特低滲透砂巖儲(chǔ)層中賈敏效應(yīng)探討
——以華慶地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層為例

張亦楠，孫 衛(wèi)

(大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

任大忠，張一果

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

特低滲透砂巖儲(chǔ)層中賈敏效應(yīng)探討
——以華慶地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層為例

張亦楠，孫 衛(wèi)

(大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

任大忠，張一果

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

以華慶地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層為例，采用真實(shí)砂巖微觀水驅(qū)油試驗(yàn)(包括單一模型和組合模型)對(duì)水驅(qū)油現(xiàn)象及水驅(qū)油效率影響因素等進(jìn)行分析，對(duì)賈敏效應(yīng)進(jìn)行直觀的表征性探討。研究結(jié)果表明，儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)賈敏效應(yīng)越嚴(yán)重；在一定程度上賈敏效應(yīng)影響水驅(qū)油效率，使水驅(qū)中油相滲透率下降而水相滲透率上升；通過注采系統(tǒng)提高注水壓力無法消除賈敏效應(yīng)，因此該類儲(chǔ)層在注水開發(fā)中應(yīng)以預(yù)防賈敏效應(yīng)為主。

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；特低滲透砂巖；油田開發(fā)；賈敏效應(yīng)；相對(duì)滲透率

華慶地區(qū)位于甘肅省華池縣-慶陽縣境內(nèi)，構(gòu)造位置隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中西部，為一西傾單斜,地層傾角小于1°,構(gòu)造比較穩(wěn)定,局部可能有小幅度的鼻狀隆起。沉積體系以三角洲前緣沉積為主，主要目的層為長(zhǎng)81儲(chǔ)層，油藏類型主要為低滲透巖性油氣藏。目前許多學(xué)者對(duì)該類儲(chǔ)層的微觀水驅(qū)油效率進(jìn)行了研究，認(rèn)為該類儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性強(qiáng)，賈敏效應(yīng)突出，對(duì)水驅(qū)油效率具有制約性的影響[1-4]。隨著華慶地區(qū)勘探開發(fā)工作的不斷深入，低孔、特低滲儲(chǔ)層面臨的諸多問題越來越突出，為此，筆者對(duì)該研究區(qū)特低滲透砂巖儲(chǔ)層中賈敏效應(yīng)進(jìn)行探討，以期為油田開發(fā)生產(chǎn)提供參考。

1 微觀模型水驅(qū)油試驗(yàn)

1.1樣品制作

試驗(yàn)樣品的巖心均取自華慶地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層的17口井，在保持原巖心的各類性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)不變的條件下，先將巖心洗油、烘干，然后切片、磨平，將磨平的巖石薄片粘結(jié)在2個(gè)玻璃片之間，注意不要將孔隙污染或者堵死，待膠粘劑完全干后就得到砂巖微觀模型。

1.2試驗(yàn)方法

1)單一模型試驗(yàn) 單一模型試驗(yàn)?zāi)M油藏條件下的孔喉微觀非均質(zhì)性[5]。①飽和水。將模型抽真空后飽和水，然后進(jìn)行全視域和局部視域掃描、照相，最后計(jì)算模型的孔隙體積和原始含水飽和度。②測(cè)液體滲透率。對(duì)每一模型測(cè)定多個(gè)滲透率值，然后取其平均值作為該模型的滲透率。③油驅(qū)水至殘余水狀態(tài)。首先對(duì)模型進(jìn)行油驅(qū)水至不出水后的一倍孔隙體積為止，然后掃描、照相，最后統(tǒng)計(jì)模型的束縛水飽和度和原始含油飽和度。④水驅(qū)油至殘余油狀態(tài)。 首先確定模型的水驅(qū)油啟動(dòng)壓力，然后繼續(xù)加壓，最后統(tǒng)計(jì)模型在每一次壓力下不同注入倍數(shù)的含油飽和度和殘余油飽和度，并且照相、錄相。

