疏松砂巖注水開發(fā)儲(chǔ)層物性變化特征—以孤島油田為例

賈藝博，董 偉，劉 杰，王曉兵

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

疏松砂巖注水開發(fā)儲(chǔ)層物性變化特征—以孤島油田為例

賈藝博，董 偉，劉 杰，王曉兵

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

油田開發(fā)過程中，由于長期的注水開發(fā)，儲(chǔ)層骨架顆粒、膠結(jié)物和油藏流體與注入水的作用，以及油層溫度和壓力的變化，油藏儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，使注水后的儲(chǔ)層與注水開發(fā)前在物性、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性、非均質(zhì)性等方面有較大差異。孤島油田砂巖儲(chǔ)層以高孔、高滲、疏松膠結(jié)為主要特征，通過對孤島油田中一區(qū)11J11井區(qū)的低含水期、中高含水期和特高含水期的物性研究發(fā)現(xiàn)：（1）注水開發(fā)使儲(chǔ)層物性不斷得到改善，且越到后期改善效果越明顯；（2）開發(fā)初期相互之間有關(guān)系的儲(chǔ)集層屬性，特高含水期的關(guān)系更加明顯；開發(fā)初期相互之間沒有關(guān)系的儲(chǔ)集層屬性，特高含水期也表現(xiàn)出了一定的關(guān)系；（3）由低含水期到特高含水期河道微相的滲透率增長速度快，河漫砂、邊灘與天然堤微相的滲透率增長速度慢，注水開發(fā)使儲(chǔ)層差異性更大，規(guī)律性增強(qiáng)。

疏松砂巖；注水開發(fā)；孔隙度；滲透率；沉積相

疏松砂巖油藏孔隙度一般為20%～40%，滲透率一般有幾百到幾千毫達(dá)西，甚至可以達(dá)到10 D；疏松砂巖油藏儲(chǔ)層各項(xiàng)屬性表明其易于被改造，改造后的儲(chǔ)層膠結(jié)物減少使出砂的可能性增加，高滲、特高滲帶的形成使注入水利用率低，從而影響采收率及開發(fā)效益的提高[2]。本文通過對孤島油田中一區(qū)11J11井區(qū)研究認(rèn)為注水開發(fā)使疏松砂巖儲(chǔ)層沉積微相間非均質(zhì)性更加明顯，表現(xiàn)出顯著的相控特征。

1 區(qū)塊特征

孤島油田是以新近系館陶組疏松砂巖為儲(chǔ)層的稠油油藏[3]，油藏埋深淺。

1.1 巖石學(xué)特征

砂巖以細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖等為主，粒度中值一般為0.07 mm～0.25 mm，分選中等-差。碎屑成分（見表1），巖性主要為巖屑長石砂巖，雜基以黏土雜基為主，膠結(jié)物為少量的碳酸鹽膠結(jié)。高孔、高滲、疏松膠結(jié)是其主要特征[4]。

表1 孤島油田新近系館陶組砂巖成分統(tǒng)計(jì)表（據(jù)蔡忠，2000）

1.2 沉積特征

孤島油田館陶組上段為河流相沉積，在研究區(qū)內(nèi)，曲流河沉積主要發(fā)育于Ng3-Ng4砂層組，辮狀河沉積主要發(fā)育于Ng5-Ng6砂層組。在物性特征上，館陶組孔隙度大，滲透率高，壓實(shí)較弱，膠結(jié)物含量低，以接觸式、孔隙-接觸式膠結(jié)為主，儲(chǔ)油物性較好[4]。但不同沉積微相間物性特征存在差異。

1.3 開發(fā)特征

本次研究以孤島中一區(qū)11J11井區(qū)為例。該井區(qū)鉆井共約246口，為了本次研究需要，抽稀為87口井。其中，低含水期鉆井40口，中高含水期鉆井29口，特高含水期鉆井18口。目前，孤島油田的綜合含水率已經(jīng)高達(dá)96%，且油井平均含砂量較大[5]。

2 注水開發(fā)對疏松砂巖儲(chǔ)層物性變化的影響

為了明確注水開發(fā)對疏松砂巖儲(chǔ)層物性變化的影響，分別對各層位孔、滲等物性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由低含水期到特高含水期，孔隙度平均增大了0.67%，滲透率平均增大了9.75倍。但不同沉積微相孔隙度和滲透率增長特征不同，其中，河道微相增長速度最快。

