第３２卷第１期

２０１０年２月

石油寥驺弛届

ＰＥＴＲｏＬＥＵＭＧＥｏＬ（）ＧＹ＆ＥＸＰＥＲｌＭＥＮＴ

Ｖ０１．３２．Ｎｏ．ＩＦｅｂ．，２０１０

文章编号：１００１—６１１２（２０１０）０１—００９３－－０５

特低渗透砂岩微观模型水驱油实验影响驱油效率因素

王瑞飞１，孙

卫２

（１．西安石油大学石油工程学院，西安７１００６５；２．西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安７１００６９）

摘要：通过鄂尔多斯盆地延长组特低渗透砂岩微观模型水驱油实验。探讨了驱油效率的控制因素。研究发现。特低渗透砂岩储层水驱油过程中。润湿性不同，驱替机理不同。水湿储层表现为驱替机理和剥蚀机理；油湿储层表现为驱替机理和油沿孔道壁流动机理。特低渗透砂岩储层水驱开发中影响开发效果的因素较多，其中包括物性、孔隙结构、注入量、注水速度、润湿惟等。特低渗透砂岩储层水驱开发效果对注水速度较为敏感。针对不同的储层，采取合适的注水速度，才能取得较好的开发效果。关键词：微观模型；水驱油｝驱替机理；驱油效率；特低渗透砂岩储层；鄂尔多斯盆地中圈分类号：ＴＥ３４１

文献标识码：Ａ

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２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｔｈｅｓａｎｄｓｔｏｎｅｍｉｃｒｏ－ｍｏｄｅｌｗａｔｅｒｆｌｏｏｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａ—ｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓａｎｄｓｔｏｎｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｎｔｈｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｏｉｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

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特低渗透砂岩储层具有孑Ｌ喉细小、次生孔隙及微孔隙比重高、微裂缝发育、可动流体饱和度低、孔隙结构复杂等特征。这一系列特征对水驱油的影响值得研究，对提高特低渗透砂岩油田的注水开发效果有一定的指导意义。本文通过鄂尔多斯盆地特低渗透砂岩储层真实砂岩微观模型水驱油实验，探讨该类油藏影响驱油效率的主要因素。

收藕日期：２００９—０４—２９；修订日期：２００９—１２—１４。

１实验模型及设备

砂岩微观模型是将砂岩岩心经洗油、烘干、切片、磨片等工序处理后粘结在２块玻璃板之间［１－３］，通过显微镜和图像采集系统观察流体在岩石孔隙中的驱替、渗流特征（图１）。

本次实验分别采用单一模型和组合模型进行，单一模型模拟油藏条件下的孔喉微观非均质性；

作者简介：王瑞飞（１９７７一），男，副教授。博士后．从事油气田开发地质及油气储层地质方面的教学与科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｒｗｄ２００３＠１６３．ｅｏｍ．基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）项目（２００６ＣＢ７０５８００）资助。

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９４

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石油雾曩孝

沾

质第３２卷

形成绕流残余油；驱动力小于毛管力时，注入水在小孑Ｌ道中前进快，大孔隙中形成绕流残余油。微裂缝发育的模型，绕流残余油比重大。模型孔隙结构越复杂，残余油饱和度越高【４］。油湿岩石，原油与颗粒表面作用使得孔喉表面形成油膜残余油。２．３裂缝模型水驱动用程度低

垂向组合模型中，ｆ模型存在微裂缝，其驱油效率为２８．８１％，远低于ｂ，ｅ两模型（表１）。平面

图１

Ｆｉｇ．１

微观模型水驱油实验示意

组合模型中，ｄ模型渗透率（ｏ．４８３×１０～“ｍ２）明显高于ａ模型（０．２４８×１０～肚ｍ２），但由于微裂缝存在，注入水推进不均匀，水驱前缘突进较快，见水早，其驱油效率（３９．５６％）远低于ａ模型（４５．３４％）