2)組合模型試驗(yàn) 進(jìn)行組合模型試驗(yàn)時(shí)，將不同沉積相帶、不同層位、同一沉積微相帶不同位置和同一小層不同韻律部位的砂巖組合起來，從而模擬油田注水開發(fā)過程。具體過程如下：①測(cè)定各模型的水驅(qū)油啟動(dòng)壓力。關(guān)閉組合模型中的2個(gè)模型，在較低壓力下，將未關(guān)閉模型的入口引槽的油驅(qū)凈，使入口引槽全部為水。用同樣的方法處理其余2個(gè)模型。關(guān)閉壓力源，同時(shí)開啟3個(gè)模型，逐漸加壓至滲透率最大模型開始進(jìn)水，記錄該模型的入口壓力，再逐漸提高壓力，尋找下一模型進(jìn)水時(shí)的入口壓力，記錄該壓力值，直至滲透率最小模型開始進(jìn)水，記錄其入口壓力值。②確定不同注入壓力下各模型的含油飽和度和殘余油飽和度。在確定各模型的水驅(qū)油入口壓力時(shí)，因壓力值不斷變化，無法考察同一注水壓力下層間非均質(zhì)性的影響，因而將3個(gè)模型清洗后，重新飽和水、油，在固定壓力下進(jìn)行水驅(qū)油試驗(yàn)，記錄不同模型的進(jìn)水量、驅(qū)油效率和滲流速度。

1.3試驗(yàn)結(jié)果

表1為真實(shí)砂巖微觀模型水驅(qū)油試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。從表1可以看出，驅(qū)替類型依次為網(wǎng)狀驅(qū)替、均勻驅(qū)替、網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替、指狀-網(wǎng)狀驅(qū)替和指狀驅(qū)替，且隨著注入倍數(shù)的增加，殘余油飽和度逐漸減小。

表1 華慶地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層真實(shí)砂巖微觀模型水驅(qū)油試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖1 模型飽和油照片

1)原始含油狀態(tài)下的油水分布特征 模型油驅(qū)水至束縛水狀態(tài)，即為原始飽和含油狀態(tài)下的油水分布。因潤(rùn)濕性的影響，束縛水多位于孔隙四周，油膜被水包圍，形成水包油滴。孔隙中還有油、水同存的束縛水，油水界面有些凹向水，有些凹向油，界面彎曲度不大。油大多吸附在巖石顆粒的表面，呈浸染狀，油-巖界線模糊(見圖1(a))。

2)水驅(qū)油無水期油水分布特征 在該階段,水首先沿低阻力通道突進(jìn)，平面上表現(xiàn)為1個(gè)或幾個(gè)“水道”，水道前緣之間互不相連，前緣之后在較小范圍內(nèi)連通。水的滲流通道在出口端突破較快，水驅(qū)油無水期短，無水期水驅(qū)油效率低(見圖1(b))。

3)油水兩相流動(dòng)期油水分布特征 當(dāng)注入水突破后,油、水路徑在平面上相互交織。隨著水的注入，水道之間相互交叉，波及面積增大。水在孔隙中以活塞式和非活塞式2種方式驅(qū)替。因巖石表面的弱親油性，水流過的孔道大多有油膜留下，隨著水的不斷流過，油膜逐漸變薄，有些油膜被剝掉。水優(yōu)先通過大孔道，常將小孔、喉包圍起來，形成殘余油(見圖1(c))。

4)殘余油飽和狀態(tài)下油水分布特征 殘余油主要以油膜、微觀繞流和卡斷的形式存在，其中繞流和卡斷是殘余油形成的主要形式。繞流主要源于巖石表面的潤(rùn)濕性、驅(qū)替壓力與毛管壓力的差異，卡斷主要源于低滲砂巖儲(chǔ)層較強(qiáng)的賈敏效應(yīng)(見圖1(d ))。

2 賈敏效應(yīng)分析

2.1賈敏效應(yīng)對(duì)驅(qū)油效率的影響

圖2 水驅(qū)油局部視域圖(B451井)

1)對(duì)注入壓力的影響 試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定注入壓力下注水逐漸停止后必須提高注入壓力才能重新恢復(fù)注水，此時(shí)水相通道大體形成，油滴受力變形通過孔隙吼道時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加阻力，阻止油滴運(yùn)移。隨著壓力的升高，注入水能夠克服附加阻力將油不斷驅(qū)出(見圖2)。

