鄂尔多斯盆地长6油层组储层水驱窜流影响因素实验研究

张宏强，张永强，张晓斌，张康

(中石油长庆油田分公司勘探开发研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710021)

董杰

(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)



鄂尔多斯盆地长6油层组储层水驱窜流影响因素实验研究

张宏强，张永强，张晓斌，张康

(中石油长庆油田分公司勘探开发研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710021)

董杰

(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)

依据鄂尔多斯盆地长6油层组储层的地质特征，研制了均质、非均质及裂缝型等3类模拟目标储层性质的人造岩心，并利用研制的储层模型开展了水驱窜流影响因素评价实验。实验可知，长6油层组储层受微观非均质性的影响，见水时间早且见水后含水率上升快，同时受微观非均质影响，驱油效率比中高渗透储层驱油效率低10%以上。岩心非均质程度增大，见水PV数逐渐减小，见水后含水上升快，当渗透率级差为50时，采收率比等渗透率均质油藏低12%。含裂缝的岩心中，注入水窜流严重，裂缝型特低渗油藏与同等渗透率均质油藏相比，采收率降幅近50%。

水窜；渗透率；非均质性；裂缝；见水时间；水驱采收率

鄂尔多斯盆地长6油层组储层是国内某油田的主力油层，该储层具有物性差、沉积矿物成熟度低、黏土含量高、孔喉细小、天然能量不足、非均质性严重、裂缝广泛发育等特点。该储层因非均质性严重、天然裂缝及人工裂缝普遍存在等原因，注入水极易窜流至生产井，致使油井见水时间早，见水后含水率上升迅速，甚至暴性水淹，若继续注水则注入水进入无效循环，难以波及进入致密基质，大部分原油滞留在其中无法采出。因此，影响特低渗储层水驱窜流主要因素的研究，对特低渗储层开发中预防、治理注水窜流及选择注水窜流后提高采收率技术具有重要意义[1～8]。笔者依据鄂尔多斯盆地长6油层组储层的储层特征，利用实验室现有技术研制了均质、非均质及裂缝型等三类模拟目标储层性质的人造岩心，并利用研制的人造岩心开展了水驱窜流影响因素评价实验。

1　岩心制备

由于低渗透储层具有孔喉结构复杂、黏土含量较高等特点，室内制备模拟该类储层性质的岩心难度大。笔者通过调整砂粒及黏土配比、岩心压制参数等分别研制了均质、非均质、裂缝型等3种低渗透岩心物理模型。

1.1低渗透均质物理模型

依据长6油层组储层孔隙度、渗透率、矿物组成等参数，分别设计压制均质岩心所需的砂粒粒径分布、黏土矿物组成及模型压制压力等。模型压制压力及气测渗透率如表1所示。不同渗透率模型的砂粒配比如图1所示。

表1　不同模型的压制压力及气测渗透率

图1　不同渗透率物理模型的砂粒配比

由表1、图1可知，气测渗透率为0.38mD的超低渗透岩心ZC1及气测渗透率为2.9mD的特低渗岩心ZC2的物理模型与渗透率分别为100mD和200mD的ZC5和ZC6相比，所需压制压力要高、砂粒粒径分布更为分散。均质低渗透人造岩心的研制过程也证实，仅提高压制压力难以压制出特低渗岩心，还需合理配比不同粒径砂粒，同时也证实低渗透储层与中高渗透储层相比，其砂粒分选性差，微观非均质性强。

1.2低渗透非均质物理模型

目前大多实验所用的非均质储层模拟装置为并联管装置，但该装置难以模拟层间的流体交换、层间压力耦合等客观现象，即并联管模拟装置仅能实现储层层间非均质性的模拟。例如，在并联管模型中模拟储层调剖，高渗层被封堵后，注入水无法进入高渗层，导致低渗层调剖后采收率高，整体评价效果偏好。为此，笔者研制了低渗透层内非均质物理模型，用于模拟低渗透储层水驱开发特征研究。

根据均质模型砂粒配比、压制力等参数与渗透率的关系，在压制力相同的情况下，设计非均质模型中各层渗透率的不同砂粒配比。将搅拌后的砂粒按照设计的各层厚度及韵律分布，分层装入岩心压制机模具中压制，待成型后取出放入烘箱中烘干，各渗透率层钻取岩心柱，测渗透率、孔隙度等参数。符合要求后，按照所需的岩心规格切割岩心，如图2所示。

图2　低渗透层内非均质物理模型

1.3低渗透裂缝型物理模型

裂缝在低渗透储层开发中有举足轻重的地位，为原油开采的主要通道，同时也是水窜发生的主要部位，故研究裂缝对低渗透储层开发的影响显得尤为重要。因此，有必要研制出与储层特点相似的低渗透裂缝型物理模型。

在压制裂缝性物理模型前，先压制高渗均质物理模型，并将其切割成极薄的片状预制裂缝板，压制裂缝岩心时，将预制裂缝板放置于低渗基质中并覆盖压制。制备的裂缝型物理模型如图3所示。利用该方法制作的非均质岩心，虽无法实现实际储层中渗透率逐渐变化的特性，但选取具有代表性的几类渗透率组成非均质模型也可得到更加贴近实际储层的实验结果。