（表１）。

Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｍｏｄｅｌｗａｔｅｒｆｌｏｏｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

组合模型模拟油藏的宏观非均质性、平面非均质性。组合模型将不同沉积微相带，不同层位，同一沉积微相带不同位置，同一小层不同韵律部位的砂岩组合起来，模拟油田注水开发过程。研究储层注水开发的油水运动规律及影响驱油效率的主要因素。

本次研究系统地完成了鄂尔多斯盆地延长组近３０个砂岩样品的微观模型水驱油实验。

特低渗透砂岩储层，天然微裂缝发育，原始地层压力下微裂缝一般呈闭合状态。较高注入压力下，微裂缝开启，导致注入水突进，局部形成裂缝水窜。裂缝线上油井见水快，水线推进速度大，水驱动用程度低，驱油效果差［５’６］。２．４结垢伤害

实验中模型有结垢现象，渗透率越低，结垢伤害程度越大［７矗］，驱替效果越差。特低渗透砂岩储层普遍存在启动压力梯度高的特点，模型启动压力梯度平均值为１．０８ＭＰａ／ｍ。油田开发中油井见效不均衡，见水后采液、采油指数下降，这与其相对渗透率曲线（随Ｓ。下降，Ｋ。急剧下降，Ｋ，。上升缓慢）相一致（图２）。特低渗透储层各种敏感性均较强，渗透率下降具有不可逆性，开发中要高度重视无水采收率。沃特洛和卡林［９”３６－２３７指出，砂岩储层注水开发最终采收率对岩性的敏感远远不如注入水突破时的原油采收率。

２水驱油特征

２．１水驱油方式

水驱油实验中油水运动为活塞式和非活塞式２种。其中，以非活塞式为主。注入水沿大孔隙和微裂缝前进，ｚｌ，孑Ｌ隙中形成残余油。亲水油层，注入水沿孔隙壁的水膜前进驱替原油。因孔喉形状复杂、颗粒表面润湿性非均质性等原因，使得油水运动不均匀，呈跳跃式。

２．２残余油形式

残余油的分布几乎完全受孑Ｌ隙结构控制。残余油分为卡断、绕流和油膜３类。连续油流通过喉道，因通道半径突变，驱动力和毛管力不平衡，油流在喉道处被卡断。卡断与喉道水膜厚度有关，水膜越厚，卡断越容易发生。驱动力大于毛管力时，注入水在大孔喉中前进快，被大孔道包围的／ｌｑＬ隙群

３影响驱油效率因素

３．１物性

由驱油效率（ＥＤ）与渗透率（Ｋ）、孔隙度（垂）的相关关系（图３），总的趋势是随着渗透率、孔隙度

表１垂向和平面组合模型水驱油实验数据

Ｔａｂｌｅ１

Ｔｈｅｄａｔａｏｆｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｐｌａｎａｒｍｏｄｅｌ

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第１期王瑞飞，等．特低渗透砂岩微观模型水驱油实验影响驱油效率因素?９５?

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图２特低渗砂岩储层油水相对渗透率曲线

Ｆｉｇ．２

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ｃｕｒｖｅｓ

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图３驱油效率与物性的关系

Ｆｉｇ．３

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３．２

孔隙结构

实验表明，孔隙结构是影响驱油效率的主要因

素。圆形孔道为活塞式驱油，非活塞式驱油主要发生在不规则孑Ｌ隙中。但不规则细小孔道也有活塞式驱油现象。小孔道虽不规则，其边缘夹缝尺寸与孔道中央接近，自吸驱油速度相差不大。因此可以认为在发生自吸水驱油条件下（亲水），实际储层喉

