油層水淹實驗測量及水淹機理研究

王鳳啟 陳海峰

摘 要：隨著油田逐漸進入高水淹階段，迫切需要進行巖心樣品的水淹實驗測量和水淹機理研究。從油驅水、水驅油和油水混驅三個過程進行室內驅替實驗。研究束縛水飽和度與孔隙度、滲透率之間的關系；采用多元素回歸分析的方法進行擬合，準確得到含水飽和度與產水率、電阻率之間的關系；分析巖電數據。實驗結果表明，滲透率對巖心束縛水飽和度影響較大；含水飽和度與產水率、電阻率高度線性相關，可通過回歸方程測量水淹程度；孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素；相同孔隙度巖心的束縛水飽和度大小與m值并無相關性。

關 鍵 詞：驅替實驗；含水飽和度；地層因素；膠結指數

中圖分類號：P631 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1704-04

Abstract： As the oilfield gradually steps into the stage of high water flooding， research on reservoir water flooding measurement and water flooding mechanism is urgently needed. The indoor displacement experiments were carried out from three processes of oil displacing water， water driving oil and mixed oil-water displacing. The relationship of irreducible water saturation with porosity and permeability was studied； using the method of multi-element regression analysis to fit， the relationship of water saturation with producing water ratio and resistivity was obtained； electrical data were analyzed. The results show that the permeability has great influence on irreducible water saturation； water saturation has linear correlation with water production rate and the resistivity of highly；water flooded degree can be measured by regression equation； the cores of similar porosity and different permeability can have very similar formation factors. There is no correlation between the irreducible water saturation and m value for the same porosity core samples.

Key words： displacement experiment； water saturation； formation factor； cementation factor

隨著開發(fā)程度不斷加深，我國大部分油田已逐漸進入高水淹開發(fā)階段，由于地層非均質性嚴重，油田開發(fā)難度越來越大，某油田區(qū)塊經過近幾十年的開采，目前主力油田已進入高水淹階段，水淹層評價已成為當務之急，對水淹機理認識不清，迫切需要進行巖心樣品的驅替實驗研究。

目前，主要有常規(guī)法、隔板法、離心法和持續(xù)注入法等幾種室內巖心驅替方式[1-3]。離心法由于其飽和度分布不均勻并沒有得到廣泛采用；持續(xù)注入法只適用于親水巖石，不適用于親油巖石；隔板法測量數據比較準確，但是具有實驗周期長和運行費用高的缺點。電性參數是描述水淹程度的一個重要參數[4-8]，實驗室中電阻率的測量方法有四極法和二極法[9-12]，與二極法相比四極法得到的曲線由于受到巖心內油水分布不均的影響，其規(guī)則性較差。王建等人研究表明與地面條件相比，地層條件下測量得到的巖性系數a增大，膠結指數m、飽和度指數n和巖性系數b減小，應該在模擬油藏實際條件下測量巖石電性參數[13]；張龍海選用不同的m值來計算孔隙結構復雜儲層的含油飽和度[14]；賈自力等人利用滲濾門理論解釋了地層膠結指數m隨孔隙度變化的一般規(guī)律，并建立了地層膠結指數m和飽和度指數n的準確計算方法，獲得了良好的效果[15]。

根據本地區(qū)實際情況，本次實驗采用常規(guī)法進行水淹實驗測量，為了結果更準確采用二極法測量電阻率以消除含水飽和度不均勻對測量結果的影響，實驗完全模擬高溫高壓地下地質條件。

1 巖心驅替實驗

1.1 實驗設計

本實驗所使用的樣品為某油田兩個區(qū)塊的砂巖巖心，泥質含量低、膠結較好，按不同孔隙度范圍分段進行實驗設計，A區(qū)塊5組巖心，B區(qū)塊4組巖心，每組設計巖心6～7塊，每組樣品孔隙度相同，共設計鉆取巖心9組59塊。巖心樣品直徑2.5 cm，長度5～8 cm。A區(qū)塊巖心孔隙度在11%～20%之間，滲透率在0.1～10 mD之間；B區(qū)塊巖心孔隙度在22%～30%之間，滲透率在100D～900 mD之間。每組樣品按不同產水率進行設計，產水率從0～100%，各組樣品產水率錯開。

1.2 實驗步驟

（1）巖心的預處理，包括洗鹽、洗鹽、烘干、飽和地層水等。

（2）通過高溫烘箱和圍壓泵，將裝入巖心夾持器中的巖心樣品升溫至兩個區(qū)塊的地層溫度，升壓至兩個區(qū)塊的地層壓力，穩(wěn)定24 h后，測量飽含地層水時巖心電阻率。

