赵煜，孙卫，桑宇

（1.大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069；2.西北大学地质学系，陕西西安710069）

板桥-合水地区长6储层微观水驱油特征及影响因素分析

赵煜1，2，孙卫1，2，桑宇1，2

（1.大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069；2.西北大学地质学系，陕西西安710069）

为了研究鄂尔多斯盆地陇东地区长6储层微观渗流特征及驱油效率影响因素，以板桥-合水地区长6储层为例，运用真实砂岩微观模型水驱油实验，结合扫描电镜、恒速压汞、高压压汞等实验数据进行分析研究。结果表明，长6储层水驱油路径主要为均匀驱替与网状-均匀驱替为主，且均匀驱替的驱油效率（平均为26.06%）要比网状-均匀驱替（平均为19.12%）的高。残余油类型主要为油膜残余油与角隅（盲端）残余油。储层物性是影响驱油效率的主要因素，当物性接近时，孔隙结构非均质性对驱油效率起到重要作用，即随着分选系数、变异系数增大，驱油效率降低，反之，则升高。在一定范围内提高注入水的倍数，增加驱替速度都可以提高驱油效率。

水驱油渗流实验；物性；孔隙结构；水驱倍数；驱替压力

经过近些年勘探开发，鄂尔多斯盆地板桥-合水地区长6、长8作为主力油层组，已有较好的油气显示，但仍未取得较大突破。虽然对本区块做了大量的研究，积累了许多的基础地质资料，对该区块形成了基本的认识，但对于储层的渗流特征还缺乏系统、深入的研究。因此，有必要对储层的微观渗流特征进行深入研究，而真实砂岩微观模型在表征油气藏微观渗流机理方面具有直观性、实用性、科学性的优点［1-8］，因此本次研究通过真实砂岩微观模型水驱油实验对板桥-合水地区渗流特征进行研究。

1　研究区概况

板桥-合水地区位于甘肃省庆阳市合水县境内，地理位置上处于蔡家庙、罗山府、大凤川以及和盛四地之间，构造上处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南缘，面积约为5 670 km2，该区主要为平缓的西倾单斜，局部发育小型鼻状隆起，主要为岩性油藏［9］。主力产油层为三叠系延长组长6、长8储层，分布相对稳定且含油性较好。

图1　长6砂岩类型图

根据扫描电镜、阴极发光以及薄片镜下观察，可以发现研究区长6储层石英含量平均约为41.4%，长石含量平均约为28.5%，岩屑含量平均约为15.8%，研究区砂岩类型主要为岩屑长石砂岩，其次发育少量长石岩屑砂岩（见图1）。储层物性差、渗透率极低，属于典型超低渗透储层。孔隙度分布范围在1%～17.52%，平均值为9.2%；渗透率分布范围在0.01×10-3μm2～10.46×10-3μm2，平均为0.14×10-3μm2。

2　真实砂岩微观模型水驱油实验

2.1实验方法及流程

2.1.1模型制作选取板桥-合水地区长6储层的9块岩心，渗透率范围为0.09×10-3μm2～1.22×10-3μm2，孔隙度介于7.96%～11.34%，岩心经过洗油-烘干-切片-磨平-粘结等工艺流程制作真实砂岩微观模型，模型尺寸为2.8 cm×2.5 cm×0.06 cm，承压能力0.2 MPa～0.3 MPa，加压耐温能力大约80℃。

2.1.2实验流体实验用水参照地层水的矿化度，黏度约为1 mPa·s，为了便于观察，加入甲基蓝染色呈蓝色，实验用油黏度约为2.24 mPa·s，加入油溶红染色呈红色。

2.1.3实验流程真实砂岩微观模型水驱油实验的主要实验步骤有以下几步（见图2）：（1）模型烘干；（2）测物性；（3）模型抽真空；（4）饱和水、液测渗透率；（5）油驱水（饱和油）；（6）水驱油［2，10］。利用显微镜及图像采集系统，对实验过程中的每一步进行准确记录，并采集图像。

2.2实验结果

对9块真实砂岩微观模型进行水驱油实验，实验结果（见表1），可以看出板桥-合水地区长6储层的最终驱油效率较低（平均为22.98%）。由于物性以及孔喉的非均质性等多因素的共同控制作用，注入水在模型内部的渗流通道主要为均匀驱替和网状-均匀驱替两种，且均匀驱替的驱油效率（平均为26.06%）要比网状-均匀驱替（平均为19.12%）的高。

