華池油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層流動(dòng)單元微觀滲流特征研究

華池油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層流動(dòng)單元微觀滲流特征研究

1流動(dòng)單元研究流動(dòng)單元的概念最早由國(guó)外的科學(xué)家赫羅納提出。在它的定義中，流動(dòng)單元定義為“影響流量、巖性和巖石性質(zhì)的內(nèi)部相似、垂直和水平儲(chǔ)存區(qū)”。流動(dòng)單元這一概念在中國(guó)石油地質(zhì)界的廣泛應(yīng)用主要始于1990年。流動(dòng)單元概念提出的重要意義在于其將靜態(tài)的地質(zhì)體和地下孔隙內(nèi)部流體的滲流特征緊密地聯(lián)系起來(lái),流動(dòng)單元研究是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層及有效挖潛剩余油的途徑[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。目前關(guān)于不同流動(dòng)單元的微觀滲流特征研究甚少,本文針對(duì)這一問(wèn)題,以鄂爾多斯盆地華池油田長(zhǎng)3華152塊巖性油氣藏為例,利用真實(shí)砂巖微觀孔隙模型開(kāi)展了不同流動(dòng)單元的流體驅(qū)替滲流試驗(yàn)研究。2研究區(qū)域的概括和流動(dòng)單元的劃分2.1研究領(lǐng)域的總結(jié)2.1.1儲(chǔ)油砂體3-層鄂爾多斯盆地華池油田華152塊主力產(chǎn)層為三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)3油層組,為三角洲前緣亞相沉積,水下分流河道和河口壩沉積砂體為主要儲(chǔ)油砂體。構(gòu)造特征為較為平緩的西傾單斜,局部發(fā)育鼻隆構(gòu)造,為巖性油氣藏。2.1.2基性礦物、砂巖及儲(chǔ)層粘土華池油田華152塊長(zhǎng)3儲(chǔ)層為含泥或鐵方解石巖屑細(xì)—粉砂巖,石英含量為30.15%,長(zhǎng)石含量為34.19%,膠結(jié)物以綠泥石為主(4.87%),其次為鐵方解石(2.5%)和混層粘土(0.85%)。粘土礦物以綠泥石為主,平均含量為70.5%,其次為伊利石、高嶺石及伊/蒙混層?？紫额?lèi)型以粒間孔為主,平均為5.25%,占總面孔率的63.9%;其次為長(zhǎng)石溶孔,平均為1.09%,占總面孔率的18.0%。據(jù)巖心分析,長(zhǎng)3儲(chǔ)層孔隙度平均為13.7%,水平滲透率平均為4.78×10-3μm2,垂直滲透率平均為2.29×10-3μm2。壓汞測(cè)試表明,平面和縱向孔隙結(jié)構(gòu)差異較大,孔隙結(jié)構(gòu)的這些差異也造成了儲(chǔ)層物性在平面、縱向上的差異。2.2流量裝置的劃分2.2.1流動(dòng)單元的聚類(lèi)分析和聚類(lèi)分析流動(dòng)單元模型是儲(chǔ)層格架的一部分,是對(duì)儲(chǔ)集體非均質(zhì)性的描述,研究中在分層劃相的基礎(chǔ)上,根據(jù)巖性油氣藏的特點(diǎn),選取了最具有代表性的控制流體流動(dòng)的特征參數(shù)——滲透率和孔隙度,從取心井出發(fā),采取聚類(lèi)分析和判別分析的方法對(duì)研究區(qū)流動(dòng)單元進(jìn)行了劃分。2.2.2流動(dòng)單元孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征研究中選取研究區(qū)12口取心井實(shí)際孔、滲資料的700多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為已知樣本,進(jìn)行了聚類(lèi)分析。結(jié)果表明,華152塊長(zhǎng)3儲(chǔ)層流動(dòng)單元可分為A,B,C3類(lèi),不同流動(dòng)單元具有不同的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征(圖1)。