低滲-特低滲儲層微觀水驅油特征及其影響因素

王舸，韓立，劉昱瑭，楊沾宏

（中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安710201）

低滲-特低滲儲層微觀水驅油特征及其影響因素

王舸，韓立，劉昱瑭，楊沾宏

（中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安710201）

通過鄂爾多斯盆地延長組低滲-特低滲透砂巖微觀模型水驅油實驗，總結微觀水驅油特征，探討微觀水驅油驅油效率的影響因素。研究發現，低滲-特低滲透砂巖儲層水驅油過程中，水驅油特征主要表現為：驅油方式主要以非活塞式驅替為主；殘余油主要以繞流殘余油為主；非均質性越強，驅油效率越低；原油黏度越低，驅油效率越高；驅替速度不同，驅油效率不同；通道類型不同，去提效率不同；影響因素包括：物性；孔隙結構非均質性；微觀孔隙結構；水驅倍數；驅替壓力和開采方式。低滲-特低滲透砂巖儲層水驅開發中影響開發效果的因素較多，但是主控因素是微觀孔隙結構和非均質性。因此對于低滲-特低滲透砂巖儲層水驅開發，應選擇合理的工藝參數和具有針對性的改善水驅開發效果措施，才能保證較好的開發效果。

鄂爾多斯盆地；低滲-特低滲儲層；微觀模型；水驅油特征；影響因素；驅油效率

低滲-特低滲透砂巖儲層具有巨大的開發潛力，同時亦具有較大的開發難度，成為國內外油氣田地質與開發專家們研究的焦點。低滲-特低滲透砂巖儲層具有喉道細小、溶蝕孔隙及微孔隙較多、裂縫及微裂縫較發育、束縛流體飽和度高、微觀孔隙結構復雜等特征。目前對于水驅油影響因素的研究較分散且參數較少，對于水驅油的主要特征研究不多，這些特征和影響因素的研究對提高及改善低滲-特低滲透油田的注水開發效果具有一定的借鑒意義［1-3］。本文通過鄂爾多斯盆地低滲-特低滲透砂巖儲層真微觀模型水驅油實驗，探討該類油藏微觀水驅油特征和影響驅油效率的主要因素。

1　實驗條件及方法

1.1實驗條件

實驗用油：根據研究區地層原油黏度配制而成的模擬油，地層溫度下，黏度1.6 mPa·s，加入油溶紅。

實驗用水：根據實際地層水和注入水離子組成配制而成的模擬水，加入次甲基藍。

實驗模型：將柱狀巖心洗油、烘干、切片、磨片、黏結等工序處理，最大承壓能力為0.2 MPa。模型的長度和寬度為18 mm～25 mm，厚度0.5 mm左右。

1.2實驗方法

（1）模型烘干去除剩余可動水和束縛水；

（2）將烘干后的模型抽真空后飽和地層水，模擬成藏前地層原始狀況；

（3）飽和地層水后的模型接入驅替流程，測試水相滲透率；

（4）飽和油造束縛水，模擬油氣成藏過程，觀察油水分布規律；

（5）飽和油后的模型進行注入水驅，模擬油田注水開發過程。記錄實驗過程中不同參數下的驅油效率，驅替流程（見圖1）。

圖1　微觀水驅油流程示意圖

表1　不同微觀模型物性參數統計表

本次實驗模型模擬油藏的宏觀非均質性、平面非均質性，將不同沉積微相帶，不同層位，同一沉積微相帶不同位置，同一小層不同韻律部位的砂巖進行組合對比，模擬油田注水開發過程存在的問題，有針對性的開展油田注水開發的水驅特征及其影響因素。

本次研究系統地完成了鄂爾多斯盆地延長組10個砂巖樣品的微觀模型水驅油實驗，參數（見表1）。

2　微觀水驅油特征

2.1水驅油方式以非活塞式驅替為主

水驅油實驗中水驅油驅替方式主要有活塞式和非活塞式2種。由于儲層中巖石潤濕性的非均質性、孔隙結構和巖石比表面積的不規則性，使得驅替過程主要以非活塞式驅替為主（見圖2）。

