杏北A区一类油层聚合物驱后储层物性及孔隙结构的变化

2014-05-10曹永娜

石油化工应用 2014年5期

曹永娜

（中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 100083）

储层是储集油气的空间，聚合物溶液的携带和吸附作用会引起储层参数发生相应的变化[1]，杏北A区块从2002年开始注聚，经过十多年的开发，聚合物驱在一定程度上提高了采收率，但聚驱后剩余油仍有较大的挖掘潜力。所以研究一类油层聚驱前后物性参数和孔隙结构的变化情况，是聚驱后剩余油挖潜的基础[2]。

主力油层是指油层厚度大，渗透性好的油层。在杏北A区具体指葡萄花油层葡I1-3，沉积类型有河道砂、废弃河道砂、河间砂等。从区内葡I1-3有效厚度分布可以看出，有效厚度大于9 m所占比例高，发育面积也比较大。

1 聚驱前后可对比样品的选择

室内模拟实验可以做到对同一块岩心先后进行水驱、聚驱，分别测其物性，分析聚驱前后物性变化，但室内试验始终是地下聚合物溶液驱油过程的一种简化模拟，无法从根本上代表实际地下储层经聚合物驱后物性参数的变化规律[3-5]。因此研究中聚驱前后样品均来自于现场真实岩心，客观条件限制无法从同一口井既取得聚驱前的岩心，又取得聚驱后的岩心。所以对比岩心来自于两口不同的井。聚驱前取心井为JE24井，聚驱后取心井为JH52井，为保证聚驱前和聚驱后两口井所取的岩心在客观上具有可比性，分别从开发阶段、沉积背景（包括沉积环境和砂体发育背景）、岩心观察、矿物分布和粒度中值五个方面对实验岩心进行对比和筛选。

聚驱前和聚驱后两口取心井均属于高含水开采阶段，综合含水在90%以上，油层水淹比例高。两口井的开采阶段相近，开发程度相似，从而在开采过程中储层均经过长期的冲刷，改造。

聚驱前和聚驱后两口取心井在葡I11、葡I212、葡I32和葡I33小层均属于同一沉积相带。相对位置相似的沉积环境保证了岩心的岩性，物性具有相似性，从而外部条件（注水，聚驱）所引起的储层变化基础一致，这样变化程度就有了可比性。并且通过聚驱前取心井JE24和JH52的剖面看，主力油层葡I1-3砂体纵向上主要分布三套，三套砂体在空间上发育稳定，所以两口井从砂体发育背景上来看，具有很好的相似性。

观察JE24井和JH52井的岩心，葡I1主要为油斑、油浸粉砂岩，局部含油；葡I2主要为饱含油细砂岩，含油、油浸细砂岩；葡I3主要为饱含油细砂岩，上部含油饱满，颜色深褐色，底部水洗颜色浅灰色。从岩心观察来看，两口井的共同特征为，从葡I1到葡I3粒度增大，储层物性变好，高渗层所占比例逐渐增加。从聚驱前后取心井的对应取样点看，选取样品的岩性对应一致。

从聚驱前后样品矿物成分的总体分布来看，各种造岩矿物在两口取心井的岩心中分布都比较稳定，并且矿物含量也比较相似。也就是说从两口井所取岩心的结构成熟度和成分成熟度基本相当。聚驱有后矿物成分的稳定也保证了注水和注聚与骨架颗粒没有引起强的化学反应，从而在变化尺度上具有可比性。

粒度中值表示粒度分布的集中趋势，可以表示沉积物在纵向或横向上的变化规律[6，7]。并且粒度在聚驱前后也是一个很稳定的参数。所以在实验样品的选择时尽可能的在条件允许的情况下，进行对比的两块岩心尽量选择粒度大小相似，同一粒度中值范围内的岩心进行对比，以确保两口取心井，不同岩心的可比性。

2 储层物性在聚驱后的变化特征

考察描述储层的几个参数，相对于孔隙度、渗透率和泥质含量来说粒度是一个对孔渗敏感，并且自身在聚驱前后基本不变的参数，所以对聚驱前和聚驱后两口取心井JE24井和JH52井主力油层的物性样品归类统计分析，明确不同的粒度范围内孔隙度，渗透率和泥质含量在聚驱前后的变化特征（见表1）。

