基于核磁共振技術(shù)水驅(qū)油剩余油分布評(píng)價(jià)

張新旺, 郭和坤,2, 沈 瑞,2, 李海波,2

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

基于核磁共振技術(shù)水驅(qū)油剩余油分布評(píng)價(jià)

張新旺1, 郭和坤1,2, 沈 瑞1,2, 李海波1,2

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

為了研究油藏水驅(qū)油微觀機(jī)理及不同井區(qū)的水驅(qū)油影響因素，將水驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)和核磁共振技術(shù)相結(jié)合，對(duì)不同井區(qū)巖樣不同階段水驅(qū)油后剩余油分布情況進(jìn)行分析，分別對(duì)文昌區(qū)A、B井及潿洲區(qū)C井進(jìn)行研究。結(jié)果表明：水驅(qū)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(nèi)；水驅(qū)油后，A井和C井驅(qū)油效率中等孔隙高于大孔隙，巖樣表現(xiàn)為親水性，中高滲儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，使得大孔隙驅(qū)油效率低；B井大孔隙驅(qū)油效率遠(yuǎn)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(fā)過程中，通過增加驅(qū)替速度可以增加采收率。長(zhǎng)期水驅(qū)可以增加油藏采收率，亦可通過調(diào)剖、堵水等措施，進(jìn)一步提高水驅(qū)油開發(fā)潛力。因此對(duì)于中高滲儲(chǔ)層來說，通過對(duì)不同孔隙剩余油分布規(guī)律的研究，有利于進(jìn)一步完善注水開發(fā)方式，提高油田的動(dòng)用效果。

水驅(qū)油； 驅(qū)油效率； 剩余油分布; 核磁共振

0 引 言

中國的老油田經(jīng)過數(shù)十年的勘探與開發(fā)，大部分表現(xiàn)出高含水、高采出程度和高遞減規(guī)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(fā)的恒久不變課題[2-3]。在油氣田勘探與開發(fā)過程中，驅(qū)油效率一直是油田關(guān)注的主要問題之一，也是目前研究的熱點(diǎn)[4-5]。驅(qū)油效率是決定水驅(qū)油最終采收率的主要參數(shù)[6]。研究?jī)?chǔ)層初始狀態(tài)油相賦存特征，儲(chǔ)層水驅(qū)油后剩余油分布特征及驅(qū)油效率對(duì)油田有效開發(fā)油藏有重要意義[7-10]。本文通過核磁共振技術(shù)與水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,定量分析巖心總孔隙的含油量、不同孔隙區(qū)間的含油量及水驅(qū)油后剩余油分布特征，為油田開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 核磁共振原理

近年來,低場(chǎng)核磁共振室內(nèi)巖心分析在儲(chǔ)層中孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)、驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用[11-13]。核磁共振所研究對(duì)象是原子核(如氫核)在不同共振頻率下發(fā)生的弛豫行為。核磁共振實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)試的信號(hào)為巖心內(nèi)部流體中的氫元素的信號(hào)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中巖心內(nèi)部含有水和油時(shí)，測(cè)量的T2譜包括水的信號(hào)和油的信號(hào)，難以區(qū)分油水信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)用油為去氫煤油，核磁共振實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)試不產(chǎn)生信號(hào)，核磁共振測(cè)得的信號(hào)僅為巖心中水的信號(hào)，因此各個(gè)狀態(tài)測(cè)得T2譜均為水相T2譜。

核磁共振測(cè)得信號(hào)量的多少反映巖心內(nèi)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(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間較長(zhǎng)；小孔隙對(duì)應(yīng)的T2較短[16]。對(duì)于砂巖儲(chǔ)層來說，通常認(rèn)為T2<10 ms的為小孔隙的分布界限;T2弛豫時(shí)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(shù)，不僅可以得到巖心總孔隙的含油量，得到不同孔隙區(qū)間的含油量，還可以精確得出巖心不同孔隙區(qū)間的剩余油分布。

