儲層物性與水驅油微觀滲流特征——以鄂爾多斯盆地長9與延10油層組為例

陳大友，朱玉雙

(1.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069;2.西北大學 地質學系，陜西 西安 710069)

隨著我國各大油田進入高含水期，有大量問題開始凸顯，如產能迅速下降、含水上升速度快、甚至油井水淹等，研究流體在儲層中的滲流機理，分析儲層物性與水驅油滲流特征的內在聯系，對于解決此類問題具有重要的理論意義［1－3］。

本次研究通過真實砂巖微觀模型實驗，對不同物性儲層的水驅油滲流特征在微觀尺度上進行了細致的對比研究，并結合了儲層物性資料，深入剖析了微觀滲流規律與儲層物性的內在聯系，為油層組提高采收率、油田科學合理開發提供理論依據。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地是我國大型沉積盆地之一，其位于中國大陸中部，呈矩形輪廓，地跨陜、甘、寧、晉、蒙五省區，處于華北地臺西部，面積約為37×104km2。鄂爾多斯盆地構造形態總體為一東翼寬緩、西翼陡窄的不對稱大向斜的南北向矩形盆地。盆地邊緣斷裂褶皺較發育，而盆地內部構造相對簡單，地層平緩，一般傾角不足1°，是一個穩定的大型內陸克拉通盆地［4，5］。盆地內沉積了自古生代以來的多套生儲蓋組合，蘊藏著豐富的油氣資源。整個盆地可劃分為6個次級構造單元［6－8］(見圖 1)。

長9油層組屬上三疊統延長組，主要為一套河流相灰綠色、灰色的厚層狀中、粗粒長石砂巖夾深灰色及暗紫色泥巖，整體屬于特低孔－特低滲儲層。

延10油層組位于下侏羅統延安組底部，大多為沉積于富縣組上的河道充填長沉積，巖性主要以灰色、灰綠色粗粒長石質石英砂巖夾深灰色泥巖，整體屬于低孔－低滲儲層。

2 儲層物性特征

儲層的物理性質包括儲層的孔隙性、滲透性、孔隙結構以及含油飽和度等［9］，其中孔隙性和滲透性是儲集層的兩大基本特性。本次研究選用孔隙性和滲透性作為研究對象，從長9和延10儲層各選取具有代表性的樣品30個，測定其孔隙度和滲透率。

圖1 鄂爾多斯構造分區簡圖

2.1 孔隙度

根據其孔隙度分析結果，對長9儲層與延10儲層砂巖孔隙度進行統計，長9砂巖孔隙度主體值分布在6% ～14%，平均為9.6%(見圖2)，總體上屬特低 －低孔儲層;延10砂巖孔隙度主體值分布在12% ～18%，平均為15.6%(見圖3)，總體上屬低孔－中孔儲層?？梢?，延10儲層孔隙度明顯優于長9儲層。

圖2 長9孔隙度分布頻率圖

圖3 延10孔隙度分布頻率圖

2.2 滲透率

滲透率分析結果表明，長9砂巖滲透率主體值分布在0.5 ×10－3～3 ×10－3μm2，平均為 1.3 ×10－3μm2，總體上屬超低滲－特低滲儲層;延10砂巖滲透率主體值分布在5×10－3～25×10－3μm2，平均為 15.6 ×10－3μm2，總體上屬特低滲－低滲儲層。與孔隙度一致，延10儲層的滲透率高于長9儲層。

圖4 長9滲透率分布頻率圖

圖5 延10滲透率分布頻率圖

3 微觀滲流實驗

3.1 實驗模型及實驗設備

圖6 真實砂巖微觀模型

本次實驗采用真實砂巖微觀模型［10－13］，該模型是取用研究區的儲層天然巖心，經抽提、烘干、切片、磨平等工序之后，粘貼在兩片玻璃之間制作而成的。模型大小約為2.5×2.5 cm2，耐壓力能力為 0.2 MPa，耐溫 200℃ (圖 6)。由于精細的制作技術，模型保留了儲層巖石本身的孔隙結構特征、巖石表面物理性質及部分填隙物，大大增加了研究結果的可信度。實驗另一優點是可以通過顯微鏡和圖象采集系統直接觀察流體在實際油層巖石孔隙空間的滲流特征，并能拍照及錄像。

實驗設備主要包括抽真空系統、加壓系統、顯微鏡觀察系統和圖像采集系統。

3.2 實驗流體與實驗方法

實驗流體包括模擬油和模擬水，模擬油是根據研究區的油藏粘度配制而成，為了便于實驗觀察，加入了少量油溶紅，使模擬油呈現紅色;實驗用模擬水是根據實際地層水離子組成及礦化度配置而成，黏度約為1.0 mPa·s，同樣為了便于觀察，在模擬水中加入了微量甲基蘭，使其呈藍色。