2)對(duì)滲透率的影響 特低滲透砂巖儲(chǔ)層油水相對(duì)滲透率曲線如圖3所示。從圖3可以看出，隨著注水開發(fā)的深入，含油飽和度逐漸減小，油相的連續(xù)性逐漸遭到破壞，由賈敏效應(yīng)產(chǎn)生的阻力凸顯出來，主要表現(xiàn)為油水在地下的滲流更加困難，儲(chǔ)層總的滲透率降低，油相相對(duì)滲透率下降，水相相對(duì)滲透率上升。賈敏效應(yīng)不僅使大量油滴被捕集成殘余油，而且可能會(huì)“鎖死”已形成的水驅(qū)通道。因此，一般儲(chǔ)層滲透率越低，賈敏效應(yīng)的影響就越明顯。

2.2賈敏效應(yīng)的循環(huán)作用

注：Kro為油相滲透率；Krw為水相滲透率。圖3 特低滲透砂巖儲(chǔ)層油水相對(duì)滲透率曲線

注入壓力升高后,已形成的滲流通道又重新被堵塞，這屬于典型的賈敏效應(yīng)[6]。在微觀水驅(qū)油試驗(yàn)中，壓力升高后，水克服原有的附加阻力進(jìn)入更小的孔隙驅(qū)油，形成新的滲流通道。經(jīng)過一段時(shí)間后，通道中形成的油滴(柱)在運(yùn)移過程中又產(chǎn)生了更大的附加阻力(因通道尺寸級(jí)別更小)，使得水無法通過這一通道滲流，此時(shí)只有加大注入壓力，水才能繼續(xù)驅(qū)替。這樣循環(huán)下去，最終將發(fā)生壓力源無法達(dá)到所需的注入壓力或巖石破裂而發(fā)生水竄。在油田實(shí)際生產(chǎn)中，注入壓力通常恒定，注入水在油層中的流動(dòng)表現(xiàn)為水流通道不斷減小，波及面積和水驅(qū)范圍不斷降低。

3 結(jié)論和建議

1) 在特低滲透儲(chǔ)層開發(fā)中，賈敏效應(yīng)強(qiáng)烈，孔喉網(wǎng)絡(luò)中細(xì)微孔喉比例高，開發(fā)過程中能耗大，賈敏效應(yīng)成為孔隙介質(zhì)中不可忽視的滲流阻力，大大增加了水驅(qū)油壓力。儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)賈敏效應(yīng)越嚴(yán)重。

2) 在試驗(yàn)中賈敏效應(yīng)在一定程度上制約著水驅(qū)油效率，使水驅(qū)中油相滲透率下降，水相滲透率上升。

3) 在油田的實(shí)際生產(chǎn)中,提高注采系統(tǒng)的注水壓力無法消除賈敏效應(yīng),因而在該類儲(chǔ)層注水開發(fā)中應(yīng)以預(yù)防賈敏效應(yīng)為主。

[1]任曉娟,曲志浩,史承恩,等.西峰油田特低滲弱親油儲(chǔ)層微觀水驅(qū)油特征[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005,35(6)：766-770.

[2]高輝，宋廣壽，高靜樂，等.西峰油田微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)注水開發(fā)效果的影響[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008,38(1)：121-126.

[3]王瑞飛,孫衛(wèi).特低滲透砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)影響驅(qū)油效率因素[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010，32(1)：93-97.

[4]付曉燕,孫衛(wèi).低滲透儲(chǔ)集層微觀水驅(qū)油機(jī)理研究——以西峰油田莊19井區(qū)長(zhǎng)82儲(chǔ)集層為例[J].新疆石油地質(zhì)，2005,26(6)：681-683.

[5]何文祥，楊億前，馬超亞.特低滲透率儲(chǔ)層水驅(qū)油規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究[J].巖性油氣藏，2010，22(4):109-115.

[6]邵創(chuàng)國(guó),高永利,林光榮,等.特低滲透儲(chǔ)層提高水驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,19(3):23-28.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.021

TE122.23

A

1673-1409(2012)12-N066-03