陳丹磬 李金宜 朱文森 信召玲

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

海上疏松砂巖稠油油藏水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究*

陳丹磬 李金宜 朱文森 信召玲

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

陳丹磬,李金宜,朱文森，等.海上疏松砂巖稠油油藏水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)海上油氣，2016,28(5)：54-60.

Chen Danqing,Li Jinyi,Zhu Wensen,et al.Experimental research on reservoir parameters variation after water flooding for offshore unconsolidated sandstone heavy oil reservoirs[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):54-60.

以渤海Q油田為目標(biāo)，對(duì)海上疏松砂巖稠油油藏進(jìn)行了基于物性特征的巖石物理相類型劃分，利用密閉取心資料對(duì)不同巖石物理相不同水淹級(jí)別儲(chǔ)層開展了系統(tǒng)的巖性、物性、電性參數(shù)變化規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明：水驅(qū)后海上稠油油田疏松砂巖儲(chǔ)層粒度中值增大，泥質(zhì)含量下降，儲(chǔ)層粒度非均質(zhì)性增強(qiáng)；孔隙度增加幅度較小，滲透率明顯增大，儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性增強(qiáng)；隨著驅(qū)替倍數(shù)增加，巖心電阻率下降，飽和度指數(shù)n值下降且呈明顯的兩段式。本文研究結(jié)果可以更好地指導(dǎo)海上稠油油田注水開發(fā)，能夠?yàn)橛吞锞C合調(diào)整井復(fù)雜水淹層測(cè)井定量解釋提供參考依據(jù)。

稠油油藏；疏松砂巖；水驅(qū)；儲(chǔ)層參數(shù)；巖石物理相；渤海油田

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)陸上油田水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律及機(jī)理開展了相關(guān)研究，認(rèn)為影響水驅(qū)前后儲(chǔ)層參數(shù)變化的因素較多，儲(chǔ)層本身的宏觀物性和微觀孔喉特征的差異及注水水質(zhì)都會(huì)對(duì)水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)的變化產(chǎn)生影響[1-5]。由于海上油田取心成本高，可用巖心資料較少，目前針對(duì)海上油田水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律研究的文獻(xiàn)相對(duì)較少。例如，史長(zhǎng)林 等[6]對(duì)渤海古近系中孔中滲河流相砂巖儲(chǔ)層的固結(jié)巖心開展研究后認(rèn)為，滲透率在500 mD以下的儲(chǔ)層水驅(qū)后滲透率變小，平均孔喉半徑和汞飽和度中值半徑都減??；胡治華 等[7]對(duì)渤海高孔中高滲疏松砂巖儲(chǔ)層巖心開展研究后認(rèn)為，長(zhǎng)期水驅(qū)后高滲透儲(chǔ)層滲透率增加，大孔隙的數(shù)量逐漸增多，低滲透儲(chǔ)層孔隙度、滲透率減小，儲(chǔ)層層間矛盾日益突出。但這些研究并未考慮儲(chǔ)層本身性質(zhì)的差異性。渤海油田稠油產(chǎn)量占比較大，其主力油田均為中高滲透率的砂巖稠油油藏。因此，本文以渤海Q油田疏松砂巖稠油油藏為目標(biāo)，開展基于巖石物理相劃分的水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，分析疏松砂巖儲(chǔ)層性質(zhì)的差異性對(duì)水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化的影響，以更好地指導(dǎo)該地區(qū)疏松砂巖稠油油田的注水開發(fā)，為海上稠油油田綜合調(diào)整井的縱向復(fù)雜水淹層測(cè)井定量解釋提供參考依據(jù)。

1 巖石物理相劃分

渤海在生產(chǎn)稠油油田主力產(chǎn)油層經(jīng)過(guò)多年的注水開采都有不同程度的水淹，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)整井合理井網(wǎng)及進(jìn)一步挖潛剩余油的目的，進(jìn)行水淹層評(píng)價(jià)就顯得十分重要。由于水淹層評(píng)價(jià)的目的就是要找到剩余油分布的規(guī)律，而儲(chǔ)層的水淹規(guī)律一般會(huì)受到巖石物理參數(shù)的影響，不同的巖石物理相往往會(huì)受到礦物成份和孔喉結(jié)構(gòu)的控制,因此可以根據(jù)孔喉特征將厚層劃分出多個(gè)內(nèi)部特征相似的相對(duì)均質(zhì)的巖石物理相。

由修正的Carmen-kozeny方程可知[8]

(1)

(2)

(3)

(4)

FZI是一個(gè)把巖石結(jié)構(gòu)和礦物地質(zhì)特征、孔喉特征等結(jié)合起來(lái)的綜合判定參數(shù)，可以用其較準(zhǔn)確地描述油藏的非均質(zhì)特征。將式(4)兩邊取對(duì)數(shù)，可得

lgRQI=lgφz+lgFZI

(5)

表1 渤海Q油田巖石物理相分類標(biāo)準(zhǔn)

