鎮(zhèn)28區(qū)長3油藏微觀水驅(qū)油及影響因素研究

王聯(lián)國，高星星，蘭圣武，張威望，胡克來，康永梅

(1.長慶油田分公司第十一采油廠，陜西西安 710018；2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實驗室，北京 102249)

鎮(zhèn)28區(qū)長3油藏微觀水驅(qū)油及影響因素研究

王聯(lián)國1，高星星2，蘭圣武1，張威望1，胡克來1，康永梅1

(1.長慶油田分公司第十一采油廠，陜西西安 710018；2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實驗室，北京 102249)

本文應(yīng)用真實砂巖微觀模型水驅(qū)油滲流試驗，結(jié)合常規(guī)物性、鑄體薄片、高壓壓汞等測試資料，研究了鎮(zhèn)28區(qū)長3儲層微觀水驅(qū)油特征及驅(qū)油效率的影響因素，為油田有效開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明：長3儲層微觀滲流路徑為指狀驅(qū)替和網(wǎng)狀驅(qū)替兩種，在同一試驗條件下指狀驅(qū)替的驅(qū)油效率明顯小于網(wǎng)狀驅(qū)替；殘余油類型主要為油膜、角隅、卡斷、繞流殘余油；儲層物性是影響驅(qū)油效率的主要因素，在水驅(qū)壓力不變的情況下，隨著水驅(qū)倍數(shù)的增加，驅(qū)油效率明顯提高，但大于某一臨界值時，增加幅度減小。因此在水驅(qū)油藏開發(fā)過程中應(yīng)注重將生產(chǎn)動態(tài)資料和巖心水驅(qū)油滲流試驗相結(jié)合，設(shè)計具有針對性的開發(fā)工藝來提高驅(qū)油效率。

微觀水驅(qū)油；滲流特征；剩余油分布；驅(qū)油效率

鄂爾多斯盆地是目前國內(nèi)外低滲及致密砂巖油藏注水開發(fā)的典型主戰(zhàn)場之一[1-3]。近年來長慶油田的勘探開發(fā)實踐證實，該類油藏微觀水驅(qū)油機(jī)理是制約驅(qū)油效率提高的核心問題[4-5]。鎮(zhèn)28區(qū)塊于2005年開始建產(chǎn)，主要開發(fā)長3儲層，隨著開發(fā)深入，層間矛盾逐步加劇，水驅(qū)狀況持續(xù)變差，開發(fā)形勢嚴(yán)峻。因此，需要研究鎮(zhèn)28區(qū)長3儲層的微觀水驅(qū)油機(jī)理，為合理制定油藏開發(fā)調(diào)整措施，進(jìn)一步提高水驅(qū)開發(fā)效果提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

目前國內(nèi)外在進(jìn)行模擬水驅(qū)油試驗研究時主要采用仿真模型和真實砂巖儲層模型兩種方法[6-8]。真實砂巖微觀模型試驗在表征油氣藏微觀滲流機(jī)理方面具有直觀性、實用性、科學(xué)性的優(yōu)點(diǎn)[9]，并且通過顯微鏡和圖像采集系統(tǒng)可實現(xiàn)流體在孔隙中的滲流動態(tài)的可視化，因而應(yīng)用比較廣泛[10-15]。本文通過真實砂巖微觀模型試驗，結(jié)合常規(guī)物性、鑄體薄片、高壓壓汞等測試資料，對鎮(zhèn)28區(qū)長3儲層微觀水驅(qū)油特征及其影響因素進(jìn)行了研究。

1 儲層基本特征

鎮(zhèn)28區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，隸屬鎮(zhèn)北油田。該區(qū)延長組沉積時期的基本構(gòu)造形態(tài)為西傾單斜且坡度平緩，與陜北斜坡帶相比，具有物源供給較近、沉積速度較快的特點(diǎn)[16]。巖性以中—細(xì)粒長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主。區(qū)內(nèi)長3儲層平均面孔率為12%，平均孔隙半徑為70.7 μm，平均喉道半徑為11.7 μm。孔隙類型主要為粒間孔和長石溶孔，喉道類型主要為孔隙縮小型、縮頸型喉道和片狀或彎片狀喉道?？缀矸诌x中等，主要分布在1.48～6.88 μm，排驅(qū)壓力、中值壓力較低，最大進(jìn)汞飽和度較高，可達(dá)90%左右，退汞效率較低，平均為29.86%，表明儲層中存在大量的納米級喉道、細(xì)小喉道與孔隙串聯(lián)配置，導(dǎo)致儲層連通性差。儲層滲透率變化范圍在0.0766～5.4038 mD之間，平均值為2.22 mD，孔隙度變化范圍在5.01%～14.59%之間，屬于低孔低滲透儲層[17]。

