水驅(qū)油傷害特征及驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

水驅(qū)油傷害特征及驅(qū)油效果評(píng)價(jià)

馬嶺油田以北的三個(gè)區(qū)域（木盆區(qū)）位于甘肅省環(huán)縣木盆市。它主要含油層系為侏羅系延安組的10儲(chǔ)層（y10），其次為9儲(chǔ)層（y9）。1999年以Y10為目的層,采用一套層系一套井網(wǎng)進(jìn)行注采同步開發(fā)。目前油井含水率上升較快,注水見效后很快進(jìn)入高含水階段,油井產(chǎn)量急劇下降。與投注初期相比,注水壓力升高,注水量下降。研究表明,木缽延10油層存在弱到中等程度的水敏,其他儲(chǔ)層傷害均較弱(如速敏、酸敏),但在水敏傷害條件下的微觀水驅(qū)油滲流特征及其對注水開發(fā)的影響尚不清楚。為此,利用由木缽延10油層巖心制作的真實(shí)砂巖模型,進(jìn)行了水敏傷害條件下的微觀水驅(qū)油滲流特征實(shí)驗(yàn)。1實(shí)驗(yàn)結(jié)果木缽延10油層屬構(gòu)造—巖性油藏,巖性為中—細(xì)粒長石質(zhì)石英砂巖;巖石顆粒分選性好;磨圓度為棱?次圓,粒徑較粗,以中砂為主。砂屑成分以石英為主(占69.3%),長石次之(占16.2%),巖屑含量8.1%,膠結(jié)物含量9.6%,其成分以粘土為主(占8%,其中高嶺土占2.3%,水云母占5.7%)。膠結(jié)類型以孔隙型、接觸?孔隙型為主。據(jù)鑄體薄片分析,平均孔隙半徑為62.31μm,平均喉道直徑為16.806μm,平均配位數(shù)為0.818。有效孔隙度為15.4%,滲透率為84.5×10-3μm2。原油粘度(50℃)為6.3mPa·s,地層水的礦化度為20.607g/L,注入水的礦化度為2.182g/L。2儲(chǔ)層巖石儲(chǔ)層精細(xì)模型利用木缽延10油層的真實(shí)砂巖模型進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。真實(shí)砂巖模型(1997,西北大學(xué)地質(zhì)系獲國家專利)是由實(shí)際巖心經(jīng)切片、磨平、粘貼在兩片玻璃之間制作而成的,它保留了儲(chǔ)層巖石本身的孔隙結(jié)構(gòu)特征、巖石表面物理性質(zhì)及部分填隙物。利用真實(shí)砂巖模型實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是,可以通過顯微鏡和圖像采集系統(tǒng)直接觀察流體在實(shí)際油層巖石孔隙空間的滲流特征。研究中所使用的油是依據(jù)實(shí)際原油的性質(zhì),采用機(jī)械泵油加煤油配制而成,粘度為6.3mPa·s。油中加入了少量油溶紅,呈紅色;研究中使用的地層水為實(shí)際地層水,使用的注入水是用實(shí)際的注入水或蒸餾水來代替。注入水中一般加入少量甲基蘭,因而呈蘭色。為了獲悉在水敏傷害時(shí)的水驅(qū)油特征,設(shè)計(jì)了單模型、雙模型和組合模型3種類型實(shí)驗(yàn)。2.1驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)研究單模型實(shí)驗(yàn)的步驟是:(1)對單個(gè)模型首先進(jìn)行抽真空、飽和地層水處理。(2)在一定壓力下繼續(xù)飽和地層水,同時(shí)測定模型的滲透率。(3)進(jìn)行一次油驅(qū)地層水實(shí)驗(yàn),觀察油驅(qū)地層水特征,統(tǒng)計(jì)原始含油飽和度Soi。(4)進(jìn)行地層水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),尋找入口壓力,觀察無水敏傷害時(shí)的地層水驅(qū)油特征,統(tǒng)計(jì)不同壓力下的驅(qū)油效率。(5)進(jìn)行二次油驅(qū)地層水實(shí)驗(yàn),壓力基本與一次油驅(qū)地層水相同,統(tǒng)計(jì)原始含油飽和度,并且通過掃描照相來比較兩次飽和油的狀況。(6)進(jìn)行注入水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),尋找入口壓力,觀察有水敏傷害時(shí)的注入水驅(qū)油特征,統(tǒng)計(jì)不同壓力下的驅(qū)油效率,并且通過掃描照相來比較兩次水驅(qū)油的差異。單模型實(shí)驗(yàn)的目的是:在相同的孔隙結(jié)構(gòu)下,比較無水敏傷害時(shí)地層水驅(qū)油和有水敏傷害時(shí)注入水驅(qū)油特征,以及比較兩者的驅(qū)油效率。