圖1 渤海Q油田巖石物理相劃分結(jié)果

2 水驅(qū)后儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

2.1 巖性參數(shù)變化規(guī)律

利用粒度分析、X-衍射和鑄體薄片資料，重點(diǎn)研究水驅(qū)后儲(chǔ)層粒度中值和泥質(zhì)含量的變化規(guī)律。以Q油田密閉取心井A井樣品為例，該井共完成43組激光粒度測(cè)試與5組X-衍射實(shí)驗(yàn)，疏松砂巖儲(chǔ)層主要為細(xì)砂巖和中砂巖互層。

對(duì)比未水淹儲(chǔ)層樣品與水淹段儲(chǔ)層樣品的巖性參數(shù)(圖2、表2)可知，該井在水驅(qū)開發(fā)過(guò)程中疏松砂巖粒度中值上升，泥質(zhì)含量下降，其中Ⅰ類巖石物理相樣品水淹后巖性參數(shù)變化最為顯著，Ⅱ類巖石物理相樣品水淹后巖性參數(shù)變化幅度較小，而Ⅲ類巖石物理相儲(chǔ)層樣品基本未水淹。分析認(rèn)為， 在注水開發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的砂巖微粒遷移現(xiàn)象使得粒度較小的顆粒隨著注入水移動(dòng)，造成了開發(fā)過(guò)程中地層出砂等現(xiàn)象，反映在粒度分析數(shù)據(jù)上即產(chǎn)生了水淹段儲(chǔ)層粒度中值增大、泥質(zhì)含量降低的現(xiàn)象。

圖2 渤海Q油田A井粒度中值-泥質(zhì)含量關(guān)系

表2 渤海Q油田A井未水淹及水淹儲(chǔ)層巖性參數(shù)對(duì)比

圖3為該井某小層Ⅰ類巖石物理相中不同水淹程度代表性樣品粒度分布，可以看出，隨著水淹程度的增加，粒度分布有增大趨勢(shì)，由細(xì)砂向中粗砂變化。比較粒度非均質(zhì)性參數(shù)可知，標(biāo)準(zhǔn)偏差變大，分選系數(shù)增大。

圖3 渤海Q油田A井某小層Ⅰ類巖石物理相未水淹及水淹樣品粒度分布

另外，鏡下觀察發(fā)現(xiàn)該井水淹段形成較為明顯的竄流通道，同時(shí)水淹段儲(chǔ)層孔隙喉道中出現(xiàn)了粘土礦物堆積的現(xiàn)象(圖4)，這是因?yàn)槭杷缮皫r油藏在水驅(qū)開發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的砂巖微粒遷移對(duì)儲(chǔ)層巖性參數(shù)變化產(chǎn)生了重要影響：一方面砂巖微顆粒被沖刷淘空形成大孔道,即所謂“管涌”現(xiàn)象；另一方面砂巖微顆粒被較細(xì)小的孔隙喉道捕獲形成地層“堵塞”現(xiàn)象[9]。

圖4 渤海Q油田A井水淹段儲(chǔ)層樣品鏡下照片

2.2 物性參數(shù)變化規(guī)律

Q油田A井共完成巖心常規(guī)分析185組。對(duì)比未水淹與水淹段儲(chǔ)層樣品的物性參數(shù)(圖5、表3)可知，該井在水驅(qū)開發(fā)過(guò)程中疏松砂巖儲(chǔ)層物性參數(shù)發(fā)生變化，水淹后孔隙度略有上升，滲透率明顯上升，其中Ⅰ類巖石物理相樣品物性參數(shù)變化最為顯著(水淹后物性非均質(zhì)性有所增強(qiáng))，Ⅱ類巖石物理相樣品物性參數(shù)變化幅度較小，而Ⅲ類巖石物理相樣品基本未水淹。

分析認(rèn)為，儲(chǔ)層中被膠結(jié)的粘土礦物顆?；蛞栏接诳紫秲?nèi)表面的松散顆粒在流體的沖刷下被運(yùn)移,或被更細(xì)小的孔隙喉道捕獲，造成滲透率變化[10]，其中低滲透儲(chǔ)層的速敏性一般會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率的下降，而高孔高滲的疏松砂巖儲(chǔ)層速敏性會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率的上升。根據(jù)該井儲(chǔ)層速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖6)，隨著流速增加，儲(chǔ)層滲透率不斷上升，屬于增滲速敏，其中物性好的儲(chǔ)層滲透率上升幅度大于物性較差的儲(chǔ)層。這種現(xiàn)象加劇了儲(chǔ)層物性的非均質(zhì)性，使得滲透率級(jí)差、突進(jìn)系數(shù)等非均質(zhì)參數(shù)隨著水淹程度的增大而增大。

圖5 渤海Q油田A井孔隙度-滲透率關(guān)系

表3 渤海Q油田A井未水淹及水淹儲(chǔ)層物性參數(shù)對(duì)比

圖6 渤海Q油田A井速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 電性參數(shù)變化規(guī)律