2.1 不同粒度范围储层参数的对比

2.1.1 聚驱前后孔隙度的变化从图1可以看出，聚驱前后孔隙度变化不大，在粒度中值小于0.05 mm和粒度中值大于0.15 mm的范围内孔隙度基本不变，在粒度中值0.05 mm到0.15 mm区间内，孔隙度略有增加，并且粒度中值为0.05 mm到0.1 mm区间增加的幅度大于0.1 mm到0.15 mm粒度区间。可以得出结论是：在粒度很小和粒度越大的范围内孔隙度没有变化，在粒度中等范围内有一定的增加，但增加幅度很小。

表1 不同粒度区间内储层物性参数在聚驱前后的变化

图1 不同粒度范围孔隙度聚驱前后的变化

粒度中值越大，对应孔隙度相应较大，在大孔隙、粗喉道内，聚合物有足够的余地回旋，并且大孔道中聚合物驱替液的流速较低，冲刷能力较弱。所以聚驱对这部分孔隙基本没有改变。

对粒度中值特别小的区域孔隙度也基本没有影响，是因为聚合物虽然可以扩大波及体积，但由于波及孔隙体积的存在，很小的孔隙中仍有聚合物波及不到的地方，所以聚驱对这部分孔隙也是没有影响。

只有对粒度中值大于0.5 mm小于0.15 mm的部分，聚驱后孔隙度略有增大，主要是聚合物的冲刷作用引起的，但增大值很小，整体表现为孔隙度略微有所增加。

2.1.2 聚驱前后渗透率的变化聚驱前后，渗透率是变化很大的一个储层参数。从不同粒度中值范围的渗透率变化来看（见图2），不同粒度范围内的渗透率均有较大提高，并且渗透率的变化呈指数相关，相关系数很高。由聚驱前后渗透率变化的趋势线来看，两条趋势线的形态呈两头窄，中间宽的形态，即：当粒度中值越小（小于0.05 mm）和粒度中值越大（大于0.15 mm）时，渗透率虽然也在增加，但增加的幅度不如粒度中值在0.05 mm到0.15 mm的中间段。

图2 不同粒度范围渗透率聚驱前后的变化

引起储集层渗透率变化的因素有很多种。首先是驱替介质的冲刷作用；其次是液岩相互作用导致粘土矿物的转化、分散、迁移等引起储层渗透性发生变化；对于聚驱后储层，聚合物的滞留也是渗透率变化的原因之一。

聚驱后整体来说储层渗透性变好，对于粒度中值不同范围渗透率变化的程度不一致，不一致的原因是引起渗透率变化的各种因素相互消长。杏北A区一类油层储层整体物性较好，聚合物冲刷作用占主体，所以整体呈现物性变好，渗透率增大。在大粒度区间内，对应孔隙空间也比较大，而在大孔隙内聚合物的低流速使得冲刷能力减弱，聚合物滞留作用增大，从而渗透率的增加变缓。聚合物扩大了波及体积，小孔隙空间内粘土的损害因素所占比例增加，所以小粒度区间内储层渗透率的增加幅度亦变低。

2.1.3 聚驱前后泥质含量的变化泥质含量变化不大，基本表现为粒度小（小于0.1 mm）的岩心泥质含量略有增加；粒度大（大于0.1 mm）的岩心略有减小（见图3）。

图3 不同粒度范围泥质含量聚驱前后的变化

水驱波及不到的区域，由于聚合物的作用扩大了波及体积，而这部分也正是粒度小，泥质含量比较高的部分。粘土矿物的相互转化使得这部分的泥质含量小幅度增加，但增加幅度非常小。粒度较大的部分由于聚合物的冲刷带走了一部分粘土矿物，从而泥质含量有一定幅度的降低。

图4 孔隙度和渗透率回归关系图

2.2 储层参数间的关系

图5 泥质含量与孔渗的关系

2.2.1 孔隙度和渗透率的关系选择不同粒度的样品，测试其孔隙度和渗透率，分析孔隙度和渗透率之间的关系。由图4可以看出，聚驱前和聚驱后孔隙度和渗透率均呈比较好的相关性，相关系数分别为0.849和0.773 5。但回归公式不同，驱前为y=0.382 3 e0.247x，聚驱后为y=0.302e0.301x，其中x为孔隙度，y为渗透率。并且在同样孔隙度的条件下，聚驱后的渗透率相对聚驱前的渗透率值较大。