水驅油實驗主要按以下步驟進行:(1)模型抽真空、飽和水;(2)測定砂巖模型的液體滲透率;(3)油驅水至束縛水飽和度，觀察微觀滲流特征，并統計原始含油飽和度;(4)水驅油至殘余油飽和度，觀察滲流特征的變化;(5)分析、解釋微觀滲流特征及其影響因素。

4 不同物性儲層對應的滲流特征

分別于長9和延10儲存選取具有代表性的部位，各制作6個模型，進行微觀水驅油實驗。結果表明，較高孔滲的延10儲層與較低孔滲的長9儲層具有明顯不同的滲流特征。

4.1 低孔低滲儲層

對于低滲低滲的長9儲層模型，注入水進入模型的啟動壓力較高，較低的驅替壓力難以使水進入模型;當提高驅替壓力，使水進入模型進行驅替油時，水驅油路徑一般較單一，多呈指狀或者網狀突進。模型在無水期結束時，注入水的主要滲流通道已具雛形，待加壓繼續驅替，水驅油路徑變化甚微，注入水沿著原已形成的路徑到達出口，油水分布變化很小(圖7)。最終整體驅油效率較低，平均為37.83%(表1)。

圖7 鄂爾多斯盆地長9儲層水驅油鏡下顯微照片

低滲低滲儲層的殘余油以片狀為主，這是由于注入水的繞流造成的(圖8)。

圖8 鄂爾多斯盆地長9儲層殘余油分布

4.2 高孔高滲儲層

對于高孔高滲的延10儲層模型，注入水易于進入模型，水按照較為均勻的方式注入整個模型中;模型在無水期結束時，注入水的主要滲流通道已具雛形，待加壓繼續驅替，注入水的主要滲流通道更加顯著，且注入水由各主滲流通道向周圍擴散，形成了更多的滲流通道，同時更多的油被驅除(圖9)。最終整體驅油效率較高，平均達到56.33%(見表2)。

圖9 鄂爾多斯盆地長9儲層水驅油鏡下顯微照片

高孔高滲儲層的殘余油多呈現膜狀、小簇狀及孤島狀，殘余油零星分布于模型各個部位(圖10)。

圖10 鄂爾多斯盆地長9儲層殘余油分布

5 物性儲層對驅油效率的影響

有諸多因素會影響水驅油的驅油效率，歸納起來主要有兩個方面。一方面是外界因素，包括注入水的性質、注入水的加壓方式和注入倍數等;另一方面是儲層本身特征，包括儲層物性、孔隙結構及儲層的潤濕性等［14，15］。本文主要探討儲層物性對驅油效率的影響。

在研究中發現，儲層物性對于水驅油效率具有重要的影響，孔隙度、滲透率越大，最終驅油效率越高。其原因在于，水驅油的實質是一種能量釋放的過程。對于低孔滲儲層而言，滲透率差，大多孔道細小，并且連通性差，造成儲層微觀水驅油困難，水難以注入，當壓力加大到一定程度后，造成能量積累，在釋放的瞬間沿較粗的孔道突進，使后期進入的水沿之前“突破”的單一孔道流動，很難波及其他部位，造成大量片狀殘余油;而物性較好的儲層孔道整體較粗，連通性較好，注入水更易于進入，能量積累小，注入水往往按較為均勻的方式進入，水波及面積大，使得驅油效率較高。

另外研究還發現，在水驅油的后期，提高驅替壓力之后，高孔滲的延10儲層的驅油效率持續增長，而較低滲透率的長9儲層則增長緩慢乃至停滯。究其原因，是高孔滲的儲層在水驅油的后期殘余油所在部位的物性條件仍舊較好，水仍然可以進入之前沒有進入的部位，持續驅替殘余油;而低孔滲的儲層殘余油多處于孔滲較差的部位，短時期水很難進入，造成大量成片分布的殘余油。

表1 鄂爾多斯盆地長9儲層模型水驅油數據

表2 鄂爾多斯盆地延10儲層模型水驅油數據

6 結語

(1)不同物性儲層具有不同的滲流特征，物性是對水驅油滲流特征具有重要影響;

(2)研究發現，較高孔隙度和滲透率的延10儲層的水驅油滲流方式以均勻驅替為主，最終驅油效率較高，而物性較差的長9儲層水驅油滲流方式主要為指狀和網狀驅替，最終驅油效率較低;

(3)在水驅油的后期，高孔滲的延10儲層的驅油效率持續增長，而較低滲透率的長9儲層則增長緩慢乃至停滯，這為高含水期的不同物性的儲層采取不同的開發措施指明了方向。

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