港西油田疏松砂岩密闭取心井室内实验研究

2015-12-29邹拓,张会卿

延安大学学报（自然科学版） 2015年1期

港西油田疏松砂岩密闭取心井室内实验研究

邹拓，张会卿

(中国石油大港油田公司勘探开发研究院，天津300280)

摘要：密闭取心井是了解地下储层最直接资料，疏松砂岩储层在现场取心和岩样出筒处理过程中易损坏。针对港西油田疏松砂岩储层，为了挖潜老油田剩余油，搞清油藏不同开发时期变化过程和油藏现状，加深储层认识，在港西油田利用液氮冷却、岩样包封等技术手段对西检2井密闭取心，并展开室内实验研究。研究表明，西检2井储层碎屑成分以石英为主，不同层段含量有所变化，为高孔、中-中低渗储层，且孔渗相关性良好。归纳了4种孔隙组合类型，分层段综合定义3种储层，重点分析了3种情况下驱油效率与含水规律特征。动静态结合分析法，对深入认识储层有一定指导意义。并进行样品对比实验，结果证实密闭取心冷冻实验分析方法针对疏松砂岩岩心样品成熟可靠，为疏松砂岩密闭取心提供可借鉴的方法。

关键词：疏松砂岩；密闭取心；对比实验；西检2井；港西油田

中图分类号：TE311

文献标识码：A

文章编号：1004-602X(2015)01-0051-05

收稿日期：2014-11-10

基金项目：中国石油重点科技专项“歧口凹陷大油气田形成条件及富集规律研究”(2008E-0601)

作者简介：邹拓(1984—)，男，湖北公安人，中国石油大港油田公司工程师。

Abstract：Sealed coring well is the most direct understanding of the subsurface reservoir. Loose sandstone reservoir rock samples are easily damaged at the site of coring and during the processing from coring tube.In order to produce the potential remaining oil and find out the status of reservoir in different development stages for loose sandstone reservoir of Gangxi oilfield,at the same time to deepen understanding of reservoir, liquid nitrogen cooling and rock samples encapsulation technical means are taken to apply on sealed coring well of Xijian 2 for experimental study.Results have shown that detrital component mainly contains quartz where content varies in different layers of Xijian 2. It belongs high hole-mid or low permeability, and there is good relationship between porosity and permeability.Paper summed up 4 kinds of pore combinations type.Defined 3 kinds of reservoir by layers, and focused on the law of oil displacement efficiency with water features in 3 cases.Combined static and dynamic analysis,it guided better for us to understand reservoir.In addition to compare experimental,it showed that sealed coring analysis methods for freezing experiments were reliable to loose sandstone rock samples.It also provided a reference method for sealed coring of loose sandstone reservoir.

港西油田经过40多年的开发，目前已全面进入高含水高采出程度开发阶段[1，2]，层间与层内矛盾日益突出，油藏储层结构、剩余油分布和水淹状况等地下特征也发生了很大变化。为确保二次开发部署及指标预测的合理性，有必要进行密闭取心化验分析、研究，进而搞清油藏不同开发时期变化过程和油藏现状，加深储层认识，预测油藏未来动态，提高老油田开发水平，大幅提高采收率，为油藏精细描述和编制油田二次开发方案提供科学的依据[2，3]。疏松砂岩存在胶结性差、结构疏松及强度小的特点，在常规取心条件下无法取得研究所需岩心[4]。港西油田主要含油层系为新近系明化镇组和馆陶组，孔隙度为31%，平均空气渗透率为849 mD，为典型的高孔高渗疏松砂岩油藏[5]。

目前国内外对密闭取心的研究多侧重于取心工具与工艺设计和单一的含水饱和度校正、水淹状况分析等研究[6-8]，鲜有全面的针对疏松砂岩储层密闭取心流程与实验分析方面的论述。由此，本文针对岩心疏松特点，结合密闭取心要求，对样品的前期处理采取了液氮低温冷冻、钻切、取样、冷冻包封和洗油等，在使用液氮冷冻时，岩心可以直接浸入其中并快速冷冻，能够避免岩心内部油、气、水的散失[9]，保证岩心最大程度接近原始地层条件下储层状态。在此基础上展开了全面的岩心室内研究工作，搞清储层内部各个动、静态参数，为二次开发方案编制提供真实、合理、有效的地质参数。

