基于核磁共振技術水驅油剩余油分布評價

張新旺, 郭和坤,2, 沈 瑞,2, 李海波,2

(1.中國科學院 滲流流體力學研究所,河北 廊坊 065007； 2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

基于核磁共振技術水驅油剩余油分布評價

張新旺1, 郭和坤1,2, 沈 瑞1,2, 李海波1,2

(1.中國科學院 滲流流體力學研究所,河北 廊坊 065007； 2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

為了研究油藏水驅油微觀機理及不同井區的水驅油影響因素，將水驅油物理模擬實驗和核磁共振技術相結合，對不同井區巖樣不同階段水驅油后剩余油分布情況進行分析，分別對文昌區A、B井及潿洲區C井進行研究。結果表明：水驅油前，小孔隙基本不含油，油主要分布于中等孔隙和大孔隙內；水驅油后，A井和C井驅油效率中等孔隙高于大孔隙，巖樣表現為親水性，中高滲儲層非均質性強，使得大孔隙驅油效率低；B井大孔隙驅油效率遠高于中小孔隙，注入水主要波及大孔隙，難以波及中小孔隙。油田開發過程中，通過增加驅替速度可以增加采收率。長期水驅可以增加油藏采收率，亦可通過調剖、堵水等措施，進一步提高水驅油開發潛力。因此對于中高滲儲層來說，通過對不同孔隙剩余油分布規律的研究，有利于進一步完善注水開發方式，提高油田的動用效果。

水驅油； 驅油效率； 剩余油分布; 核磁共振

0 引 言

中國的老油田經過數十年的勘探與開發，大部分表現出高含水、高采出程度和高遞減規律，剩余油挖潛難度也越來越大[1]。有效提高油藏采收率是油藏合理有效開發的恒久不變課題[2-3]。在油氣田勘探與開發過程中，驅油效率一直是油田關注的主要問題之一，也是目前研究的熱點[4-5]。驅油效率是決定水驅油最終采收率的主要參數[6]。研究儲層初始狀態油相賦存特征，儲層水驅油后剩余油分布特征及驅油效率對油田有效開發油藏有重要意義[7-10]。本文通過核磁共振技術與水驅油實驗相結合,定量分析巖心總孔隙的含油量、不同孔隙區間的含油量及水驅油后剩余油分布特征，為油田開發提供技術支持。

1 核磁共振原理

近年來,低場核磁共振室內巖心分析在儲層中孔隙結構評價、驅替實驗、潤濕性評價中廣泛應用[11-13]。核磁共振所研究對象是原子核(如氫核)在不同共振頻率下發生的弛豫行為。核磁共振實驗過程中測試的信號為巖心內部流體中的氫元素的信號，當實驗中巖心內部含有水和油時，測量的T2譜包括水的信號和油的信號，難以區分油水信號。本實驗用油為去氫煤油，核磁共振實驗過程中測試不產生信號，核磁共振測得的信號僅為巖心中水的信號，因此各個狀態測得T2譜均為水相T2譜。

核磁共振測得信號量的多少反映巖心內流體含量的多少[11-15]，而T2譜可以反映巖石孔隙半徑分布的情況，大孔隙對應的T2弛豫時間較長；小孔隙對應的T2較短[16]。對于砂巖儲層來說，通常認為T2<10 ms的為小孔隙的分布界限;T2弛豫時間10～100 ms的為中等孔隙;T2>100 ms的為大孔隙。因此通過核磁共振技術，不僅可以得到巖心總孔隙的含油量，得到不同孔隙區間的含油量，還可以精確得出巖心不同孔隙區間的剩余油分布。

2 實驗材料與實驗步驟

2.1實驗巖樣資料

核磁共振水驅油共對11塊巖樣進行分析，巖樣氣測孔隙度范圍為14.33%～35.37%，均值為21.95%，巖樣氣測滲透率范圍為(30.35～259.17)×10-3μm2，均值為102.54×10-3μm2，巖樣基礎資料如表1所示。

