核磁共振技術(shù)在油水兩相滲流特征研究中的應(yīng)用

毛 偉，賈紅兵，杜朋舉

(中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

核磁共振技術(shù)在油水兩相滲流特征研究中的應(yīng)用

毛 偉，賈紅兵，杜朋舉

(中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

油水兩相驅(qū)替實驗主要從宏觀角度描述滲流特征，但無法從微觀層面對儲層動用狀況進行描述。為解決該問題，使用核磁共振技術(shù)從微觀角度研究油水兩相滲流特征，運用弛豫時間譜轉(zhuǎn)換成喉道半徑分布法和各喉道區(qū)間飽和度計算方法，研究飽和水狀態(tài)下油驅(qū)水特征以及飽和油狀態(tài)下水驅(qū)油特征，得出了不同驅(qū)替階段油水在孔隙空間中的分布以及各喉道區(qū)間油相采出程度。該研究在一定程度上實現(xiàn)了對兩相滲流機理較為全面的認(rèn)識，對新區(qū)勘探和老油田開發(fā)技術(shù)調(diào)整具有重要意義。

核磁共振;油水兩相滲流;喉道半徑;水驅(qū)油

1 核磁共振技術(shù)原理

核磁共振技術(shù)研究油水兩相滲流特征以水驅(qū)油實驗為基礎(chǔ)，實驗流體為去氫煤油和水，分別對巖樣飽和水狀態(tài)、油驅(qū)水至飽和油狀態(tài)、水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)以及不同含水階段進行核磁共振實驗測定弛豫時間譜。由于去氫煤油不含氫元素，核磁共振實驗中不產(chǎn)生核磁共振信號，其核磁共振信號全部由水所貢獻，因此測得的弛豫時間譜反映的是含水孔隙大小分布以及不同孔隙中的含水飽和度。將核磁共振信號轉(zhuǎn)換為喉道半徑分布，根據(jù)含水飽和度得出不同喉道半徑所連通的孔隙內(nèi)的含油飽和度分布及采出程度［1－6］。

2 核磁共振弛豫時間譜轉(zhuǎn)換成喉道半徑

核磁共振機理表明，弛豫時間與喉道半徑成正比［7－9］。因此，將弛豫時間轉(zhuǎn)換成喉道半徑:

式中:r為喉道半徑，μm;T2為核磁共振弛豫時間，ms;C 為轉(zhuǎn)換系數(shù)，ms/μm。

其中，轉(zhuǎn)換系數(shù)取14.1 ms/μm，在該轉(zhuǎn)換系數(shù)下，核磁共振馳豫時間譜與常規(guī)壓汞曲線擬合得較好，相關(guān)性較高。

3 流動喉道下限確定

根據(jù)壓汞數(shù)據(jù)，可以得到不同喉道半徑對滲透率的貢獻，將滲透率貢獻達到99.9%時的喉道半徑作為流動喉道下限。依此定義，根據(jù)B301區(qū)塊壓汞資料，得到流動喉道下限為0.40 μm，該值正是弛豫時間截止值對應(yīng)的喉道半徑。當(dāng)孔隙空間大于該喉道半徑時，流體可動，反之不可動。

4 油驅(qū)水特征分析

根據(jù)喉道分類標(biāo)準(zhǔn)及B301區(qū)塊流動喉道下限，將巖樣的喉道半徑分布劃分為小于0.4、0.4～1.0、1.0 ～4.0、大于 4.0 μm 4 個區(qū)間。各區(qū)間弛豫時間譜幅度和與所有弛豫時間譜幅度和的比即為各區(qū)間對應(yīng)的含水飽和度，有了含水飽和度后，就可以計算出各喉道區(qū)間內(nèi)絕對含油飽和度、相對含油飽和度，進而計算出油相絕對采出程度和油相相對采出程度。絕對采出程度反映各喉道區(qū)間對總采油量的貢獻大小，相對采出程度反映各喉道區(qū)間內(nèi)的驅(qū)油效率。

將B301區(qū)2塊巖樣抽真空飽和水，測定油驅(qū)水至束縛水過程的弛豫時間。飽和油狀態(tài)下的弛豫時間譜即為束縛水在孔隙中的分布曲線(圖1、2)，主要特征如下。

圖1 B3－8井6－2巖樣喉道半徑分布(K=35×10－3μm2)

(1)飽和水狀態(tài)下，水主要分布在半徑小于0.4 μm的喉道中。飽和水時，2塊巖樣半徑小于0.4 μm喉道中的平均含水飽和度為52.5%，0.4～1.0 μm喉道中的平均含水飽和度為15.3%，1.0～4.0 μm喉道中的平均含水飽和度為23.8%，大于4.0μm喉道中的平均含水飽和度為8.4%。由此可以看出，水主要分布在半徑小于0.4 μm的喉道所連通的孔隙空間中，4 μm以上喉道中的含水飽和度最少，即4 μm以上喉道所連通的孔隙體積較小。

圖2 B3－8井21－1巖樣喉道半徑分布(K=8.99 ×10－3μm2)

