一種基于水淹影響的相滲曲線重構(gòu)方法

李金宜，段 宇，周鳳軍，朱文森，信召玲

中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 塘沽 300459

引 言

油水相對滲透率實驗是研究儲層流體滲流規(guī)律的重要基礎(chǔ)實驗之一。結(jié)合相對滲透率數(shù)據(jù)，郎東升等開展了油水層識別[1]，高楚橋、蔣炳金、劉麗萍等分析了儲層的產(chǎn)液產(chǎn)水規(guī)律[2-4]，龍明、陳偉、苗雅楠、劉彥成、周明順等預(yù)測了油井產(chǎn)能[5-9]，賈英蘭等計算注采比[10]，杜利等計算了單井水驅(qū)波及狀況[11]，王者琴、王怒濤等計算了單井控制儲量等[12-13]。

在注水開發(fā)階段，油田儲層水淹程度的變化是一個長期的、緩慢的過程，在從未水淹、低水淹發(fā)展到中水淹、強(qiáng)水淹的過程中，儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)和潤濕性同時也在不斷變化[14-15]，這種變化將對儲層流體滲流規(guī)律、驅(qū)油效率乃至采收率產(chǎn)生重要影響。Owens和Masalmeh等的研究指出巖石潤濕性對相滲曲線具有重要影響[16-17]；陳蓉等認(rèn)為，親水油層比親油油層開發(fā)效果更好[18]。劉中云等研究認(rèn)為，弱水濕巖石水驅(qū)采收率最高[19]。程林松等指出，巖石潤濕性變化對水驅(qū)效果的影響與開發(fā)初期巖石潤濕性程度有關(guān)[20]。吳素英考慮了不同含水率潤濕性變化與否和采出程度的對比，認(rèn)為儲層親水性增強(qiáng)將有利于最終采收率提高[21]。

隨著儲層水淹程度加劇，儲層油水兩相滲流特征在不斷變化，因此油水相對滲透率曲線也需要對應(yīng)修正[22-23]。但在相對滲透率室內(nèi)實驗驅(qū)替過程中，很難準(zhǔn)確反映出真實儲層注水沖刷過程中潤濕性的改變及由此帶來油水相對滲流能力的變化。目前，國內(nèi)學(xué)者結(jié)合礦場實際水淹情況對相對滲透率曲線進(jìn)行修正的專門研究尚未見報道。

從渤海典型高孔高滲疏松砂巖油藏中按稀油油藏和稠油油藏兩種類型，分別挑選具有代表性的密閉取芯井巖芯樣品開展考慮水淹影響的相滲實驗，重構(gòu)代表油田開發(fā)“全壽命”過程的相對滲透率曲線。重構(gòu)的相對滲透率曲線將對中高含水后期剩余油分布的準(zhǔn)確刻畫和開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測帶來新的思考。

1 實驗設(shè)備及流程

1.1 油-水相對滲透率實驗設(shè)備

實驗設(shè)備及流程與文獻(xiàn)[24]一致。實驗設(shè)備如圖1所示。

圖1 恒壓法測定油水相對滲透率實驗流程示意圖Fig.1 Flow chart of oil-water relative permeability experiment

1.2 實驗流程

（1）樣品前處理。（2）新鮮樣品油水相對滲透率實驗。（3）洗油樣品油水相對滲透率實驗。

2 水淹級別對稀油油藏相滲曲線影響分析及曲線重構(gòu)

稀油油藏密閉取芯井巖芯樣品為取自LD10-1-A21S1井未水淹層段和中水淹層段的6塊新鮮含油樣品，樣品信息及實驗數(shù)據(jù)見文獻(xiàn)所述[24]。取樣深度點巖樣的全巖分析如表1所示。

由文獻(xiàn)[24]和表1實驗結(jié)果可知，6塊巖石柱塞樣品的鉆取深度位置相差不遠(yuǎn)，常規(guī)物性和巖石性質(zhì)均相差不大，因此，可對未水淹層段和中水淹層段巖石樣品油水相對滲透率曲線各參數(shù)取平均值后進(jìn)行對比分析，如表2所示。

表1 新鮮巖石含油柱塞樣品鉆取位置區(qū)域全巖分析Tab.1 Rock analysis of the drilled position for fresh sample

表2 不同水淹級別下的稀油油藏新鮮巖石含油柱塞樣品相對滲透率曲線參數(shù)平均值對比Tab.2 The comparison for average parameter of relative permeability curves under different water level by fresh samples

由表2實驗結(jié)果可知，與未水淹層段樣品實驗結(jié)果相比，中水淹層段樣品油水相對滲透率曲線的等滲點含水飽和度明顯右移，顯示巖石潤濕性從未水淹時的中性向中水淹時的親水性轉(zhuǎn)變。同時，因為水淹層段巖石親水性增強(qiáng)，其曲線對應(yīng)的束縛水飽和度更大，殘余油飽和度更低，最終的驅(qū)油效率更高。

