非均质储层水驱剩余油分布及其挖潜室内模拟研究

董利飞岳湘安苏 群张德鑫张 昱宋伟新

（1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国石油大学石油工程学院，北京 102249；3.中国石油天然气集团公司长庆油田分公司，西安 751500）

非均质储层水驱剩余油分布及其挖潜室内模拟研究

董利飞1，2岳湘安1，2苏 群1，2张德鑫3张 昱1，2宋伟新1，2

（1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国石油大学石油工程学院，北京 102249；3.中国石油天然气集团公司长庆油田分公司，西安 751500）

引用格式：董利飞，岳湘安，苏群，等. 非均质储层水驱剩余油分布及其挖潜室内模拟研究［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：63-66.

为了挖潜长期注水开发油田水淹层内的剩余油，通过分析储层孔隙结构和孔喉大小，研制了可视化非均质模型，以录像的方法室内观察水驱剩余油形成过程，分析其分布特征及挖潜技术思路。基于弹性颗粒在孔喉结构中的材料性能，提出与储层孔喉相匹配的弹性颗粒粒径筛选原则，并通过非均质岩心水驱后颗粒调剖实验，评价该弹性颗粒的动态封堵能力和调剖效果。结果表明：油田储层普遍存在非均质性，该性质影响水驱剩余油的分布；水淹层内剩余油以非均质剩余油为主，多数存在于层内局部低渗部位，分布较为分散，其挖潜应以提高微观波及效率为主；弹性颗粒对喉道的封堵强度随粒径的增大先增大后趋于恒定，当颗粒粒径与喉道直径之比超过3时，颗粒在孔喉结构中发生破碎；封堵水淹层水流通道、挖潜层内剩余油时，选择粒径为3倍大孔喉尺寸的弹性颗粒，其效果明显。

剩余油；调剖；弹性颗粒；非均质性；可视化模型；室内模拟研究

国内大部分油田经过长期注水开发后，注采矛盾突出，水窜水淹现象严重，水驱效率降低［1-4］。经过一系列调剖增产措施后，尽管取得了一定效果，但也使得剩余油区储层物性较之前更差，剩余油挖潜难度也随之加大。目前应用现有的一些体系调剖时，盲目性较高，缺乏合理有效的筛选和评价方法，有效作用期和最终效果差异较大。因此，分析目前储层物性主要特点，研究其对剩余油形成和分布的影响，提出合理的评价方法来筛选与储层相匹配的调剖体系，从而挖潜其中的剩余油显得十分必要［5-9］。

油田储层中剩余油主要有两部分，一部分为水驱未波及到区域内的剩余油，这类剩余油存在的层位一般渗透率较低或者厚度较薄，开发的技术要求及经济成本较高；另一部分为水淹层内的剩余油，这类剩余油一般是由于水窜通道的形成而使注入水绕过部分区域，从而在其中残存部分原油，这类剩余油是油田高含水期提高采收率的一个主要方向［10］，也是本文的研究对象。

基于水淹层微观孔隙结构特点，分析其影响剩余油的主要物性特征，研制了具备该特征的可视化物理模型。通过水驱油实验观察剩余油的形成过程，分析剩余油类型和分布特征，提出了挖潜该类剩余油的技术要求以及应用弹性颗粒体系调剖的可行性。结合具有孔喉结构的测量装置，分析弹性颗粒在孔喉结构中的材料性能，明确其与储层相匹配的筛选方法，并根据吉林油田储层孔喉大小，研制相应储层物性特点的物理模型，筛选匹配的弹性颗粒，评价其封堵和调剖效果。

1　非均质性储层可视化物理模型的研制

非均质性是指储层孔隙、喉道大小及均匀程度、孔隙喉道的配置关系和连通程度。它直接影响着油、水渗流特征以及驱替效率，从而控制着孔隙结构中微观规模剩余油的分布。形成储层非均质性的主要原因是岩石颗粒大小不一、排列方式的差异以及成岩过程中的胶结、溶蚀等作用。储层岩石颗粒本身就具有不同的分选性及磨圆度，沉积过程中颗粒随机排列，且目前大多数含油气储层都经过了多种成岩作用，因此储层的非均质性是普遍存在的。根据吉林油田取心资料分析的孔喉半径分布特征，该储层孔隙结构类型以大孔粗喉型最为常见，孔喉半径集中在4.0～6.3 μm；中孔中喉型次之，孔喉半径集中在0.1～4.0 μm之间；少数发育细孔细喉型孔隙，半径集中在0.016～0.16 μm。这种大小不均的孔喉半径充分说明了储层的微观上的非均质特点。

为了模拟储层层内这种非均质特征，同时便于实验观察，设计了可视化非均质模型。模型选用透明的石英玻璃板，并将其吻合在不锈钢钢板之上，上下通过螺栓固定，在两者之间形成一个具有0.5 cm厚度的空隙空间，用以填充不同目数的玻璃微珠，形成不同大小的孔隙及孔隙结构上的非均质性。实验选用30目的玻璃微珠作为基质，以100目的玻璃微珠作为非均质点进行随机填充，大颗粒包围小颗粒，小颗粒形成的孔隙在微观上足够大，但是在宏观上较小，形成局部的低渗点并被高渗区包围，可认为模型在该处具有非均质性。可视化非均质模型的尺寸为：长30 cm，宽8 cm（如图1所示）。为了使石英板表面更接近于实际油藏条件，利用化学剂浸泡石英板将其表面润湿性变为亲水。

