缝洞型碳酸盐岩油藏自吸驱油作用及其在开发中的利用

卷(V olume)27,期(Num ber)2,总(T otal)108矿物岩石 页(Pages )108-111,2007,6,(Ju n,2007)J M INE RAL PETROL

收稿日期:2006-10-17; 改回日期:2007-01-10基金项目:成都理工大学科研基金项目(编号:HS 001)

作者简介:孙来喜,男,41岁,副教授(博士后),石油地质专业,研究方向:油气藏开发及油藏数值模拟.E m ail:s unlaix888@

缝洞型碳酸盐岩油藏自吸驱油作用

及其在开发中的利用

孙来喜1, 王洪辉2, 武楗棠3

1.成都理工大学能源学院,四川成都 610059;

2.成都理工大学 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室,四川成都 610059;

3.中国石油大学,北京 102200

!摘 要∀ 缝洞型碳酸盐岩油藏的多孔基质岩块是主要的储集空间,裂缝为主要的渗流通道,储油层具有非常复杂的孔隙空间结构,影响油层的注水驱油效率,从而影响油藏的最终采收率。实验表明在不具渗透性的多孔基质岩块内,毛管自吸驱油是改善基质岩块内石油动用程度的重要作用;储层在不同含水饱和度下均存在自吸作用,毛管自吸驱油系数随自吸时间延长而提高,最高可达35%;周期注水是利用毛管自吸驱油改善开发效果的有效开发方式,实验中最佳压力变化幅度为1.5倍~2倍,且投注初期即实施周期注水的效果最好;塔河油田数值模拟研究表明周期注水开发效果明显好于依靠天然能量、连续注水的效果,其优点是既保持地层能量,避免注入水的突进,同时又充分利用毛管自吸驱油作用,周期注水是很好的提高采收率方法。!关键词∀

碳酸盐岩油藏;毛细管;自吸;水驱;数值模拟

中图分类号:T E344 文献标识码:A 文章编号:1001-6872(2007)02-0108-04

0 引 言

碳酸盐岩油层的微观非均质性远比陆源碎屑岩油层严重得多,其储集空间变化大,从毛细管到直径

很大的溶洞和裂缝。裂缝和溶洞在较小范围内的渗透率比基质的渗透率高2个~3个数量级,这就造成了严重的宏观非均质性,从而降低了油层的注水波及系数。

与常规油藏注水开发过程相比较,缝洞型油藏由于储集空间物理性质的复杂性和特殊性,常表现

出油井见效快的生产动态特征,这一动态特征在一

定程度上限制了采用常规注水开发方式改善缝洞型油藏的开发效果。随着大量缝洞型碳酸盐岩油藏的发现与开发,如何改善其开发效果受到了广泛的关注。

润湿相流体在多孔介质中依靠毛管力作用置换非润湿相流体的过程称为渗吸。从20世纪50年代以来,人们对渗吸驱油机理及规律作了大量的研究,Aro no fsky J S 等人[1]首先导出了渗吸驱油指数关系方程,Rapo por t L A [2]

提出渗吸驱油准则,Gra ham J W 等人先后用三角形和方块模型完成了渗吸

实验研究。这些实验研究结果为缝洞型油藏合理的注水开发方式提供理论依据和技术支撑。近年来,国内在理论研究方面也取得了很大进展

[3]

。

1 渗吸驱油理论

在裂缝性油藏的注水开发过程中,注入水首先在流动压力梯度作用下沿裂缝推进,同时进入裂缝的水在毛管力作用下被吸入岩块并从基质岩块中置换出油。显然,毛管力为渗吸驱油动力之一,毛管力

的表达式为:

p c =2 co s /r

(1)