2.1 注水開發(fā)對儲(chǔ)層性質(zhì)的影響

2.1.1 物性 為明確注水開發(fā)后物性的變化特征，對比統(tǒng)計(jì)了Ng3和Ng4砂層組同井位開發(fā)初期和特高含水期的孔隙度、滲透率、粒度中值和泥質(zhì)含量（見表2）。數(shù)據(jù)表明，孔隙度、滲透率和粒度中值顯著提高，而泥質(zhì)含量大幅度降低。這是因?yàn)橛蛯釉谧⑺_發(fā)后，儲(chǔ)層巖石受注入水的長期沖刷，巖石中的膠結(jié)物及較小碎屑顆粒被沖散、沖走，使儲(chǔ)層的孔隙度增大、滲透率提高[1]。可見，長期的注水開發(fā)有利于儲(chǔ)層物性的改善。

為了驗(yàn)證以上結(jié)論，在B108井取心4塊進(jìn)行室內(nèi)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)（見圖1）。經(jīng)計(jì)算，在驅(qū)替72 h以后，同一個(gè)樣本的孔隙度增加了0.1%至0.44%，滲透率增加了1.43倍至2.01倍；而繼續(xù)驅(qū)替到144 h以后，同一個(gè)樣本的孔隙度又增加了0.14%至0.16%，滲透率又增加了1.37倍至4.92倍?？紫抖裙灿?jì)增加了0.25%至0.6%，平均增加0.44%，滲透率共計(jì)增加了1.96倍至9.77倍，平均增加6.63倍。由此證明，長期注水使儲(chǔ)層的巖石物理性質(zhì)得到很大改善。同時(shí)還可以看出，孔隙度是減速遞增的，而滲透率是加速遞增的。并且這種孔隙度、滲透率的增加是與其原始的物性好壞和分散性泥質(zhì)有一定關(guān)系的，原始物性好，則水驅(qū)效果好，孔隙度、滲透率增加大而快，原始物性相對較差，則水驅(qū)效果差，孔隙度、滲透率增加小而慢。但也有例外，如樣本3，滲透率并未出現(xiàn)加速遞增，在驅(qū)替前滲透率比樣本2大，但水驅(qū)144 h后，其滲透率反而比樣本2小，這與其泥質(zhì)顆粒在孔隙中的分布位置有關(guān)。

2.1.2 非均質(zhì)性 通過對研究區(qū)各開發(fā)階段滲透率的變異系數(shù)和級差系數(shù)的計(jì)算可知（見表3），隨著注水開發(fā)的進(jìn)行，變異系數(shù)與級差系數(shù)隨著含水的升高而逐漸增大，表明了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性隨著注水開發(fā)的進(jìn)行而越來越強(qiáng)[6]。注水開發(fā)會(huì)將孔隙中的泥質(zhì)沖出，沖洗出來的泥質(zhì)會(huì)將較小的喉道阻塞，而使?jié)B透率愈來愈低；喉道較大的部位由于水流的持續(xù)沖刷而將顆粒表面的黏土以及油膜剝離了，使?jié)B透率變得更高。因此出現(xiàn)了滲透率最值隨著注水的進(jìn)行而兩級分化的現(xiàn)象（見表3）。

另外，以低含水期滲透率大小排序，對Ng3-Ng4河道微相低含水期到中高含水期與特高含水期滲透率的增長倍數(shù)統(tǒng)計(jì)對比（見圖2）。數(shù)據(jù)同樣表明，在長時(shí)間的注水開發(fā)過程中，本身滲透率大的增長倍數(shù)更高。

表2 含水率88%以上時(shí)，孤島中一區(qū)儲(chǔ)集層參數(shù)變化數(shù)據(jù)

圖1 巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 研究區(qū)各開發(fā)階段滲透率變異系數(shù)與級差系數(shù)表