图1　可视化非均质填砂模型

2　非均质储层水驱剩余油分布室内模拟研究

对可视化非均质模型进行试漏分析，连接驱油实验设备，抽真空、饱和油并老化6 h后，以恒定速度水驱油。同时在模型上方安装一台高精度摄像机，通过录像实时记录水驱油过程，直至含水98%以后停止实验，取下录像机，对驱替过程进行图像分析，研究水驱后非均质模型内剩余油的形成及其分布特征。其中实验用油视黏度为7.14 mPa·s，注入水总矿化度为6 400 mg/L，实验温度为室温。实验结果如图2所示。

图2　非均质模型水驱剩余油形成及分布

从图2中可以明显地看出，随着注水量的增加，水驱后该可视化非均质模型中高渗区域内的原油被冲刷的较为干净，而在局部低渗部位因驱油效率低而存留较多的剩余油。这种剩余油是由储层孔隙结构等的微观上的非均质性引起的，因此其类型为非均质剩余油。由于储层中局部低渗点的分布较为随机和分散，所以层内非均质储层水驱后剩余油分布较为分散，且大多存在于局部低渗部位。

3　储层非均质剩余油挖潜室内模拟研究

3.1弹性颗粒剩余油挖潜可行性

由于层内非均质储层水驱剩余油分散地存在于局部低渗区域，因此对其挖潜应该以提高微观波及效率为主要方向。同时，由于剩余油随机分布，要求调剖剂在选择性封堵水窜通道时尽量避免低渗区域的堵塞，而且应具有“堵而不死”的效果。弹性颗粒是一类应用较为广泛的调剖体系［11-16］，其在液流作用下，优先进入高渗部位，通过物理堵塞的方式封堵与之大小相匹配的喉道，具有选择性封堵特点，用量少、有效期长，且对低渗区域储层污染小；同时由于具有一定的材料弹性变形能力，在油藏深部封堵时表现出“变形虫”特性［17-18］，具有较好的局部封堵和调剖能力，能够提高微观波及效率。弹性颗粒对于这种非均质剩余油的挖潜具有较好的可行性。

3.2弹性颗粒粒径筛选原则

尽管弹性颗粒具有挖潜层内非均质剩余油的可行性，但是要达到较好的封堵和调剖效果，必须使颗粒与目标封堵部位（储层局部高渗通道）大小相匹配，避免颗粒粒径过大而堵死，或者粒径过小而无法封堵住局部高渗通道。目前，对于如何筛选适合目标油藏孔喉结构和大小的弹性颗粒，使其在孔喉结构下的材料性能合理、粒径适中，仍然没有一个统一有效的评价方法。这也使得弹性颗粒在现场应用时具有一定的盲目性，应用效果参差不齐。

应用自行研发凝胶调堵剂性能测量装置（ZL 201520133826.5）测量不同大小的凝胶颗粒通过该装置过程中（挤压进入喉道时）的最高突破压力，分析颗粒在具有储层孔喉结构特点的空间中的材料性能。根据弹性颗粒材料性能随粒径大小的变化关系，明确保证颗粒具有较好材料性能下的合理粒径范围。

实验用弹性颗粒由丙烯酰胺单体、交联剂及其他添加剂在地面聚合交联成凝胶，经烘干、粉碎及筛分而成，其粒径可以由不同大小的筛子控制，其材料弹性能力与凝胶材料的弹性能力相同。实验装置中模拟喉道结构部分的直径为2 mm，注入速度为1 m/ d。以弹性颗粒粒径与孔喉模型的喉道直径之比为横轴变量（挤压程度），以突破强度（封堵强度）为应变量，不同颗粒粒径实验结果如图3所以。

图3　不同粒径弹性颗粒对测量装置喉道的封堵

从图3可以看出，随着弹性颗粒粒径与模拟喉道比值的增加，颗粒突破测试装置的最高压力先升高后趋于稳定。这是因为颗粒粒径的增大使得其在进入模拟喉道时受挤压程度增加，压力升高，对孔喉的封堵强度也随之增大；但是当颗粒粒径超过一定程度后，颗粒受挤压程度超过了其材料弹性变形能力，要通过模拟喉道，颗粒必然发生破碎，该过程中的最高压力即为弹性颗粒的材料强度，该值不会随粒径与喉道比值的增加而变化，因此封堵强度保持稳定。弹性颗粒在孔隙结构中破碎的材料临界值为3，即该弹性颗粒最大可以变形封堵1/3粒径的喉道而不发生破碎。