圖2　不同的水驅油類型

2.2殘余油以繞流殘余油為主

殘余油的分布幾乎完全受孔隙結構控制。殘余油分為卡斷、繞流、角隅和油膜4類。本實驗對剩余油類型和數量進行了統計（見圖3、圖4），由于非均質性使得注入水沿高滲透條帶突進、竄流，而油膜剩余油較多的模型驅替比較均勻，驅油效率也較高。

圖3　剩余油類型及數量統計

圖4　殘余油類型

2.3非均質性越強，驅油效率越低

本次研究中個別樣品非均質性較強［4-6］，通過鏡下觀察非均質性相對較強的樣品，流體在孔隙空間內部滲流通道單一，波及面積有限。水驅油后殘余油以繞流殘余油為主，驅油效率低。另外，通過壓汞數據統計部分樣品分選系數與驅油效率的關系發現儲層孔喉分選系數、變異系數與驅油效率總體呈負相關，即分選系數、變異系數越大，驅油效率越低，反之，則越高（見圖5）。這也表明儲層非均質性也是制約驅油效率的一個較為重要的因素。

圖5　變異系數/分選系數與驅油效率相關關系

2.4原油黏度越低，驅油效率越高

流度比是影響驅油效率的參數之一，通過模擬不同黏度的原油進行實驗可以看出（見圖6），隨著流度比的增加，驅油效率呈下降趨勢。對驅油效率的影響分為三個階段：緩慢下降階段（流度比＜10）、快速下降階段（流度比在10～30）和穩定階段（流度比＞30）（見圖7）。分析認為：當油水流度比＜10時，水驅過程比較均勻，注入水可以進入較小孔隙，同時油水界面張力、表面張力較低，洗油能力較強，故驅油效率較高且下降緩慢；當油水流度比介于10～30時，油水流度比超過了臨界值，使得水驅前緣容易沿連通好的大孔隙道向前突進，注入水只進入較大孔隙，油水界面張力和表面張力升高，洗油能力變弱，驅油效率迅速下降；當油水流度比大于30時，較高的流度比使得油水界面張力、表面張力最差，洗油能力最弱，注入水只沿已形成的水相連續通道向前流動，優勢通道已形成，水驅前緣之后仍留有大量原油，超過這一流度比后，驅油效率基本穩定。

圖6　不同流度比與驅油效率關系圖

圖7　不同流度比下的驅油效率全視域圖

2.5驅替速度不同，驅油效率不同

圖8　驅替速度與驅油效率相關關系

2.6通道類型不同，驅替效率不同

不同通道類型是影響水驅滲流特征的參數之一，將模型通道類型及相應參數進行匯總，由表2可知模型通道類型主要為粒間孔-溶孔、微孔-溶孔-粒間孔兩大類，通過比較不同通道類型樣品驅油效率，發現粒間孔-溶孔驅油效率明顯高于微孔-溶孔-粒間孔，這主要是由于粒間孔-溶孔樣品孔隙結構相對比較均勻，啟動壓力雖然高，但均質性較好，當驅替壓力超過啟動壓力后，注入水在巖心中均勻推進，因此驅油效率較高。

表2　通道類型與驅替類型統計表

3　影響驅油效率因素

3.1儲層物性對驅油效率的影響

微觀砂巖模型水驅油實驗結果表明［7-14］，在相同的實驗條件下，模型的孔隙度與驅油效率相關性不高（見圖9），但與滲透率相關性較好（見圖10）。對于低滲-特低滲儲層，由于微觀孔道整體較小，相對粗孔道較少，連通性主要取決于吼道，也是滲透率的主要表征參數，因此與滲透率相關性較好，這也造成水驅油路線相對比較單調，最終導致驅油效率低。

圖9　孔隙度與驅油效率相關關系

圖10　滲透率與驅油效率相關關系

3.2孔隙結構非均質性對驅油效率的影響

孔隙結構的非均質性取決于喉道，驅油效率的貢獻取決于喉道的貢獻率（見圖11）。從圖11中可以看出隨著平均喉道半徑的增大，驅油效率也相應增加，喉道越細，毛管力作用越強，驅油效率相對較低，對于細喉道，驅油作用克服了毛管力作用，可動流體飽和度增加，驅油效率提高。對于研究區儲層而言，驅油效率的貢獻主要來源于微細喉道和細喉道。