A類(lèi)流動(dòng)單元孔隙度和滲透率最高,平均分別為16.73%和5.005×10-3μm2,存儲(chǔ)性和滲透性最好;B類(lèi)流動(dòng)單元孔隙度和滲透率中等,分別為13.3%和1.15×10-3μm2,存儲(chǔ)性和滲透性較好;C類(lèi)流動(dòng)單元孔隙度和滲透率最差,分別為9.1%和0.33×10-3μm2,存儲(chǔ)性和滲透性能差。隨后采用逐步判別分析方法求取可識(shí)別每類(lèi)流動(dòng)單元的判別函數(shù),并隨機(jī)選取了100個(gè)未參與聚類(lèi)分析和判別分析的數(shù)據(jù)點(diǎn),用于檢驗(yàn)判別分析函數(shù)的有效性,不同流動(dòng)單元正判率平均在88%以上。3不同流動(dòng)單元的微觀流特征研究中取不同流動(dòng)單元巖心制作的真實(shí)砂巖微觀模型,進(jìn)行了油水兩相驅(qū)替實(shí)驗(yàn),對(duì)不同流動(dòng)單元的微觀滲流特征進(jìn)行了研究。3.1實(shí)驗(yàn)介紹3.1.1儲(chǔ)層巖石滲流實(shí)驗(yàn)真實(shí)砂巖微觀模型是由實(shí)際巖心經(jīng)抽提、烘干、切片、磨平等工序之后,粘貼在兩片玻璃之間制作而成的。模型尺寸約為2.5cm×2.5cm,承壓能力為0.2MPa,耐溫200℃,加壓耐溫能力100℃(圖2)。由于其精細(xì)的制作技術(shù),不但保留了儲(chǔ)層巖石本身的孔隙結(jié)構(gòu)特征,還保留了巖石表面物理性質(zhì)及部分填隙物,使研究結(jié)果可信度較其它模型大大增加,應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。利用真實(shí)砂巖模型進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是,可以通過(guò)顯微鏡和圖像采集系統(tǒng)直接觀察流體在巖石孔隙空間的滲流特征。實(shí)驗(yàn)共選取了4塊砂巖模型,兩塊模型屬于A類(lèi)流動(dòng)單元,一塊模型屬于B類(lèi)流動(dòng)單元,一塊屬于C類(lèi)流動(dòng)單元,具體參數(shù)見(jiàn)表1。3.1.2模擬水與模擬油混合實(shí)驗(yàn)油水相互驅(qū)替實(shí)際上是模擬油氣進(jìn)入儲(chǔ)層和注水開(kāi)發(fā)過(guò)程,因此實(shí)驗(yàn)步驟包括抽真空飽和水、油驅(qū)水和水驅(qū)油過(guò)程。實(shí)驗(yàn)用模擬油和模擬水根據(jù)實(shí)際地層原油粘度、地層水和注入水的性質(zhì)和組成配制而成。研究用模擬油黏度為1.49mPa·s,為了實(shí)驗(yàn)便于觀察,油中加入少量油溶紅,呈紅色;水中加入少量甲基藍(lán),呈藍(lán)色。為了比較不同流動(dòng)單元類(lèi)型流動(dòng)特征的差異,將4塊模型組合在一起進(jìn)行了流動(dòng)實(shí)驗(yàn)(圖3)。3.2不同流動(dòng)單元的微觀流特征3.2.1油以活塞式驅(qū)水在飽和水后的油驅(qū)水過(guò)程中,當(dāng)壓力加至0.0206MPa進(jìn)行油驅(qū)水時(shí),油優(yōu)先進(jìn)入屬于A類(lèi)流動(dòng)單元的華61147及華61132模型,屬于B類(lèi)流動(dòng)單元的華61126模型只有一部分孔隙空間有油進(jìn)入,而屬于C類(lèi)流動(dòng)單元的華172112模型則沒(méi)有油進(jìn)入。在同一壓力下,流體(油)進(jìn)入各模型的狀況不同,反映了流動(dòng)單元對(duì)流體滲流的控制作用。經(jīng)過(guò)顯微鏡觀察可知,在該壓力下A類(lèi)流動(dòng)單元模型油以非活塞式驅(qū)水,油在孔道邊緣前進(jìn)速度較快,在孔道中央前進(jìn)速度較慢;而B(niǎo)類(lèi)流動(dòng)單元模型油以活塞式驅(qū)水。由于油驅(qū)水的方式不同,在油驅(qū)水之后,油在孔道中的賦存狀態(tài)也就不同。在A類(lèi)流動(dòng)單元的模型中油沿孔道邊緣分布(圖版A,B),而在B類(lèi)流動(dòng)單元中油幾乎占滿所到達(dá)的孔道(圖版C)。當(dāng)油驅(qū)水壓力加至0.0540MPa時(shí),油進(jìn)入A類(lèi)流動(dòng)單元的2個(gè)模型,同時(shí)也進(jìn)入B類(lèi)流動(dòng)單元的1個(gè)模型,始終未進(jìn)入C類(lèi)流動(dòng)單元的模型,也表征了不同流動(dòng)單元的儲(chǔ)層特征不同,對(duì)流體滲流所起的控制作用也不同。