（3）通過平流泵以一定速度注入原油至巖心束縛水狀態(tài)，待電阻率儀讀數穩(wěn)定后讀值，計量出水量；然后通過平流泵以一定速度注入地層水至巖心殘余油狀態(tài)，待電阻率儀讀數穩(wěn)定后讀值，計量出油量；最后通過平流泵按事先設定好的油水比例進行油水混驅，待電阻率儀讀數穩(wěn)定后讀值。

（4）整理實驗數據。

2 實驗結果與分析

2.1 束縛水飽和度數據分析

圖1為A、B區(qū)塊各組巖心樣品束縛水飽和度Swi隨滲透率K的變化關系圖，圖中符號相同的數據點為同一組巖心。從圖1可以看出A區(qū)塊的巖心樣品滲透率越低，束縛水飽和度越高，并且孔隙度相等的巖心束縛水飽和度隨滲透率的增大而減小；而B區(qū)塊的巖心屬于中高滲，這種變化不再明顯。分別從兩個區(qū)塊中挑選出一些滲透率相近的巖心樣品，并做束縛水飽和度Swi與孔隙度Φ的關系圖（圖2），可以看出滲透率相同孔隙度不同的巖心束縛水飽和度隨孔隙度的增大幾乎無變化。一方面低滲巖心毛細管壓力大，油首先從毛細管壓力小而喉道大的路徑通過，而大的排驅壓力改變了這些大喉道的形態(tài)，導致原油不再進入細小的喉道或為之圈閉的孔隙及孔隙的角隅處，導致較高的束縛水飽和度；另一方面低滲的巖心樣品多表現出孔隙的不規(guī)則、孔隙壁粗糙、吼道細小等非均質性的特點，導致較高的束縛水飽和度。因此滲透率對束縛水飽和度的影響較大，而孔隙度表征的是儲層的儲集能力，對束縛水飽和度影響較小。

2.2 油水混驅含水飽和度數據分析

建立A區(qū)塊含水飽和度Sw與該含水飽和度下的產水率fw、電阻率Rt之間的關系圖（圖3、4），含水飽和度與產水率、電阻率呈很好的線性關系，可以采用多元素回歸分析的方法進行擬合，得到含水飽和度與產水率、電阻率之間的關系：

回歸方程（1）的相關系數R=0.921 7，回歸方程（2）的相關系數R=0.944 56。油水混驅模擬地下水淹情況，可以看出含水飽和度隨水淹程度的增大而增大，電阻率隨水淹程度的增大而減小，油田在開發(fā)的過程中產水率和儲層電阻率參數都比較容易獲得，然后根據回歸方程（1）、（2）就能隨時得知儲層的含水飽和度，監(jiān)測水淹程度，進一步指導油田開發(fā)。

建立兩區(qū)塊的地層因素F-孔隙度Φ、地層因素F-滲透率K、地層因素F-儲層品質指數RQI的關系圖，如圖5、6、7所示。可以看出地層因素相近的巖心孔隙度差別不大，但滲透率的變化范圍卻比較大，所以孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素。RQI反映的是巖心的孔隙結構復雜程度，圖7反應出地層因素相近時巖心RQI的變化范圍也比較大，說明結構復雜的巖心和結構簡單的巖心也可以有相近的地層因素。

圖8為巖石孔隙結構二維示意圖。可以看出，電流只流過圖中C表示的孔道，而沒有通過由T表示的網洞。網洞可以是那種閉塞類型（圖8a），也可以含有連通孔隙（圖8b），在這種對稱條件下也會造成不流動區(qū)，因此T表示的區(qū)域不能通過電流[7]。

圖9為兩區(qū)塊巖心束縛水飽和度與膠結指數m的關系，可以看出每一組巖心的束縛水飽和度隨膠結指數m的變化并無規(guī)律性變化。根據公式（4），如果孔隙度Φ相同，m值大對應的與孔道有關的流動孔隙度Φf值小，也就是說m值大與網洞有關的不流動孔隙相對含量多，這樣會認為不流動孔隙增多束縛水飽和度應該高，但是這里的不流動是指電流的不流動，并不是指流體的不流動，在壓力的和流體粘度的作用下，T處的流體始終是流動的，這樣束縛水飽和度與m值并無相關性。

3 結 論

通過實驗分析可以得出以下結論：

（1）同一區(qū)塊低滲的巖心樣品具有高的束縛水飽和度；當孔隙度相同時束縛水飽和度隨滲透率的增大而減小，而當巖心為中高孔滲時這種變化不再明顯；滲透率相同孔隙度不同的巖心束縛水飽和度隨孔隙度的增大幾乎無變化。

（2）采用多元素回歸分析方法進行擬合，可以準確的得到含水飽和度與產水率、電阻率之間的關系。含水飽和度隨水淹程度的增大而增大，電阻率隨水淹程度的增大而減小。

（3）孔隙度相近，滲透率差別較大的巖心可以具有相近的地層因素。

（4）相同孔隙度巖心的束縛水飽和度大小與m值并無相關性。

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