2.2.2 泥质含量与孔渗的关系从泥质含量与孔隙度的关系可以看到，无论聚驱前还是聚驱后，随泥质含量的增大，孔隙度减小。聚驱前后孔隙度基本没有变化。

无论聚驱前还是聚驱后的样品，渗透率都是随着泥质含量的增加而降低，但在同等泥质含量情况下，聚驱后渗透性更好一些（见图5）。

3 聚驱后孔隙结构的变化

3.1 孔隙类型及分布

杏北A区主力油层具有孔隙和喉道粗大，孔隙连通性好等特点。通过对聚驱前取心井JE24与聚驱后取心井JH52主力油层所取13块样品所制铸体薄片分析，总体定性的特征为：储集层孔隙、喉道均比较发育，边缘比较平滑，具有发育的储集空间和较强的渗流能力。储层空隙类型主要为粒间扩大孔、粒间缩小孔、溶蚀孔和粒内裂隙。

分别JE24井和JH52井各自4块粒度相似岩心样品的铸体薄片定量统计，从两口井聚驱前后孔隙类型所占比例分布来看（见图6），聚驱前和聚驱后各种孔隙类型及其所占比例均无明显变化。

从各种孔隙类型分布的聚驱前后观察对比来看，聚驱前和聚驱后没有明显区别，也就进一步证明聚合物驱油对孔隙影响不大。那么聚合物驱对微孔隙和喉道会产生什么样的影响，进一步从压汞实验来进行研究。

图6 JE24井和JH52井岩心铸体薄片孔隙类型分布

3.2 孔隙的结构特征

选择聚驱前后两组粒度中值相似的样品做汞实验，从两组样品的曲线形态来看，不同粒度的聚驱前和聚驱后曲线的特征（见图7）。

图7 两组聚驱前后样品压汞曲线形态对比

（1）排驱压力相近，进汞端位置基本一致，反映最大孔喉半径一致；（2）退汞曲线形态类似；（3）进汞曲线的斜率有所不同，聚驱前进汞曲线的斜率小于聚驱后进汞曲线的斜率；（4）同样压力下，聚驱后样品的进汞量小于聚驱前样品，最大进汞饱和度在聚驱后变小。

排驱压力对应样品最大孔喉半径，聚驱前后排驱压力不变意味着聚合物溶液在驱替过程中对储层的最大孔喉影响不大[8，9]。由前面的分析可知在大孔隙粗孔喉中聚合物溶液有足够的回旋余地，所以在渗流过程中对这部分孔喉基本没有影响。

退汞效率反映孔隙、喉道分布的均匀程度，是孔隙结构非均质性对采收率影响的主要参数之一[9]。从聚驱前后的退汞效率来看，聚驱前和聚驱后基本不变，也就是说明聚驱前后的岩心都相对较为均质。

聚驱后进汞曲线的斜率的增大和最大汞饱和度的降低均表明，小孔喉的增加和部分微孔喉的堵塞。造成聚驱前后压汞曲线形态变化的原因有以下几点：

（1）颗粒细小的砂岩中粘土矿物膨胀；（2）聚合物溶液在携带和搬运过程中，粘土矿物在细小喉道处沉积缩小阻塞喉道；（3）聚合物本身在孔隙中残留缩小阻塞喉道（见图8）；（4）毛管压力曲线形态与油、水在孔隙内的分布和运动特征有关。从自吸法对岩石润湿性的测定中可以知道，聚驱后岩石亲水性有所增强，这样就使得聚驱后毛管压力增大。

图8 聚合物在储层中的残留

以上原因共同作用使得非湿相的汞更难进入岩石的孔隙，细小喉道的阻塞也会使得最大汞饱和度的降低。

4 孔隙喉道对渗透率的影响

聚驱前后储层参数变化分析中可知，聚驱后渗透率增大。从压汞曲线的形态来看，进汞曲线的斜率更大，也就是说汞更难进入岩心孔隙，如何解释这种现象。从聚驱前后样品毛管半径对渗透率的影响关系（见图9）中可以看出，对渗透率贡献最大的毛管半径集中在大孔喉部分，低于7.35 μm的孔喉对渗透率基本没有贡献。所以小孔喉的堵塞并不影响渗透率增大的趋势。