低渗透岩性油藏长期水驱储层特征变化规律

2020-01-14张洪军李二党牛海洋高月刚

特种油气藏 2019年6期

张洪军，李二党，牛海洋，高月刚，黄炜

(中国石油长庆油田分公司，陕西西安 710200)

0 引言

鄂尔多斯盆地中生界三叠系油藏以大型低渗透岩性油藏为主，孔隙结构复杂，物性差，天然能量匮乏，单井产能低[1-3]。目前这类油藏开发主要以早期注水为主[4-5]，由于其低孔低渗的储层特征，长期注水开发对其储层物性及渗流特征可能会带来一定的影响，进而影响后期的开发调整[6-7]。油藏注水开发是一个长期的过程，由于注入水和储层岩石长时间接触，会发生各种浸泡、溶蚀、冲刷、堵塞等机理，引起储层岩石矿物组成、储层物性以及渗流特征的改变[8-9]。近年来，国内外学者对中高渗油藏开展了大量的实验研究，总结出了注水会引起岩石的亲油性逐渐减弱、亲水性增强[10-14]，使储层的孔隙度和渗透率增大的变化规律[15]。然而，对于低渗透油藏，由于孔隙结构更复杂，非均质性更强，水驱对储层特征的影响更复杂[16]，很少有学者从微观驱替机理出发，研究总结长期水驱对低渗储层物性及渗流特征的影响规律。因此，以长6段低渗砂岩油藏岩心为研究对象，模拟油藏长期高压注水过程，测试分析注水前后储层岩石矿物组成、孔隙结构、储层物性以及渗流特征的变化差异，总结长期注水后不同渗透率级别储层的物性和渗流特征变化规律，可以为低渗透油藏后期驱替方式的优化调整提供重要的理论依据。

1 岩石矿物组成变化

利用X射线衍射技术对长6段5组岩心分别开展了水驱前后岩石矿物组成和黏土矿物组成的测试分析，以评价水驱过程中，注入水冲刷作用对岩石矿物组成的影响(表1)。结果表明：与水驱前相比，水驱后岩心中的黏土矿物含量减少0.98%～

表1 水驱前后岩石矿物组成变化对比表

3.39%，伊蒙混层含量减少5.00%～40.92%，伊利石含量减少18.18%～41.67%。且孔隙度和渗透率越高，岩石矿物组成和伊蒙混层含量降低幅度越大。说明在长期水驱过程中，由于注入水在孔隙中存在较高的压力梯度，会将胶结程度较弱的黏土矿物微粒冲刷，导致储集空间扩大，部分孔隙喉道得到疏通，渗流条件得到改善，但在物性较差的岩心中，由于颗粒间胶结程度较强，流动通道更加迂曲复杂，注入水的冲刷能力有限，岩石矿物组成和黏土矿物组成的变化相对较小。

2 储层物性变化

利用岩心核磁共振技术对2块不同渗透率级别的岩心进行水驱前后T2谱测试分析(图1、2)，其中，26号岩心孔隙度为11.90%，空气渗透率为0.473 mD； 14号岩心孔隙度为3.49%，渗透率为0.041 mD。由图1、2可知，渗透率相对较高的26号岩心在水驱后孔隙度增加了1.08%，而渗透率相对较低的14号岩心在水驱后孔隙度只增加了0.06%。

利用Coates模型对核磁共振T2谱进行了换算，得到不同孔隙半径下的孔隙度分量(表2)，无论是在26号岩心还是在14号岩心中，孔喉半径大于0.01 μm后所对应的孔隙度增加幅度为21.72%和8.75%。由于14号岩心的主要孔喉半径分布在0.04 μm以下，其中66%的孔径分布在0.01 μm以下，导致整个岩心水驱后的孔隙度增加仅3.52%。主要原因为一方面注入水在孔隙中流动的阻力大，渗流速度小，冲刷力较小，难以使黏土矿物剥离出岩石表面；另一方面，由于喉道小，剥离掉的黏土矿物易被二次捕获，很难被冲刷进入到大孔道中流出。

图1 水驱前后26号岩心核磁共振T2谱对比

图2 水驱前后14号岩心核磁共振T2谱对比

表2 水驱前后岩心孔径分布对比

为了更加真实地反映水驱前后储层物性的变化，利用实际地层水代替氮气在地层温度和压力下进行了10组岩心水驱前后液测孔隙度和渗透率测试，测试结果见表3。水驱后液测孔隙度比水驱前增加了0.94%，增加幅度较小，水驱后液测渗透率比水驱前增加了17.67%，增加幅度较大，尤其是在渗透率高于0.060 mD时，增加幅度更大。总体趋势来看，长期水驱后低渗透岩心孔隙度和渗透率均有所增加，在物性越好的储层中孔隙度和渗透率增加幅度越大，因此，在非均质较强的低渗透储层中，长期水驱会导致油藏非均质性进一步加剧。

3 渗流特征变化

低渗透油藏注水过程中，储层岩石的启动压力梯度会发生不同程度的改变[17]，而在长期注水后，部分储层区域内会形成渗透率相对较高的优势通道，发生局部水窜，从而影响油藏的整体注水效果。为了评价启动压力梯度的变化大小，在地层温度和压力下，在岩心夹持器中利用地层水对5组岩心水驱前后的启动压力梯度进行测试，结果见表4。水驱前岩心的启动压力梯度为0.279～2.805 MPa/m，水驱后为0.207～1.715 MPa/m，岩心启动压力梯度明显降低，降幅为25.81%～38.86%，说明水驱后，黏土矿物含量降低、大孔道增多、渗透率增大，导致启动压力梯度降低。岩心渗透率越低，启动压力梯度越高，在水驱后的降幅也越大。

水驱前后岩心的相渗曲线对比见图3。水驱后相渗曲线等渗点饱和度右移，从54.10%提高到56.90%，说明长期水驱导致岩心亲水性质加强；等渗点相对渗透率从7.48%提高到9.86%。长期注水对低渗岩心的润湿性和相对渗透率影响较大，这与注入水和低渗透岩心孔壁之间的冲刷力大，岩石和黏土矿物组成改变较大有直接的关系。