分別對未水淹、中水淹樣品的相對滲透率曲線做歸一化。以未水淹樣品為例，將1-009A、1-013A和2-005A新鮮含油樣品對應(yīng)的3條相對滲透率曲線的a，b，Swi，Sor，Kro（Swi）及Krw（Sor）特征值做算數(shù)平均值，并將各參數(shù)平均值作為歸一化后相對滲透率曲線的各參數(shù)取值[25]。由此，繪制出歸一化油水相對滲透率曲線。

可見，隨著水淹程度加劇，油相相對滲透率呈現(xiàn)整體抬高，水相相對滲透率呈現(xiàn)整體降低，殘余油飽和度對應(yīng)的水相滲透率值增大，如圖2所示。實際油藏注水開發(fā)過程中，儲層在不同水淹階段的油水相對滲流能力改變較大。

按照考慮水淹影響的油水相對滲透率曲線重構(gòu)原則和方法[24]，得到稀油油藏巖芯樣品的“全壽命”相滲曲線。不考慮水淹影響的6條新鮮巖芯樣品歸一化相滲曲線及考慮水淹影響的重構(gòu)相滲曲線數(shù)據(jù)如表3所示。

圖2 稀油油藏不同水淹級別下的相對滲透率歸一化曲線Fig.2 Normalized relative permeability curves of light oil reservoir samples under different water flooded levels

表3 稀油油藏不同水淹級別的歸一化相滲及重構(gòu)相滲數(shù)據(jù)Tab.3 The data used for normalization and reconstruction of relative permeability curves of light oil reservoir samples

水淹對相對滲透率曲線形態(tài)影響較大見圖3，可以看到，與不考慮水淹情況相比，考慮水淹影響的重構(gòu)相對滲透率曲線，其殘余油飽和度和束縛水飽和度更低，含水飽和度相同時，兩相相對滲透率均呈現(xiàn)整體降低趨勢，最終驅(qū)油效率增大，更能體現(xiàn)油田注水開發(fā)“全壽命”過程中油水滲流規(guī)律的動態(tài)變化特征。

圖3 稀油油藏水淹對油水相對滲透率曲線的影響Fig.3 Influence of water-flooding on oil-water relative permeability curve of light oil reservoir samples

3 水淹級別對稠油油藏相滲曲線影響分析及曲線重構(gòu)

稠油油藏密閉取芯井巖芯樣品取自QHD32-6-A31井不同水淹級別層段，結(jié)合主力砂體物性，挑選巖芯樣品空氣滲透率分別為8 000、3 000、1 500 mD級別。圖4展示了不同水淹層段巖芯樣品在新鮮含油狀態(tài)下的實驗結(jié)果曲線與洗油后實驗結(jié)果曲線的對比，對比結(jié)果顯示差異較大，新鮮樣相滲曲線的殘余油飽和度更大，束縛水飽和度更小，等滲點更小，水相相對滲透率更大，油相相對滲透率更??；強(qiáng)水淹層段的巖芯樣品在新鮮含油狀態(tài)下實驗結(jié)果曲線與洗油后實驗結(jié)果曲線基本一致，這與文獻(xiàn)[24]中稀油油藏相滲實驗規(guī)律一致。實驗結(jié)果表明，對于渤海高孔高滲疏松砂巖油藏的儲層巖芯樣品，盡管樣品滲透率和油黏度存在差異，但均吻合上述新鮮樣相滲與洗油樣相滲規(guī)律差異的結(jié)論。稠油油藏巖芯樣品信息及實驗結(jié)果見表4、表5。

圖4 稠油油藏巖芯樣品洗油前后油水相對滲透率曲線對比Fig.4 Comparison of oil and water relative permeability curve before and after oil wash

以新鮮樣7-010B為例，鉆取相似滲透率巖芯柱塞開展水淹對稠油油藏相對滲透率曲線影響研究。選取強(qiáng)水淹層段洗油巖芯樣品11-016A和11-019A按照相同實驗條件完成相對滲透率實驗并做強(qiáng)水淹層段歸一化相滲，實驗結(jié)果如表6和圖5所示。

表4 巖石樣品柱塞信息及實驗基礎(chǔ)條件Tab.4 Information of samples and experimental conditions

表5 稠油油藏巖芯樣品在新鮮狀態(tài)和洗油后狀態(tài)下油水相對滲透率實驗結(jié)果Tab.5 Oil-water relative permeability experimental results used by fresh samples and washed samples

表6 稠油油藏樣品不同水淹下相對滲透率實驗結(jié)果對比Tab.6 The comparison for parameter of relative permeability curves under different water level by fresh samples

同樣按照考慮水淹影響的相滲重構(gòu)原則和方法[24]，得到稠油油藏巖芯樣品的“全壽命”相滲曲線。不考慮水淹影響的歸一化相滲及考慮水淹影響的重構(gòu)相滲數(shù)據(jù)如圖6所示。

從圖3和圖6可以看到，稠油油藏考慮水淹影響的重構(gòu)相滲與不考慮水淹影響相滲的規(guī)律差異特征與稀油油藏特征是一致的，其殘余油飽和度和束縛水飽和度更低，含水飽和度相同時，兩相相對滲透率均呈現(xiàn)整體降低趨勢，最終驅(qū)油效率增大。

