水敏感性对低渗油藏油水两相渗流影响实验研究

2022-12-05许诗婧胡心玲王长权

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年6期

高斌，许诗婧，2，胡心玲，赵旭，王长权，2

（1．长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2．油气钻采工程湖北省重点实验室（长江大学），湖北武汉 430100；3．中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉 433124）

引言

一直以来，人们对储层水敏的产生机理和发生水敏后油藏产量变化的研究从未停止，传统方法为分析黏土矿物结合岩心流动实验来分析储层敏感性［1-5］，该方法也是最直接和有效的方法。但随着储层开发难度的加大，利用传统的方法也渐渐难以解决所产生的问题。近年来出现了很多用以研究水敏对产量影响的新方法，从油藏数值模拟［6］到利用数学模型的动态预测［7］，为水敏性储层后续开发提供了更好的对策。水敏机理的研究方法也是多种多样，例如利用微纳米CT和核磁共振研究水敏对孔隙半径、孔喉配位数以及孔隙形状因子的影响［8-11］。通过各种方法研究后发现，注入水中的离子含量和离子种类才是导致储层水敏发生的根本原因，这种水敏伤害可以通过降低pH值、注入高矿化度和高含量K＋和Mg2＋的水从而抑制黏土矿物的膨胀和运移来减轻［12］。但低矿化度水造成的水敏并不全是负面影响，从润湿性方面来看，注入低矿化度水可将岩石的润湿性从油湿或混合润湿转为水湿，从而增加洗油效率；从颗粒运移方面来看，颗粒运移可以堵住优势通道，迫使水流向更小的孔隙中去，增加波及系数［13-20］。

很多学者仅对水敏的伤害机理研究有了较深刻的认识，但少有报道水敏对微观孔隙结构及两相渗流规律的影响。XG组油藏是江汉盆地主要含油层系之一，储层黏土矿物以绿泥石为主，其次为伊／蒙混层、伊利石，层内和层间非均质性严重，储层易发生水敏和酸敏。因此，有必要开展储层的微观孔隙特征和敏感性研究，进一步明确储层的渗流特征及驱油机理，以此为基础，为形成适应储层的增产措施及配套的工艺技术提供技术支撑。

1 实验方法及流程

1．1 实验准备

（1）岩心准备：将现场获取的天然岩心经洗油、烘干后测定长度、直径、孔渗基本物性参数（表1）。挑选不同渗透率级别的岩心，对其截取一部分进行小岩心钻取，获取的小岩心同步进行水敏实验前后微纳米CT扫描，剩余部分岩心柱进行室内渗流规律实验研究。

表1 实验岩心基础物性数据Tab．1 Basic data of experimental cores

（2）流体准备：实验用油样采用白油与航空煤油按一定比例配制成模拟油，配制的模拟油达到实验条件的油水黏度比（油水黏度比为6．19）；实验用水样是将按照地层水离子含量分析结果在实验室复配的地层水样用0．45μm的滤膜经砂心漏斗过滤所得（表 2）。

表2 地层水离子成分Tab．2 Ion composition of formation water

1．2 实验装置及流程图

实验装置及流程如图1所示。

图1 实验装置及流程Fig．1 Experiment equipment and process

1．3 实验步骤

（1）水敏前油水相对渗透率测定实验：实验参考行业标准GBT 28912—2012《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》进行。对选取的岩心进行抽真空加压饱和地层水后测定初始水相渗透率；用模拟油驱直至不出水为止，计算束缚水饱和度，测定束缚水饱和度下的油相渗透率；选择合适的驱替速度进行水驱油实验，准确记录见水时间、见水时的累积产油量、累积产液量、驱替速度和驱替压差。见水初期，加密记录，根据出油量的多少选择时间间隔，随出油量的不断下降，逐渐加长记录的时间间隔，驱至含水率达99．95%后测定残余油下的水相渗透率。

（2）水敏实验：测定完水敏前油水相对渗透率曲线后，3块岩心的束缚水饱和度、等渗点等相渗曲线特征均符合润湿性为水湿岩心判断标准，因此依照油层物理学溶剂抽提法清洗亲水岩心，即将酒精-苯按照1∶3的比例配置为溶剂以清洗亲水岩心，以保证岩心润湿性不变［21］。岩心进行洗油烘干后重新抽真空加压饱和地层水，装入岩心夹持器，进行水敏实验，实验参照行业标准SYT 5358—2010《储层敏感性流动实验评价方法》进行。用地层水以一定流速驱替，待流量压差稳定后测定岩心初始渗透率；随后用1／2初始矿化度的盐水驱替，保持驱替速度一致，驱替10～15倍孔隙体积后停止驱替，关闭出入口阀门，使流体与岩石矿物发生反应12 h后继续驱替，测定岩心渗透率；同样的方法进行蒸馏水驱替，测定蒸馏水下的岩心渗透率。

（3）水敏后油水相对渗透率测定实验：用模拟油继续驱，直至不出水为止，计算束缚水饱和度，测定束缚水下油相渗透率；随后重复步骤（1），用蒸馏水驱，测定水敏后油水相对渗透率。

2 实验结果及分析

2．1 水敏感性伤害机理分析

2．1．1 水敏实验结果及分析

水敏实验结果见表3。实验结果表明，3块岩心渗透率和水敏伤害率之间存在乘幂关系，渗透率最低的岩心水敏伤害率为63．91%，渗透率最高的岩心水敏伤害率仅为15．24%，即渗透率越低，水敏伤害率越高。