由于木缽延10油層的平均孔隙、平均喉道均較粗,加之該油層巖石水驅(qū)油之后殘余油的特點(diǎn)(幾乎沒有非連續(xù)狀殘余油),保證了一次和二次飽和油的狀況基本一致,使地層水驅(qū)油和注入水驅(qū)油后的結(jié)果具有可比性。2.2驗(yàn)步驟及驗(yàn)證將同一塊巖樣并行制作成兩塊真實(shí)砂巖模型,對其中一塊模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的步驟與單模型完全相同,另一塊模型的實(shí)驗(yàn)步驟是按照單模型實(shí)驗(yàn)步驟中的(1)、(2)、(3)、(6)步驟進(jìn)行的。兩塊模型在水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中的壓力大小及加壓方式相同。設(shè)計(jì)雙模型實(shí)驗(yàn)旨在比較兩塊模型在孔隙結(jié)構(gòu)、粘土礦物種類含量等相似的情況下,一塊有水敏、一塊無水敏時(shí)的水驅(qū)油特征及驅(qū)油效率的差異,同時(shí)進(jìn)行兩次水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的模型還可以達(dá)到單模型實(shí)驗(yàn)的目的。2.3組合模型驅(qū)油效果測試進(jìn)行一組組合模型實(shí)驗(yàn)(圖1),共3塊模型,它們的編號(hào)為木18957、木189155、木18946,它們的滲透率分別為83×10-3μm2、17.8×10-3μm2、7.7×10-3μm2。組合模型實(shí)驗(yàn)的步驟是:(1)分別將組合模型中的各模型進(jìn)行抽真空飽和地層水處理。(2)分別將組合模型中的各模型在一定壓力下繼續(xù)注入地層水,同時(shí)測定各模型的滲透率。(3)分別進(jìn)行一次油驅(qū)地層水實(shí)驗(yàn),觀察油驅(qū)水特征,統(tǒng)計(jì)各模型的原始含油飽和度Soi。(4)組合在一起同時(shí)進(jìn)行地層水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),觀察無水敏傷害時(shí)的地層水驅(qū)油特征,統(tǒng)計(jì)不同壓力下各模型的驅(qū)油效率。(5)分別將組合模型中的各模型進(jìn)行二次油驅(qū)地層水實(shí)驗(yàn),壓力基本與一次油驅(qū)地層水相同,統(tǒng)計(jì)各模型的原始含油飽和度,并且通過掃描照相來比較兩次飽和油的狀況。(6)組合在一起同時(shí)進(jìn)行注入水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),觀察有水敏傷害時(shí)注入水驅(qū)油特征,統(tǒng)計(jì)不同壓力下各模型的驅(qū)油效率,并且通過掃描照相來比較兩次水驅(qū)油特征的差異。組合模型中的各模型之間的滲透率是不同的,這是對油層在宏觀縱向和平面上非均質(zhì)性的很好模擬。所以,本次研究設(shè)計(jì)的組合模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),也能從一個(gè)側(cè)面反映在水敏傷害條件下儲(chǔ)層內(nèi)宏觀的水驅(qū)油特征。3對水的過敏損傷3.1入口壓力與滲透率的關(guān)系水驅(qū)油的入口壓力是指注入水開始穩(wěn)定進(jìn)入巖石的最小壓力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出(圖2),在相同的孔隙結(jié)構(gòu)條件下,礦化度較低的注入水驅(qū)油時(shí)的入口壓力均大于地層水驅(qū)油時(shí)的入口壓力。這種情況表明,在注入水驅(qū)油時(shí),注入水還沒有正式進(jìn)入巖石時(shí)已使與之相接觸的粘土礦物發(fā)生膨脹,減小了孔道半徑,造成注入水驅(qū)油時(shí)要在較高的入口壓力下方可進(jìn)入,即在水敏傷害時(shí)水驅(qū)油的入口壓力較無水敏傷害時(shí)入口壓力要大。據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,兩者之差平均為0.0265MPa。在油田注水開發(fā)中則表現(xiàn)為:注入水還沒有真正進(jìn)入巖石時(shí),在井口附近就已經(jīng)產(chǎn)生了傷害,并且還將隨著注入水的不斷注入,水敏傷害愈加嚴(yán)重,注水則愈加困難。入口壓力與滲透率密切相關(guān),一般滲透率越大,孔道越寬,入口壓力也就越低。