均匀驱替（见图3a）：注入水沿着多条水路进入模型岩样，水驱前缘近平行推进，注入水波及面积最大且波及均匀。模型中的水道会先形成网状及少量指状渗流，随着驱替压力以及驱替时间的增加，水的波及面积会逐渐扩大，形成均匀驱替。这模型孔隙发育，孔喉连通好，孔隙度平均值为9.77%，渗透率平均值为0.53× 10-3μm2，驱油效率平均值为26.06%。

图2　真实砂岩微观模型水驱油实验流程

表1　真实砂岩微观模型水驱油结果统计表

图3　真实砂岩微观模型水驱油实验特征

网状-均匀驱替：这种驱替基本上是均匀驱替与网状驱替的过渡形式（见图3b），注入水进入岩样后，水驱前缘呈网状推进，随着驱替压力与驱替时间的增加，部分网状通道相互连接形成均匀驱替，驱替结束时渗流路径增多，以均匀、网状-均匀渗流为主。这类模型孔隙较发育，孔喉连通较好，孔隙度平均值为9.11%，渗透率平均值为0.18×10-3μm2，驱油效率平均值为19.12%。

2.3残余油类型

残余油类型主要由物性、孔喉特征、润湿性等多种因素共同影响。研究表明板桥-合水地区长6储层呈弱亲油性，且储层岩石矿物成分较为复杂。经过显微镜观察可知主要的残余油类型有油膜、角隅（盲端）这两种。镜下观察表明，岩样经过注入水驱替后，在部分地方能够看见油膜残余油，主要残存于注入水驱替过的孔隙壁上，而且水道上油膜厚度较薄（见图3c）；角隅残余油是在注入水驱替过程中呈孤立的滴状，残存在注入水驱替的孔隙死角处（见图3d）［11，12］。

3　驱油效率影响因素分析

影响水驱油实验驱油效率的因素有许多，本文根据长6储层的特征着重从储层物性、孔隙结构非均质性、微观孔隙结构、驱替压力以及驱替倍数这五个方面进行分析研究。

3.1储层物性

真实砂岩微观模型水驱油实验结果表明，在相同的实验条件下，模型的驱油效率与孔隙度的相关性（R2=0.237 4）不高（见图4a），但与渗透率的相关性（R2=0.793 2）较好（见图4b）。对于超低渗储层，由于微观孔道整体上较小且相对粗孔道较少，孔隙度和渗透率与有效空隙的发育程度之间相关性较差，主要取决于喉道，也是渗透率的主要表征参数，因此与渗透率相关性较好，这也造成注入水驱替路线比较单调，最终驱油效率低。储层品质指数（渗透率与孔隙度的综合函数）与驱油效率的相关性（R2=0.718 9）较好（见图4c），可以得知渗流特征不仅受单一的物性参数影响［13-15］，需要综合考虑。驱油效率并不是随着物性的增加而无限增加，在达到一定的物性后驱油效率有下降趋势，这主要是因为，随着物性变好，油层内会不同程度的发育一些大孔道，增加了油层非均质性，使得注入水进入无效循环，驱油效率反而降低，因此对于低渗油藏改造时，需要关注改造规模，防止油层过度改造所带来的负面影响。

图4　驱油效率与物性相关图

图5　分选系数、变异系数与驱油效率相关关系

3.2孔隙结构非均质性

研究表明，储层孔喉分选系数、变异系数与驱油效率总体呈负相关（见图5），即随着分选系数、变异系数增大，驱油效率降低，反之，则升高。这是由于非均质性较强的岩石内部渗流通道比较单一，导致注入水波及面积有限，而非均质性弱的样品内部渗流通道较丰富，波及面积较大［3，16，17］，孔隙结构非均质性越强，注入水沿连通性较好的大孔指进和绕流，而连通不好的小孔隙群则驱替不到，使得大面积油滞留下来形成残余油，则最终水驱油效率就越低。如模型3（Z147井1 697.15 m）（见图6、图7），由于孔隙结构的非均质性较强，有很大一部分区域注入水不能进入形成残余油，导致最终驱油效率较低。

图6　庄147井1 697.15 m水驱油全视域

图7　庄147井1 697.15 m孔隙结构非均质性对驱油效率影响

3.3微观孔隙结构

3.3.1孔喉半径真实砂岩微观模型水驱油特征表明，残余油的形成主要与喉道半径相关，随着喉道半径的增加，驱油效率逐渐增加（见图8）。孔喉的半径特征主要通过喉道半径和孔喉比来反映，孔喉半径比越大，非湿相越容易卡断，可以看出，随着孔喉半径比的增大，驱油效率逐渐降低（见图9）［18］。

