板橋-合水地區長6儲層微觀水驅油特征及影響因素分析

趙煜，孫衛，桑宇

（1.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）

板橋-合水地區長6儲層微觀水驅油特征及影響因素分析

趙煜1，2，孫衛1，2，桑宇1，2

（1.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）

為了研究鄂爾多斯盆地隴東地區長6儲層微觀滲流特征及驅油效率影響因素，以板橋-合水地區長6儲層為例，運用真實砂巖微觀模型水驅油實驗，結合掃描電鏡、恒速壓汞、高壓壓汞等實驗數據進行分析研究。結果表明，長6儲層水驅油路徑主要為均勻驅替與網狀-均勻驅替為主，且均勻驅替的驅油效率（平均為26.06%）要比網狀-均勻驅替（平均為19.12%）的高。殘余油類型主要為油膜殘余油與角隅（盲端）殘余油。儲層物性是影響驅油效率的主要因素，當物性接近時，孔隙結構非均質性對驅油效率起到重要作用，即隨著分選系數、變異系數增大，驅油效率降低，反之，則升高。在一定范圍內提高注入水的倍數，增加驅替速度都可以提高驅油效率。

水驅油滲流實驗；物性；孔隙結構；水驅倍數；驅替壓力

經過近些年勘探開發，鄂爾多斯盆地板橋-合水地區長6、長8作為主力油層組，已有較好的油氣顯示，但仍未取得較大突破。雖然對本區塊做了大量的研究，積累了許多的基礎地質資料，對該區塊形成了基本的認識，但對于儲層的滲流特征還缺乏系統、深入的研究。因此，有必要對儲層的微觀滲流特征進行深入研究，而真實砂巖微觀模型在表征油氣藏微觀滲流機理方面具有直觀性、實用性、科學性的優點［1-8］，因此本次研究通過真實砂巖微觀模型水驅油實驗對板橋-合水地區滲流特征進行研究。

1　研究區概況

板橋-合水地區位于甘肅省慶陽市合水縣境內，地理位置上處于蔡家廟、羅山府、大鳳川以及和盛四地之間，構造上處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南緣，面積約為5 670 km2，該區主要為平緩的西傾單斜，局部發育小型鼻狀隆起，主要為巖性油藏［9］。主力產油層為三疊系延長組長6、長8儲層，分布相對穩定且含油性較好。

圖1　長6砂巖類型圖

根據掃描電鏡、陰極發光以及薄片鏡下觀察，可以發現研究區長6儲層石英含量平均約為41.4%，長石含量平均約為28.5%，巖屑含量平均約為15.8%，研究區砂巖類型主要為巖屑長石砂巖，其次發育少量長石巖屑砂巖（見圖1）。儲層物性差、滲透率極低，屬于典型超低滲透儲層。孔隙度分布范圍在1%～17.52%，平均值為9.2%；滲透率分布范圍在0.01×10-3μm2～10.46×10-3μm2，平均為0.14×10-3μm2。

2　真實砂巖微觀模型水驅油實驗

2.1實驗方法及流程

2.1.1模型制作選取板橋-合水地區長6儲層的9塊巖心，滲透率范圍為0.09×10-3μm2～1.22×10-3μm2，孔隙度介于7.96%～11.34%，巖心經過洗油-烘干-切片-磨平-粘結等工藝流程制作真實砂巖微觀模型，模型尺寸為2.8 cm×2.5 cm×0.06 cm，承壓能力0.2 MPa～0.3 MPa，加壓耐溫能力大約80℃。

2.1.2實驗流體實驗用水參照地層水的礦化度，黏度約為1 mPa·s，為了便于觀察，加入甲基藍染色呈藍色，實驗用油黏度約為2.24 mPa·s，加入油溶紅染色呈紅色。

2.1.3實驗流程真實砂巖微觀模型水驅油實驗的主要實驗步驟有以下幾步（見圖2）：（1）模型烘干；（2）測物性；（3）模型抽真空；（4）飽和水、液測滲透率；（5）油驅水（飽和油）；（6）水驅油［2，10］。利用顯微鏡及圖像采集系統，對實驗過程中的每一步進行準確記錄，并采集圖像。

2.2實驗結果

對9塊真實砂巖微觀模型進行水驅油實驗，實驗結果（見表1），可以看出板橋-合水地區長6儲層的最終驅油效率較低（平均為22.98%）。由于物性以及孔喉的非均質性等多因素的共同控制作用，注入水在模型內部的滲流通道主要為均勻驅替和網狀-均勻驅替兩種，且均勻驅替的驅油效率（平均為26.06%）要比網狀-均勻驅替（平均為19.12%）的高。

