殷代印， 吕　腾， 陈鑫矿

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)



长垣外围特低渗储层孔隙结构参数及驱油效率研究

殷代印， 吕腾， 陈鑫矿

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

为研究大庆长垣外围特低渗透储层岩心驱油效率与微观孔隙结构的关系，应用CT扫描技术对该地区数十块天然岩心进行观察分析，得到大量微观孔隙半径、喉道半径、孔喉比、配位数、迂曲度、形状因子数据，在此基础上对该地区微观孔隙结构参数分布规律进行研究。通过水驱油实验，记录各岩心驱油效率，研究孔隙结构参数对驱油效率的综合影响。经过标准化处理，得到各孔隙结构参数与驱油效率的线性回归方程。结果表明，各参数中平均喉道半径对驱油效率影响最大，系数达到0.531，而平均孔隙半径的系数值只有0.045，可以认为对驱油效率没有影响。

特低渗透；CT扫描；微观孔隙结构；线性回归

大庆长垣外围油田属特低渗透油田，其构造复杂，开采难度大，具有低产量、低渗透、低丰度的“三低”特征，开发效果并不十分理想。目前已有许多学者对低渗透、特低渗油藏微观孔隙结构进行了研究[1-5]，但对于多个微观孔隙结构参数的综合研究及孔隙结构参数与驱油效率的多元回归关系研究较少。本文利用CT扫描技术对本地区孔隙半径、喉道半径、孔喉比、配位数、迂曲度、形状因子等微观孔隙结构参数进行了研究，并通过水驱油实验将岩样微观孔隙结构参数与驱油效率联系起来，建立了驱油效率的标准线性回归方程。相比于对单一微观孔隙结构参数的研究，本研究能够更加整体地把握长垣外围特低渗储层岩石的物性特征。将微观孔隙结构参数与驱油效率建立定量联系，对提高驱油效率的研究有重要意义。

1　微观孔隙参数分布研究

为研究长垣外围特低渗储层岩石微观孔隙结构，取长垣外围各区块不同渗透率的天然岩心共30块进行X-CT扫描研究，其中包含5块渗透率大于10×10-3μm2的岩心，便于与特低渗岩样对比研究。

实验过程：

(1) 将天然岩心切割成实验所需大小；

(2) 把试样固定在夹持器上，找到合适的位置进行扫描；

(3) 得到扫描数据后运用Nrecon软件对图片进行处理；

(4) 利用相关软件计算各孔隙结构参数。

实验结束后整理实验数据，将各孔隙参数在取值范围内划分成若干个小区间，统计各个取值小区间内的数据个数，绘制成不同岩心的微观孔隙结构参数分布频率曲线。为了便于比较研究，将岩心分成(1～2)×10-3、(2～5)×10-3、(5～10)×10-3、>10×10-3μm2四个渗透率级别对数据进行统计。

1.1孔隙半径分布规律

CT扫描研究的结果表明不同渗透率的储层岩石具有相似的孔隙半径分布特征，与基于恒速压汞法的研究结论相符[6-7]。图1为不同渗透率岩心孔隙半径分布频率曲线。

图1　不同渗透率岩心孔隙半径分布频率

Fig.1Pore radius distribution frequency of cores with different permeability

由图1可见，不同渗透率岩心的孔隙半径-分布频率曲线十分相似，孔隙半径集中分布在50～200 μm，分布频率最高的孔隙半径都在100 μm左右。随着渗透率降低，孔隙半径分布规律没有明显的变化趋势。长垣外围不同渗透率储层中孔隙半径分布规律相似，孔隙半径与渗透率并无明显相关关系。1.2喉道半径分布规律

