀孔隙結構參數(shù)的研究，本研究能夠更加整體地把握長垣外圍特低滲儲層巖石的物性特征。將微觀孔隙結構參數(shù)與驅油效率建立定量聯(lián)系，對提高驅油效率的研究有重要意義。

1　微觀孔隙參數(shù)分布研究

為研究長垣外圍特低滲儲層巖石微觀孔隙結構，取長垣外圍各區(qū)塊不同滲透率的天然巖心共30塊進行X-CT掃描研究，其中包含5塊滲透率大于10×10-3μm2的巖心，便于與特低滲巖樣對比研究。

實驗過程：

(1) 將天然巖心切割成實驗所需大?。?/p>

(2) 把試樣固定在夾持器上，找到合適的位置進行掃描；

(3) 得到掃描數(shù)據(jù)后運用Nrecon軟件對圖片進行處理；

(4) 利用相關軟件計算各孔隙結構參數(shù)。

實驗結束后整理實驗數(shù)據(jù)，將各孔隙參數(shù)在取值范圍內劃分成若干個小區(qū)間，統(tǒng)計各個取值小區(qū)間內的數(shù)據(jù)個數(shù)，繪制成不同巖心的微觀孔隙結構參數(shù)分布頻率曲線。為了便于比較研究，將巖心分成(1～2)×10-3、(2～5)×10-3、(5～10)×10-3、>10×10-3μm2四個滲透率級別對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

1.1孔隙半徑分布規(guī)律

CT掃描研究的結果表明不同滲透率的儲層巖石具有相似的孔隙半徑分布特征，與基于恒速壓汞法的研究結論相符[6-7]。圖1為不同滲透率巖心孔隙半徑分布頻率曲線。

圖1　不同滲透率巖心孔隙半徑分布頻率

Fig.1Pore radius distribution frequency of cores with different permeability

由圖1可見，不同滲透率巖心的孔隙半徑-分布頻率曲線十分相似，孔隙半徑集中分布在50～200 μm，分布頻率最高的孔隙半徑都在100 μm左右。隨著滲透率降低，孔隙半徑分布規(guī)律沒有明顯的變化趨勢。長垣外圍不同滲透率儲層中孔隙半徑分布規(guī)律相似，孔隙半徑與滲透率并無明顯相關關系。1.2喉道半徑分布規(guī)律

特低滲透砂巖油藏儲層性質主要由喉道半徑控制, 喉道半徑分類明顯，且與滲透率的相關性較好[8-9]。不同滲透率巖心喉道半徑分布頻率如圖2所示。

由圖2可以看出，較低滲透率巖心的喉道半徑更小且分布更為集中，而較高滲透率巖心中大半徑

的喉道分布頻率明顯較高，分布頻率峰值對應的喉道半徑增加明顯。在儲層巖石中，喉道半徑遠小于孔隙半徑，喉道半徑成為制約和控制巖石滲流能力的重要參數(shù)。喉道控制儲層滲流能力， 進而決定開發(fā)難度和開發(fā)效果。喉道半徑分布范圍集中，峰值高，喉道半徑小、集中分布于較小的數(shù)值之內，是大慶油田特低滲透油層的顯著特征。

圖2　不同滲透率巖心喉道半徑分布頻率

Fig.2Throat radius distribution frequency of cores with different permeability

1.3孔喉比分布規(guī)律

由于不同滲透率巖心的孔隙半徑差別不大，而喉道半徑相差較大，因此不同滲透率巖心的孔喉比相差較大，相關性也較明顯。實驗結果如圖3所示。由圖3可知，隨著巖心滲透率降低，孔喉比分布頻率曲線發(fā)生明顯變化，峰值右移，孔喉比分布更集中，峰值更高。

圖3　不同滲透率巖心孔喉比分布頻率

Fig.3Pore-throat ratio distribution frequency of cores with different permeability