在壓力為0.0540MPa時(shí),油進(jìn)入A類(lèi)流動(dòng)單元,將孔道中央的地層水驅(qū)走,這樣油幾乎占據(jù)了它所到達(dá)的孔道(圖版D)。可以看出加壓前后A類(lèi)流動(dòng)單元飽和油狀況發(fā)生了明顯變化(圖版E,F)。最后單獨(dú)將C類(lèi)流動(dòng)單元的華172112模型壓力加至0.0908MPa進(jìn)行油驅(qū)水實(shí)驗(yàn),油在孔道中以活塞式驅(qū)水,即油所到達(dá)之孔道,油幾乎占據(jù)該孔道?？梢钥闯?不同流動(dòng)單元油驅(qū)水滲流特征有著明顯的不同。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)中油驅(qū)水滲流特征可知,若當(dāng)時(shí)運(yùn)移動(dòng)力較小,油氣可能只能夠充注到A類(lèi)流動(dòng)單元或A類(lèi)和B類(lèi)流動(dòng)單元,且A類(lèi)流動(dòng)單元孔隙空間內(nèi)發(fā)生非活塞式的油驅(qū)水,油氣為“油膜式”充注,屬于A類(lèi)流動(dòng)單元的儲(chǔ)層含油飽和度可能較低,而屬于B類(lèi)流動(dòng)單元的儲(chǔ)層含油飽和度可能較高。但根據(jù)目前實(shí)際中油氣賦存狀況來(lái)看,儲(chǔ)層中A,B和C類(lèi)各類(lèi)流動(dòng)單元均有油氣儲(chǔ)存,且A類(lèi)流動(dòng)單元儲(chǔ)層含油飽和度較高。由該實(shí)驗(yàn)中油驅(qū)水滲流特征,推測(cè)油氣運(yùn)移至儲(chǔ)層時(shí)運(yùn)移的動(dòng)力較大。3.2.2b類(lèi)流動(dòng)單元對(duì)流體微觀滲流特征的控制作用當(dāng)水驅(qū)油壓力為0.0150MPa時(shí),注入水優(yōu)先進(jìn)入華61147模型的少數(shù)孔道,然后又緩慢地進(jìn)入華61132模型。即在該壓力下,注入水優(yōu)先進(jìn)入屬于A類(lèi)流動(dòng)單元的2個(gè)模型,而B(niǎo)類(lèi)和C類(lèi)流動(dòng)單元的模型在該壓力下注入水一直沒(méi)有進(jìn)入。在2個(gè)A類(lèi)流動(dòng)單元模型中,注入水均沿孔道中央向前突進(jìn),即注入水在孔道中央前進(jìn)速度較快,而在孔道邊緣前進(jìn)速度較慢,這樣注入水驅(qū)過(guò)的孔道以膜狀形式存在的殘余油較多(圖版G)。再將注入水壓力加至0.0200MPa,注入水進(jìn)入A類(lèi)流動(dòng)單元2個(gè)模型的同時(shí),開(kāi)始進(jìn)入B類(lèi)流動(dòng)單元。在B類(lèi)流動(dòng)單元,注入水也是沿少數(shù)大孔道前進(jìn),但水所到達(dá)的孔道油驅(qū)替得較干凈(圖版H),這一點(diǎn)與A類(lèi)流動(dòng)單元不同。當(dāng)將注入水壓力加至0.0452MPa時(shí),注入水只進(jìn)入A類(lèi)和B類(lèi)流動(dòng)單元的模型,未進(jìn)入C類(lèi)流動(dòng)單元,進(jìn)一步反映了流動(dòng)單元對(duì)流體滲流特征的控制作用。隨著壓力加大,不同滲流能力的流動(dòng)單元間的干擾加大。據(jù)在該壓力下流體進(jìn)入狀況統(tǒng)計(jì)表明,有4/8的注入水沿A類(lèi)流動(dòng)單元模型華61147通過(guò),有3/8的注入水沿A流動(dòng)單元模型華61132通過(guò),只有1/8的注入水沿B類(lèi)流動(dòng)單元模型華61126通過(guò),C類(lèi)流動(dòng)單元無(wú)注入水通過(guò)?？梢钥闯?同類(lèi)流動(dòng)單元水驅(qū)油微觀滲流特征相似,不同流動(dòng)單元微觀滲流特征差距較大。注入水進(jìn)入不同流動(dòng)單元的差距會(huì)越來(lái)越大,剩余油主要被留在C類(lèi)和B類(lèi)流動(dòng)單元中。