特低渗透砂岩油藏储层性质主要由喉道半径控制, 喉道半径分类明显，且与渗透率的相关性较好[8-9]。不同渗透率岩心喉道半径分布频率如图2所示。

由图2可以看出，较低渗透率岩心的喉道半径更小且分布更为集中，而较高渗透率岩心中大半径

的喉道分布频率明显较高，分布频率峰值对应的喉道半径增加明显。在储层岩石中，喉道半径远小于孔隙半径，喉道半径成为制约和控制岩石渗流能力的重要参数。喉道控制储层渗流能力， 进而决定开发难度和开发效果。喉道半径分布范围集中，峰值高，喉道半径小、集中分布于较小的数值之内，是大庆油田特低渗透油层的显著特征。

图2　不同渗透率岩心喉道半径分布频率

Fig.2Throat radius distribution frequency of cores with different permeability

1.3孔喉比分布规律

由于不同渗透率岩心的孔隙半径差别不大，而喉道半径相差较大，因此不同渗透率岩心的孔喉比相差较大，相关性也较明显。实验结果如图3所示。由图3可知，随着岩心渗透率降低，孔喉比分布频率曲线发生明显变化，峰值右移，孔喉比分布更集中，峰值更高。

图3　不同渗透率岩心孔喉比分布频率

Fig.3Pore-throat ratio distribution frequency of cores with different permeability

1.4配位数分布规律

配位数指每个孔道所连通的喉道个数。使用DataViewer软件，将岩芯扫描图像置于三维坐标中，在俯视图中孔隙连通的喉道个数加上正切图及左切图中相同孔隙连通的喉道个数即得到该孔隙的配位数[10]。不同渗透率岩心的配位数分布频率如图4所示。

由图4可知，随着岩心渗透率的减小，配位数分布频率曲线发生明显变化，峰值左移，且配位数分布区间变小，峰值增大。

图4　不同渗透率岩心的配位数分布频率

Fig.4Ligancy distribution frequency of cores with different permeability

1.5迂曲度分布规律

不同渗透率岩心的迂曲度分布频率如图5所示。由图5可知，迂曲度小于5时，各渗透率级别岩心迂曲度分布规律较相似；而当迂曲度大于5时，各渗透率级别岩心分布频率曲线形态开始出现明显差异，随着岩心渗透率的降低，迂曲度大于5的部分所占比例增大。这反映了储层岩石孔道结构的复杂程度与其渗透率的相关关系：孔道越复杂，其渗透率越低。迂曲度大，流体流经的通道路线更长，渗流难度也越大。

图5　不同渗透率岩心的迂曲度分布频率

Fig.5Tortuosity distribution frequency of cores with different permeability

1.6形状因子分布规律

形状因子定义为

G=A/P2

式中，G为形状因子；A为孔隙的截面面积，μm2；P为周长，μm。

不同渗透率岩心的形状因子分布频率如图6所示。由图6可知，随着岩心渗透率的降低，形状因子分布频率曲线发生明显变化：峰值左移，且峰值增高。渗透率越低，形状因子数值小的部分所占比例越大，整块岩心的平均形状因子越小。与迂曲度相似，形状因子同样能够反映岩石微观孔道的复杂程度，形状因子随渗透率降低而减小且其趋势十分明显。

图6　不同渗透率岩心的形状因子分布频率

2　驱油效率与孔隙参数相关性

对于常规油田，存在渗透率越高驱油效果越好的普遍规律，但是对于特低渗透油这样的规律并不明显。研究表明,对于特低渗透油田，当渗透率达到一定值时，渗透率大小与驱油效率关系不大[11]。以大庆和长庆油田的岩心为例，对于渗透率为同为1～2 mD岩心，大庆油田岩心的驱油效果较长庆油田的岩心差。对比其孔隙结构参数发现，大庆油田在此渗透率级别平均喉道半径为0.8 μm左右，而长庆油田的平均喉道半径达到2.0 μm[12-13]。因此考虑从微观孔隙结构的角度入手，研究驱油效率与微观孔隙结构参数的相关关系。

在上述研究使用的30块天然岩心中选取渗透率小于10×10-3μm2的岩心12块，饱和地层水后配制模拟油建立束缚水饱和度。在相同的模拟地层条件下进行水驱油实验，得到各岩心的驱油效率。12块岩心编号、渗透率与驱油效率见表1。