实际调剖过程中，如果筛选的弹性颗粒挤压破碎成小粒径颗粒，其对高渗窜流通道的匹配性变差，封堵能力降低，封堵有效封堵距离也大大减小，调剖效果必然不佳。所以，应用该弹性颗粒挖潜非均质储层剩余油时，应选择粒径为3倍储层高渗窜流通道孔喉大小（或大孔喉直径）的颗粒，使之匹配于非均质储层，达到较好的封堵和局部调剖能力。

3.3弹性颗粒调剖效果

根据吉林油田取心资料，大孔喉半径集中在4.0～6.3 μm，基于平均孔喉半径与渗透率的关系，压制高渗区域渗透率为1 022.4 mD的人造岩心，并在其中随机充填局部低渗点，其渗透率为107.3 mD，形成相应的非均质储层物理模型（图4）。

图4　非均质储层物理模型

而根据颗粒筛选原则，选择3倍大孔喉直径的粒径，即为24.0～37.8 μm。根据实验条件，取平均粒径为20～40 μm的该弹性颗粒进行实验。

将非均质储层物理模型浇注固化后，系统排气试漏，抽真空、造束缚水并饱和油，老化6 h，以1 m/d的速度水驱油，当含水超过98%时，注入0.3 PV浓度为1 000 mg/L的弹性颗粒溶液，后续水驱替至不再出油，观察含水以及采收率的变化，驱油动态如图5所示。

图5　非均质岩心驱油动态

从图5中可以看出，注入弹性颗粒溶液后含水率明显降低，采收率从42.96%增加到55.17%，提高了12.21个百分点，水驱后剩余油挖潜效果显著。说明该弹性颗粒进入非均质岩心后能够较好地封堵局部高渗水窜通道，提高了微观波及效率，实现了层内调剖，能够较好地适应于非均质储层剩余油的挖潜。同时也说明了该弹性颗粒粒径筛选方法的合理性。

4　结论

（1）油田储层普遍存在非均质性，长期水驱和多轮次调剖增产措施后，水淹层内非均质性对剩余油的影响突出，剩余油的挖潜难度加大；通过不同粒径的玻璃微珠或者石英砂，以大粒径包围小粒径随机充填并压实，形成具有局部低渗点的层内非均质模型，可用来室内模拟非均质储层，研究剩余油分布及其挖潜。

（2）水淹层内潜力较大的一类剩余油为非均质剩余油，该类型剩余油主要由储层层内非均质性引起，分布较为分散，且主要集中在局部低渗部位，剩余油的挖潜以提高微观波及效率为主。

（3）弹性颗粒具有挤压变形能力，可以动态封堵水淹层内窜流通道，对层内非均质剩余油的挖潜具有较好的可行性；应用该弹性颗粒封堵局部高渗通道时，粒径的选择应以3倍水淹层高渗通道孔喉（层内大孔喉）尺寸为准；合理粒径下的弹性颗粒在非均质储层中的调剖效果明显，适宜于水淹层非均质剩余油的挖潜。

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（修改稿收到日期 2015-10-09）

〔编辑 景 暖〕

Distribution of remaining oil by water fooding in heterogeneous reservoirs and indoor simulation study for its potential tapping

DONG Lifei1，2，YUE Xiangan1，2，SU Qun1，2，ZHANG Dexin3，ZHANGYu1，2，SONG Wei xin1，2
（1. Key Laboratory of Education Ministry for Petroleum Engineering，China Uniνersity of Petroleum，Beijing 102249，China；2. Petroleum Engineering College，China Uniνersity of Petroleum，Beijing 102249，China；3. Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 751500，China）

In order to tap the potentiality of the remaining oil from water flooded layer of the long-term water flooding oil fields，a visualized heterogeneous model was developed through analyses of the pore structure and the size of pore throats of the reservoirs，which was used to carry out indoor observation of the formation process of water flooding remaining oil by way of video and analysis was conducted of its distribution characteristics and way of thinking of potential tapping techniques. Based on the material properties of elastic particles in throat structure，the screening principle for the diameter of this elastic particle which was in match with reservoir throat was presented. And through test of profile control of particles after water flooding in heterogeneous cores，evaluation was made on the dynamic plugging capacity and profile control effectiveness of this elastic particle. The results show that heterogeneity occurs commonly in oilfield reservoirs，which affects the distribution of water flooding remaining oil； the remaining oil in flooded layers is mainly heterogeneous remaining oil，mostly found in local low-permeability zones of the layers and distributed dispersedly，so its potential tapping will be mainly by improving the microscopic sweep efficiency； the plugging strength of elastic particles on throat increases first and then keeps constant with the enlarging of elastic particle diameter-when the ratio of particle diameter with throat diameter is over 3，the particles will be broken in throat structure； when plugging the water channel in water flooded layer and tapping the remaining oil，the elastic particle works effectively whose diameter is three times of the size of throat.

remaining oil； profile control； elastic particle； heterogeneity； visualized model； indoor simulation study

TE357

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0063-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.015

国家科技重大专项“油田开采后期提高采收率新技术”（2011ZX05009-004）。

董利飞，1988年生。2010年毕业于中国地质大学（武汉）石油工程专业，现主要从事提高采收率与采油化学相关研究工作。E-mail：lfdong2012@sina.com。