2 微觀水驅(qū)油試驗

試驗所用砂巖模型，是在保持原巖心的基本性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的條件下，經(jīng)洗油、烘干、切片、磨平等一系列工序后，粘貼在兩片玻璃之間制作而成。樣品尺寸一般為2.8 cm×2.5 cm，厚度約0.6 mm，承壓能力為0.2～0.3 MPa，常壓耐溫能力為100℃左右，加壓耐溫能力在80℃左右。本次試驗共制作真實砂巖微觀模型5塊，各模型的物理參數(shù)見表1。

表1 真實砂巖微觀模型物理參數(shù)表Table 1 Physical parameters table of the real sandstone micro-model

微觀水驅(qū)油試驗由抽真空系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、顯微鏡觀察系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)4個部分組成。主要試驗步驟包括：①將模型抽真空飽和地層水，測量液體滲透率；②進(jìn)行油驅(qū)水試驗至束縛水飽和度，統(tǒng)計計算原始含油飽和度；③水驅(qū)油至模型1倍孔隙體積，錄像、拍照，確定模型的水驅(qū)油入口壓力(啟動壓力)，統(tǒng)計砂巖模型剩余油飽和度，依次類推，水驅(qū)至2倍、3倍孔隙體積，并計算驅(qū)油效率。

3 微觀水驅(qū)油特征

3.1 水驅(qū)油特征

對5塊真實砂巖微觀模型進(jìn)行水驅(qū)油試驗，

試驗結(jié)果見表2，可以看出鎮(zhèn)28區(qū)長3儲層的最終驅(qū)油效率總體上較低，平均為22.5%。由于樣品物性較差、孔喉的非均質(zhì)性較強(qiáng)，注入水滲流路徑主要以指狀驅(qū)替和網(wǎng)狀驅(qū)替為主，且網(wǎng)狀驅(qū)替的驅(qū)替效率要比指狀驅(qū)替高。

(1)網(wǎng)狀驅(qū)替(圖1)。

注入水進(jìn)入飽和油模型后，水驅(qū)前緣呈網(wǎng)狀或少量指狀突進(jìn)；隨著時間延長、壓力增大，模型部分區(qū)域會形成均勻狀或者少量指狀滲流；在中高含水期，滲流路徑逐漸增多、增寬，整體呈現(xiàn)網(wǎng)狀驅(qū)替，指狀滲流區(qū)域較少。該類模型有效孔隙相對發(fā)育，孔喉連通性較好，液測滲透率平均值為3.05 mD，最終驅(qū)油效率為26.63%。

表2 微觀水驅(qū)油試驗結(jié)果表Table 2 Experimental results of microscopic water flooding

圖1 5號模型指狀驅(qū)替Fig.1 Finger displacement of model 5

圖2 15號模型網(wǎng)狀驅(qū)替Fig.2 Mesh displacement of model 15

(2)指狀驅(qū)替(圖2)。

注入水進(jìn)入飽和油模型后，主要沿幾條阻力較小的路徑前進(jìn)較快，形成突進(jìn)滲流通道，呈指狀；隨著驅(qū)替時間延長，模型局部會形成指狀-網(wǎng)狀驅(qū)替滲流；在中高含水期，滲流路徑增多，前緣優(yōu)先到達(dá)出口后逐漸向四周擴(kuò)散相互交織，容易形成繞流區(qū)域。該類模型有效孔隙發(fā)育差、孔喉連通性差，液測滲透率平均值為1.19 mD，最終驅(qū)油效率為16.35%。

3.2 水驅(qū)剩余油分布特征

在進(jìn)行微觀水驅(qū)油試驗過程中發(fā)現(xiàn)：模型在初始低壓驅(qū)替時，水驅(qū)初期前緣成指狀分布，模擬地層水以2條以上線路進(jìn)入模型進(jìn)行水驅(qū)油。模型結(jié)束時(模型出口見水)，主體水線基本形成。注入水在繼續(xù)驅(qū)替時，部分指狀突進(jìn)逐漸變寬，有的形成新的支流水線，未形成水網(wǎng)；有的相互之間逐漸連成一片，形成小規(guī)模的水網(wǎng)。繼續(xù)加壓驅(qū)替時，部分模型會形成新的主體水線，但大部分模型在加壓繼續(xù)驅(qū)替時，只能形成新的小支流水線，而且這些水線驅(qū)替面積較小，對驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)有限。通過觀察研究可以看出，儲層模型水驅(qū)油前緣形成水網(wǎng)，未連片的地方形成繞流，有殘余油存在，其賦存形式主要有油膜殘余油、角隅殘余油、卡斷殘余油和繞流殘余油(圖3a～3d)。網(wǎng)狀驅(qū)替型主要為繞流、油膜及部分角隅、卡斷殘余油；指狀驅(qū)替型主要為繞流、油膜殘余油。