4不同流動(dòng)單元的剩余油分布特征4.1流動(dòng)單元特征水驅(qū)油之后,仍然有大量的殘余油滯留在孔道中,無(wú)論是A類(lèi)流動(dòng)單元的模型,還是B類(lèi)流動(dòng)單元的模型,它們的殘余油主要類(lèi)型均為繞流形成的簇狀油塊,不同之處是A類(lèi)流動(dòng)單元模型注入水流動(dòng)通道較彎曲,形成“小繞流”,殘余油較少;而B(niǎo)類(lèi)流動(dòng)單元的模型,注入水流動(dòng)通道較平直,水驅(qū)油孔道彎曲迂回較A類(lèi)流動(dòng)單元少,形成“大繞流”,殘余油較多。分析其原因,認(rèn)為由于A類(lèi)流動(dòng)單元物性好,孔道整體較寬,連通性也較好,因此注入水在較低的壓力下便可進(jìn)入,且注入水驅(qū)油路線迂回曲折,可進(jìn)入較多的相互連通的孔道,最終注入水路線為“小繞流”,形成的殘余油較少;而B(niǎo)類(lèi)流動(dòng)單元物性較差,孔道整體較窄,連通性也較差,注入水在較高壓力下方可進(jìn)入,且只能沿著相互連通的少量路線前行,最終注入水流動(dòng)通道較平直,水驅(qū)油孔道彎曲迂回較A類(lèi)流動(dòng)單元少,注入水路線為“大繞流”,形成的殘余油較多。水驅(qū)油后,殘余油特征的另一點(diǎn)不同是:A類(lèi)流動(dòng)單元的膜狀殘余油較多,水到達(dá)的孔道卡斷而形成的珠狀、索狀殘余油較少,主要是在水流孔道兩側(cè)形成膜狀殘余油(圖版G);B類(lèi)流動(dòng)單元?dú)堄嘤托螒B(tài)較多,注入水流過(guò)的孔道有斑狀殘余油(在水流孔道的一側(cè)形成殘余油)和珠狀殘余油,并且由于卡斷而形成的珠狀、滴狀殘余油明顯多于A類(lèi)流動(dòng)單元的2個(gè)模型?？傊?A,B兩類(lèi)流動(dòng)單元水驅(qū)油后,二者殘余油之多寡及類(lèi)型之差別主要是二者孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性不同所致。A類(lèi)流動(dòng)單元孔道整體較寬,連通性好,且親油孔道多,形成了小繞流下的小簇狀油塊,膜狀殘余油較多,珠狀和索狀殘余油較少;B類(lèi)流動(dòng)單元孔道整體較窄,連通性差,且親水孔道多,形成了大繞流下的大簇狀油塊,珠狀和索狀殘余油較多,而膜狀殘余油較少。4.2水的流動(dòng)單元對(duì)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響不同流動(dòng)單元模型的并聯(lián),是宏觀上流動(dòng)單元在縱向和平面上分布非均質(zhì)性的很好模擬。上述實(shí)驗(yàn)也可以反映流動(dòng)單元在縱向和平面上的非均質(zhì)性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。實(shí)驗(yàn)表明,在較低注水壓力下,注入水只進(jìn)入A類(lèi)流動(dòng)單元,未進(jìn)入B類(lèi)和C類(lèi)流動(dòng)單元;提高注水壓力,注入水同時(shí)進(jìn)入A類(lèi)和B類(lèi)流動(dòng)單元,始終未進(jìn)入C類(lèi)流動(dòng)單元。這說(shuō)明C類(lèi)流動(dòng)單元內(nèi)儲(chǔ)量幾乎未動(dòng)用,B類(lèi)流動(dòng)單元也是宏觀上剩余油的主要賦存區(qū)域。5不同流體流量的油驅(qū)油過(guò)程主要進(jìn)入b類(lèi)流動(dòng)單元根據(jù)上述研究可以得出如下認(rèn)識(shí):鄂爾多斯盆地華池油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層不同流動(dòng)單元體現(xiàn)了明顯不同的微觀滲流特征:1)流動(dòng)單元的類(lèi)別不同對(duì)流體滲流能力的控制能力也明顯不同,體現(xiàn)在兩相驅(qū)替中流體進(jìn)入次序不同。無(wú)論是油驅(qū)水滲流過(guò)程,還是水驅(qū)油滲流過(guò)程,流體都是優(yōu)先進(jìn)入A類(lèi)流動(dòng)單元,其次進(jìn)入B類(lèi)流動(dòng)單元,在較高壓力下流體方可進(jìn)入C類(lèi)流動(dòng)單元。在水驅(qū)油時(shí),注入水無(wú)法進(jìn)入C類(lèi)流動(dòng)單元。隨著壓力的加大,不同滲流能力的流動(dòng)單元間干擾也加大。2)不同流動(dòng)單元潤(rùn)濕性的不同使得流體驅(qū)替方式也不同。在