1疏松砂岩密闭取心

密闭取心是利用密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下取出几乎不受钻井液自由水污染的岩心[10]。疏松砂岩油藏由于具有疏松特质，现场取心应采用密闭取心方式，之后直接冷冻封存[11]。针对以上要求，首先要保证岩心的完整性，其次还需保证岩心不受污染。现场取样时，在岩心筒起出地面后，缓慢地从岩心筒中取出岩心，并快速用干净的擦拭物清除岩心上的钻井液或密闭液，以防止岩心被污染。特别，对于油浸级以上的油层岩心不能用水洗，应采用钢制利器轻轻刮去岩心表面的钻井液或密闭液。出筒岩心处理完毕后，按岩心出筒顺序，自上而下依次摆放好，防止岩心顺序颠倒。在对准岩心断面岔口，清除假岩心，合理摆放磨光面和破碎岩心后，由顶到底准确丈量岩心长度，对岩心编号和标出出心箭头，随即用锡纸将岩心包裹好，贴上标签，再用包裹布包裹，以免标签磨损、锡纸磨破或岩心损坏。最后迅速将包裹好的岩心按序依次放入低温冷冻箱中，待冷冻至坚硬后送达实验室。

岩心室内研究前，需要对冷冻岩心进行剖心、取样、钻样、切样、岩心包封、蒸馏提取除油、热解除油等工作，以便进行实验研究。

2岩心室内实验研究

岩心室内实验研究方法不少学者多有叙及，但大多以单一的微观孔隙结构分析、岩石物理参数等方面为主，是精而细的研究，诸如文献[12-13]等。而本次研究中，采用的是动静综合分析法，全面剖析影响储层的每一项动、静态特征参数，而且创新性的进行了样品对比分析。岩心室内实验研究有定性和定量分析两方面。定性研究主要包括肉眼观察岩心含油性、成分、接触关系，手摸感知岩心胶结性，滴酸判断矿物含有物，荧光照相观察含油类型、饱满程度、分布状况等。定量研究主要包括：(1)岩石学特征分析；(2)储层物性分析；(3)孔隙结构分析；(4)渗流特征分析；(5)储层敏感性评价；(6)岩石地化分析[14]。本文研究重点为主力含油层系的明化镇组明二(NmⅡ)、明三(NmⅢ)段和馆陶组馆一(NgI)段3个油组。

2.1　岩石学特征分析

根据岩心观察及薄片鉴定、X-衍射、扫描电镜等多种分析化验手段，确定储层岩石学特征。岩心观察含油井段以褐色含油、油浸细砂岩、中砂岩、粗砂岩为主，碎屑颗粒次棱状、次圆状，分选中等-好。砂岩较疏松，原油外渗强，含油较均匀，较饱满，油味浓，滴水微渗。荧光下粒间荧光分布较均匀，呈弥漫状，以褐黄色、黄色、黄绿色为主，部分碎屑颗粒受沥青浸染。薄片镜下鉴定碎屑成分主要为石英、长石和岩屑。以石英为主，约占碎屑含量一半，平均50.53%，其次为长石，含量为16%~44%，平均28.41%，岩屑含量为8%~32%，平均20.65%，岩屑种类较多，有中、酸性喷出岩、花岗质岩、石英岩、硅质岩等。不同层段各种碎屑含量有所变化，NmⅡ、NmⅢ段石英、长石含量相当，NmⅢ段岩屑含量略高，NgI段石英、岩屑含量明显高于NmⅡ、NmⅢ段，而长石含量明显偏低。黏土矿物是各种碎屑岩储集层填隙物的主要组分[15]，运用X-衍射黏土分析及扫描电镜对黏土矿物相对含量进行研究，储集层中填隙物包括泥级沉积物(杂基)和成岩自生矿物(胶结物)。其中，杂基包括碎屑粘土矿物、细碎屑和泥微晶碳酸盐等；胶结物包括伊蒙混层、高岭石、方解石、次生石英加大等(图1)。