2 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)步驟

2.1實(shí)驗(yàn)巖樣資料

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

實(shí)驗(yàn)巖樣來自3個(gè)井區(qū)，用水依據(jù)該井區(qū)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(shí)驗(yàn)中所用油為去氫模擬油。實(shí)驗(yàn)用油室溫下運(yùn)動(dòng)黏度為1.719 mPa·s。

表1 巖樣基礎(chǔ)資料

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)在室溫條件下進(jìn)行，模擬地層油水黏度比，核磁共振測(cè)試在RecCore 04型核磁共振巖樣分析儀上進(jìn)行，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1) 巖樣標(biāo)號(hào)，洗油，烘干，稱重。

(2) 測(cè)量巖樣長(zhǎng)度，直徑，氣測(cè)孔隙度，氣測(cè)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(tài)下核磁共振T2測(cè)量，測(cè)得該狀態(tài)下的核磁共振T2譜。

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

(6) 巖樣飽和油束縛水狀態(tài)下的核磁共振T2測(cè)量，測(cè)得該狀態(tài)下的核磁共振T2譜。

(7) 選用合適的驅(qū)速度，對(duì)巖樣進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。 驅(qū)替速度0.1 mL/min，驅(qū)替量為0.1、0.2、0.3PV；驅(qū)替速度0.3 mL/min，驅(qū)替量為1、3、10 PV時(shí)；驅(qū)替速度0.5 mL/min，驅(qū)替量為50、100 PV；驅(qū)替速度1 mL/min，驅(qū)替量為200 PV(A井驅(qū)替速為0.1 mL/min，驅(qū)替量為0.1、0.2、0.3 PV；驅(qū)替速度為0.2 mL/min，驅(qū)替量為1、3、10 PV)。分別記錄油量，稱重，進(jìn)行核磁共振T2測(cè)量，測(cè)得該狀態(tài)的核磁共振T2譜。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1不同級(jí)別孔隙原油動(dòng)用規(guī)律

分析表2可以看出，3口井束縛水狀態(tài)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(qū)間內(nèi)的含油飽和度。對(duì)于A井的4個(gè)樣品，大孔隙束縛水狀態(tài)含油飽和度平均20.26%，中等孔隙束縛水狀態(tài)含油飽和度平均為33.62%，小孔隙束縛狀態(tài)水含油飽和度為2.62%;對(duì)于B井的4個(gè)樣品，大孔隙束縛水狀態(tài)含油飽和度平均高達(dá)40.88%，中等孔隙束縛水狀態(tài)含油飽和度平均為13.84%，小孔隙束縛水狀態(tài)含油飽和度1.41%;對(duì)于C井的3個(gè)樣品，中等孔隙和大孔隙飽和油賦存量相當(dāng)，束縛水狀態(tài)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(qū)間，小孔隙區(qū)間含油量很少，說明中高滲儲(chǔ)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(qū)油束縛水狀態(tài)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(qū)間巖樣剩余油含油飽和度有一點(diǎn)差別。3口井11塊巖樣水驅(qū)最終狀態(tài)下，小孔隙區(qū)間剩余油飽和度很低分別是0.38%，0.54%，1.24%，水驅(qū)最終狀態(tài)基本不含剩余油。3口井中等孔隙和大孔隙內(nèi)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(nèi)還存在一定量剩余油，中等孔隙和大孔隙是進(jìn)一步挖潛的目標(biāo)，合理開發(fā)中等孔隙和大孔隙可以進(jìn)一步提高油藏的采收率。