3.3.2孔喉连通性孔喉的连通性主要反映在储集能力和渗流能力方面。引入结构渗流系数：

其中：ε-结构渗流系数，μm2；R50-中值压力对应的孔喉半径，μm；K-气测渗透率，×10-3μm2；We-退汞效率；随着ε值的变大，岩石的渗流能力逐渐增强。

对研究区压汞实验结果进行分析，发现最大进汞饱和度和结构渗流系数可以反映孔喉的储集能力和渗流能力。随着孔喉半径和渗透率的增加随着退汞效率的减小，结构渗流系数也变大，驱油效率增高（见图10、图11）。

图8　喉道半径与驱油效率相关关系

图9　孔喉半径比与驱油效率相关关系

图10　最大进汞饱和度与驱油效率关系图

图11　结构渗流系数与驱油效率关系图

3.4水驱倍数

实验中提高注入水的体积倍数，分别在水驱到1倍孔隙体积、2倍孔隙体积和3倍孔隙体积时统计残余油饱和度，并计算驱油效率。从实验结果可以看出，当水驱从1倍孔隙体积到2倍孔隙体积时，驱油效率显著提高（5.1%～70.0%，平均为34.6%）；而当水驱从2倍孔隙体积到3倍孔隙体积时，驱油效率变化缓慢（2.8%～12.9%，平均为6.7%），而当注入水达到3倍孔隙体积之后驱油效率变化极小，这主要与水流优势通道相关，当水流的优势通道形成以后水流的路径基本不发生变化，驱油效率变化不明显（见图12、图13）。

图12　驱替倍数与驱油效率关系图

图13　宁115井不同驱替倍数渗流特征全视域图

研究表明，随着注入水的不断注入可以将储层中的油膜残余油和绕流残余油继续驱替出来。随着驱替时间的延长，注入水会使得岩石颗粒表面的黏土矿物冲刷掉落，一方面使原来被黏土矿物堵塞的孔道重新被打通、使原来的孔道变粗，进而可以提高驱油效率；而另一方面，冲刷下来的黏土矿物使部分孔道被充填堵塞，对储层造成伤害，从而使驱油效率降低变差。因此在实际的生产中要把握合理的注水倍数。

3.5驱替压力

图14　庄68井1 908.53 m不同驱替压力全视域图

当在某一个恒定压力下，随着注入水的进入不再出油时，提高注水压力，可以在镜下观察到油水分布出现两个方面的变化：（1）原来孔壁上的油膜残余油逐渐变薄甚至被驱替完；（2）原来的绕流残余油处开始有水进入，绕流残余油开始被驱替，随着注入水的压力提高，先前注入水无法进入的地方开始进水（见图14）。但是注水压力提高到一定程度（即压力超过50%）后，渗流通道基本固定，再加大压力，驱油效率变化较小。

4　结论

（1）板桥-合水地区水驱油最终驱油效率低，水驱油过程中的渗流路径主要为均匀驱替与网状-均匀驱替，且均匀驱替驱油效率明显高于网状-均匀驱替。

（2）储层的渗透率对驱油效率的影响较大；孔隙结构非均质性越严重，水驱油效率就越低；孔喉结构是表征影响水驱油渗流路径及驱油效率的关键参数。

（3）在一定范围内，在水驱压力不变的情况下，随着注入水倍数的增加，驱油效率得到提高（1 PV到2 PV显著增加，2 PV到3 PV增加缓慢）；在一定压力范围内，提高注水压力也可以使驱油效率显著提高。

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Microscope water flooding characteristics and its influence factors of Chang 6 reservoir in Banqiao-Heshui area

ZHAO Yu1，2，SUN Wei1，2，SANG Yu1，2
（1.State Key Laboratory for Continental Dynamics，Xi'an Shanxi 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

In order to study the microscopic seepage characteristic and displacement efficiency factors of Chang 6 reservoir in Banqiao-Heshui area of Ordos basin，using authentic sandstone microscopic model water flooding experiment，scanning electron microscope，constant velocity mercury，high pressure mercury experimental analysis of data for research.The results showed that Chang 6 reservoir water flooding mainly through uniform displacement and mesh-uniform displacement and the displacement efficiency of uniform displacement is higher than mesh-uniform displacement.The main types of residual oil is oil slick and caecum.Reservoir property is the main factors affecting displacement efficiency，and the heterogeneity of reservoir pore structure determines the efficiency of oil displacement whenthe reservoir property closed.Within a certain range to improve the injection of water ratio，increase the speed of displacement can improve displacement efficiency.

seepage experiment；reservoir property；pore structure；displacement multiple；displacement pressure

TE122.23

A

1673-5285（2016）10-0098-08

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.023

2016－08-21

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发，项目编号：2011ZX05044；陕西省科技统筹创新工程，项目编号：2015KTCL01-09。

赵煜，男（1990-），安徽桐城人，西北大学硕士研究生。