粒间空隙及粒间高岭石等粘土、微晶石英、菱面体碳酸盐填隙物(1504.36 m，NgI)

图1扫描电镜图像分析

2.2　储层物性分析

从取样分析，储层岩性以细砂、中砂、粗砂岩为主，粒度中值平均238.75 μm，分选中等到好，黏土含量较低，平均3.77%。根据物性参数分析，明馆(主力储层为NmⅡ、NmⅢ和NgI)平均孔隙度29.9%，渗透率518.0 mD。按行业划分标准(SY/T6285-2011)，明化镇组以特高孔、高渗型储层为主，馆陶组为高孔、中低渗型储层。孔隙度与渗透率有较好正相关关系，即随着孔隙度的增加渗透能力增强(图2a)。纵向上分别对比不同层位岩石物性特征，孔隙度、渗透率随井深加深，由于受成岩作用影响，有减小趋势，NgI段孔渗明显小于NmⅡ和NmⅢ段(图2b)。分析泥质含量的变化，同样随着井深增大而增大，从而导致孔渗随之减小。并对泥质含量、标准偏差与孔隙度、渗透率相关性分析，它们具有一定的负相关趋势，再次印证泥质含量对孔渗性能有很大影响，个别样品没有遵循规律，判断其泥质呈条带状、团块状分布，有孔隙发育、连通较好的条带存在。

2.3　孔隙结构分析

孔隙结构特征是储层微观物理研究的核心内容是控制和影响储层渗流条件的重要参数[16，17]。通过铸体薄片分析、扫描电镜技术手段，依据碎屑岩储集空间划分标准，本井主要的孔隙类型为原生粒间孔、次生粒间孔、粒内孔、粒间溶孔、填隙物晶间微孔和组分溶孔。岩石中各种孔隙空间并不是孤立的，而是通过一个或若干个喉道有机地联结在一起，构成完整的孔隙格架，即孔隙组合。本井孔隙组合类型主要包括以下几种：(1)原生孔隙型，砂岩类型为纯净砂岩，填隙物少，以原生粒间孔作为主要的储集空间和渗流通道，孔隙几乎未发生再分配；(2)原生、次生孔隙混合型，砂岩类型为纯净砂岩，该类型砂岩发育一定的次生孔隙，主要受溶蚀作用改造，碎屑周边溶蚀产生一定量的次生孔隙；(3)原生孔隙+微孔+次生孔隙型，该类砂岩填隙物含量较高，岩石除含原生粒间孔和一定量的组分溶孔外，填隙物晶间微孔也占有一定的比例；(4)微孔型，此类岩石填隙物含量高，粒间孔隙均被填隙物充填，孔隙以填隙物晶间微孔为主。

铸体薄片图像分析结果，岩石平均面孔率为19.12%，平均孔隙直径为159.17 μm，平均比表面为0.10μm-1，平均孔喉比为3.59。平均喉道宽度为19.02 μm。对比各层段孔隙和喉道分布结果，NmⅡ孔径和喉道都较小，NmⅢ和NgI孔喉相对较大。结合压汞法毛细管压力曲线分析[18]，综合孔渗、排驱压力、孔喉半径、均质系数、退汞效率等指标综合定义NmII为中渗、高孔细喉不均匀歪度型储层，NmⅢ为高渗、高孔细喉较均匀歪度型储层，NgI为中低渗、中孔细喉较均匀中歪度型储层(图3)。

图3　各层典型毛管压力曲线

2.4　渗流特征分析

润湿性是控制流体在孔隙中微观分布的重要因素之一，是油藏岩石渗流特性不可缺少的物性参数[19]。对样品润湿性测试分析，除1块样品润湿特性为亲水性质以外，其余样品润湿特性均为强亲水性质，由此说明该储层主要润湿特性以强亲水型为主。继续开展油水相对渗透率研究，从相渗曲线及各项参数指标结果看，随着含水饱和度增加，NmⅡ和NmⅢ段高渗透油层油相下降较为平缓，水相也上升的比较缓慢，油水两相交替很充分，大部分曲线形态呈“X型”，充分显示出高渗储层的渗流能力及曲线特征，但NgI段的低渗透油层油相下降较为迅速，水相的上升呈低平状，油水两相交替的不够充分。