式中: .界面张力; .润湿接触角;r.毛管半径。由(1)式可知,岩石的毛管半径越小,其毛管渗吸驱油动力和效率就越高。但在实际渗吸驱油过程中,渗吸驱油动力能否有效起作用,取决于两个条件,第一、需要克服裂缝系统与基质系统之间的毛管力末端效应;第二、毛管半径应大于液膜在岩石固体表面的吸附厚度,因为固体表面的液膜吸附层具有反常的力学性质和很高的抗剪切能力,当孔隙半径等于和小于吸附层厚度时,孔道因液膜吸附层的反常力学特性而成为无效渗流空间,毛管力在这类无效渗流空间中没有实效的驱油价值。

2 储集空间结构、渗流特征及多孔基质内毛管力驱油作用

在碳酸盐岩的沉积和发育过程中,经受了不同因素的作用,因此,储油层就具有非常复杂的孔隙空间结构,从微小的孔隙到大溶洞和裂缝。储油层储集油气和传输它们的能力、渗流特性、束缚水饱和度及分布、驱油效率等均取决于孔隙空间的结构。

孔隙空间的重要特征是孔隙孔道的大小及其分布。实际上,碳酸盐岩油层的孔隙孔道具有复杂的形态,因此,使用一定的几何参数表征孔隙空间每一个点的孔隙孔道特征是困难的。在实践中常常应用岩石的毛管特性资料来确定孔隙空间的结构。碳酸盐岩油层的渗流特征具有相当大的变化,它取决于孔隙空间的结构。孔隙和孔隙喉道的直径及其分布、溶洞的连通程度、微裂缝和大裂缝的张开度和延伸长度决定了储层的渗透率。

据基质孔隙空间的结构,在水压驱动条件下,基质和裂缝部分渗透率的比值不同,可能有两种主要的渗流机理:1)当基质渗透率较高(>0.1 m 2)而

裂缝系统渗透率低(可能具有密集的微裂缝网络,但

张开度和延伸距离有限,没有大裂缝),水驱油过程是靠静水压差进行的,其驱油过程类似于陆源碎屑岩中的驱油过程。2)当基质渗透率较低(<0.1 m 2或更低)时,渗流机理则完全取决于毛管力作用,靠水的毛管作用把油从岩块中驱入裂缝内,油再沿裂缝流向油井。

在采油过程中,如果碳酸盐岩油层的多孔基质岩块内不具渗透性,而只有孔隙喉道才具有连通性,那么饱含石油的多孔基质岩块的毛管自吸作用就起决定性作用。

用饱含石油的碳酸盐岩油层岩心样品进行一系列毛管自吸水实验[4],所用岩样孔隙度为10.6%~12.8%,渗透率为0.017 m 2

~0.030 m 2

,碳酸盐含量72%~78%,实验结果驱油系数(!O )与原始含水饱和度(S w )关系见图1,表明在不同含水饱和度情况下均存在毛管自吸驱油作用,但具有明显差异。 在裂缝 孔隙 溶洞型油层中注水开发,水沿裂缝超前运动,结果饱含石油的多孔基质岩块则被水所包围,考虑裂缝的空间分布,在地层条件下,将发生多孔基质岩块的三维毛管自吸作用。在毛管自吸过程中,周期性的见到聚集在一起的石油。实验获得毛管自吸驱油系数(!O )与自吸时间(T )的关系(图2)。根据关系曲线可以确定自吸驱油系数的临界值(曲线变缓处对应的时间)。

图1 碳酸盐岩自吸排油时毛管力驱油系数(!o )

与含水饱和度(S w )关系

F ig.1 T he relation betw een the !o and S w in Car bo nat e

rock capillary imbibitio n action

3 碳酸盐岩油藏周期注水提高采收率实验研究

对裂缝 孔隙 溶洞型油藏而言,毛管自吸作用将油从多孔岩块驱出直接进入裂缝中,有助于提高裂缝性油藏多孔岩块的原油采收率。在周期性的压力变化下,不断增强的毛管自吸作用对周期注水效

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第27卷 第2期孙来喜等:缝洞型碳酸盐岩油藏自吸驱油作用及其在开发中的利用