1.4配位數(shù)分布規(guī)律

配位數(shù)指每個孔道所連通的喉道個數(shù)。使用DataViewer軟件，將巖芯掃描圖像置于三維坐標中，在俯視圖中孔隙連通的喉道個數(shù)加上正切圖及左切圖中相同孔隙連通的喉道個數(shù)即得到該孔隙的配位數(shù)[10]。不同滲透率巖心的配位數(shù)分布頻率如圖4所示。

由圖4可知，隨著巖心滲透率的減小，配位數(shù)分布頻率曲線發(fā)生明顯變化，峰值左移，且配位數(shù)分布區(qū)間變小，峰值增大。

圖4　不同滲透率巖心的配位數(shù)分布頻率

Fig.4Ligancy distribution frequency of cores with different permeability

1.5迂曲度分布規(guī)律

不同滲透率巖心的迂曲度分布頻率如圖5所示。由圖5可知，迂曲度小于5時，各滲透率級別巖心迂曲度分布規(guī)律較相似；而當迂曲度大于5時，各滲透率級別巖心分布頻率曲線形態(tài)開始出現(xiàn)明顯差異，隨著巖心滲透率的降低，迂曲度大于5的部分所占比例增大。這反映了儲層巖石孔道結構的復雜程度與其滲透率的相關關系：孔道越復雜，其滲透率越低。迂曲度大，流體流經的通道路線更長，滲流難度也越大。

圖5　不同滲透率巖心的迂曲度分布頻率

Fig.5Tortuosity distribution frequency of cores with different permeability

1.6形狀因子分布規(guī)律

形狀因子定義為

G=A/P2

式中，G為形狀因子；A為孔隙的截面面積，μm2；P為周長，μm。

不同滲透率巖心的形狀因子分布頻率如圖6所示。由圖6可知，隨著巖心滲透率的降低，形狀因子分布頻率曲線發(fā)生明顯變化：峰值左移，且峰值增高。滲透率越低，形狀因子數(shù)值小的部分所占比例越大，整塊巖心的平均形狀因子越小。與迂曲度相似，形狀因子同樣能夠反映巖石微觀孔道的復雜程度，形狀因子隨滲透率降低而減小且其趨勢十分明顯。

圖6　不同滲透率巖心的形狀因子分布頻率

2　驅油效率與孔隙參數(shù)相關性

對于常規(guī)油田，存在滲透率越高驅油效果越好的普遍規(guī)律，但是對于特低滲透油這樣的規(guī)律并不明顯。研究表明,對于特低滲透油田，當滲透率達到一定值時，滲透率大小與驅油效率關系不大[11]。以大慶和長慶油田的巖心為例，對于滲透率為同為1～2 mD巖心，大慶油田巖心的驅油效果較長慶油田的巖心差。對比其孔隙結構參數(shù)發(fā)現(xiàn)，大慶油田在此滲透率級別平均喉道半徑為0.8 μm左右，而長慶油田的平均喉道半徑達到2.0 μm[12-13]。因此考慮從微觀孔隙結構的角度入手，研究驅油效率與微觀孔隙結構參數(shù)的相關關系。

在上述研究使用的30塊天然巖心中選取滲透率小于10×10-3μm2的巖心12塊，飽和地層水后配制模擬油建立束縛水飽和度。在相同的模擬地層條件下進行水驅油實驗，得到各巖心的驅油效率。12塊巖心編號、滲透率與驅油效率見表1。

表1　水驅油實驗結果表

取每塊巖心微觀孔隙結構參數(shù)的平均值，研究12塊巖心的孔隙結構參數(shù)與驅油效率的線性回歸關系。圖7為各孔隙結構參數(shù)與驅油效率的回歸關系曲線。

圖7　各孔隙結構參數(shù)與驅油效率回歸關系

Fig.7Linear regression relation between oil displacement efficiency and each pore structure parameter

