渤海海域Z油田水驱后储层变化规律实验研究

2017-12-17朱文森陈丹磬李金宜信召玲柳永军

石油地质与工程 2017年6期

关键词：水淹水驱岩心

朱文森，陈丹磬，李金宜，信召玲，柳永军

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中国石油大学地球科学与技术学院）

渤海海域Z油田水驱后储层变化规律实验研究

朱文森1，2，陈丹磬1，李金宜1，信召玲1，柳永军1

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中国石油大学地球科学与技术学院）

以渤海海域Z油田东营组油藏为目标，对水淹前后岩心储层样品按不同流动单元进行了系统的岩性、物性、电性和渗流特征室内实验，分析总结水驱前后储层参数变化规律。结果表明，水驱后储层粒度中值增大，黏土矿物含量下降，孔隙度和渗透率增大，储层非均质性增强；实验中，随着驱替倍数增加，岩心电阻率下降，饱和度指数下降，不同流动单元样品的变化幅度具有差异性。

渤海Z油田；水驱；岩性参数；孔隙结构；物性参数；电性参数

渤海海域Z油田长期注水开发，存在层间矛盾突出、注水突进明显、部分区块或井组含水较高的实际问题。为了提高油田采收率，需要对油田进行综合调整研究，准确掌握水驱前后储层结构和物性变化特征是油田综合调整的基础。根据Z19井密闭取心样品开展的地质实验所获得的相关数据，是反映水驱前后储层结构及物性变化最直接、最准确的数据，通过开展水驱前后储层参数变化规律研究，可以有效地指导类似水驱油气田开发方案调整。

1 水驱前后储层岩性参数变化规律

对Z19井东营组1 338 m～1 589 m岩层进行了密闭取心，取心长超过150 m。根据岩心滴水、沉降实验以及镜下观察，结合测井曲线与井的产吸剖面等数据，对岩心水淹层类别进行综合判断，将岩心划分为水淹前和水淹后岩心。结合流动带指标（FZI），综合利用孔隙度、渗透率及R35对各类流动单元在大范围进行约束，将Z19井岩心样品分为Ⅰ、 Ⅱ 、Ⅲ类流动单元（表1）。根据流动单元的划分，进行水驱前后储层变化规律研究。

表1 Z油田流动单元分类标准

Z19井密闭取心样品共完成354组激光粒度测试， 28组X–衍射实验。Z19井东营组储层岩性主要为细砂岩，粒度中值为0.05～0.35 mm，泥质含量为0.1%～5.0%。

对比未水淹储层样品与水淹段储层样品的岩性参数（图1）可知，Z19井东营组储层在水驱开发过程中，粒度中值上升，泥质含量下降。Ⅰ类流动单元样品水淹后，粒度中值由0.22 mm增大至0.29 mm，增幅24%，泥质含量由0.99%降低至0.5%，降幅49%，岩性参数变化最为显著；Ⅱ类流动单元样品水淹后，粒度中值由0.14 mm增大至0.15 mm，增幅6%，泥质含量由1.8%降低至1.4%，降幅22%；岩性参数变化幅度较小的Ⅲ类流动单元，其样品水淹后粒度中值基本不变，泥质含量由 4.8%降低至 4.3%，降幅10%，岩性参数变化幅度较小。尤其是Ⅰ类流动单元的样品，变化趋势最为显著。粒度分布由细粒向中粗粒变化。粒度非均质性有所增强。

Z19井东营组储层属于三角洲前缘沉积，以水下分流河道和河口坝沉积微相为主。与分流河道间、远砂坝和席状砂沉积微相相比，水下分流河道和河口坝沉积微相粒度较粗，储层物性明显优于其他微相。在注水开发过程中，水下分流河道微相储层段容易形成底部水淹，河口坝微相储层段容易形成顶部水淹或均匀水淹，导致这些层段的相对吸水量通常高于邻层其他微相层段，更容易受到长期注水的改造，粒度中值增大，粒度非均质性增强。储层处于早成岩B期，由于岩石作用及碳酸盐类矿物的胶结作用，岩石为半固结–固结，孔隙类型以原生孔隙为主，可见少量溶蚀孔。矿物颗粒以点接触为主，容易受到注入水的机械搬运作用，导致水驱后粒度中值增加。通过铸体薄片镜下观察，可以发现Z19井水淹段均形成了较为明显的窜流通道（图2a）。