本次實(shí)驗(yàn)研究也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn),無論是地層水驅(qū)油,還是注入水驅(qū)油,入口壓力均與滲透率呈反比(圖3)。但在這里要關(guān)注的是,地層水和注入水驅(qū)油時(shí)入口壓力與滲透率關(guān)系的相關(guān)程度,雖然它們均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但它們的相關(guān)系數(shù)依次減小。這說明了水敏傷害時(shí),由于傷害造成孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,將可能使常規(guī)的一般規(guī)律變得不明顯。在工作中應(yīng)當(dāng)注意到這一點(diǎn),以免按常規(guī)規(guī)律處理問題,給生產(chǎn)造成誤導(dǎo)。當(dāng)然,圖3中數(shù)據(jù)點(diǎn)還不夠多,所得認(rèn)識(shí)還有待在以后的工作中進(jìn)一步驗(yàn)證。3.2孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性及區(qū)域差異油水兩相在孔道中的驅(qū)替方式可以有兩種,活塞式和非活塞式。影響油水兩相驅(qū)替方式有多種因素,例如孔隙結(jié)構(gòu)特征、巖石表面的潤濕性、注入速度等?？紫督Y(jié)構(gòu)是影響兩相驅(qū)替方式的主要因素,其中孔道的形狀和尺寸影響較大。一般來說,孔道越規(guī)則、孔道半徑越小、巖石表面親水性越弱、注入速度越大,則在水驅(qū)油時(shí)越易發(fā)生活塞式水驅(qū)油。從壓汞及鑄體薄片可以了解到,木缽延10油層的孔隙、喉道較粗,平均孔隙半徑為62.31μm,平均喉道半徑為8.4μm;膠結(jié)類型以孔隙型、接觸?孔隙型為主,孔隙喉道較規(guī)則。據(jù)吸入法測定,木缽延10油層潤濕性是親水的。相對滲透率曲線也可以反映儲(chǔ)層的潤濕情況。據(jù)木缽延10油層的相對滲透率曲線特征判斷,木缽延10油層潤濕性也是親水的。根據(jù)上述情況推測,木缽延10油層水在孔道中的驅(qū)油方式可能是非活塞式的。但實(shí)驗(yàn)觀察表明,無論是地層水驅(qū)油,還是注入水驅(qū)油,其驅(qū)替方式均為活塞式,并且水所到達(dá)之處均將油驅(qū)得較為干凈。分析其原因,影響兩相驅(qū)替方式的因素中,除孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性因素外,還有流體的注入速度,當(dāng)注入速度較大時(shí),粘滯力增強(qiáng),使毛細(xì)管力所起的作用減弱。當(dāng)水欲在毛細(xì)管力較大的孔道兩側(cè)邊緣夾縫處快速前進(jìn)時(shí)[圖4(a)],在足夠的外力下使孔道中央的油水界面也快速地趕上孔道兩側(cè)的油水界面[圖4(b)],即出現(xiàn)了?所觀察到的活塞式水驅(qū)油方式。從水在孔道中的驅(qū)油方式來看,木缽延10油層保持一定的注水速度對提高驅(qū)油效率是有利的。注入水在整個(gè)巖石孔隙網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)情況與孔隙結(jié)構(gòu)及注入流體類型關(guān)系密切。在孔隙網(wǎng)絡(luò)中為地層水驅(qū)油時(shí),地層水常常以多條通道較均勻地前進(jìn);但當(dāng)用注入水驅(qū)油時(shí),水流通道有所減少,并且前進(jìn)路線也不均勻。3.3殘余油類型單調(diào)木缽延10油層在有水敏傷害及無水敏傷害條件下經(jīng)微觀水驅(qū)油后,殘余油的類型是一樣的,并且類型比較單調(diào)。主要為大繞流或小繞流而形成的簇狀殘余油,少量為膜狀殘余油,珠狀、滴狀及鎖狀的非連續(xù)殘余油幾乎不存在,只在模型出口處可偶爾見到。分析表明,木缽延10油層在親水條件下的活塞式驅(qū)替方式是造成油層殘余油類型單調(diào)的主要原因。另外,當(dāng)孔隙結(jié)構(gòu)相同或相近時(shí),無水敏傷害水驅(qū)油后,殘余油多為小繞流形成的殘余油,簇狀油塊也較小;而有水敏傷害水驅(qū)油后,殘余油多為大繞流形成的殘余油,簇狀油塊也較大。3.4地層水驅(qū)油效率與注水壓力單模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的孔隙結(jié)構(gòu)下,地層水驅(qū)油較注入水驅(qū)油的驅(qū)油效率普遍要高,最大相差6.16%,最終驅(qū)油效率平均相差4.33%。