图3　低渗透裂缝型物理模型

2　低渗透储层水驱窜流影响因素分析

2.1储层渗透率对窜流的影响

用前述低渗透均质物理模型的制备方法压制6组不同渗透率的均质岩心，其参数如表2所示。在模拟储层温度(50℃)下进行恒速水驱油实验，其水驱油动态图如图4所示。

表2　均质方岩心参数

分析图4可知，渗透率较低的岩心见水时间短，且见水后含水率上升快，而渗透率较高的岩心见水时间相对较长，且见水后含水率上升相对较慢。分析认为，导致低渗透岩心见水时间早、见水后含水率上升快的主要原因为低渗透岩心微观非均质性强。天然岩心矿物组分分析证实，低渗透储层砂粒磨圆度低，粒度分布宽，分选性差，黏土含量高。人工岩心压制过程中，压制特低渗储层物理模型时，只有砂粒粒径分布范围较宽，且添加黏土矿物后，才能压制出渗透率低于10mD以下的特低渗储层物理模型。因此也证实了储层的渗透率越低，微观非均质性越强。

由图4中各图对比可以看出，岩心渗透率越低，水驱油驱替压力梯度越高。岩心CQ-1(0.39mD)与岩心CQ-2(2.17mD)的水驱油压力梯度峰值分别高达179.84MPa/m和51.53MPa/m。分析认为，渗透率低于10mD的储层，孔喉细小，比表面积大，流体在细小孔喉流动阻力较高。同时，其孔喉比高，在水驱油过程中的流动附加阻力也高，带来的流动阻力更高。

图5为岩心水驱油时见水注入量与渗透率的关系图。由图5可知，岩心的见水PV数随渗透率的减小而降低，渗透率为0.39mD时，仅需0.26 PV的注入量。该现象说明在均质低渗透岩心模型中，渗透率越低见水时间越早，即注入水在均质模型中也会发生微观绕流，从而造成见水PV数远低于孔隙体积。

图4　不同渗透率岩心水驱油动态图

图5　不同渗透率岩心的见水注入量

图6　岩心渗透率对驱油效率的影响

图6为岩心渗透率对驱油效率的影响曲线，分析曲线趋势可知，岩心的驱油效率随岩心渗透率减小而减小。分析认为，由于低渗透储层水驱油过程中，因其严重的微观非均质性使得注入水易产生微观绕流，致使储层的见水时间较早，同时见水后含水率上升较快，驱油效率低。

2.2储层非均质性对窜流的影响

制备3块低渗透层内非均质岩心，其中低渗层的气测渗透率低于10mD，处于特低渗区。按照4.5cm×4.5cm×30cm规格切取非均质岩心，岩心参数见表3。按正韵律放置，高渗在下，低渗在上，在驱替速度恒定的条件下进行驱替实验。

表3　两层非均质岩心参数

图7为不同非均质程度的岩心的水驱动态，分析曲线趋势可知，非均质岩心FJ-2、FJ-3的见水时间明显早于均质岩心CQ-2的见水时间，注入水突破时的注入体积均小于0.3 PV，且见水后含水率迅速上升至80%以上；随着渗透率级差增大，其见水时间越早，见水后含水率上升越快；同时在基质渗透率不变的情况下，随渗透率级差的增大，岩心驱替压差明显降低。

图7　非均质岩心水驱动态

图8　不同非均质程度岩心的水驱见水注入量

图9　不同非均质程度岩心的水驱采收率

图10　裂缝性岩心LF-1开采动态

图8和图9为3块不同非均质程度的低渗透岩心的见水注入量和水驱最终采收率。由图8和图9可知，随着渗透率级差的增大，岩心见水时间缩短，水驱最终采收率减小。

2.3裂缝对低渗水窜的影响

制备基质渗透率为2.17mD的裂缝岩心LF-1，其基质渗透率与CQ-2渗透率相同。岩心规格为4.5cm×4.5cm×30cm。恒速驱替时驱油动态如图10所示。见水注入量约为0.2PV，最终采收率仅有23.6%，为同等渗透率的均质岩心CQ-2采收率的53%。如图11和图12所示。

裂缝性低渗透岩心见水较均质岩心大幅提前，但无水期的采收率对最终采收率贡献大。受裂缝窜流的影响，裂缝性岩心与同等渗透率均质岩心相比采收率降幅下降约50%。可见低渗储层水驱后，基质内仍残留有大量的剩余油，挖潜潜力巨大。

图11　裂缝性油藏与均质油藏的见水注入量对比

图12　裂缝性油藏与均质油藏的水驱采收率对比

3　结论

根据鄂尔多斯盆地长6油层组储层物性，研制了低渗均质、非均质及裂缝型储层物理模型，并利用研制的储层模型开展了水驱油实验，通过与中高渗透率储层模型水驱油动态对比，主要结论如下：

1) 低渗储层受微观非均质性影响，水驱见水时间早，且见水后含水率上升快。同时受微观非均质的影响，驱油效率低,比中高渗透油藏驱油效率低10 %以上。

2) 随非均质程度增强，见水PV数逐渐减小，见水后含水率上升快，当渗透率级差为50时，采收率比等渗透率均质油藏低12 %。

3) 含裂缝的岩心中，注入水窜流严重，裂缝型特低渗油藏与同等渗透率均质油藏相比，采收率降幅接近50 %。

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[编辑]黄鹂

2016-04-21

国家科技重大专项(2016ZX05050)。

张宏强(1963-)，男，工程师，主要从事油田化学及提高采收率方面的科研工作，zhq_cq@petrochina.com.cn。

TE312

A

1673-1409(2016)29-0043-06

[引著格式]张宏强，张永强，张晓斌，等.鄂尔多斯盆地长6油层组储层水驱窜流影响因素实验研究[J].长江大学学报(自科版),2016,13(29):43～48.