表1　水驱油实验结果表

取每块岩心微观孔隙结构参数的平均值，研究12块岩心的孔隙结构参数与驱油效率的线性回归关系。图7为各孔隙结构参数与驱油效率的回归关系曲线。

图7　各孔隙结构参数与驱油效率回归关系

Fig.7Linear regression relation between oil displacement efficiency and each pore structure parameter

由图7所示回归结果可知，孔隙半径与驱油效率并没有明显相关关系；喉道半径、孔喉比、配位数、迂曲度及形状因子与驱油效率呈明显相关关系。其中迂曲度和孔喉比与驱油效率呈负相关，其他为正相关关系。

以上各个微观孔隙结构参数共同影响着岩心驱油效率，可以把它们看做是驱油效率的多个自变量，通过研究多个微观孔隙结构参数与驱油效率的多元线性回归关系可以对长垣外围特低渗储层物性及开发规律有更深刻的认识。

不同的变量有着不同的单位，对单位不同的变量解出的线性回归方程并没有意义，因此需要对各个变量进行标准化处理。

得到驱油效率与各孔隙结构参数之间的表达式：

Y=a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6

其中相应系数见表2。

表2　线性回归系数

驱油效率受平均喉道半径、平均孔喉比、平均配位数、平均迂曲度、平均形状因子因素的综合影响，其中平均喉道半径影响最大，系数达到0.531；平均孔隙半径的系数值只有0.045，可以认为对驱油效率没有影响。

3　结论

(1) 喉道半径分布范围集中，峰值高、喉道半径小且集中分布于较小的数值之内，是大庆油田特低渗透油层的显著特征。

(2) 迂曲度小于5时，各渗透率级别岩心迂曲度分布规律较相似。而当迂曲度大于5时，各渗透率级别岩心分布频率曲线形态开始出现明显差异，随着岩心渗透率的降低，迂曲度大于5的部分所占比例增大。

(3) 随着岩心渗透率的降低，形状因子分布频率曲线发生明显变化：峰值左移，且峰值增高。渗透率越低，形状因子数值小的部分所占比例越大，整块岩心的平均形状因子越小。

(4) 对各参数进行标准化处理后建立孔隙结构参数与驱油效率的线性回归方程。结果表明驱油效率受平均喉道半径、平均孔喉比、平均配位数、平均迂曲度、平均形状因子因素的综合影响，其中平均喉道半径影响最大，系数达到0.531；平均孔隙半径的系数值只有0.045，可以认为对驱油效率没有影响。

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(编辑王亚新)

The Research of Microcosmic Pore Structure Parameters and Oil-Driving Efficiency of Ultra-Low Permeability Reservoir in Outer Edge of Daqing Oilfield

Yin Daiyin, Lyu Teng, Chen Xinkuang

(CollegeofPetroleumEngineerig,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In order to study the relationship of oil-driving efficiency with microcosmic pore structure in the Changyuan ultra-low permeability reservoir of outer edge of Daqing oilfield, the CT technology was used to research dozens of natural cores. Lots of data such as pore radius, throat radius, pore-throat ratio, coordination numbers, tortuosity and shape factor were obtained. The water-flood experiment was conduct and each oil-driving efficiency was recorded, then the effect of pore structure parameter on oil-driving efficiency was studied. After the standard processing, the linear regression equation of pore structure parameters and oil-driving was obtained. The results showed that, among all the parameters, the average throat radius was the critical element with a factor of 0.531. While the average pore radius was considered to be insignificant with a factor of 0.045.

Ultra-low permeability; CT scanning; Microcosmic pore structure; Linear regression

1006-396X(2016)03-0033-05

2015-08-24

2016-03-10

国家自然科学基金资助(51474071)。

殷代印(1966-)，男，博士，教授，博士生导师，从事油藏地质建模、数值模拟和油田开发动态分析研究；E-mail：350443547@qq.com。

TE348

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.03.007

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn