基于巖心的化學(xué)驅(qū)油效率研究

梁 斌

（中國石油大港油田分公司，天津 300280）

油田開發(fā)進(jìn)入三次采油階段，儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)、相滲特征以及驅(qū)油效率的研究一直是研究關(guān)注的熱點(diǎn)。研究手段主要是薄片鑒定、掃描電鏡[1-3]、壓汞曲線[4]、CT掃描成像技術(shù)[5-7]及穩(wěn)態(tài)法、非穩(wěn)態(tài)法相對滲透率曲線測定[8-10]等，對微觀孔隙結(jié)構(gòu)、空間連通關(guān)系及滲流特征進(jìn)行三維表征。由于不同沉積體系的儲層，其儲層分布及屬性特征存在差異，甚至同套儲層屬性在短距離范圍也會發(fā)生變化，因此針對不同油田、不同層系在開始三次采油方案研究前，首先應(yīng)對儲層進(jìn)行精細(xì)研究分析，對后期三次采油的驅(qū)替介質(zhì)的選擇、驅(qū)油效率分析及注采方案的優(yōu)化具有重要意義。本文基于港西油田三次采油區(qū)X井不同層系的密閉取心巖樣，通過對不同驅(qū)替介質(zhì)在不同的實(shí)驗(yàn)溫度、流體條件及儲層物性下的相對滲透率曲線進(jìn)行測定，分析對比相對滲透率曲線特征、不同驅(qū)替介質(zhì)的性能及巖心物性差異對驅(qū)油效率的影響。

1 儲層巖石學(xué)特征

應(yīng)用密閉取心技術(shù)對港西油田注聚試驗(yàn)區(qū)A井取心，巖樣為碎屑巖，壓實(shí)作用相對較弱，通過鑄體薄片資料分析，巖石碎屑顆粒整體分選性中-好，顆粒磨圓多呈次棱角-次圓狀，顆粒間接觸關(guān)系以點(diǎn)接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙型，各層位膠結(jié)作用主要表現(xiàn)均為泥質(zhì)膠結(jié)及碳酸鹽膠結(jié)。不同層段樣品，巖石的主要膠結(jié)作用類型和強(qiáng)弱存在差異。主要目的層明二9油組巖樣鑄體薄片（見圖1）分析為泥質(zhì)、鐵白云石、黃鐵礦膠結(jié)，局部可見高嶺石、白云石、石鹽充填孔隙。巖屑是構(gòu)架顆粒的主要組成部分，其含量為16%～37%。巖塊組合以巖漿巖巖塊、沉積巖巖塊為主，少量變質(zhì)巖巖塊。巖漿巖巖塊主要為中酸性噴出巖巖塊，含量為6%～22%。變質(zhì)巖巖塊主要為石英巖巖塊，含量為1%～5%，沉積巖巖塊主要為泥巖巖塊，含量為0～30%。局部層段可見少量云母碎片。石英含量為28%～36%，長石含量為35%～46%。填隙物主要見泥質(zhì)、鐵白云石和黃鐵礦。泥質(zhì)廣泛分布于顆粒接觸處，含量在3%～27%。鐵白云石斑塊狀孔隙式膠結(jié)碎屑顆粒，含量在1%～5%。黃鐵礦局部富集，團(tuán)塊狀膠結(jié)碎屑顆粒，含量在0～4%。局部層位發(fā)育少量白云石和高嶺石。掃描電鏡分析資料（見圖2）顯示巖石自生礦物主要是絲片狀伊蒙混層、高嶺石、菱鐵礦、白云石等。

圖1 1 067.83 m鑄體薄片F(xiàn)ig.1 1 067.83 m casting-thin-section

2 相滲與驅(qū)油效率關(guān)系分析

按照巖心取樣的地層深度和地層編號不同，將其分別拼接成長度不小于45 cm的長巖心，應(yīng)用恒速法水驅(qū)替至含水99%或不出油結(jié)束，驅(qū)替不少于50 PV，研究在不同的實(shí)驗(yàn)溫度和流體條件下，不同物性的巖心在不同驅(qū)替介質(zhì)下的滲流特征變化，從而得到長巖心的油水相滲曲線，獲得合理的束縛水飽和度值。相對滲透率曲線的測定方法較多，一般可以通過現(xiàn)場資料進(jìn)行推算獲取，而常用的是室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定，包括毛管壓力法、非穩(wěn)態(tài)法、穩(wěn)態(tài)法等，其中，大部分學(xué)者采用的都是可以通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)直接測量計(jì)算的穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。非穩(wěn)態(tài)法測定油-水相對滲透率曲線是以貝克萊-列維爾特一維兩相水驅(qū)油前緣推進(jìn)理論為出發(fā)點(diǎn)，并且忽略毛管壓力和重力作用，假設(shè)兩相流體不互溶且不可壓縮，而且?guī)r心內(nèi)任一橫截面的油水飽和度看成是均勻的。