2.2 特高含水期各儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系

利用單井單層統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，對儲(chǔ)層的單層平均砂巖厚度、平均孔隙度、平均滲透率和平均含水飽和度之間的關(guān)系進(jìn)行了全面的研究（見圖3），可以看出，在特高含水期，孔滲仍具有較好的相關(guān)關(guān)系（見圖3a），由于孔滲成半對數(shù)關(guān)系，所以孔隙度的增大必將對應(yīng)滲透率的加速增大；受注水影響，特高含水期油層含水飽和度全面上升，孔飽關(guān)系外凸（見圖3b），已不再成雙對數(shù)關(guān)系，而有反向的趨勢，原因是特高孔油層滲透率級差大，受層內(nèi)嚴(yán)重的不均勻吸水影響，單層平均含水飽和度上升不多，而低孔層原本含水飽和度較高，因而上升也不多，中高孔油層滲透率級差相對較小，層內(nèi)吸水相對較均勻，單層平均含水飽和度上升大，所以孔飽關(guān)系外凸；由于中一區(qū)11J11井區(qū)厚油層一般孔滲較高，受注水影響孔滲增大，使孔滲與砂層厚度關(guān)系較為密切，孔隙度與砂層厚度成半對數(shù)關(guān)系（見圖3c），滲透率與砂層厚度成雙對數(shù)關(guān)系（見圖3d）；同樣，厚油層在特高含水期含水飽和度普遍上升，使含水飽和度與砂層厚度的關(guān)系也較為密切，成半對數(shù)關(guān)系（見圖3e），但受水驅(qū)程度不均勻的影響，部分出現(xiàn)異常；值得注意的是，含水飽和度與滲透率原本無明顯的關(guān)系，受注水的影響，出現(xiàn)較為明顯的半對數(shù)關(guān)系（見圖3f），但并不是滲透率越大，單層平均含水飽和度就大，由于滲透率較大的厚油層下粗上細(xì)（河道鉆遇率69.5%），注入水“下鍥”，上部吸水較少，含水飽和度上升較少，使單層平均含水飽和度偏小，而滲透率較小的薄油層，則是因?yàn)闈B透率級差較小，吸水較為均勻，含水飽和度普遍上升，單層平均含水飽和度大，造成含水飽和度隨滲透率增大而降低的現(xiàn)象。由此可見，開發(fā)初期相互之間有關(guān)系的屬性，特高含水期的關(guān)系更加明顯；開發(fā)初期相互之間沒有關(guān)系的屬性，特高含水期也表現(xiàn)出了一定的關(guān)系。在注入水的長期沖刷下，疏松巖石孔隙中的部分泥質(zhì)顆粒和膠結(jié)不好的粉細(xì)砂粒被水帶走，致使孔隙度減速遞增；同樣，大喉道中的部分泥質(zhì)顆粒被水帶走，喉道加寬，滲流更加暢通，致使?jié)B透率加速遞增；由于孤島油田館陶組上段為正韻律砂巖，下粗上細(xì)，主力厚油層內(nèi)下部物性比上部好，在不均勻的注水沖洗下，使本就嚴(yán)重的縱向非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇，進(jìn)而使層內(nèi)矛盾和平面矛盾更加嚴(yán)重。特高含水期孔隙度和滲透率雖然已發(fā)生了很大變化，但在注入水的疏導(dǎo)作用下，泥質(zhì)等不規(guī)律性因素得到了減弱，孔、滲、飽和砂巖厚度等儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系更加明顯，必使其更加依賴于沉積相的沉積特征。

圖2 Ng3-Ng4河道低含水期滲透率與不同時(shí)期倍數(shù)關(guān)系

圖3 特高含水期儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系

3 儲(chǔ)層物性改變與沉積相的關(guān)系

河流演變和水動(dòng)力條件變化，決定了不同的沉積環(huán)境和沉積微相，成巖后體現(xiàn)不同的儲(chǔ)層特征。即同一砂層不同沉積微相的砂巖厚度、砂體平面分布形態(tài)、孔隙度、滲透率和非均質(zhì)性變化大小與方向等各不相同。而在注水開發(fā)過程中，注入水易受沉積微相控制，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性發(fā)生差異性改變。

3.1 注水開發(fā)對各沉積微相滲透率的影響

對比低含水期與特高含水期開發(fā)當(dāng)期井的平均滲透率值發(fā)現(xiàn)，注水開發(fā)使各沉積微相滲透率普遍增高（見圖4）。油田開發(fā)過程中，由于長期的注水開發(fā)，儲(chǔ)層骨架顆粒、膠結(jié)物和油藏流體與注入水的作用，以及油層溫度和壓力的變化等，油藏儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，使注水后的儲(chǔ)層與注水開發(fā)前在物性、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性和非均質(zhì)性等方面有較大差異。

圖4 低含水期與特高含水期各沉積微相滲透率平均值

3.2 注水開發(fā)前后儲(chǔ)層物性相控特征

3.2.1 注水開發(fā)前后各沉積微相滲透率變化特征 為了確定各個(gè)沉積微相的滲透率變化特征，分別統(tǒng)計(jì)了Ng3-Ng4砂層組和Ng5-Ng6砂層組不同時(shí)期的滲透率增高倍數(shù)（見表4和表5）。由數(shù)據(jù)可以看出，河道微相滲透率增長最快。這是因?yàn)楦鞒练e微相的沉積環(huán)境由河流的演變和水動(dòng)力條件的變化所決定的，所以向河道方向連通性好，而河道存在大量的礫石，在沉積中多形成大孔隙，大孔隙多被泥質(zhì)等易被沖散的物質(zhì)充填，所以在注水過程中，河道微相的孔隙度明顯增大，滲透率成倍提高。同樣，由數(shù)據(jù)可以看出，本身物性差的微相滲透率增長速度低，如河漫砂、邊灘和天然堤（Ng5-Ng6砂層組天然堤與決口扇不具有統(tǒng)計(jì)意義）。原因在于這些微相依附于河道，且存在勢差等，導(dǎo)致側(cè)向水洗效果差，增長速度低。