雙模型實(shí)驗(yàn)也表明,在相似的孔隙結(jié)構(gòu)特征、填隙物含量和礦物成分下,地層水驅(qū)油效率也較注入水驅(qū)油效率要高,兩者最終驅(qū)油效率相差可達(dá)13.82%,平均驅(qū)油效率相差13.1%。由組合模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出(圖5),在低壓下(p=0.0072MPa)組合模型中的每個(gè)模型均表現(xiàn)為地層水的驅(qū)油效率較高,注入水的驅(qū)油效率較低。如18957模型在壓力為0.0072MPa時(shí),地層水驅(qū)油效率為39.6%,另兩個(gè)模型在該壓力下的地層水驅(qū)油效率分別為36.5%、47.2%;在同樣壓力下,18957模型的注入水驅(qū)油效率為24.6%,而另兩個(gè)模型在該壓力下注入水的驅(qū)油效率均為0%。所以在壓力為0.0072MPa時(shí),組合模型的平均地層水驅(qū)油效率為41.33%,平均注入水驅(qū)油效率為24.6%,兩者相差16.73%,大于單模型和雙模型實(shí)驗(yàn)中兩者的差距。這些情況表明,組合模型實(shí)驗(yàn)中,在較低壓力下地層水的驅(qū)油效率大大高于注入水的驅(qū)油效率。如果將組合模型視為儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)模型的一個(gè)縮影的話,從中還可以看出,在低壓下地層水驅(qū)油時(shí)3塊模型均被波及,而在相同條件下注入水驅(qū)油時(shí)只波及到了一個(gè)模型。也就是說,水敏傷害不但降低了驅(qū)油效率,而且還降低了波及系數(shù),這將對油層采收率有很大的影響。另外還可看出,當(dāng)壓力升高時(shí),組合模型中的每個(gè)模型地層水驅(qū)油效率與注入水驅(qū)油效率差距均大大減小,組合模型的平均地層水驅(qū)油效率與注入水驅(qū)油效率也接近,甚至前者還較后者低0.33%,說明提高壓力可以大大削弱水敏傷害對油層采收率的影響。但在油田生產(chǎn)中若無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)中的較高壓力時(shí),則水敏傷害將嚴(yán)重地影響油層采收率。4影響驅(qū)油效率的因素4.1木18.4模型儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性與油層采收率密切相關(guān),孔隙結(jié)構(gòu)的微觀非均質(zhì)性影響微觀的水驅(qū)油效率,宏觀非均質(zhì)性影響水驅(qū)油的宏觀波及系數(shù)。例如,組合模型中的木18957與木18946模型,在進(jìn)行并聯(lián)地層水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí),地層水率先進(jìn)入滲透率較高的木18957模型,且水的前進(jìn)速度較快;地層水進(jìn)入滲透率較低的木18946模型較晚,且水的前進(jìn)速度較慢。但由于木18957模型巖石顆粒大小不均,孔隙結(jié)構(gòu)微觀非均質(zhì)性強(qiáng),地層水進(jìn)入后繞流嚴(yán)重,見水較快,因而驅(qū)油效率較低,最終驅(qū)油效率為42%。而木18946模型巖石顆粒大小較均勻,孔隙結(jié)構(gòu)微觀非均質(zhì)性較弱,地層水較均勻地進(jìn)入孔隙空間,見水較慢,驅(qū)油效率較高,最終驅(qū)油效率為65%。儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的宏觀非均質(zhì)性將影響水驅(qū)油的宏觀波及系數(shù),如組合模型在壓力為0.0072MPa時(shí),地層水進(jìn)入了3個(gè)模型,波及系數(shù)為1.0;在同樣壓力下注入水驅(qū)油時(shí),注入水只進(jìn)入其中的一個(gè)模型,此時(shí)的波及系數(shù)為0.33。產(chǎn)生波及系數(shù)差異的根本原因,是由于注入水驅(qū)油時(shí)水敏傷害造成孔隙結(jié)構(gòu)的宏觀非均質(zhì)性加強(qiáng),各模型的吸水能力差距加大,注入水的波及系數(shù)也就減小。4.2不同類型實(shí)驗(yàn)下驅(qū)油效率比較實(shí)驗(yàn)表明,由于水敏傷害加劇了孔隙結(jié)構(gòu)微觀和宏觀的非均質(zhì)程度,注入水驅(qū)油過程中水流孔道減小,注入水繞流加重,繞流殘余油也增多,驅(qū)油效率及波及系數(shù)降低,嚴(yán)重地影響了油層采收率。