圖2 1 055.89 m電鏡掃描圖Fig.2 1 055.89 m scanning electron microscopy

本次測定相對滲透率曲線應(yīng)用非穩(wěn)態(tài)法，通過產(chǎn)出液數(shù)據(jù)記錄，可以得到系列的瞬時(shí)產(chǎn)油率和產(chǎn)聚率，通過對產(chǎn)出液處理，得到累積產(chǎn)液量和累積產(chǎn)油量，通過J.B.N方法處理可以得到不同含水飽和度及對應(yīng)的相對滲透率。對比不同驅(qū)替介質(zhì)的性能差異和不同巖心物性對驅(qū)油效率的影響，對不同體系的相對滲透率曲線進(jìn)行測定，分析對比相對滲透率曲線特征，從而分析不同體系的滲流特征。

將長巖心飽和油以后，關(guān)閉巖心長夾持器兩端的水平閥，進(jìn)行巖心原油的老化，老化時(shí)間24 h，之后再將其接入驅(qū)替泵系統(tǒng)中，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度，將長巖心夾持器入口端接入含驅(qū)替介質(zhì)（聚合物溶液、聚表體系和堿聚表體系）的中間容器上，在泵上輸入驅(qū)替流速，開始進(jìn)行相滲實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)過程前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以整理，測得束縛水下油相滲透率、水驅(qū)前后液測滲透率、相滲不同時(shí)刻驅(qū)替壓力、出口油量、液量等參數(shù)及完整的油水相滲曲線，獲得合理的束縛水飽和度值。采用非穩(wěn)態(tài)法測定相對滲透率曲線，忽略了重力和毛管力作用，通過產(chǎn)出液數(shù)據(jù)記錄，可以得到系列的瞬時(shí)產(chǎn)油率和產(chǎn)聚率，通過對產(chǎn)出液處理，得到累積產(chǎn)液量和累積產(chǎn)油量，通過J.B.N方法處理可以得到不同含水飽和度及對應(yīng)的相對滲透率。

J.B.N方法，計(jì)算相對滲透率曲線方法如下：

出口端面含水飽和度：

式中：fo（SW）-含油率；（t）-無因次累積采油量；（t）-無因次累積采液量；I-相對注入能力，又稱流動能力比；Qo-初始時(shí)刻巖樣出口端面產(chǎn)油流量，（cm3/s）；Q（t）-t時(shí)刻巖樣出口端面產(chǎn)液流量，恒速法實(shí)驗(yàn)時(shí)Q（t）=Qo，（cm3/s）；ΔP0-初始驅(qū)動壓差，MPa；ΔP（t）-t時(shí)刻驅(qū)替壓差的數(shù)值，恒壓法實(shí)驗(yàn)時(shí) ΔP（t）=ΔP0，MPa；Sws-束縛水飽和度；Swe-巖樣出口端面含水飽和度。

為了對比不同巖心物性和不同驅(qū)替介質(zhì)的性能差異對驅(qū)油效率的影響，測定不同物性及介質(zhì)體系的相對滲透率曲線，分析對比相對滲透率曲線特征，從而分析不同體系的滲流特征，實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果（見表1）。實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2是對滲透率差異較大的兩塊巖心，在相滲的驅(qū)替條件下，分別應(yīng)用相同的聚合物、聚表二元體系溶液測定相對滲透率曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明滲透率高的巖心對應(yīng)的束縛水飽和度較低，高滲透巖心對應(yīng)的相滲曲線等滲點(diǎn)右移，說明高滲透巖心流體的流動能力強(qiáng)，殘余油飽和度較低。實(shí)驗(yàn)1高滲透較低滲透巖心驅(qū)油效率高4.83%，實(shí)驗(yàn)2高滲透較低滲透巖心驅(qū)油效率高2.05%。實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4是在相滲的驅(qū)替條件下，應(yīng)用不同的驅(qū)替介質(zhì)測定相對滲透率曲線。在巖心的滲透率和束縛水飽和度相差不大的條件下，驅(qū)替介質(zhì)表面活性劑、堿均具有降低了油水的界面張力，改變了巖石表面的潤濕性的作用，通過聚合物、聚表二元體系及聚表堿三元體系溶液相滲曲線參數(shù)對比，其驅(qū)油效率依次增高，使相滲曲線等滲點(diǎn)右移，殘余油飽和度更低。實(shí)驗(yàn)表明聚表二元體系驅(qū)油效率較聚合物高約3.0%，聚表堿三元體系驅(qū)油效率較聚合物高約7.86%。