表3 水敏感性实验结果Tab．3 Experimental results of water sensitivity of cores

结合水敏后扫描电镜实验结果（图2）可以发现，水敏后的岩心黏土矿物发生了膨胀，少量颗粒表面突出物（伊利石）变小或消失，原因是颗粒边部黏土水化后脱落在孔隙中。低矿化度水进入储层，引起储层中的敏感性矿物发生黏土膨胀、分散运移。

图2 水敏前后岩心扫描电镜Fig．2 Scanning electron m icroscope images of water-sensitive core

2．1．2 水敏前后岩心微纳米CT扫描结果分析

为进一步分析水敏对储层孔隙结构的影响，对5-4号实验岩心上钻取的小岩心同步进行了水敏前后在线驱替CT扫描。通过对CT扫描结果进行孔隙网络模型提取，进行孔隙分布和差异化模拟计算，得到孔隙大小变化分布图和配位数变化分布图（图3—图6）。CT实验结果表明，受水敏影响，水敏感矿物膨胀，岩心孔隙体积收缩，水敏前岩心的孔隙度为9．82%，水敏后为 8．94%，减小了 8．96%；孔喉分布情况表现出受水敏影响，主要孔喉分布向左偏移，水敏前孔喉主要分布区间为5．9～23．4μm，水敏后主要分布区间变5．4～18．7μm，水敏后比水敏前的较高孔隙配位数（＞2）的分布频率均有变小趋势，而较低孔隙配位数（≤2）的分布频率均有变大趋势。说明水敏会造成黏土矿物膨胀分散、运移，使大孔隙堵塞，或被分割成小孔隙，造成部分连通孔隙的连通性变差。

图3 岩心CT扫描孔隙分布Fig．3 Pore distribution of core by CT scanning

图5 岩心喉道半径分布规律Fig．5 Distribution of core throat radius

图6 岩心孔隙配位数分布规律Fig．6 Coordination number distribution of core pore

2．2 水敏前后油水两相相对渗透率实验结果及分析

2．2．1 水敏前后油水相对渗透率曲线分析

图4 岩心孔隙半径分布规律Fig．4 Distribution of core pore radius

对岩心水敏前后油水相对渗透率曲线进行归一化处理，实验结果如图7所示。归一化后水敏前后相渗曲线结果如图8虚线所示。结果表明，水敏后的相渗曲线整体向右平移，束缚水饱和度较水敏前有所增大，从归一化后水敏前后相渗曲线来看，束缚水饱和度从27．15%增加到46．41%，残余油饱和度从水敏前的26．38%减小到水敏后的14．23%。这是由于岩石矿物表面的Ca2＋被低矿化度水中的H＋置换，导致孔隙壁面的水膜增厚，亲水性增强，使得束缚水饱和度增加，岩石壁面水润湿性增强，在水驱油时，渗吸作用增强，使得残余油饱和度降低。

图7 岩心水敏前后相对渗透率曲线Fig．7 Relative permeability curves of cores before and after water sensitivity

图8 水敏前和水敏后相渗归一化实验曲线Fig．8 Normalized relative permeability curves of three cores before and after water sensitivity

对归一化后水敏前后相渗曲线再次归一化，以水敏前的束缚水饱和度和油相相对渗透率作为归一化曲线的束缚水饱和度和油相相对渗透率端点值，以水敏后的残余油饱和度和水相相对渗透率作为归一化曲线的残余油饱和度和水相相对渗透率端点值，结果如图8实线部分，以此来分析岩心在发生水敏过程中的两相渗流规律。与岩心不发生水敏相比，发生水敏的岩心两相渗流区更宽，残余油饱和度更小，原油的采收率更高。从低矿化度水注入储层发生水敏的整个过程来看，低矿化度水驱过程使得储层的水润湿性增强，储层中的含水饱和度增加，占据了一部分原油的孔隙，使得原油排出，另外，进入的水与岩石矿物反应，导致孔隙变小，使得原本的大孔隙变成小孔隙，致使一部分原油被挤出，使得驱油效率增加。说明水敏在不影响注水的条件下有助于驱油效率的提高，可有效提高采收率。

2．2．2 水敏前后含水率曲线分析

根据油水黏度比和油水相渗比计算出含水率和含水变化率曲线，实验结果如图9所示。结果表明，水敏后含水率曲线向右偏移，这是由于水敏后束缚水饱和度较水敏前增大所致。水敏前的含水率曲线较水敏后的含水率曲线斜率小，从含水变化率曲线可以看出，水敏后的含水变化率峰值为0．034 74，比水敏前的0．032 09大，表明在水驱开发过程中，储层在发生水敏后，油井一旦见水，含水率将大幅增加。产生这些结果的原因主要是水敏使得孔隙结构变得更加复杂，非均质性更强，使得其见水后含水率升高速度更快。

图9 水敏前后含水率及含水变化率曲线Fig．9 Water cut and water-cut change rate curves of cores before and after water sensitivity

2．2．3 水敏前后无因次指数变化曲线分析

水敏前后无因次采液、采油和吸水指数变化曲线如图10所示，由图中可以看出，水敏前后的无因次采液指数和采油指数随含水率变化趋势基本相同，无因次采液指数随含水率的增大而增大，采油指数随含水率的增大而减小。通过拟合计算得出，水敏前无因次采液指数与无因次采油指数所围成的面积为 154．457，水敏后的为 146．727，水敏后的小于水敏前。无因次采油指数与无因次采液指数所围成面积越小，提液越有效果，说明水敏后增加注入量提液效果较水敏前更好。无因次吸水指数在中低含水阶段比较平稳，到高含水后期及特高含水期，由于岩石孔喉细小，毛细管滞留原油现象严重，注入水利用率很低，原油只有靠大量的水洗才能采出，因此，随着注入水的不断注入，无因次吸水指数急剧上升。