大庆外围油田低渗透油层水驱动用界限研究

李 承 龙

（东北石油大学 石油工程学院， 黑龙江 大庆 163318）

大庆外围油田低渗透油层水驱动用界限研究

李 承 龙

（东北石油大学 石油工程学院， 黑龙江 大庆 163318）

随着大庆外围油田的不断开采，外围油田评价日益变差。目前剩余油主要集中在低丰度、低渗透率的油层。以大庆外围某油田特低渗透油层为例，对该区块的孔隙结构特征进行研究，确定研究区块水驱动用界限，原油粘度、平均喉道半径、可动流体百分数、粘土矿物含量和拟启动压力梯度5个重要参数进行了分析，在使用综合分类方法对研究区块进行储层评价，确定出了合理井网部署方案，为合理开采该区块提供技术保证。

低渗透油层；孔隙结构；启动压力梯度；综合分类方法

目前，研究区探明未动用储量为3.8亿t，含有面积为1 029 km2，原油粘度5.56 mP·s，粘土矿物含量为 16.33%，流度主要集中在 0.01～0.31 mD /(mPa·s)，渗透率集中在0.1～0.3 mD。该区块储层砂体零散、局部存在裂缝、油水分布复杂，而且勘探认识程度低。

首先对研究区孔隙结构特征进行研究，确定该区块水驱动用界限，对原油粘度、平均喉道半径、可动流体百分数、粘土矿物含量和拟启动压力梯度进行了分析，使用综合分类方法对研究区块进行储层评价，确定出了合理井网部署方案。

1 储层微观孔隙结构特征研究

选择iKΔ 在 80%以上的半径为主流喉道半径下限。

式中:ir—单一喉道半径，μm；

iα—单一道半径归一化的分布频率密度。

由于常规压汞法不能准确的测量出喉道数量、喉道分布，影响平均喉道半径的计算。而采用恒速压汞法可以弥补常规压汞法的缺点[1]。

恒速压汞的实验原理[2]：保持汞以 1×10-6mL/s速度进入岩样，这种超低进汞速度能够保证准静态进汞过程的进行。在进汞过程中，界面张力与接触角保持不变；弯月面的形状随着进汞前缘所经历孔隙形状的变化而变化，进而使得系统毛管压力的改变[3]。

对研究区块5 块岩样进行了恒速压汞测试，得出岩心孔隙结构特征参数(表1)，在此基础上，再分别对岩样的微观孔隙结构进行了细致的分析。

表1 岩心微观孔隙结构特征参数Table 1 Core pore structure parameters

图1为渗透率与平均喉道半径关系曲线，如图1可知，两者呈较好对数关系，平均喉道半径随着渗透率的增大而增大。经计算可知，研究区平均喉道半径以小于1.5μm的为细微喉道为主。

图1 渗透率与平均喉道半径关系Fig.1 The relationship between the permeability and the average throat radius

2 储层流动孔喉及动用渗透率下限研究

通过核磁共振实验[4]，对研究区块进行了更深入的研究，综合储层微观孔隙结构特征，进而明确研究区储层流动喉道半径及渗透率下限[5]。

对于不同岩石流体系统，其物性不同，所以对应的弛豫时间2T也不相同，反之，只要知道它们2T值，就能得到对应流体系统的物性[6]。2

图2 渗透率与动流体百分数关系Fig.2 Relationship between permeability and movable fluid content

对研究区块油层做了 23块岩样的核磁共振实验，得出：研究区储层渗透率集中在 0.139～5.985 mD，可流动百分数集中在31.01%～62.23%，可流动百分数的平均值为45.03%，平均吼道半径在0.3-0.5 μm（图2）；当渗透率的增大时，可流动百分数也增大，呈对数关系；当孔隙度变大时，可流动百分数也变大，但关系不显著。

核磁共振的机理说明，储层孔隙半径越大，氢核的2T值越大[7]，所以根据弛豫时间2T的分布以及恒速压汞实验得到孔喉半径的分布，从而确定动用的最小喉道半径[8]。

毛管压力与毛管孔径之间的关系为：

对汞来说 σ=49.44N/cm2， θ= 140°

则有

由公式（1）可知，2T和孔隙比表面有关，比表面与空隙大小有关，但由于地层孔隙结构复杂，所以可以用非线性关系来描述比表面与孔径的关系：

通过实验分析得出，弛豫时间2T与孔径呈幂函数关系[9]：

rc：孔隙半径，μm； Fs：孔隙形状因子由（2）和（3）有：

对于C和n值的求解：以研究区杏71 321-2岩心为例，首先描绘出利用恒速压汞实验得到的毛管力曲线，且毛管力曲线的位置、形状是固定的，再利用公式（4）把核磁共振曲线转换为毛管力曲线，然后再使用试凑法来计算出最优的C和n值，从而保证两条曲线拟合度最佳（图3）。再把最优C和n值代到公式（3）中，得到2T值，接着再将其转换为了孔喉半径，得到图 4。同理再求出其它岩心孔喉半径。

图3 杏71 321-2岩样核磁和恒速压汞毛管力曲线拟合图Fig.3 Curve fitting chart of nuclear magnetic and constant velocity mercury injection capillary force of Xing 71 321-2