在油田長(zhǎng)期水驅(qū)開發(fā)過(guò)程中,注入水使儲(chǔ)層中混合地層水的特性發(fā)生復(fù)雜變化而導(dǎo)致測(cè)井響應(yīng)不同，而不同物性的儲(chǔ)層又表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,直接影響水淹層評(píng)價(jià)和解釋的可靠性[11]。油田開發(fā)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及巖心實(shí)驗(yàn)均表明，水淹過(guò)程中儲(chǔ)層電阻率隨含水飽和度的增加呈下降趨勢(shì)[12-13]。本文主要根據(jù)巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析水驅(qū)過(guò)程中巖心電阻率的變化規(guī)律。對(duì)比Q油田A井不同巖石物理相樣品巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖7)可以發(fā)現(xiàn)，Ⅰ類巖石物理相初始電阻率較高，水驅(qū)過(guò)程中明顯下降，巖心電阻率下降過(guò)程中存在明顯的拐點(diǎn)，過(guò)了拐點(diǎn)后電阻率變化趨勢(shì)明顯變緩，弱—中水淹對(duì)應(yīng)的含水飽和度為55%～70%；Ⅱ類巖石物理相初始電阻率較低，弱—中水淹對(duì)應(yīng)的含水飽和度為45%～65%，巖心電阻率下降過(guò)程中同樣存在明顯的拐點(diǎn)。

圖7 渤海Q油田A井巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)阿爾奇公式，以電阻率拐點(diǎn)為分界點(diǎn)，分段求取巖性系數(shù)b值和飽和度指數(shù)n值，繪制雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)電阻率放大率I與含水飽和度Sw關(guān)系圖(圖8)，Q油田A井在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到該井不同巖石物理相樣品的巖電實(shí)驗(yàn)n值(表4)。從表4可以看出，拐點(diǎn)之后b值上升、n值下降，Ⅰ類巖石物理相樣品飽和度指數(shù)n值普遍高于Ⅱ類巖石物理相。

圖8 渤海Q油田A井電阻率放大率與含水飽和度交會(huì)圖

3 結(jié)論

基于物性特征對(duì)渤海Q油田疏松砂巖稠油油藏進(jìn)行了巖石物理相劃分，并利用密閉取心資料對(duì)不同巖石物理相不同水淹級(jí)別儲(chǔ)層的巖性、物性、電性參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明水驅(qū)后疏松砂巖稠油油藏儲(chǔ)層粒度中值增大，泥質(zhì)含量下降，儲(chǔ)層粒度非均質(zhì)性增強(qiáng)；水驅(qū)后疏松砂巖稠油油藏儲(chǔ)層孔隙度增加幅度較小，滲透率明顯增大。但滲透率級(jí)差、突進(jìn)系數(shù)增加，物性非均質(zhì)性增強(qiáng)；隨著驅(qū)替倍數(shù)的增加，疏松砂巖稠油油藏儲(chǔ)層巖心電阻率下降，飽和度指數(shù)n值下降且呈明顯的兩段式。本文研究結(jié)果可以更好地指導(dǎo)海上稠油油田注水開發(fā)，能夠?yàn)橛吞锞C合調(diào)整井復(fù)雜水淹層測(cè)井定量解釋提供參考依據(jù)。

表4 渤海Q油田A井不同巖石物理相樣品巖電實(shí)驗(yàn)飽和度指數(shù)n值水淹前后變化

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(編輯：張喜林)

Experimental research on reservoir parameters variation after water flooding for offshore unconsolidated sandstone heavy oil reservoirs

Chen Danqing Li Jinyi Zhu Wensen Xin Zhaoling

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Taking Q oilfield in the Bohai sea as an example, offshore heavy oil reservoirs of unconsolidated sandstone are classified according to petrophysical facies based on physical property characteristics. Experimental research on lithology, physical properties and electrical properties of different petrophysical facies in different water flooding degrees are carried with sealed core data. The results show that heavy oil reservoirs of unconsolidated sandstone after water flooding undergo such changes: the median grain diameter increases, the clay content decreases, and the heterogeneity of grain size increases; porosity increases slightly, permeability increases obviously, and the heterogeneity of reservoir physical property increases; the rock resistivity decreases and the saturation indexndecreases as two-stage type with PV increases. The research results can guide the water flooding development of offshore heavy oilfields and provide references to quantitative interpretation of well logging for complex water flooded layers in adjustment wells.

heavy oil reservoir; unconsolidated sandstone; water flooding; reservoir parameter; petrophyical facies; Bohai oilfield

*“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整油藏工程技術(shù)示范(編號(hào):2011ZX05057-001)”部分研究成果。

陳丹磬，女，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于原江漢石油學(xué)院油氣田開發(fā)專業(yè)，主要從事開發(fā)實(shí)驗(yàn)研究。地址：天津市塘沽區(qū)閘北路1號(hào)609信箱渤海石油研究院(郵編：300452)。E-mail:chendq@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0054-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.009

TE345

A

2016-01-13 改回日期：2016-05-26