在微觀模型水驅油實驗中可以明顯的觀察到孔隙結構非均質性對驅油效率的影響?？紫督Y構非均質性越強，驅油效率就越低。這主要是因為，注入水沿高滲透條帶突進，把連通不好的低滲區域的大面積油滯留下來形成繞流殘余油?？紫督Y構非均質性造成的影響，是導致微觀模型水驅油效率較低的主要原因之一，因此在油藏注水開發中后期，需要改善注水井吸水剖面，提高水驅波及體積。如模型王檢29-061井1 272.07 m（見圖12），由于模型內部孔隙結構的非均質性強，在水驅油過程中，存在大量未波及區域，最終導致驅油效率較低。

圖11　平均喉道半徑與驅油效率相關關系

圖12　王檢29-061井1 272.07 m水驅油全視域

3.3微觀孔隙結構對驅油效率的影響

“有一天，患者走進診室，不用刷手機，只靠‘刷臉’便可完成預約、就診和支付，甚至可以先診療后付費，才是最好的醫療方式。”王立明向記者展望，當下，利用不斷進步的技術，完善一體化的院內診療格局，實現院際更為緊密的協作，滿足患者的就醫新需求，是眾望，也是醫院不斷發展的根基所在。

微觀孔隙結構中孔喉的大小及其分布規律對驅油效率起著至關重要的作用?？紫督Y構不同，油水滲流規律不同，必然導致不同的驅油效率［15-19］。

3.3.1孔喉半徑特征對驅油效率的影響孔喉的半徑特征主要通過喉道半徑和孔喉比來反映。喉道半徑、孔喉體積比與驅油效率關系曲線（見圖13、圖14）。從圖中可以看出，隨著喉道半徑的增加驅油效率增加，這主要是由于喉道半徑增大，毛管力變小，注入水驅替效率增大，驅油效率增加；隨著孔喉體積比的增大，驅油效率下降，這主要是由于在注水初期，壓力較小，注入水不能進入微小孔喉中，導致驅油效率降低。

圖13　喉道半徑與驅油效率相關關系

圖14　孔喉比與驅油效率相關關系

3.3.2孔喉連通性對驅油效率的影響孔喉連通性主要表現在孔喉的儲集能力和滲流能力上。通過研究區壓汞參數的分析，其中最大進汞飽和度和結構滲流系數能夠反映孔喉的連通性（見圖15、圖16）。

3.4水驅倍數對驅油效率的影響

本實驗是在壓力保持不變的前提下提高注入水體積倍數，分別在水驅1 PV、2 PV、3 PV時統計殘余油，并計算其驅油效率。實驗結果表明提高注水體積倍數能提高驅油效率，1 PV～2 PV驅替，驅油效率提高顯著；2 PV～3 PV驅替驅油效率提高速度變慢，3 PV之后，驅油效率基本不變，這主要與水流優勢通道相關，一旦優勢通道形成之后，注入水將只沿優勢通道推進，注入水無效循環，驅油效率基本不變（見圖17、圖18）。

圖15　最大進汞飽和度與驅油效率相關關系

圖16　結構滲流系數與驅油效率相關關系

圖17　水驅油體積倍數與驅油效率關系圖

3.5不同驅替壓力對驅油效率的影響

本次研究進行了提高注水壓力實驗，即在某一注水壓力下水驅樣品不出油時，進一步提高注水壓力。鏡下觀察表明，提高注水壓力后，樣品油水分布出現兩個方面的變化：一方面孔隙中油膜厚度減薄，甚至被剝離；另一方面先前由于繞流形成的部分殘余油重新被啟動、驅替，繞流殘余減少，即提高注入壓力，水能夠進入先前難以進入的區域（見圖19、圖20）。但是注水壓力提高到一定程度后即壓力超過50%后，滲流通道基本固定，再加大壓力，對驅油效率影響較小，為注水配注量的設計提供依據。