實驗巖樣來自3個井區，用水依據該井區地層水資料配制的模擬地層水。模擬地層水分別為3.4、15、6.8 g/L礦化度鹽水。模擬地層水用濾膜過濾后使用。實驗中所用油為去氫模擬油。實驗用油室溫下運動黏度為1.719 mPa·s。

表1 巖樣基礎資料

2.2實驗步驟

實驗在室溫條件下進行，模擬地層油水黏度比，核磁共振測試在RecCore 04型核磁共振巖樣分析儀上進行，具體實驗步驟如下：

(1) 巖樣標號，洗油，烘干，稱重。

(2) 測量巖樣長度，直徑，氣測孔隙度，氣測滲透率。

(3) 巖樣抽真空并加壓飽和地層水。

(4) 巖樣飽和水狀態下核磁共振T2測量，測得該狀態下的核磁共振T2譜。

(5) 將巖樣置于驅替裝置中，用去氫模擬油驅替飽和地層水的巖樣，建立巖樣飽和油束縛水狀態，驅替倍數約為10PV(注入孔隙體積倍數)，記錄出水量，稱重。

(6) 巖樣飽和油束縛水狀態下的核磁共振T2測量，測得該狀態下的核磁共振T2譜。

(7) 選用合適的驅速度，對巖樣進行水驅油實驗。 驅替速度0.1 mL/min，驅替量為0.1、0.2、0.3PV；驅替速度0.3 mL/min，驅替量為1、3、10 PV時；驅替速度0.5 mL/min，驅替量為50、100 PV；驅替速度1 mL/min，驅替量為200 PV(A井驅替速為0.1 mL/min，驅替量為0.1、0.2、0.3 PV；驅替速度為0.2 mL/min，驅替量為1、3、10 PV)。分別記錄油量，稱重，進行核磁共振T2測量，測得該狀態的核磁共振T2譜。

3 實驗結果與分析

3.1不同級別孔隙原油動用規律

分析表2可以看出，3口井束縛水狀態含油飽和度差別不大。通過核磁共振分析可以得出不同大小孔隙區間內的含油飽和度。對于A井的4個樣品，大孔隙束縛水狀態含油飽和度平均20.26%，中等孔隙束縛水狀態含油飽和度平均為33.62%，小孔隙束縛狀態水含油飽和度為2.62%;對于B井的4個樣品，大孔隙束縛水狀態含油飽和度平均高達40.88%，中等孔隙束縛水狀態含油飽和度平均為13.84%，小孔隙束縛水狀態含油飽和度1.41%;對于C井的3個樣品，中等孔隙和大孔隙飽和油賦存量相當，束縛水狀態含油飽和度分別為25.20%和27.67%。3口井飽和油主要賦存在中等孔隙和大孔隙區間，小孔隙區間含油量很少，說明中高滲儲層中，飽和油集中賦存在中等孔隙和大孔隙中。

表2 11塊巖樣水驅油束縛水狀態含油飽和度 %

分析表3可以看出，3口井總孔隙剩余油飽和度分別為32.50%，19.76%，26.17%。不同孔隙半徑區間巖樣剩余油含油飽和度有一點差別。3口井11塊巖樣水驅最終狀態下，小孔隙區間剩余油飽和度很低分別是0.38%，0.54%，1.24%，水驅最終狀態基本不含剩余油。3口井中等孔隙和大孔隙內含有飽和度較高，中等孔隙均值為6.17%～14.58%，大孔隙均值為10.13%～18.75%。表明中等孔隙和大孔隙內還存在一定量剩余油，中等孔隙和大孔隙是進一步挖潛的目標，合理開發中等孔隙和大孔隙可以進一步提高油藏的采收率。