分析表4可以看出,巖樣在水驅(qū)油最終狀態(tài)下驅(qū)油效率均值為43.06%，65.15%，55.50%。3口井小孔隙驅(qū)油效率均極小，主要是因?yàn)樾】紫秲?nèi)基本不含油。對(duì)于A井來說剩余油飽和度高于其他2口井，驅(qū)油效率低于其他2口井。產(chǎn)生這現(xiàn)象的重要原因是該井巖心較為疏松，水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)過程中可見采出液中有粉砂被攜帶出，即產(chǎn)生了顆粒運(yùn)移現(xiàn)象，堵塞了部分連接大孔隙的喉道，導(dǎo)致大孔隙當(dāng)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(qū)替10 PV遠(yuǎn)低于其他兩口井，該井巖心比其他兩口井要長(zhǎng)一些，使得該井驅(qū)油效率低。中等孔隙的相對(duì)驅(qū)油效率很高達(dá)到34.32%，而大孔隙的相對(duì)驅(qū)油效率很低，均值為4.72%，表明剩余油集中賦存于大孔隙內(nèi)。對(duì)于B井巖樣，大孔隙的相對(duì)驅(qū)油效率很高，均值分別為55.04%，而中等孔隙相對(duì)驅(qū)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(nèi)，說明注入水已經(jīng)在儲(chǔ)層內(nèi)大孔道中形成優(yōu)勢(shì)水通道，難以波及中小孔隙，導(dǎo)致剩余油主要賦存于中小孔隙，長(zhǎng)期水驅(qū)油對(duì)提高采收率有一定作用，亦可通過調(diào)剖、堵水等措施加以進(jìn)一步改善水驅(qū)開發(fā)效果。對(duì)于C井巖樣，中等孔隙的相對(duì)驅(qū)油效率很高，均值分別為33.91%，而大等孔隙的相對(duì)驅(qū)油效率較低，均值為15.88%，表明剩余油主要賦存在大孔隙內(nèi)。但是由于該井巖心更加疏松，水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)過程中可見采出液中有粉砂被攜帶出，產(chǎn)生了顆粒運(yùn)移現(xiàn)象，堵塞了部分連接大孔隙的喉道，導(dǎo)致大孔隙中的波及系數(shù)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(qū)油剩余油飽和度 %

表4 11塊巖樣水驅(qū)油最終狀態(tài)驅(qū)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(hào)巖樣不同階段核磁共振T2譜，圖1(b)所示為C井中11號(hào)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(tài)T2譜呈雙峰，巖樣水驅(qū)過程中，右峰表現(xiàn)明顯上升，表明大孔隙驅(qū)油效率很高。水驅(qū)0.3 PV前，以小流速驅(qū)替，大孔隙中的油被驅(qū)出，此時(shí)的驅(qū)油效率為35.23%。見水后增大驅(qū)替速度，中小孔隙驅(qū)油效率有一定的升高，但是大孔隙仍然起主要作用，此時(shí)驅(qū)油效率達(dá)到48.03%，進(jìn)一步提高驅(qū)替速度，仍然是大孔隙占主要作用，驅(qū)替完成后驅(qū)油效率為64.76%。表明隨著驅(qū)替速度和驅(qū)替倍數(shù)的增大，大孔隙內(nèi)的油不斷地被驅(qū)替出來，而中等孔隙和小孔隙內(nèi)的油驅(qū)出量明顯少于大孔隙，注入水已經(jīng)在儲(chǔ)層內(nèi)大孔道中形成優(yōu)勢(shì)水通道，難以波及中小孔隙，導(dǎo)致剩余油主要賦存于中等孔隙，長(zhǎng)期水驅(qū)油對(duì)提高采收率有一定作用，亦可通過調(diào)剖、堵水等措施進(jìn)一步提高水驅(qū)油開發(fā)潛力。從圖1(b)可以看出，巖樣水驅(qū)過程中，T2譜右側(cè)不斷增加，表明中等孔隙和大孔隙驅(qū)油效率很高。水驅(qū)0.3 PV前，以小流速驅(qū)替，中等孔隙的油優(yōu)先被驅(qū)出，此時(shí)的驅(qū)油效率為47.03%。見水后增大驅(qū)替速度，大孔隙驅(qū)油效率有所增加，但是中等孔隙還是占主要地位。進(jìn)一步提高速度驅(qū)替后，仍然是中等孔隙占主要作用，驅(qū)替結(jié)束后驅(qū)油效率為58.84%。表明中等孔隙驅(qū)油效率很高。根據(jù)核磁共振分析，水驅(qū)油過程中等孔隙不斷升高，說明巖樣表現(xiàn)為水濕。對(duì)于中高滲油藏，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性強(qiáng)，使得中等孔隙驅(qū)油效率比大孔隙高。