表4 Ng3-Ng4沉積微相與滲透率變化平均倍數(shù)

表5 Ng5-Ng6沉積微相與滲透率變化平均倍數(shù)

表6 研究區(qū)特高含水期與低含水期比值大于9統(tǒng)計(jì)表

由此可見，注水開發(fā)使儲(chǔ)層沉積微相之間差異性更大，規(guī)律性增強(qiáng)。

為了進(jìn)一步確定滲透率增大方向偏向于河道，對沉積相圖與滲透率增長倍數(shù)等值線進(jìn)行疊合，以Ng33沉積相與倍數(shù)等值線疊合圖為例?？梢钥闯?，河道微相高倍數(shù)成片狀分布，且在河道邊界高倍數(shù)向河道內(nèi)遞減慢，向河道外遞減快。沿河道方向的高倍數(shù)分布特征說明，注入水更易沿河道突進(jìn)且滲透率增大方向偏向于河道。

3.2.2 注水后的相控特征 詳細(xì)統(tǒng)計(jì)的各層滲透率增長的高倍數(shù)（本文既定大于9倍）井是否位于河道微相的結(jié)果（見表6）。數(shù)據(jù)表明，多數(shù)高倍數(shù)井位于河道微相。由此可以看出，河道沉積微相滲透率增長倍數(shù)高，微相內(nèi)非均質(zhì)性較其他微相更弱。同理，其他微相滲透率增長倍數(shù)高低各不相同，各微相間非均質(zhì)性產(chǎn)生差異變化，使得沉積相控制特征更加明顯。因此，在開發(fā)后期，進(jìn)行相控建?？梢垣@得更好的效果。但是，早期井的測井資料及解釋數(shù)據(jù)（如滲透率和孔隙度等）在開發(fā)后期應(yīng)用時(shí)，要進(jìn)行校正；具體應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定校正函數(shù)。本文利用實(shí)驗(yàn)室水驅(qū)實(shí)驗(yàn)得到校正函數(shù)，測井所用為特高含水測井解釋。

4 結(jié)論

（1）注水開發(fā)使儲(chǔ)層物性不斷得到改善，滲透率兩極分化加大，即高滲透率部位滲透率更高，低滲透率部位滲透率更低。

（2）開發(fā)初期相互之間有關(guān)系的屬性，特高含水期的關(guān)系更加明顯；開發(fā)初期相互之間沒有關(guān)系的屬性，特高含水期也表現(xiàn)出了一定的關(guān)系。注水開發(fā)后，泥質(zhì)等不規(guī)律性因素得到了減弱，孔、滲、飽和砂巖厚度等儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系更加明顯。

（3）由低含水期到特高含水期河道微相的滲透率增長速度快，河漫砂、邊灘與天然堤微相的滲透率增長速度慢；注水開發(fā)使儲(chǔ)層沉積相之間差異性更大，規(guī)律性增強(qiáng)。

［1］王傳禹，楊普華，馬永海，等.大慶油田注水開發(fā)過程中油層巖石的潤濕性和孔隙結(jié)構(gòu)的變化［J］.石油勘探與開發(fā)，1981，（1）：54-67.

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The characteristics of reservoir physical properties change in loose sandstone with water injection development

JIA Yibo，DONG Wei，LIU Jie，WANG Xiaobing
（College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China）

In the process of oilfield development,the pore structure of reservoir has got lots of changes with a long period of water injection development.There are many differences for physical properties,pore structure,wettability and heterogeneity of reservoir after the water injection development,on account of the effect on skeleton particles,cement and fluid of reservoir by injected water and the change of temperature and pressure of reservoir.Sandstone reservoir is characterized by high porosity,high permeability and loose cementation in Gudao oilfield.The study,which for physical properties of low water cut period,middle-high water cut period and high water cut period in 11J11 wellblock,middle area one,Gudao oilfield,found that,（1）For the water injection development,porosity and permeability of reservoir have a distinct improvement and the effect is more obvious when come to the late waterinjection development.（2）The link between each other of reservoir properties in early water injection development gets more obvious in ultra-high water cut period,and no relationship between each other of reservoir properties in early water injection development,it shows a certain relationship in ultra-high water cut period.（3）The permeability of channel microfaceies grow fast,while the permeability of river flood sand beach,marginal bank and the nature levee microfacies grow slow,from low water cut period to ultra-high water cut period.Water injection development makes the heterogeneity of reservoir gets more serious and the regularity enhances.

loose sandstone；water injection development；porosity；permeability；sedimentary face

TE122.23

A

1673-5285（2017）08-0098-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.023

2017－06-29

賈藝博，男（1989-），河南洛陽人，成都理工大學(xué)能源學(xué)院碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)、油氣藏描述及建模技術(shù)方面的研究工作，郵箱：kissjiayibo@163.com。