(2)飽和油狀態(tài)下，油主要分布在1.0～4.0 μm喉道內(nèi)，流動喉道下限以下以含水為主。圖1、2中飽和油狀態(tài)、飽和水狀態(tài)2條曲線之間的區(qū)域為飽和進巖心的油在孔隙中的分布。飽和油狀態(tài)時，2塊巖樣含油飽和度分別為39.6%、38.4%(表1)，從4個喉道區(qū)間含油飽和度分布看，油主要分布在1.0～4.0 μm喉道內(nèi)。絕對含油飽和度分別為18.4%、18.0%，含油比例分別為 46.5%、46.9%，表明該喉道區(qū)間為主要儲油空間。從相對含油飽和度看，隨著喉道半徑的增大，相對含油飽和度逐漸升高，6－2號樣從9.7%增加到88.5%，21－1號樣從8.4%增加到84.0%，這說明大喉道以含油為主，喉道下限(0.4 μm)以下以含水為主。2塊巖樣小于0.4 μm喉道的相對含油飽和度僅為9.7%、8.4%，這是由于油驅(qū)水過程中油優(yōu)先進入阻力小的大喉道，后進入阻力大的小喉道的原因。

表1 B3－8井2塊巖樣不同狀態(tài)下各喉道區(qū)間含油飽和度及含油比例

5 水驅(qū)油特征分析

從采出油分布、殘余油分布、滲吸采出程度等方面，對水驅(qū)油過程進行分析，主要特征如下。

(1)采出油主要來自1.0～4.0 μm喉道內(nèi)。圖1、2中飽和油狀態(tài)、殘余油狀態(tài)2曲線區(qū)域為最終采出油在孔隙中的分布。從表2中可以看出，2塊巖樣各區(qū)間均有油采出，但采出程度差別很大，殘余油狀態(tài)時，2塊樣采出程度分別為51.6%、45.5%。從分布上看，采出程度最高區(qū)間為1.0～4.0 μm喉道內(nèi)，該區(qū)間2塊巖樣絕對采出程度分別為26.8%、21.1%，分別占采出油量的51.9%、46.4%，這表明此喉道區(qū)間為主要滲流通道。

(2)滲吸作用平均采出程度為5.1%，占總采出程度的10.5%。水驅(qū)油至殘余油時，采出油由2部分組成:一是大于流動喉道下限的孔隙空間中的油，主要靠注水驅(qū)替壓力采出，喉道半徑越大，滲流阻力越小，相對采出程度越高;二是小于流動喉道下限的孔隙空間的油，主要靠滲吸作用采出，喉道半徑越小，作為驅(qū)油動力的毛管壓力越大，滲吸作用越強，相對采出程度越高。2塊巖樣依靠滲吸作用的采出程度分別為5.3%、4.9%(表2)，平均為5.1%;而依靠注水驅(qū)替作用的采出程度分別為46.3%、40.6%，平均為43.5%。

表2 B3－8井2塊巖樣殘余油狀態(tài)下各喉道區(qū)間采出程度及采油比例

(3)殘余油主要分布在1～4 μm喉道內(nèi)，其次在0.4～1.0 μm喉道內(nèi)。圖1、2中飽和水狀態(tài)、殘余油狀態(tài)2曲線之間區(qū)域為殘余油在孔隙中的分布。水驅(qū)油至殘余油時，2塊巖樣殘余油飽和度分別為19.2%、20.9%(表1)，殘余油主要分布在1～4 μm喉道內(nèi)，該喉道區(qū)間2塊巖樣絕對含油飽和度分別為 7.8%、9.9%，占殘余油飽和度的40.6%、47.4%;其次分布在0.4～1.0 μm喉道內(nèi)，2塊巖樣絕對含油飽和度分別為6.1%、6.8%，占殘余油飽和度的31.8%、32.5%。小于0.4 μm的喉道中由于含油飽和度極低，且以滲吸采油為主，殘余油極少。

6 結(jié)論

(1)采用核磁共振技術(shù)研究油水兩相滲流特征，可得到不同類型水驅(qū)油過程中，油水在孔隙空間中的微觀分布及采出程度。

(2)B301區(qū)塊飽和油狀態(tài)下，油主要分布在1.0 ～4.0 μm 喉道內(nèi);水驅(qū)油過程中 1.0 ～4.0 μm喉道動用程度最高。該區(qū)塊主要儲集和流動空間為1.0 ～4.0 μm 喉道。

(3)水驅(qū)油過程中滲吸作用平均采出程度為5.1%，占總采出程度的10.5%左右。

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Application of NMR in the study of oil/water two phase flow

MAO Wei，JIA Hong－bing，DU Peng－ju
(Daqing Oilfield Co．，Ltd．，PetroChina，Daqing，Heilongjiang 163712，China)

Oil/water two phase displacement experiment can describe macroscopic flow characteristics，but not the microscopic producing status of reservoirs．NMR technology has been applied to study the characteristics of oil/water two phase flow from microscopic perspective．The displacement performance of oil displacing water under water－saturated condition and that of water displacing oil under oil－saturated condition are studied through converting relaxation time spectrum to throat radius distribution and calculating saturation between throats，thus derived the distribution of oil and water in pore space and the degree of oil reserve recovery between throats at different stages．This study provides more comprehensive understanding of the mechanism of two－phase fluid flow and is of important significance to exploration in new areas and development adjustment in existing oilfields．

NMR;oil/water two－phase fluid flow;throat radius;water displacing oil

TE357.9

A

1006－6535(2011)06－0103－03

20110223;改回日期20110311

中油重大科技專項“大慶油田原油4000萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2008E－12)

毛偉(1971－)，男，高級工程師，1993年畢業(yè)于西安石油學(xué)院采油工程專業(yè)，1999年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣井工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油藏工程研究工作。

編輯 周丹妮