表1　各层段油层水驱油效率综合参数表

分3种情况进行水驱油效率与含水规律特征分析实验(表1)：(1)阶段驱油效率规律。在无水期，馆陶组驱油效率比明化镇组高；低、中含水期各层的驱油效率都较低；高含水期，馆陶组比明化镇组低。以NmⅡ和NmⅢ段为代表的高渗透储层，其最终驱油效率较高分别达到56.18%和56.87%。代表低渗透储层NgⅠ段的最终驱油效率相对较低，平均为47.52%。就该储层来说，从驱油阶段“两头高中间低”(无水期、高含水期高，低、中含水期低)的普遍现象来看，其各阶段驱油效率按物性条件的差异总体来讲还是较好的。(2)含水上升速度特征。从实验结果来看，各储层低、中含水阶段每采出1%地质储量的含水上升速度远远快于高含水阶段。高含水期的含水上升速度则很低。总体来讲，该储层含水阶段的含水上升速度指标均在稀油砂岩油藏的指标范围之内，高含水期的含水上升速度很低，反映出该储层“注水初期水突破快、高含水期采出程度高、含水上升速度慢”的特点。(3)不同注入倍数下的驱油效率特点。实验结果表明，随着注水倍数的增加，驱油效率均呈上升趋势；在同样注入倍数条件下，渗透率高的岩心段(NmⅡ、NmⅢ段)注水利用率要差于渗透率低的岩心段(NgⅠ)。

3样品对比实验

由于疏松砂岩的特殊性，在取心时进行了特殊处理，那么特殊处理对岩石的物性、流体等特征是否会产生影响而偏离了真实地质认识，由此采取了样品对比实验。主要包括岩心的冷冻与未冷冻、样品包封与未包封、先期砸样与后期液氮钻取样对检测结果的影响。

图4　冷冻与未冷冻样品物性对比

图5　包封与未包封样品物性对比

图6　先期砸样与后期钻取样品饱和度对比

分别按以上3个方面进行对照实验。从图4冷冻与未冷冻物性对比实验中，冷冻岩心孔隙度略小于未冷冻岩心，渗透率大小变化无明显规律，原因是因为冷冻的疏松岩心在常温下，结构逐渐破坏，直到散砂状态，造成孔隙度增大，影响了油水饱和度。选取同一样品同一部位测试包封影响(图5)，结果发现包封与未包封样品孔渗变化不大，也没有明显的偏向规律，样品检测结果偏大的都在误差范围内，由此看来岩样包封对固结程度较差的疏松岩心孔渗测试分析是一项成功的样品制备技术。考虑样品钻取过程中，钻头温度和样品放置时间对饱和度的影响，对先期砸取的样品饱和度和后期液氮钻取临近样品的含油、水饱和度进行对比(图6)。对比结果显示，①在相应的井深范围内多数样品含油、水饱和度高低无明显变化规律；②先期砸取样品含油饱和度+含水饱和度之和小于后期钻取样品，原因可能是砸取样品造成疏松岩心更加疏松，孔隙度增大，或是钻取样品有钻屑污染，造成孔隙度降低。通过多项对比实验分析，验证了密闭取心冷冻实验分析技术针对疏松岩心样品的成熟与可靠。

4结论

(1)对港西油田疏松砂岩岩心分六个方面进行室内实验研究，定性、定量认识了西检2井储层动、静态特征。储层碎屑成分以石英为主，不同层段含量有所变化，为高孔、高渗储层，且孔渗相关性良好，成岩作用与泥质含量对储层物性有一定影响，并划分了4种孔隙组合类型，属细喉歪度型储层。

(2)通过流体、地化分析，储层具有强亲水性，总结了3种情况下驱油效率与含水规律特征：低、中含水期的驱油效率各层都较低，高含水期驱油效率较高。

(3)针对疏松砂岩储层特点，采取非常规密闭取心法，并通过多项对比实验，证实液氮钻取、冷冻包封等新型方法，既满足了密闭取心要求，又未影响原始储层参数，是一种成熟可靠的技术方法。

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