4 驅(qū)油效率影響因素分析

4.1 儲層物性

在相同的試驗條件下，研究區(qū)樣品的驅(qū)油效率與孔隙度的相關(guān)程度(R2=0.2433)較低(圖4)，但與滲透率的相關(guān)程度(R2=0.8179)相對較高(圖5)。對于低孔低滲儲層，由于微觀孔道整體上較小且所占比例較大，孔隙度和滲透率與有效孔隙的發(fā)育程度之間的相關(guān)性較差，主要取決于喉道，也是滲透率的主要表征參數(shù)；因此與滲透率相關(guān)的程度較高，這也造成注入水驅(qū)替路徑單調(diào)，導(dǎo)致最終驅(qū)油效率低。但驅(qū)油效率并不是隨著滲透率的增加而無限增加，在達(dá)到某一值時驅(qū)油效率有下降的趨勢，因此對低滲透儲層進(jìn)行改造時，需要設(shè)計合理的改造規(guī)模，避免因過度改造帶來負(fù)面影響。

圖3 殘余油類型Fig.3 The types of residual oila.15號油膜殘余油;b.5號繞流殘余油;c.19號卡斷殘余油;d.15號角隅殘余油

圖4 驅(qū)油效率與孔隙度關(guān)系圖Fig.4 Relationship between oil displacement efficiency and porosity

圖5 驅(qū)油效率與滲透率關(guān)系圖Fig.5 Relationship between oil displacement efficiency and permeability

4.2 驅(qū)替路徑

由表2可知，注入水進(jìn)入模型后沿不同的路徑驅(qū)替得到的驅(qū)替效率有明顯的差異。指狀驅(qū)替平均驅(qū)油效率只有16.35%，而網(wǎng)狀驅(qū)替的驅(qū)油效率達(dá)到了26.63%。因此，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)采取壓裂、調(diào)剖或者酸化等工藝改善油藏物性的非均質(zhì)性，有利于改善水驅(qū)滲流路徑，從而提高最終的水驅(qū)油效率。

4.3 驅(qū)替倍數(shù)

試驗中提高注入水的體積倍數(shù)，得到在水驅(qū)至 1PV、2PV和3PV時的驅(qū)油效率(圖6)。從試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)水驅(qū)從1PV到2PV時驅(qū)油效率顯著提高，平均提高了5.47%；當(dāng)水驅(qū)從2PV到3PV時驅(qū)油效率變化相對緩慢，平均提高了1.38%；而當(dāng)注入水達(dá)到3PV后驅(qū)油效率變化極小，這主要與水流優(yōu)勢通道相關(guān)，當(dāng)水流的優(yōu)勢通道形成以后水流的路徑基本不發(fā)生變化，驅(qū)油效率變化不明顯。因此在實際生產(chǎn)中要把握合理的注水倍數(shù)。

圖6 驅(qū)油效率與驅(qū)替倍數(shù)關(guān)系圖Fig.6 Relationship between displacement efficiency and displacement multiple

5 結(jié)論

(1)鎮(zhèn)28區(qū)長3儲層水驅(qū)油最終驅(qū)油效率低，平均為22.5%；在微觀水驅(qū)油過程中滲流路徑主要為指狀驅(qū)替和網(wǎng)狀驅(qū)替，且指狀驅(qū)替的驅(qū)油效率(平均為16.35%)明顯低于網(wǎng)狀驅(qū)替的驅(qū)油效率(平均為26.63%)。

(2)水驅(qū)殘余油類型主要為油膜、角隅、卡斷和繞流殘余油，且網(wǎng)狀驅(qū)替型主要為繞流、油膜及部分角隅、卡斷殘余油；指狀驅(qū)替型主要為繞流、油膜殘余油。

(3)通過對驅(qū)油效率影響因素的分析得出：研究區(qū)應(yīng)加大物性較好區(qū)域的開發(fā)力度，對滲透率低的區(qū)域應(yīng)實施壓裂、調(diào)剖或者酸化等工藝改善油藏物性的非均質(zhì)性，提高儲層滲透率，同時改善水驅(qū)滲流路徑，以提高驅(qū)油效率；在一定的注水壓力下，適當(dāng)提高水驅(qū)倍數(shù)也可大幅度提高驅(qū)油效率。

[1] 王友凈,宋新民,田昌炳,等.動態(tài)裂縫-特低滲透油藏注水開發(fā)中出現(xiàn)的新的開發(fā)地質(zhì)屬性[J].石油勘探與開發(fā),2015,42(2):222-228.