表1 相滲曲線參數(shù)對比表Tab.1 Contrast table of phase penetration curve parameters

3 微觀刻蝕驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

將天然巖心切片分別進(jìn)行電鏡掃描和鑄體薄片分析，觀察天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鑄體薄片的孔隙分析，制作微觀仿真玻璃刻蝕模型，使微觀仿真玻璃模型的孔隙結(jié)構(gòu)與天然巖心的孔隙結(jié)構(gòu)基本相似（見圖3），使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有實(shí)際意義。

在明二9選取深度點(diǎn)1 067.83 m上刻相同孔隙結(jié)構(gòu)的5張微觀模型進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，分析驅(qū)油機(jī)理、驅(qū)油劑好壞以及轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)。方案1進(jìn)行水驅(qū)1 PV+1 PV聚驅(qū)+8 PV水，方案2進(jìn)行水驅(qū)1 PV+1 PV聚/表驅(qū)+8 PV水，方案3進(jìn)行水驅(qū)1 PV+1 PV聚/表/堿驅(qū)+8 PV水，方案4進(jìn)行水驅(qū)1.5 PV+1 PV聚驅(qū)+7.5 PV水，方案5進(jìn)行水驅(qū)1.5 PV+1 PV聚/表驅(qū)+7.5 PV水。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看（見表2），化學(xué)驅(qū)可以有效的提高驅(qū)油效率，由聚驅(qū)-二元驅(qū)-三元驅(qū)驅(qū)替效果逐漸變優(yōu)，方案3聚表堿三元驅(qū)油效果最好，最終采收率達(dá)到了71.46%。且相同的驅(qū)替方式，化學(xué)驅(qū)越早實(shí)施效果越好。從不同驅(qū)替方式的驅(qū)油機(jī)理分析，聚合物驅(qū)主要為擴(kuò)大波及面積，也具有提高吸油效率的作用；二元驅(qū)主要為聚合物擴(kuò)大波及和表活劑提高洗油效率的協(xié)同作用；三元驅(qū)中堿的加入強(qiáng)化了聚合物和表活劑的作用，使得驅(qū)油效率進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）滲透率差異較大的儲層，應(yīng)用相同的驅(qū)替介質(zhì)測定相對滲透率曲線，高滲透率巖心對應(yīng)的束縛水飽和度較低，其對應(yīng)的相滲曲線等滲點(diǎn)右移，說明流體的流動能力強(qiáng)，殘余油飽和度較低。在巖心的滲透率和束縛水飽和度相差不大的條件下，應(yīng)用不同的驅(qū)替介質(zhì)測定相對滲透率曲線，驅(qū)替介質(zhì)表面活性劑、堿均具有降低了油水的界面張力，改變了巖石表面的潤濕性的作用，其驅(qū)油效率依次增高，使相滲曲線等滲點(diǎn)右移，殘余油飽和度更低。

圖3 微觀刻蝕薄片顯微特征Fig.3 Microscopic characteristics of micro-etched sheets

表2 不同驅(qū)替方式的驅(qū)油效率對比表Tab.2 Oil displacement efficiency comparison table of different displacement methods

（2）化學(xué)驅(qū)可以有效的提高驅(qū)油效率，從不同驅(qū)替方式的驅(qū)油機(jī)理分析，聚合物驅(qū)主要為擴(kuò)大波及面積，也具有提高吸油效率的作用。二元驅(qū)主要為聚合物擴(kuò)大波及和表活劑提高洗油效率的協(xié)同作用；三元驅(qū)中堿的加入強(qiáng)化了聚合物和表活劑的作用，使得驅(qū)油效率進(jìn)一步提高。驅(qū)替效果由聚驅(qū)-二元驅(qū)-三元驅(qū)逐漸變優(yōu)，相同的驅(qū)替方式，化學(xué)驅(qū)越早實(shí)施效果越好。其中三元驅(qū)替介質(zhì)的兩相滲流區(qū)間最寬，殘余油飽和度最低，驅(qū)油效率最高，提高驅(qū)出程度35.4%。