分析表4可以看出,巖樣在水驅油最終狀態下驅油效率均值為43.06%，65.15%，55.50%。3口井小孔隙驅油效率均極小，主要是因為小孔隙內基本不含油。對于A井來說剩余油飽和度高于其他2口井，驅油效率低于其他2口井。產生這現象的重要原因是該井巖心較為疏松，水驅油實驗過程中可見采出液中有粉砂被攜帶出，即產生了顆粒運移現象，堵塞了部分連接大孔隙的喉道，導致大孔隙當中的油無法被注入水波及，影響了大孔隙中的原油采出程度，從而最終采收率偏低。其次，該井僅驅替10 PV遠低于其他兩口井，該井巖心比其他兩口井要長一些，使得該井驅油效率低。中等孔隙的相對驅油效率很高達到34.32%，而大孔隙的相對驅油效率很低，均值為4.72%，表明剩余油集中賦存于大孔隙內。對于B井巖樣，大孔隙的相對驅油效率很高，均值分別為55.04%，而中等孔隙相對驅油效率較低，均值為8.56%，表明剩余油集中賦存在中等孔隙內，說明注入水已經在儲層內大孔道中形成優勢水通道，難以波及中小孔隙，導致剩余油主要賦存于中小孔隙，長期水驅油對提高采收率有一定作用，亦可通過調剖、堵水等措施加以進一步改善水驅開發效果。對于C井巖樣，中等孔隙的相對驅油效率很高，均值分別為33.91%，而大等孔隙的相對驅油效率較低，均值為15.88%，表明剩余油主要賦存在大孔隙內。但是由于該井巖心更加疏松，水驅油實驗過程中可見采出液中有粉砂被攜帶出，產生了顆粒運移現象，堵塞了部分連接大孔隙的喉道，導致大孔隙中的波及系數降低，影響了大孔隙中的原油采出程度。該類井井組的水井注入速度不宜過高。

表3 11塊巖樣水驅油剩余油飽和度 %

表4 11塊巖樣水驅油最終狀態驅油效率 %

3.2不同階段典型T2譜分析

圖1(a)所示為B井中7號巖樣不同階段核磁共振T2譜，圖1(b)所示為C井中11號巖樣不同階段核磁共振T2譜。由圖1(a)可見，巖石飽和水狀態T2譜呈雙峰，巖樣水驅過程中，右峰表現明顯上升，表明大孔隙驅油效率很高。水驅0.3 PV前，以小流速驅替，大孔隙中的油被驅出，此時的驅油效率為35.23%。見水后增大驅替速度，中小孔隙驅油效率有一定的升高，但是大孔隙仍然起主要作用，此時驅油效率達到48.03%，進一步提高驅替速度，仍然是大孔隙占主要作用，驅替完成后驅油效率為64.76%。表明隨著驅替速度和驅替倍數的增大，大孔隙內的油不斷地被驅替出來，而中等孔隙和小孔隙內的油驅出量明顯少于大孔隙，注入水已經在儲層內大孔道中形成優勢水通道，難以波及中小孔隙，導致剩余油主要賦存于中等孔隙，長期水驅油對提高采收率有一定作用，亦可通過調剖、堵水等措施進一步提高水驅油開發潛力。從圖1(b)可以看出，巖樣水驅過程中，T2譜右側不斷增加，表明中等孔隙和大孔隙驅油效率很高。水驅0.3 PV前，以小流速驅替，中等孔隙的油優先被驅出，此時的驅油效率為47.03%。見水后增大驅替速度，大孔隙驅油效率有所增加，但是中等孔隙還是占主要地位。進一步提高速度驅替后，仍然是中等孔隙占主要作用，驅替結束后驅油效率為58.84%。表明中等孔隙驅油效率很高。根據核磁共振分析，水驅油過程中等孔隙不斷升高，說明巖樣表現為水濕。對于中高滲油藏，儲層的非均質性強，使得中等孔隙驅油效率比大孔隙高。