由圖7所示回歸結果可知，孔隙半徑與驅油效率并沒有明顯相關關系；喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)、迂曲度及形狀因子與驅油效率呈明顯相關關系。其中迂曲度和孔喉比與驅油效率呈負相關，其他為正相關關系。

以上各個微觀孔隙結構參數(shù)共同影響著巖心驅油效率，可以把它們看做是驅油效率的多個自變量，通過研究多個微觀孔隙結構參數(shù)與驅油效率的多元線性回歸關系可以對長垣外圍特低滲儲層物性及開發(fā)規(guī)律有更深刻的認識。

不同的變量有著不同的單位，對單位不同的變量解出的線性回歸方程并沒有意義，因此需要對各個變量進行標準化處理。

得到驅油效率與各孔隙結構參數(shù)之間的表達式：

Y=a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6

其中相應系數(shù)見表2。

表2　線性回歸系數(shù)

驅油效率受平均喉道半徑、平均孔喉比、平均配位數(shù)、平均迂曲度、平均形狀因子因素的綜合影響，其中平均喉道半徑影響最大，系數(shù)達到0.531；平均孔隙半徑的系數(shù)值只有0.045，可以認為對驅油效率沒有影響。

3　結論

(1) 喉道半徑分布范圍集中，峰值高、喉道半徑小且集中分布于較小的數(shù)值之內，是大慶油田特低滲透油層的顯著特征。

(2) 迂曲度小于5時，各滲透率級別巖心迂曲度分布規(guī)律較相似。而當迂曲度大于5時，各滲透率級別巖心分布頻率曲線形態(tài)開始出現(xiàn)明顯差異，隨著巖心滲透率的降低，迂曲度大于5的部分所占比例增大。

(3) 隨著巖心滲透率的降低，形狀因子分布頻率曲線發(fā)生明顯變化：峰值左移，且峰值增高。滲透率越低，形狀因子數(shù)值小的部分所占比例越大，整塊巖心的平均形狀因子越小。

(4) 對各參數(shù)進行標準化處理后建立孔隙結構參數(shù)與驅油效率的線性回歸方程。結果表明驅油效率受平均喉道半徑、平均孔喉比、平均配位數(shù)、平均迂曲度、平均形狀因子因素的綜合影響，其中平均喉道半徑影響最大，系數(shù)達到0.531；平均孔隙半徑的系數(shù)值只有0.045，可以認為對驅油效率沒有影響。

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(編輯王亞新)

The Research of Microcosmic Pore Structure Parameters and Oil-Driving Efficiency of Ultra-Low Permeability Reservoir in Outer Edge of Daqing Oilfield

Yin Daiyin, Lyu Teng, Chen Xinkuang

(CollegeofPetroleumEngineerig,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In order to study the relationship of oil-driving efficiency with microcosmic pore structure in the Changyuan ultra-low permeability reservoir of outer edge of Daqing oilfield, the CT technology was used to research dozens of natural cores. Lots of data such as pore radius, throat radius, pore-throat ratio, coordination numbers, tortuosity and shape factor were obtained. The water-flood experiment was conduct and each oil-driving efficiency was recorded, then the effect of pore structure parameter on oil-driving efficiency was studied. After the standard processing, the linear regression equation of pore structure parameters and oil-driving was obtained. The results showed that, among all the parameters, the average throat radius was the critical element with a factor of 0.531. While the average pore radius was considered to be insignificant with a factor of 0.045.

Ultra-low permeability; CT scanning; Microcosmic pore structure; Linear regression

1006-396X(2016)03-0033-05

2015-08-24

2016-03-10

國家自然科學基金資助(51474071)。

殷代印(1966-)，男，博士，教授，博士生導師，從事油藏地質建模、數(shù)值模擬和油田開發(fā)動態(tài)分析研究；E-mail：350443547@qq.com。

TE348

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.03.007

投稿網址：http://journal.lnpu.edu.cn