涠西南油田砂岩储层水驱油效率影响因素分析

2015-12-01张晓霞王彦利中海石油中国有限公司湛江分公司广东湛江524057

长江大学学报(自科版) 2015年29期

张晓霞，王彦利（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

李强（中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东湛江524057）

洪楚侨，李浩（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

注水开发油田采收率是驱油效率和注水波及系数的乘积，驱油效率的高低直接影响着采收率的大小。关于驱油效率的影响因素前人做过较多的工作，其结论也各有异同［1，2］，这是因为各个油田因储层物性特征和流体特性的不同，影响驱油效率的因素也不尽相同。笔者以涠西南油田大量岩心相渗试验、压汞试验数据结果为基础，从储层物性、润湿性、微观孔隙结构3方面，对涠西南砂岩储层水驱油效率的主控因素进行分析，以期为区域油田注水开发工作、提高注水开发效益提供依据。

1 研究方法

南海西部涠西南凹陷是北部湾盆地内的富生烃凹陷，同时也是北部湾盆地勘探程度最高、发现油田最多的一个凹陷。区域经过30多年的油气勘探、开发，积累了丰富的基础资料，具有较强的代表性。研究充分利用了区域20多个油田上百口井大量岩心相渗及压汞试验数据，从储层岩心的物性、润湿性及微观孔隙结构3方面，采用相关分析法对区域含油储层水驱油效率的影响因素进行深入剖析。

1.1 驱油效率

采用水驱采油的方式，研究岩样水驱油效率。由岩样相渗试验结果相关参数计算得出：

式中：ED为水驱油效率，1；Sor为残余油饱和度，1；Swc为束缚水饱和度，1。

1.2 润湿性

储层岩石的润湿性是岩石与流体之间的综合特性，指液体在岩石表面自动流散的特性。分析岩心样品的润湿性依据克雷格法则［3］。亲水岩心Swc较大（大于20%～50%），残余油饱和度下的水相相对渗透率（Kwor）≤52%，当油相相对渗透率（Krw）／水相相对渗透率（Kro）＝1时，交点含水饱和度Sw≥50%；亲油岩心Swc较小（大于10%～15%），Kwor≥52%，当Krw／Kro＝1时，Sw≤50%。

1.3 孔隙结构特征参数

该次研究岩样微观孔隙结构的参数分为以下3方面：①反映孔喉大小的参数（孔隙喉道半径均值、最大连通孔喉半径、最大汞饱和度）；②反映孔喉分选特征的参数（变异系数、岩性系数、均质系数）；③反映孔喉连通性及控制流体运动特征的参数（退汞效率、平均孔喉体积比）。

2 储层物性对驱油效率的影响

关于储层物性对驱油效率的影响，前人做过大量研究，有些研究认为驱油效率与渗透率之间不存在密切关系，有些则认为与渗透率成正相关关系，另外有些区域研究者发现驱油效率与渗透率呈反比［4］。因此对于北部湾涠西南区域含油储层物性对水驱油效率的影响规律，要从多方面、多角度进行分析。

2.1 孔隙度与驱油效率的关系

由孔隙度与驱油效率关系图（图1）可以看出，当孔隙度小于15%，孔隙度与驱油效率成正相关趋势；当孔隙度大于15%，孔隙度与驱油效率相关性不明显，没有明显的规律。

图1 孔隙度与驱油效率关系图

2.2 渗透率与驱油效率的关系

由渗透率与驱油效率的关系图（图2）可以看出，整体上驱油效率与渗透率关系不明显，但在不同的渗透率级别内，渗透率对驱油效率的影响呈不同的规律。在低渗区（即渗透率K＜50mD），驱油效率与渗透率呈较好的正相关趋势，渗透率越高，驱油效率越高；在中高渗区（即渗透率K＞50mD），驱油效率与渗透率没有明显相关性，有的驱油效率高，有的驱油效率低。结合样品岩性及孔隙结构特征分析，在中高渗区域，驱油效率高的样品岩性主要为细砂岩，驱油效率低的样品岩性主要为砂砾岩、含砾粗砂岩。由图3可以看出在中高渗范围内，岩样的驱油效率受微观孔隙结构的影响较大。以细砂岩为主的样品，分选系数小，当分选系数为3左右，孔喉分选好，驱油效率高；以砂砾岩、含砾粗砂岩为主的样品，分选系数较大，范围为2.5～4.7，孔喉分选差，驱油效率低。

图2 驱油效率与渗透率关系图

图3 驱油效率与分选系数关系图

通过分析，驱油效率受物性的影响规律为低孔低渗时，驱油效率主要受渗透率、孔隙度的影响，与其成正相关趋势，即随孔隙度、渗透率的增大，岩石样品的驱油效率变大；中、高孔，中、高渗时，岩石样品的驱油效率主要受微观孔隙结构的影响，样品的分选系数小，孔喉分选性好，驱油效率高，反之驱油效率低。