統(tǒng)計(jì)表明,由于水敏傷害使單模型(孔隙結(jié)構(gòu)相同)驅(qū)油效率平均降低了4.33%,雙模型(孔隙結(jié)構(gòu)相似)驅(qū)油效率平均降低了13.1%,組合模型(非均質(zhì)模型)在低壓下平均驅(qū)油效率降低了16.73%,綜合評(píng)價(jià)水敏傷害前后驅(qū)油效率相差16.73%。由于實(shí)際注水開發(fā)中儲(chǔ)層非均質(zhì)的存在是絕對的,故認(rèn)為采取非均質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)所得的水敏傷害前后的驅(qū)油效率相差較為合理。若將3類實(shí)驗(yàn)水敏傷害前后的驅(qū)油效率之差平均,則為11.35%。從組合模型實(shí)驗(yàn)還可以看出,由于水敏傷害加劇了儲(chǔ)層的“宏觀”非均質(zhì)性,降低了注入水的縱、橫波及系數(shù),從而降低了油層的采收率。如在組合模型實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)壓力為0.0072MPa時(shí),無水敏傷害時(shí)地層水驅(qū)油時(shí)波及系數(shù)為1.0(3/3),而水敏傷害時(shí)注入水驅(qū)油時(shí)波及系數(shù)為0.33(1/3)。從而不難算出,水敏傷害使油層采收率下降了11.21%(若驅(qū)油效率下降率取11.35%,則采收率下降了7.60%)。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中,水敏傷害使采收率的降低程度可能比實(shí)驗(yàn)所推算的結(jié)果小。其原因是:①實(shí)驗(yàn)中為了便于觀察,部分實(shí)驗(yàn)使用蒸餾水替代了實(shí)際注入水,使傷害程度較實(shí)際結(jié)果大,最終計(jì)算的水敏傷害造成的驅(qū)油效率降低率也就可能偏大;②由于油層非均質(zhì)性是普遍存在的,在無水敏傷害時(shí),油層中實(shí)際的水驅(qū)油波及系數(shù)不可能是1.0,所以水敏傷害造成的波及系數(shù)降低程度也偏大。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,水敏傷害降低油層采收率是無疑的,這在油田開發(fā)中是值得注意的。4.3壓力對驅(qū)油效果的影響實(shí)驗(yàn)研究表明,隨著壓力的提高,地層水驅(qū)油效率和注入水驅(qū)油效率均提高,改善了開采效果,但壓力施加不當(dāng)則會(huì)降低開采效果的改善程度。如木189155模型的孔隙結(jié)構(gòu)較其他模型均勻(據(jù)壓汞、鑄體及砂巖模型的鏡下觀察),但由于開始時(shí)水驅(qū)油壓力過高,使得水在孔道中以最短的路線快速前進(jìn),最終驅(qū)油效果比孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較強(qiáng)、驅(qū)替壓力較低的模型還差,這種情況說明了壓力施加不當(dāng)會(huì)影響驅(qū)油效果的改善程度。另外,在組合模型實(shí)驗(yàn)中,原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加壓方案是0.0072MPa至0.015MPa,再至0.03MPa,且原計(jì)劃無論是地層水驅(qū)油還是注入水驅(qū)油,均將采取這一加壓方案,以比較有水敏傷害與無水敏傷害時(shí)驅(qū)油特征的差異。注入水驅(qū)油時(shí)成功地采取了上述加壓方案,但在地層水驅(qū)油時(shí),實(shí)際的壓力是由0.0072MPa直接升至0.03MPa,加壓方式是驟然的;而注入水驅(qū)油時(shí),壓力是由0.0072MPa先升至0.015MPa,再升至0.03MPa,加壓方式是逐漸的。實(shí)驗(yàn)證明,逐漸升壓比驟然升壓驅(qū)油效率要高,有的驅(qū)油效率甚至高出10%。在本組合模型實(shí)驗(yàn)中,注入水驅(qū)油與地層水驅(qū)油過程中,其他條件均相同,只有加壓方式不同。前者是逐漸升壓,后者是驟然升壓,并且前者還存在水敏傷害的不利條件,但組合模型的最終平均驅(qū)油效率前者還較后者高出2.1%(圖5)。由此可見,加壓方式起到了不可忽視的作用。所以說,提高壓力無疑會(huì)改善開采效果,但壓力施加不當(dāng)則會(huì)降低驅(qū)油效果的改善程度。再者,油層潤濕性、注入水的注入倍數(shù)和巖石物