根据Z19井X–衍射分析可知，黏土矿物以水化能力强的伊蒙混层为主，平均含量为65%。对比不同层段的样品分析结果发现，强水淹段储层样品中伊蒙混层的含量明显下降，说明水化作用使黏土矿物膨胀破坏，黏土矿物含量下降。破坏后的黏土矿物颗粒随注入水流迁移，或在孔隙的其他部位堆积或从油井采出。这种作用使大孔道更加通畅，小孔道更加细小，甚至可能被颗粒架桥堵塞，使大、小孔隙的差异加剧[1]。扫描电镜观察发现，Z19井水淹段储层孔隙喉道中出现了黏土矿物堆积的现象（图2b）。

图1 Z19井粒度中值–泥质含量关系

图2 Z19井水淹段储层样品镜下照片

在注水开发过程中，砂岩微粒迁移作用和黏土水化作用对储层的岩性参数产生了直接影响，粒度中值增大，泥质含量降低。而沉积微相与成岩作用对粒度分布起到了控制作用，也对水驱后岩性参数的变化与粒度非均质性增强产生了影响，同时也对储层物性变化产生了影响。

2 水驱前后储层孔隙结构参数变化

Z19井密闭取心样品共完成铸体薄片镜下观察28组，压汞法毛管压力实验23组。Z19井样品铸体薄片镜下观察表明，岩石孔隙发育较好，分布较均匀，主要为粒间孔，连通性较好。通过压汞曲线和铸体薄片图像分析，研究不同水淹程度储层样品孔隙结构的变化规律。

对比未水淹储层样品与水淹段储层样品的孔隙结构参数（图3）可知，Z19井储层在水驱开发过程中，孔喉半径平均值上升，排驱压力下降。Ⅰ类流动单元样品水淹后，孔喉半径平均值由15.7 μm增大至18.4 μm，增幅15%，排驱压力由0.017 MPa降低至0.01 MPa，降幅41%，孔隙结构参数变化较小；Ⅱ类流动单元样品水淹后，孔喉半径平均值由7 μ m增大至9.8 μm，增幅29%，排驱压力由0.041 MPa降低至0.021 MPa，降幅48%，孔隙结构参数变化最为显著；Ⅲ类流动单元样品水淹后，孔喉半径平均值由2.69 μm增大至3.63 μm，增幅26%，排驱压力由0.11 MPa降低至0.08 MPa，降幅27%，孔隙结构参数变化较小。

对比未水淹前储层样品与水淹后储层样品的压汞法毛管压力曲线（图4），Z19井水淹后毛管压力曲线平缓段长，凸向左下方，说明喉道分布相对集中，分选性好，歪度相对较粗，孔喉平均半径上升，储集物性好，排驱压力下降，并且Ⅰ、Ⅱ类流动单元的样品变化趋势均较为显著。

图3 Z19井孔喉半径平均值–排驱压力关系

图4 Z19井代表性压汞法毛管压力曲线

3 水驱前后储层物性参数变化规律

关于注水开发对砂岩储层物性的影响，前人曾做过大量的工作[2–13]。目前，大部分的研究认为，高孔高渗的储层经过长期注水冲刷后，渗透率升高[6–13]；而低孔低渗的储层随着注水量的增加，孔隙度变化不大，渗透率明显降低[14]。由于储层在驱替过程中大孔道内的充填物被冲刷到小孔道，小孔隙内被堵塞，因此，大孔道变得更大，小孔道变得更小，储层物性非均质性可能增强。本文主要通过密闭取心井岩心常规分析，比较不同水淹程度储层样品孔隙结构的变化规律。

Z19井密闭取心样品共完成岩心常规分析 495组。对比未水淹储层样品与水淹段储层样品的物性参数（图5）可知，Z19井东营组储层在水驱开发过程中，孔隙度和渗透率均上升。其中，Ⅰ类流动单元样品水淹后，孔隙度基本不变，渗透率由2 752.3×10–3μm2增大至 5 631.5×10–3μm2，增幅 51%，物性参数变化最为显著；Ⅱ类流动单元样品水淹后，孔隙度由35.4%增大至35.7%，增幅0.6%，渗透率由 1 232.7×10–3μm2增大至 1 419.7×10–3μm2，增幅13%，物性参数变化幅度较小；Ⅲ类流动单元样品水淹后，孔隙度由31.1%增大至33.1%，增幅6%，渗透率由 155.8×10–3μm2增大至 282.2×10–3μm2，增幅45%，物性参数变化幅度较小。