(a) B井

(b) C井

3.3驅(qū)替倍數(shù)對(duì)驅(qū)替效率的影響

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

圖2 驅(qū)替倍數(shù)與采收率之間的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)于中高滲油藏，水驅(qū)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(qū)油后，對(duì)于A、C井，中等孔隙驅(qū)油效率高，大孔隙驅(qū)油效率低，剩余油主要分布在大孔隙內(nèi)。對(duì)于B井，大孔隙的驅(qū)油效率最高，遠(yuǎn)高于中小孔隙，表明注入水已經(jīng)在儲(chǔ)層內(nèi)大孔道中形成優(yōu)勢(shì)水通道，難以波及中小孔隙，導(dǎo)致剩余油分布在中等孔隙。A井驅(qū)油效率低于其他兩口井，因?yàn)锳井巖心疏松，水驅(qū)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(dǎo)致驅(qū)油效率低。

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

(3) 通過增加驅(qū)替倍數(shù)可以在一定程度上增加驅(qū)油效率，進(jìn)而增加油藏采收率通過。長(zhǎng)期水驅(qū)能明顯增加油田采收率，亦可通過調(diào)剖、堵水等措施，進(jìn)一步提高水驅(qū)油開發(fā)潛力。

[1] 趙俊威, 徐懷民, 徐朝暉,等. 中高滲油藏開發(fā)流體勢(shì)對(duì)剩余油分布控制機(jī)理[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 45(3):536-543.

[2] 王玉普, 劉義坤, 鄧慶軍. 中國陸相砂巖油田特高含水期開發(fā)現(xiàn)狀及對(duì)策[J]. 東北石油大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 38(1):1-9.

[3] 全洪慧, 朱玉雙, 張洪軍,等. 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與水驅(qū)油微觀滲流特征——以安塞油田王窯區(qū)長(zhǎng)6油層組為例[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2011, 32(6):952-960.

[4] 李海波, 郭和坤, 周尚文,等. 低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)剩余油核磁共振分析[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016(1):119-127.

[5] 丁景辰, 楊勝來, 聶向榮,等. 低滲-特低滲油藏油水相對(duì)滲透率及水驅(qū)油效率影響因素研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2013,36:10903-10907.

[6] 任大忠, 孫 衛(wèi), 趙繼勇,等. 鄂爾多斯盆地巖性油藏微觀水驅(qū)油特征及影響因素——以華慶油田長(zhǎng)8_1油藏為例[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 44(6):1043-1052.

[7] 王瑞飛, 呂新華, 國殿斌. 高壓低滲砂巖油藏儲(chǔ)層驅(qū)替特征及影響因素[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 43(3):1072-1079.

[8] 李海波, 郭和坤, 劉 強(qiáng),等. 致密油儲(chǔ)層水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014(12):4370-4376.

[9] 王學(xué)武, 楊正明, 李海波,等. 利用核磁共振研究特低滲透油藏微觀剩余油分布[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 21(4):702-709.

[10] 王瑞飛, 孫 衛(wèi). 特低滲透砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)影響驅(qū)油效率因素[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2010, 32(1):93-97.

[11] Coates G R, Xiao L, Prammer M G. NMR logging: principles and applications[M]. YN: Gulf Professional Publishing, 1999.

[12] Mitchell J, Gladden L F, Chandrasekera T C,etal. Low-field permanent magnets for industrial process and quality control[J]. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 2014, 76(76):1-60.

[13] 姚艷斌, 劉大錳. 基于核磁共振弛豫譜的煤儲(chǔ)層巖石物理與流體表征[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù), 2016(6):14-22.

[14] 王振華, 陳 剛, 李書恒,等. 核磁共振巖心實(shí)驗(yàn)分析在低孔滲儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2014, 36(6):773-779.

[15] 肖立志.核磁共振成像測(cè)井與巖石核磁共振及其應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社,1998.

[16] Hamada G, Abushanab M M. Better porosity estimate of gas sandstone reservoirs using density and NMR logging data[J]. Society of Petroleum Engineers, 2008, 13(3):47-54.

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(xiàng)資助項(xiàng)目(2017ZX05013-001)

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

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