因此，對于渤海高孔高滲疏松砂巖水驅(qū)開發(fā)油藏，無論稀油還是稠油類型，在其開發(fā)后期的高含水階段，受水淹影響，儲層中流體兩相滲流規(guī)律已然發(fā)生變化。文獻(xiàn)[24]礦場數(shù)值模擬結(jié)果已指出，對于稀油油藏，考慮水淹影響的相對滲透率曲線重構(gòu)方案在井組含水98%時，其采出程度高出不考慮水淹影響方案近2%。這對在高含水階段合理預(yù)測開發(fā)指標(biāo)，精準(zhǔn)挖潛剩余油具有重要指導(dǎo)意義。

圖5 稠油油藏不同水淹級別下的相對滲透率歸一化曲線Fig.5 Normalized relative permeability curves of heavy oil reservoir samples under different water flooded levels

圖6 稠油油藏水淹對油水相對滲透率曲線的影響Fig.6 Influence of water-flooding on oil-water relative permeability curve of heavy oil reservoir samples

4 礦場數(shù)值模擬應(yīng)用

儲層潤濕性主要受原油極性組分和水分子對礦物顆粒表面競爭吸附的影響。在注水開發(fā)過程中，儲層孔隙中含水飽和度隨水淹程度加劇而不斷增大，原本吸附在顆粒表面的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等極性組分的吸附強(qiáng)度將不斷減弱直至被剝離顆粒表面，儲層親油性不斷減弱而親水性不斷增強(qiáng)。當(dāng)儲層潤濕性由親油向親水轉(zhuǎn)變后，毛管壓力對注入水在孔隙中的流動由阻力變?yōu)閯恿Γ瑢⑦M(jìn)一步推動水分子不斷占據(jù)顆粒表面，在局部形成穩(wěn)定的水膜。儲層由未水淹向強(qiáng)水淹變化的過程，實際也對應(yīng)著儲層孔隙表面水膜吸附厚度不斷增大，水膜形態(tài)連續(xù)橫向展布的過程。原本吸附的原油組分在剝離顆粒表面后也將在注入水的攜帶下不斷從油井采出，從而在中水淹、強(qiáng)水淹階段獲得更多的原油采出，最終提高油田采收率。

以渤海河流相Q油田稠油主力砂體為例，該砂體主要含油層系為明化鎮(zhèn)組，為典型疏松砂巖儲層（圖7），具備高孔、高滲的儲集物性特征，砂體橫向展布穩(wěn)定。儲層孔隙度主要分布在25%～45%，滲透率（100～11 487）×10-3mD，地層原油黏度78 mPa·s，目前含水90%左右。

典型井組數(shù)值模擬結(jié)果如表7及圖8所示。

圖7 礦場數(shù)值模擬模型Fig.7 Typical filed numerical simulation model

表7 Q油田各模型方案采收率對比Tab.7 Comparison of recovery ratio of various model__________________schemes for Q Oilfield

圖8 稠油油藏考慮水淹影響的重構(gòu)相對滲透率對開發(fā)指標(biāo)影響對比Fig.8 Comparison of development indexes by using reconstructed relative permeability curve considering water flooding for heavy reservoir

根據(jù)稠油油藏Q油田礦場數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，在相同含水率情況下，考慮水淹影響的相對滲透率曲線重構(gòu)方案的采出程度更高，這與文獻(xiàn)中稀油油藏規(guī)律一致[24]。在高含水后期開展開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，在含水98%時采出程度相差近1%。因此，渤海高孔滲疏松砂巖稠油油藏開發(fā)指標(biāo)預(yù)測同樣需要考慮水淹的影響，應(yīng)當(dāng)采用重構(gòu)相滲曲線。

5 結(jié) 論

（1）隨著取芯段水淹程度加劇，樣品油水相對滲透率曲線的等滲點含水飽和度明顯右移，顯示巖石潤濕性從未水淹、弱水淹時的中性、弱親水性向中水淹、強(qiáng)水淹時的親水性、強(qiáng)親水性轉(zhuǎn)變。同時因為水淹層段巖石親水性增強(qiáng)，其相對滲透率曲線束縛水飽和度升高，殘余油飽和度降低，驅(qū)油效率更高。

（2）水淹加劇時，油相相對滲透率呈現(xiàn)整體抬高趨勢，水相相對滲透率呈現(xiàn)整體降低趨勢，實際油藏注水開發(fā)過程中，儲層在不同水淹階段的油水相對滲流能力將發(fā)生較大改變。

（3）在渤海典型的高孔滲疏松砂巖油藏類型里，稀油和稠油巖芯樣品考慮水淹影響與不考慮水淹影響相比，相滲均表現(xiàn)出其殘余油飽和度和束縛水飽和度更低，含水飽和度相同時，兩相相對滲透率均呈現(xiàn)整體降低趨勢的特征。

（4）采用考慮水淹影響的重構(gòu)相滲曲線，將對油田高含水階段的開發(fā)指標(biāo)預(yù)測產(chǎn)生較大影響。相滲曲線應(yīng)在注水開發(fā)過程中進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。