图5 Z19井孔隙度与渗透率关系

对比油田储层物性非均质性参数可知，随着水淹程度的增加，渗透率级差、突进系数、变异系数均有所上升。说明在水驱开发过程中，储层物性改善，但储层非均质性也有所增强。

Z19井泥质含量与渗透率之间呈反比关系（图6），水驱后，泥质含量降低，渗透率上升。

图6 Z19井泥质含量与渗透率关系

4 水驱前后储层电性参数变化规律

根据岩电–相驱实验结果，分析Z19井水驱过程中岩心电阻率的变化规律。实验过程中，记录并计算各测试点的含水饱和度、岩心电阻率、产水率和驱替倍数之间的关系，绘制关系图，并通过产水率划分水淹级别（产水率＜10%，未水淹；10%＜产水率＜40%，弱水淹；40%＜产水率＜80%，中水淹；产水率＞80%，强水淹）。对比 Z19井不同流动单元样品岩电–相驱实验结果（图7），Ⅱ类流动单元电阻率中等，弱～中水淹对应含水饱和度为 40%～60%，岩心电阻率在下降过程中存在明显的拐点，拐点两侧岩心电阻率随含水饱和度的增加而下降的幅度明显不同；Ⅲ类流动单元电阻率最小，水驱过程中降幅最小，弱～中水淹对应含水饱和度为 35%～55%，岩心电阻率随含水饱和度的增加而下降的趋势较为一致。

通过实验数据可知，岩心样品在驱替倍数很低的情况下（一般小于1倍），含水饱和度已经接近最大含水饱和度（即100%减去残余油饱和度），而且，双包封处理的岩心样品在实验过程中不存在出砂的现象，故认为实验过程对岩心孔隙度的改变可以忽略不计。同时，参考Z19室内模拟水驱前后储层岩电参数变化实验结果，水驱前后地层因素F（即Ro/Rw）的改变量很小（小于3%）。

图7 Z19井不同流动单元样品岩电–相驱实验结果

根据岩电–相驱实验结果，以电阻率拐点（即储层开始水淹），两端饱和度指数!值明显变化的测试点对应的含水饱和度为界线，分段得出"值，计算!值。

根据阿尔奇公式，在电阻率放大率I与含水饱和度Sw双对数坐标下计算饱和度指数!（图8）。结合岩电–相驱实验计算得到的含水饱和度与驱替倍数之间的关系，得到样品水淹前"值、!值，拐点对应饱和度，拐点对应驱替倍数，水淹后"值、!值。从图中可以发现，!值随驱替倍数变化也呈明显的两段式。当驱替倍数很小、含水饱和度较低时，"值较小，!值较大；当驱替倍数增大、含水饱和度较高时，"值增大，!值减小。

图8 Z19井代表性样品电阻率放大率与地层水饱和度关系

根据Z19井岩电–相驱实验!值计算结果，拐点之后"值上升，!值下降。Ⅱ类流动单元的!值普遍高于Ⅲ类流动单元。在水驱过程中，随着驱替倍数的不断增加，岩心电阻率与含水饱和度之间的关系发生变化，由此计算得到的饱和度指数!值也呈现明显的分段性，总体上符合水驱后储层岩电参数降低的规律。

Z19井水驱油过程中，岩石电阻率的下降同样呈两段式。上述现象产生的原因在于，当储层孔隙中的含水饱和度增大到一定程度后，岩石中由大孔道组成的主力流动网络开始形成并保持稳定。模拟水驱开发过程的微观驱油实验表明，在微观非均质性控制下，作为驱替相的水总是选择阻力最小的通道前进。由于大孔道的排驱压力低，注入介质在其中优先突破，当从不同孔道突进的注入水汇合并到达出口端以后，会在岩石孔道系统中形成主力流动网络，在这个主力流动网络中水是连续相，对电流的传导起决定作用[15]。