3 润湿性对驱油效率的影响

油藏岩石的润湿性影响流体在孔隙介质中分布位置、流动状态和分布状况，是影响水驱油效率的一个主要因素。研究以相渗数据为基础，采用克雷格法则，对岩石样品的润湿性进行判断。

由驱油效率与相对渗透率相等处对应的含水饱和度Sw的关系图（图4）得出，整体上涠西南油田储层以亲水为主；亲水样品的驱油效率普遍高于亲油样品，此规律和目前多数学者研究认识一致［5］，主要因为储层岩石为亲水时，毛细管力是水驱油的动力，有利于提高水的自吸速率，水能很好地润湿孔壁，易于驱净亲水油层内的油，因此驱油效率高；储层岩石为亲油时，油优先润湿岩石颗粒表面，油与固体颗粒间存在着较强的附着力。当注入水进入亲油孔道时，由于油与岩石表面的附着力，水很难与岩石表面接触和在岩石表面流动，毛细管力表现为驱油阻力，驱油效率低。

图4 驱油效率与相渗相等处的含水饱和度关系图

4 孔隙结构对驱油效率的影响

储层空间孔喉的大小及其分布特征对水驱油效率起着决定性的作用。在不同孔隙结构中，油水具有不同的渗流特征，导致水驱油效果的不同［6，7］。

4.1 孔喉大小对驱油效率的影响

喉道中值半径是指非润湿相汞的饱和度为50%时对应的孔喉半径值，可近似地代表样品平均孔喉半径的大小。最大孔喉半径是指非润湿相驱替湿相时所经过的最大连通喉道半径。由图5、6得知驱油效率与喉道中值半径、最大孔喉半径相关性较差，没有明显规律；但是渗透率与最大孔喉半径（图7）、中值半径（图8）具有很强的相关性。

图5 驱油效率与喉道中值半径关系图

图6 驱油效率与最大孔喉半径关系图

4.2 孔喉分选性对驱油效率的影响

孔喉歪度系数表示孔喉频率分布的对称参数，反映众数相对的位置，众数偏粗喉道一端称粗歪度，偏细孔喉端称为细歪度。由图9可知孔喉歪度系数与驱油效率的相关性很差，没有明显的规律。均值系数表征储层孔隙系统每个孔喉半径与最大孔喉半径的偏离程度的总和。由图10可知均值系数与驱油效率的相关性很差，没有明显的规律。

分选系数是反映喉道大小分布集中程度的参数，分选系数越小，表明储层孔喉分布越均匀。整体上驱油效率与分选系数没有明显的相关性（图11）。但在孔喉分选系数相等的情况下，驱油效率有高有低，深入分析，主要是受储层物性的影响，由图12可知，同一分选条件下，即储层孔喉大小分布均匀程度一致的条件下，驱油效率与孔隙度、渗透率呈较好的正相关性，即物性越好，驱油效率越高。

图7 渗透率与最大孔喉半径关系图

图8 渗透率与喉道中值半径关系图

图9 驱油效率与歪度系数关系

图10 驱油效率与均值系数关系

4.3 孔喉连通性对驱油效率的影响

平均孔喉体积比是度量孔隙体积和喉道体积的数值，根据沃德洛（Wardiaw）试验［8］，认为汞的退出主要视为从喉道中退出，而孔隙中仍保持充满汞。平均孔喉体积比可用下式求出：

图11 驱油效率与分选系数关系

式中：VR为平均孔喉体积比，1；SR为残余汞饱和度，%；Smax为最大汞饱和度，%。

平均孔喉体积比越小，表明微观孔隙中，孔的体积相对少，喉道的体积相对较多，该情况下，储层的连通性好。由区域孔隙结构参数统计结果来看，平均孔喉体积比与驱油效率成负相关趋势（图13），孔喉体积比大，孔多，喉少，驱油效率低；反之，驱油效率高。该规律在中高孔－中高渗、低孔－低渗样品中尤为明显（图14）。

图12 分选系数相等条件下驱油效率与渗透率（a）、孔隙度（b）关系图

5 结论

1）涠西南砂岩储层驱油效率受微观孔隙结构的影响规律：平均孔喉体积比大，即孔隙体积相对较多，喉道体积相对较少，孔隙连通程度差，驱油效率低；反之，平均孔喉体积比小，孔隙连通程度好，驱油效率高。

2）涠西南砂岩储层驱油效率受物性的影响规律：在不同物性范围，驱油效率的影响因素不同，低孔－低渗样品（φ＜15%、K＜50mD），驱油效率随渗透率、孔隙度的变大而增加；中高孔－中高渗样品（φ＞15%、K＞50mD），驱油效率受微观孔隙结构的影响较大，孔喉分选好，分选系数小，驱油效率高，反之，驱油效率低。

3）涠西南砂岩储层驱油效率受岩样润湿性的影响规律：水湿样品驱油效率高于油湿样品。