由表2可知，转换系数C和n的平均值分别为61和1.15；流动孔喉半径下限平均值为 0.375μm。

根据恒速压汞所得的结果，研究区储层喉道半径与渗透率之间呈正相关关系，结合储层流动孔喉下限值，求得动用渗透率下限为0.2 mD。

表2 核磁共振毛管压力曲线转换表Table 2 NMR capillary pressure curve conversion table

3 启动压力梯度研究

对研究区块10块岩样做了非线性渗流测试，得到启动压力梯度，岩样的渗透率范围在0. 116～3.71 mD，表3为测试结果。

表3 研究区块启动压力梯度数据表Table 3 Study block starting pressure gradient data

由表3可知，研究区块平均拟启动压力梯度为0.1914MPa/m，而且拟启动压力梯度与渗透率呈良好的负相关性：

式中：δ—拟启动压力梯度，MPa/m；

K—渗透率，mD。

4 储层评价研究

将原油粘度、平均喉道半径、可动流体百分数、粘土矿物含量和拟启动压力梯度参数作为评价因素，利用综合分类方法对研究区块进行储层评价。

常规方法评价的结果不够准确，所以使用以多因素为基础的定量综合评价方法。

表4 储层分类标准Table 4 Reservoir classification standard

基于单因素分析之上，综合分类方法对每个参数进行归一化处理，则有：

式中： μm—最大原油粘度，mPa·s；

sm—最大可流动百分比，%；

rm—最大平均喉道半径，μm；

mm—最大粘土矿物含量，%；

λm：最大拟启动压力梯度，MPa/m。

I 类： Feci＞ 8；II 类：5 ＜ Feci＜ 8；III 类：2 ＜ Feci＜ 5；IV 类： Feci＜ 2。

经计算得到研究区块综合系数 Feci= 3.31，所以研究区块为III 类储层。

5 最优井网部署研究

5.1 最优井网形式

目前，研究区采用 300 m×100 m 矩形井网，使用Eclipse软件建立菱形反九点、正方形反九点、矩形五点井网模型（井网密度相同）。模拟时间为25年，得到采出程度、含水率情况。由图4和图5可知，虽然矩形五点井网的含水率最高，但是采出程度也最高。由图6可知，当采出程度相同时，矩形五点井网采出程度最高，而且含水率最小，所以研究区块的最优井网部署形式为矩形五点井网。

图4 采出程度与时间的关系曲线Fig.4 Relationship curves of recovery degree and time

图5 含水率与时间的关系曲线Fig.5 Relationship between moisture content and time

图6 含水率与采出程度的关系曲线Fig.6 Curve degree of water cut and recovery

5.2 最优井排距

采用Eclipse软件建立矩形五点井网模型，且井排距分别为300 m×80 m、300 m×100 m、300 m× 150 m、400 m×100 m。分别模拟出1、5、10年时研究区地层压力梯度分布情况，得出：对于300 m ×100 m矩形井网，当模拟到 1 年时，有效驱动压力体系已经初步形成；到5 年时，有效驱动体系已经基本形成；到 10 年时，有效驱动压力体系已经完全形成。对于400 m×100 m矩形井网，有效驱动压力体系到10 年时才能初步形成。对于300 m× 150 m和300 m×80 m矩形井网，有效驱动压力体系在到 5 年才能初步形成。所以研究区最优的井排距为300 m×100 m。

6 结 论

利用恒速压汞、核磁共振、非线性渗流测试新技术等实验手段研究了储层微观结构、流体动用规律等特征，测试出了平均喉道半径、可动流体百分数以及拟启动压力梯度等参数，通过综合分类法对研究区块进行了储层综合分类评价，得出矩形五点井网模型为最优部署方式，最优井排距井排距为300 m×100 m。

［1］于俊波，郭殿军，王新强.基于恒速压汞技术的低渗透储层物性特征明[J].大庆石油学院学报,2006,30 (2):22-25.

［2］刘峰．基于恒速压汞技术的基山砂体孔隙结构特征研究[J]．中国科技信息，2008，6（3）：133-136.

［3］朱永贤，孙卫，于锋．应用常规压汞和恒速压汞实验方法研究储层微观孔隙结构[J]．天然气地球科学，2008，19（4）：553-556.

［4］李静叶，王祝文，刘菁华,等. 核磁测井资料在大庆油田储层评价中的应用[J].世界地质, 2012, 3(1): 187-192.

［5］翁爱华，李舟波，王雪秋． 核磁测井数据弛豫谱反演软件研究［J］．长春科技大学学报，2000，31( 4) : 395-398．

［6］江玉龙，王祝文，伍东． 关于提高核磁测井差分谱油气显示方法的研究 ［J］． 东华理工大学学报，2008，31 ( 1) : 59-64.

［7］燕继 红译.NMR 技术的最新进展一测量总孔隙度[J].石油物探译丛,1998,12:69-89.

［8］黄延章，尚根华，陈永敏.用核磁共振成像技术研究周期注水驱油机理[J].石油学报,1995,16(4):62-64.

［9］黄延章,等．低渗透油层渗流机理[M]．北京：石油工业出版社，1998：58.

Research on Threshold for Water Flooding of Peripheral Ultra-low Permeability Reservoirs in Daqing Oilfield

LI Cheng-long
（Institute of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

As development of peripheral Daqing oilfield，field evaluation is worse and worse. Now remaining oil of oilfield is mainly in ultra-low permeability reservoirs. Taking a peripheral ultra-low permeability reservoir in Daqing oilfield as an example, pore structure characteristic of the block was researched, in order to determine the threshold for water flooding. Average throat radius, content of clay mineral, content of mobile fluid, pseudo-actuating –pressure gradient and crude oil viscosity were analyzed. And the reservoir was evaluated by comprehensive classification method. Rightful program of well pattern deploying was determined.

Ultra-low permeability reservoir; Pore structure; Triggering pressure gradient; Comprehensive classification method

TE 357

A

1671-0460（2015）08-1871-04

2015-01-12

李承龙（1986-），男，黑龙江大庆人，博士生，就读于石油大学石油气田开发专业。 E-mail：lcl716@126.com。