[2] 任大忠,孫衛(wèi),趙繼勇,等.鄂爾多斯盆地巖性油藏微觀水驅(qū)油特征及影響因素——以華慶油田長81油藏為例[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,44(6):1043-1052.

[3] 付金華,喻建,徐黎明,等.鄂爾多斯盆地致密油勘探開發(fā)新進(jìn)展及規(guī)模富集可開發(fā)主控因素[J].中國石油勘探,2015,20(5):9-19.

[4]SUN W, TANG G Q. Visual study of water injection in low permeable sandstone[J]. Journal of Canadian Petroleum Technology,2006,11(45):21-26.

[5] 全洪慧,朱玉雙,張洪軍,等.儲層孔隙結(jié)構(gòu)與水驅(qū)油微觀滲流特征——以安塞油田王窯區(qū)長6油層組為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(4):952-959.

[6] 吳小斌,銀燕,孫衛(wèi),等.鄂爾多斯盆地三角洲前緣不同沉積微相砂巖儲層水驅(qū)油效率及其影響因素[J].油氣地層物理,2008,6(1):41-45.

[7] SUN W, QU Z H. Characterization of water injection in low permeable rock using sandstone micro-model[J]. SPE86964,2004.

[8] 張章,朱玉雙,陳朝兵,等.合水地區(qū)長6油層微觀滲流特征及驅(qū)油效率影響因素研究[J].地學(xué)前緣,2012,19(2):176-182.

[9] 王瑞飛,孫為.特低滲透砂巖微觀模型水驅(qū)油實驗影響驅(qū)油效率因素[J].石油實驗地質(zhì),2010,32(1):93-97.

[10] 趙煜,孫為,桑宇.板橋-合水地區(qū)長6儲層微觀水驅(qū)油特征及影響因素分析[J].石油化工應(yīng)用,2016,35(10):98-104.

[11] 郭平,易敏,杜建芬.低滲低壓油藏真實巖心薄片微觀水驅(qū)試驗研究[J].石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)報),2009,31(4):100-105.

[12] 許長福,劉紅現(xiàn),錢根保,等.克拉瑪依礫巖儲集層微觀水驅(qū)油機(jī)理[J].石油勘探與開發(fā),2011,38(6):725-731.

[13] 何巧林,關(guān)增武,左小軍,等.輪南2油田JIV油藏水驅(qū)實驗及微觀剩余油分布特征[J].新疆石油地質(zhì),2017,38(1):81-84.

[14] 許長福,劉紅現(xiàn),錢根保,等.克拉瑪依礫巖儲集層微觀水驅(qū)油機(jī)理[J].石油勘探與開發(fā),2011,38(6):725-731.

[15] 何巧林,關(guān)增武,左小軍,等.輪南2油田JIV油藏水驅(qū)實驗及微觀剩余油分布特征[J].新疆石油地質(zhì),2017,38(1):81-84.

[16] 楊巍,陳國俊,張銘杰,等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長8油層組自生綠泥石對儲層物性的影響[J].巖性油氣藏,2012,24(3):27-32.

[17] 張大權(quán),鄒妞妞,姜楊,等.準(zhǔn)噶爾盆地北三臺凸起蘆草溝組低滲儲層評價[J].特種油氣藏,2015,22(1):46-51.

MicroscopicWaterFloodingCharacteristicsandItsInfluenceFactorsofChang-3ReservoirinZhen-28Area

Wang Lianguo1, Gao Xingxing2, Lan Shengwu1, Zhang Weiwang1,Hu Kelai1, Kang Yongmei1

(1.No.11OilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,xi＇an,Shaanxi710018,China; 2.MOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

This paper has studied water flooding characteristics and its influence factors of Chang-3 reservoir in Zhen-28 area by microscopic water flooding seepage experiment with conventional physical properties and high-pressure mercury injection, provided scientific basis for effective development of oilfield. The results showed that the microscopic seepage paths of Chang-3 reservoir include finger displacement and mesh displacement, and displacement efficiency of the finger displacement is less than that of mesh displacement under the same experimental conditions; the main types of residual oil flow around the grain or be stuck ,and oil slick or caecum residual oil. Reservoir property is the main factor affecting oil displacement efficiency, under the condition of constant water flooding pressure, the oil displacement efficiency increases with the increase of water flooding times, but more than a critical value, the increase amplitude decreases. Therefore, we should pay attention to combine the production dynamic data and core water flooding seepage experiment, in the development process of water flooding reservoir, design a targeted development process to improve oil displacement efficiency.

Microscopic water flooding; seepage characteristics; remaining oil distribution; oil displacement efficiency

王聯(lián)國(1977—)，男，陜西禮泉人，碩士研究生，高級工程師，主要從事油田勘探與開發(fā)地質(zhì)研究工作。郵箱：wlg_cq@petrochina.com.cn.

TE327

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