图４驱油效率与原始含油饱和度的关系

Ｆｉｇ．４

Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｐｒｉｍａｒｙｏｉｌｓａｔｕｒａｔｉｏｎ

道及基质微孔隙的水驱油是活塞式，非活塞式水驱油主要发生在孔隙中。这是残余油通常形成于大孔隙的原因之一。

模型孔隙结构不同，则束缚水和残余油饱和度不同。孔隙结构差异是造成驱油效率差异的根本原因。有裂缝的模型，裂缝增加了储层的平面非均质性，注入水沿裂缝突进较快，驱油效率较低。孔隙结构非均质性较差的模型，提高注入量不能有效增加注入水的波及体积，无法显著提高采收率［１３－１引。

的增大，驱油效率增大，但相关性不强。物性好的储层未必有好的驱替效果，物性差的储层也可能驱替效果较好。孔隙介质中的两相驱替效果除受物性影响外，诸如孔隙结构特征、孔隙结构非均质性等也起着重要作用［１卜１２］。

研究发现，随着原始含油饱和度（Ｓ。ｉ）的升高，驱油效率有增加的趋势（图４）。

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石油褒劈饱属

第３２卷

３．３注入量

实验发现，注入量对模型驱油效率有较大影响。实验中模型驱油效率统计结果表明（表２），注入量为

１～２ＰＶ驱油效率增加幅度最大（平均值为１１．７３）。

３＂－－４３＂－－４

这２个速度相对应的分别是驱替机理和剥蚀机理ｎ５—１川。若这２个速度相等，一旦原油被束缚水从岩石表面剥蚀下来，则立即被孑Ｌ道中部的水驱走。此时，驱替机理和剥蚀机理都得到充分发挥，水驱油呈活塞式，驱油效率最高（图５ｂ）。若这２个速度不等，则总有一部分油被滞留下来，水驱油呈非活塞式，驱油效率较低。若孑Ｌ道中部水的推进速度小于束缚水剥蚀原油的速度，水沿颗粒表面束缚水通道向前突进，在喉道处与相邻颗粒的束缚水汇合，将孑Ｌ道中还没有被驱走的油分割切断，使之滞留下来（图５ａ）。若孔道中部水的推进速度大于束缚水剥蚀原油的速度，注入水把孔道中部的油驱走，靠近孑Ｌ道壁的油还没有来得及被剥蚀就滞留下来（图５ｃ）。

亲水储层，过低或过高的注入速度都会发生非活塞式水驱油及水窜（图５）。当注入速度与自吸水驱油速度相近时，粘滞力增加，毛管力所起的作用减弱。水欲在毛管力较大的孔道两侧边缘快速前进时，适当的注入速度使孔道中央的油水界面也快速赶上孔道两侧的油水界面，水驱前缘近似为活塞式水驱油，水驱效果好［１

ＰＶ驱油效率增加幅度大于２～３ＰＶ。可能ＰＶ过程中加大了驱替压力，一定程度上消除

或减弱了贾敏效应等附加阻力的影响，使一些分散的油滴、油珠聚并，驱油效率增加较快。

表２砂岩微观模型实验中不同注入量模型的驱油效率

Ｔａｂｌｅ２

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注：表中分式意义量丛｛学。

１）增幅为相对于前一注入量。

３．４注水速度

水湿模型水驱油实验中观察到２个运动速度（图５）。一个是孔道中部水驱油的推进速度，另一个是束缚水剥蚀油膜的推进速度（自吸速度）。与

，

８｜。

对于图６所示的并联孔道（又称“毛细管对子”或“偶极子”）也需要合适的注水速度才能有较好的驱替效果（图６ａ）。亲水条件下。毛管力是动力，若

图５不同注入速度下的油水界面

Ｆｉｇ．５

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ｃｏｎｔａｃｔ

ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

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图６并联孔道中不同注入压力下的油水界面

据Ｄａｗｅ。１９７８［９］２２８—２”。有改动。

Ｆｉｇ．６

Ｔｈｅ

Ｗａｔｅｒ

ｃｏｎｔａｃｔ

ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｐａｒａｌｌｅｌｐｏｒｅ－ｔｈｒｏａｔ