均勻驅替（見圖3a）：注入水沿著多條水路進入模型巖樣，水驅前緣近平行推進，注入水波及面積最大且波及均勻。模型中的水道會先形成網狀及少量指狀滲流，隨著驅替壓力以及驅替時間的增加，水的波及面積會逐漸擴大，形成均勻驅替。這模型孔隙發育，孔喉連通好，孔隙度平均值為9.77%，滲透率平均值為0.53× 10-3μm2，驅油效率平均值為26.06%。

圖2　真實砂巖微觀模型水驅油實驗流程

表1　真實砂巖微觀模型水驅油結果統計表

圖3　真實砂巖微觀模型水驅油實驗特征

網狀-均勻驅替：這種驅替基本上是均勻驅替與網狀驅替的過渡形式（見圖3b），注入水進入巖樣后，水驅前緣呈網狀推進，隨著驅替壓力與驅替時間的增加，部分網狀通道相互連接形成均勻驅替，驅替結束時滲流路徑增多，以均勻、網狀-均勻滲流為主。這類模型孔隙較發育，孔喉連通較好，孔隙度平均值為9.11%，滲透率平均值為0.18×10-3μm2，驅油效率平均值為19.12%。

2.3殘余油類型

殘余油類型主要由物性、孔喉特征、潤濕性等多種因素共同影響。研究表明板橋-合水地區長6儲層呈弱親油性，且儲層巖石礦物成分較為復雜。經過顯微鏡觀察可知主要的殘余油類型有油膜、角隅（盲端）這兩種。鏡下觀察表明，巖樣經過注入水驅替后，在部分地方能夠看見油膜殘余油，主要殘存于注入水驅替過的孔隙壁上，而且水道上油膜厚度較薄（見圖3c）；角隅殘余油是在注入水驅替過程中呈孤立的滴狀，殘存在注入水驅替的孔隙死角處（見圖3d）［11，12］。

3　驅油效率影響因素分析

影響水驅油實驗驅油效率的因素有許多，本文根據長6儲層的特征著重從儲層物性、孔隙結構非均質性、微觀孔隙結構、驅替壓力以及驅替倍數這五個方面進行分析研究。

3.1儲層物性

真實砂巖微觀模型水驅油實驗結果表明，在相同的實驗條件下，模型的驅油效率與孔隙度的相關性（R2=0.237 4）不高（見圖4a），但與滲透率的相關性（R2=0.793 2）較好（見圖4b）。對于超低滲儲層，由于微觀孔道整體上較小且相對粗孔道較少，孔隙度和滲透率與有效空隙的發育程度之間相關性較差，主要取決于喉道，也是滲透率的主要表征參數，因此與滲透率相關性較好，這也造成注入水驅替路線比較單調，最終驅油效率低。儲層品質指數（滲透率與孔隙度的綜合函數）與驅油效率的相關性（R2=0.718 9）較好（見圖4c），可以得知滲流特征不僅受單一的物性參數影響［13-15］，需要綜合考慮。驅油效率并不是隨著物性的增加而無限增加，在達到一定的物性后驅油效率有下降趨勢，這主要是因為，隨著物性變好，油層內會不同程度的發育一些大孔道，增加了油層非均質性，使得注入水進入無效循環，驅油效率反而降低，因此對于低滲油藏改造時，需要關注改造規模，防止油層過度改造所帶來的負面影響。

圖4　驅油效率與物性相關圖

圖5　分選系數、變異系數與驅油效率相關關系

3.2孔隙結構非均質性

研究表明，儲層孔喉分選系數、變異系數與驅油效率總體呈負相關（見圖5），即隨著分選系數、變異系數增大，驅油效率降低，反之，則升高。這是由于非均質性較強的巖石內部滲流通道比較單一，導致注入水波及面積有限，而非均質性弱的樣品內部滲流通道較豐富，波及面積較大［3，16，17］，孔隙結構非均質性越強，注入水沿連通性較好的大孔指進和繞流，而連通不好的小孔隙群則驅替不到，使得大面積油滯留下來形成殘余油，則最終水驅油效率就越低。如模型3（Z147井1 697.15 m）（見圖6、圖7），由于孔隙結構的非均質性較強，有很大一部分區域注入水不能進入形成殘余油，導致最終驅油效率較低。

圖6　莊147井1 697.15 m水驅油全視域

圖7　莊147井1 697.15 m孔隙結構非均質性對驅油效率影響

3.3微觀孔隙結構

3.3.1孔喉半徑真實砂巖微觀模型水驅油特征表明，殘余油的形成主要與喉道半徑相關，隨著喉道半徑的增加，驅油效率逐漸增加（見圖8）。孔喉的半徑特征主要通過喉道半徑和孔喉比來反映，孔喉半徑比越大，非濕相越容易卡斷，可以看出，隨著孔喉半徑比的增大，驅油效率逐漸降低（見圖9）［18］。