(a) B井

(b) C井

3.3驅替倍數對驅替效率的影響

驅替倍數(即驅替的孔隙體積的倍數)對油藏的驅替效率有一定作用，從圖2可以看出，巖樣在水驅油前期驅油效率增大量很高，在后期驅油率增大量逐漸平緩。其中在0.1 PV，0.2 PV時驅油率增大量都很大，平均值達到19.27%，18.57%，但是在0.3 PV時采收率增大量下降明顯，僅為4.20%。但是在1PV時采收率增大量又有所增加，達到7.24%，說明通過增加驅替倍數有助于提高油藏驅油效率。此后驅替50 PV和200 PV驅油率增加量都比之前有所增加，說明通過長期水驅在一定程度上可以提高油藏的采收率。A井驅替效率低的一個主要原因是，A井只驅替了10PV就結束了水驅油實驗，因此驅替效率低去其他兩口井。

圖2 驅替倍數與采收率之間的關系

4 結 論

(1) 對于中高滲油藏，水驅油前，11塊巖樣飽和油主要賦存在中等孔隙和大孔隙，小孔隙基本不含油。水驅油后，對于A、C井，中等孔隙驅油效率高，大孔隙驅油效率低，剩余油主要分布在大孔隙內。對于B井，大孔隙的驅油效率最高，遠高于中小孔隙，表明注入水已經在儲層內大孔道中形成優勢水通道，難以波及中小孔隙，導致剩余油分布在中等孔隙。A井驅油效率低于其他兩口井，因為A井巖心疏松，水驅油過程中有粉砂攜帶出，堵塞了部分連接大孔隙的喉道，從而導致驅油效率低。

(2) 對于中高滲儲層，巖樣無水采油階段中等孔隙和大孔隙內的油較易于采出，對驅油效率有很大作用。見水后，通過增加驅替速度和驅替倍數的增加可以提高油藏的采收率。

(3) 通過增加驅替倍數可以在一定程度上增加驅油效率，進而增加油藏采收率通過。長期水驅能明顯增加油田采收率，亦可通過調剖、堵水等措施，進一步提高水驅油開發潛力。

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MicroscopicExperimentalStudyonWaterDisplacementOilBasedonNuclearMagneticResonanceTechnology

ZHANGXinwanga,GUOHekuna,b,SHENRuia,b,LIHaiboa,b

(a. Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Langfang 065007, Hebei, China; b. Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang, Langfang 065007, Hebei, China)

In order to study the micro mechanism of reservoir water displacement oil and the influence factors of different well areas, the paper combines water displacement physical simulation experiment and NMR technology to analyze microscopic oil distribution characteristics both in initial state and after water displacing. The Wenchang A, B wells and Weizhou C wells are used as studying examples. The results show that before water flooding, oil mainly was distributed in medium and large pores, almost no oil in small pores; After water flooding, the displacement efficiency of medium pores of A and C wells are much higher than that of large pores. The core is hydrophilic, and the heterogeneity of medium and high permeability reservoirs are strong, which leads to the low efficiency of the oil displacement. The displacement efficiency of large pores of B well is much higher than that of small and medium pores. Large pores are mainly swept by injected water, small and medium pores are difficult. In the process of oil field development, the oil recovery rate can be improved by increasing the driving speed. Long term water flooding has a certain effect on increasing oil recovery, and can improve the effect of water flooding by profile control and water shutoff. Therefore, for the medium and high permeability reservoirs, the study of the distribution of remaining oil in different pores is helpful to improve the water injection development mode and improve the production efficiency.

water displacing oil; oil displacement efficiency; remaining oil distribution; nuclear magnetic resonance

TE 341

A

1006-7167(2017)09-0017-05

2016-12-29

國家科技重大專項資助項目(2017ZX05013-001)

張新旺(1990-)，男，天津人，碩士生，主要從事開發地質研究。Tel.:13261526528; E-mail: zhangxinwang14@mails.ucas.ac.cn

郭和坤(1969-)，男，江蘇如皋人，高級工程師，碩士生導師，主要從事油層物理、核磁共振研究。Tel.:13785612022；E-mail: nmrghk69@ petrochina.com.cn