圖18　不同類型模型滲流特征全視域圖

圖19　不同驅替壓力與驅油效率關系圖

圖20　王檢16-155 1 040.98 m不同驅替壓力全視域圖

表3　多層合采統計表

3.6多層合采對驅油效率的影響

通過兩個不同物性的模型并聯模擬多層合采生產過程（見表3），實驗過程中，由于王檢16-151井1 171.4 m模型飽和油過程中，物性和孔隙結構相對較差，啟動壓力達到108.3 kPa，造成原始含油飽和度較低且不均勻，而1 158.04 m模型啟動壓力58.0 kPa，水驅過程中，由于油水流度比的差異，水驅油開始過程壓力上升，隨著驅替過程的進行，注入水會沿著壓力較低的部位和方向推進，滲流通道形成后，水流通道和方向將很難改變，1 171.4 m的啟動壓力較高，注入水很難進入低滲層（見圖21），未被采出或采出程度較低。驅替過程結束后，對高滲層模型進行鏡下分析（見圖22），相比低滲層，高滲層雖然被注入水波及，但是由于注入水與原油之間的界面張力較高，高滲層仍有大量剩余油存在，且剩余油飽和度比低滲層高。因此，對于長期注水開發，多層合采的區塊，首先挖潛的部位是高滲層，其次在滲透率相對較低的層位，挖潛的方式高滲層采取降低油水界面張力、改善巖石潤濕性、改善油水流度比，低滲層采取調整吸水剖面、降低毛管壓力、改善長期水流通道和方向，提高多層合采的效率。

圖21　多層合采模型滲流特征全視域圖

圖22　王檢16-151井1 158.04 m水驅后油水分布三維效果圖

4　結論

（1）微觀驅油實驗能夠直觀的展示水驅油過程、油水滲流特征和分布規律，為后續挖潛措施的選擇和改善水驅效果的評價提供直觀依據；

（2）微觀水驅油特征主要體現在水驅方式主要以非活塞式驅替為主；殘余油主要以繞流殘余油為主；非均質性越強，驅油效率越低；原油黏度越低，驅油效率越高；驅替速度不同，驅油效率不同；通道類型不同，驅替效率不同；

（3）驅油效率影響因素較多，主要體現在儲層物性、非均質性、微觀孔隙結構、水驅倍數、驅替壓力以及開采工藝，其中物性和非均質性是影響驅油效率的主控因素；

（4）通過驅油實驗分析，儲層物性好的區域應為開發的重點區域，對滲透率低的區域實施壓裂改造以提高滲透率；注水開發過程中應保持地層壓力，保證水驅能量充足；還應根據生產動態及時對儲層進行改造，避免因儲層非均質性而造成水竄等現象的發生，提高水驅波及面積，提高油藏水驅采收率。

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Characteristics and influence factors for oil displacement efficiency by the micro-model water flooding experiment in low permeability-ultra low permeability reservoir

WANG Ge，HAN Li，LIU Yutang，YANG Zhanhong
（Oil Production Plant 6 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710201，China）

By the sandstone micro-model water flooding experiment of low permeability-ultra low permeability sandstone reservoir in the Ordos basin.Summarizing the characteristics of microscopic water flooding，to investigate the factors affecting water displacing oil displacement efficiency in this paper.It's discovered that the low permeability-ultra low permeability sandstone reservoir water flooding process.Water flooding main characteristics，flooding in major non-piston displacement based.Residual oil to flow around the main residual oilbased，stronger heterogeneity，the lower the oil displacement efficiency.Viscosity of crude oil by the end of the higher oil displacement efficiency，displacement velocity different，different oil displacement efficiency.Channel types，different to mention efficiency.Influence factors include，physical properties，pore structure heterogeneity，microscopic pore structure，water flooding multiples，displacement pressure and mining methods.So for low permeability-ultra lowpermeability sandstone reservoir water flooding should choose reasonable parameters and targeted measures to improve water flooding effect，in order to ensure better development results.

Ordos basin；low permeability-ultra low permeability reservoir；micro-model；characteristics of microscopic water flooding；influence factors；oil displacement efficiency

TE122.23

A

1673-5285（2016）09-0103-10

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.026

2016－07-12

王舸，男（1988-），助理工程師，主要從事提高采收率的研究和管理工作，郵箱：794007080@qq.com。