3.3.2孔喉連通性孔喉的連通性主要反映在儲集能力和滲流能力方面。引入結構滲流系數：

其中：ε-結構滲流系數，μm2；R50-中值壓力對應的孔喉半徑，μm；K-氣測滲透率，×10-3μm2；We-退汞效率；隨著ε值的變大，巖石的滲流能力逐漸增強。

對研究區壓汞實驗結果進行分析，發現最大進汞飽和度和結構滲流系數可以反映孔喉的儲集能力和滲流能力。隨著孔喉半徑和滲透率的增加隨著退汞效率的減小，結構滲流系數也變大，驅油效率增高（見圖10、圖11）。

圖8　喉道半徑與驅油效率相關關系

圖9　孔喉半徑比與驅油效率相關關系

圖10　最大進汞飽和度與驅油效率關系圖

圖11　結構滲流系數與驅油效率關系圖

3.4水驅倍數

實驗中提高注入水的體積倍數，分別在水驅到1倍孔隙體積、2倍孔隙體積和3倍孔隙體積時統計殘余油飽和度，并計算驅油效率。從實驗結果可以看出，當水驅從1倍孔隙體積到2倍孔隙體積時，驅油效率顯著提高（5.1%～70.0%，平均為34.6%）；而當水驅從2倍孔隙體積到3倍孔隙體積時，驅油效率變化緩慢（2.8%～12.9%，平均為6.7%），而當注入水達到3倍孔隙體積之后驅油效率變化極小，這主要與水流優勢通道相關，當水流的優勢通道形成以后水流的路徑基本不發生變化，驅油效率變化不明顯（見圖12、圖13）。

圖12　驅替倍數與驅油效率關系圖

圖13　寧115井不同驅替倍數滲流特征全視域圖

研究表明，隨著注入水的不斷注入可以將儲層中的油膜殘余油和繞流殘余油繼續驅替出來。隨著驅替時間的延長，注入水會使得巖石顆粒表面的黏土礦物沖刷掉落，一方面使原來被黏土礦物堵塞的孔道重新被打通、使原來的孔道變粗，進而可以提高驅油效率；而另一方面，沖刷下來的黏土礦物使部分孔道被充填堵塞，對儲層造成傷害，從而使驅油效率降低變差。因此在實際的生產中要把握合理的注水倍數。

3.5驅替壓力

圖14　莊68井1 908.53 m不同驅替壓力全視域圖

當在某一個恒定壓力下，隨著注入水的進入不再出油時，提高注水壓力，可以在鏡下觀察到油水分布出現兩個方面的變化：（1）原來孔壁上的油膜殘余油逐漸變薄甚至被驅替完；（2）原來的繞流殘余油處開始有水進入，繞流殘余油開始被驅替，隨著注入水的壓力提高，先前注入水無法進入的地方開始進水（見圖14）。但是注水壓力提高到一定程度（即壓力超過50%）后，滲流通道基本固定，再加大壓力，驅油效率變化較小。

4　結論

（1）板橋-合水地區水驅油最終驅油效率低，水驅油過程中的滲流路徑主要為均勻驅替與網狀-均勻驅替，且均勻驅替驅油效率明顯高于網狀-均勻驅替。

（2）儲層的滲透率對驅油效率的影響較大；孔隙結構非均質性越嚴重，水驅油效率就越低；孔喉結構是表征影響水驅油滲流路徑及驅油效率的關鍵參數。

（3）在一定范圍內，在水驅壓力不變的情況下，隨著注入水倍數的增加，驅油效率得到提高（1 PV到2 PV顯著增加，2 PV到3 PV增加緩慢）；在一定壓力范圍內，提高注水壓力也可以使驅油效率顯著提高。

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Microscope water flooding characteristics and its influence factors of Chang 6 reservoir in Banqiao-Heshui area

ZHAO Yu1，2，SUN Wei1，2，SANG Yu1，2
（1.State Key Laboratory for Continental Dynamics，Xi'an Shanxi 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

In order to study the microscopic seepage characteristic and displacement efficiency factors of Chang 6 reservoir in Banqiao-Heshui area of Ordos basin，using authentic sandstone microscopic model water flooding experiment，scanning electron microscope，constant velocity mercury，high pressure mercury experimental analysis of data for research.The results showed that Chang 6 reservoir water flooding mainly through uniform displacement and mesh-uniform displacement and the displacement efficiency of uniform displacement is higher than mesh-uniform displacement.The main types of residual oil is oil slick and caecum.Reservoir property is the main factors affecting displacement efficiency，and the heterogeneity of reservoir pore structure determines the efficiency of oil displacement whenthe reservoir property closed.Within a certain range to improve the injection of water ratio，increase the speed of displacement can improve displacement efficiency.

seepage experiment；reservoir property；pore structure；displacement multiple；displacement pressure

TE122.23

A

1673-5285（2016）10-0098-08

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.023

2016－08-21

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發，項目編號：2011ZX05044；陜西省科技統籌創新工程，項目編號：2015KTCL01-09。

趙煜，男（1990-），安徽桐城人，西北大學碩士研究生。