维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期 内蒙古石油化工 １ 裂缝性低渗透碳酸盐岩脉冲注水实验研究 引、来喜 ，唐 海。，武楗棠。 （１．成都理工大学能源学院，成都 ６１００５９；２．“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室西南石油学院，成都 ６１０５００； ３．北京石油大学，石油天然气工程学院，北京１０２２００） 摘要：在裂缝性低渗透碳酸盐岩油藏，毛管自吸作用使润湿相进入喉道将原油从多孔基质岩块驱 至裂缝，在油田开发中，采用脉冲注水方式和合理的开发参数能够有效的利用渗吸作用来改善该类油藏 的水驱开发效果，有助于提高石油的采收率。本文通过大量的室内实验研究，分析碳酸盐岩岩芯自然渗 吸规律和脉 中注水对注水驱油效果的影响，研究合理的注水参数。ＪＩＩ中碳酸盐岩油藏基岩物性差，自然 渗吸驱油效率低；脉冲注水比自然渗吸可提高驱油效率０．６０８～８．９１６个百分点，提高幅度与脉冲注水 压力、注水周期和脉冲次数有关。研究成果对该类油藏合理注水开发方式具有参考作用。 关键词：裂缝性；脉冲注水 碳酸盐岩油层的微观非均质性比陆源碎屑岩油 块的毛管自吸作用就起决定性作用。渗吸驱替过程 层严重得多，其储集空间变化大，从毛细管到直径很 示意图如图１，基质岩块内饱含油，岩块周围裂缝充 大的溶洞和裂缝。严重的非均质性必然降低油层的 满水，岩块底部的水在毛管渗吸作用下驱油，而油从 注水波及系数和驱油效率，目前，裂缝性低渗透碳酸 岩块顶部采出。在实验室选用岩块高度一般只有几 盐岩油藏的注水开发及改善其开发效果问题已受到 个厘米，岩芯长度小，重力驱替作用弱（忽略），毛管 广泛的关注。 力渗吸作用处于支配地位，渗吸量的大小由下式表 润湿相流体在多孔介质中依靠毛管力作用置换 示： 非润湿相流体的过程称为渗吸。从２０世纪５０年代以 Ｑ一＿＿———Ｊ ———一 （２） 来，人们对渗吸驱油机理及规律作了大量的研究， Ａｒｏｎｏｆｓｋｙ Ｊ Ｓ等人。 首先导出了渗吸驱油指数关 ＥＭＨｑ－（１一Ｍ）ｚ］ 系方程，Ｒａｐｏｐｏｒｔ Ｉ Ａ。 提出渗吸驱油准则，Ｇｒａ— 式中：Ｑ一渗吸量；Ｐ。一毛管压力；Ｐ 一ｈ ・（ｐｗ—Ｃｏ） ｈａｍ Ｊ ｗ等人先后用三角形和方块模型完成了渗吸 ｇ；Ｈ一岩芯长度；ｚ一岩芯中驱替前缘的高度；Ｍ一 实验研究。这些实验研究为缝洞型油藏合理的注水 流度比，Ｍ一（ 。／Ｋｏ）／（ ／Ｋ ）。 开发方式提供理论依据和技术支撑。近年来，国内在 理论与实验研究也取得了很大进展。 。 巷 １渗吸驱油机理 研究表明，碳酸盐岩油层基质是主要的储集空 间，而裂缝是主要的渗流通道。在裂缝性油藏进行注 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一一＿２￣ｃｏｓ０… （１）（１ Ｊ 式中： 为界面张力；０为润湿接触角；ｒ为毛管半径。 图１ 渗吸驱替实验过程中驱替前缘推进示意图 由（１）式可知，岩石的毛管半径越小，其毛管渗吸驱 ２脉冲注水机理 油动力和效率就越高。但在实际渗吸驱油过程中，渗 裂缝性油层的周期注水，从２０世纪六十年开 吸驱油动力能否有效起作用，取决于两个条件：①需 始，在美国和前苏联提出并试验。 要克服裂缝系统与基质系统之间的毛管力末端效 脉冲注水采油的机理一般被解释为油层的毛细 应；②毛管半径应大于液膜在岩石固体表面的吸附 管吸渗作用和在弹性方式下压力周期涨落时的窜流 厚度，因为固体表面的液膜吸附层具有反常的力学 作用。 性质和很高的抗剪切能力，当孔隙半径等于和小于 如果仅考虑到吸渗作用而忽略弹性窜流，脉冲 吸附层厚度时，孔道因液膜吸附层的反常力学特性 注水是否有效以及其有效的程度将视油藏的条件而 而成为无效渗流空间，毛管力在这类无效渗流空间 异，取决于两个系统的孔隙度之比 ／ ，如在 ／ 中没有实效的驱油价值。 ≤０．０５的裂缝性油藏，高速脉冲注水和某个相应的 在从缝洞型碳酸盐岩油层中采油过程中，如果 低速连续注水的开发效果，从长期来看几乎是相当 这种油层的多孑Ｌ基质岩块内不具渗透性，而只有孑Ｌ 的。而在另一些裂缝性油藏，如当 ／ ≥Ｏ．２时，如 隙喉道才具有连通性，那么饱含石油的多孑Ｌ基质岩 果适当选择控制参数，脉冲注水可明显地改善其开 收稿日期：２００７—０８—１２ 项目基金：本文受成都理工大学科研基金（编号：ＨＳ００１１）资助。 作者简介：孙来喜，男，４１岁，副教授，博士后，主要从事储层开发地质、油气田开发及油气藏数值模拟方面教学及研究工 作。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ 内蒙古石油化工 ３．２脉冲注水实验分析 ２００８年第２期 发效果。至于脉冲注水时的弹性窜流作用，则总是提 高开发效果的 脉冲性注水分升压、降压两个阶段。升压阶段， 注水提高油层的压力，驱替裂缝中的油和水，使裂缝 中的压力比基质块内部的压力高，最终水从裂缝进 入基质；降压过程，裂缝中的压力低于基质压力，基 质中一部分流体流入裂缝，再流向生产井。可见，裂 缝性油藏脉冲注水与常规砂岩油藏相比，除毛细管 压力及附加阻力的有利因素外，还利用了裂缝渗透 率远大于基质渗透率，裂缝中升压快，基质中降压较 影响渗吸采油作用的因素包括：基质岩块的大 小、基质岩块的物性（孔隙度、渗透率）、流体性质（密 度、粘度和界面张力）润湿性、初始饱和度和边界条 件、脉冲注水等。 川中碳酸盐岩岩芯注水驱油实验表明，脉冲注 水可以提高驱油效率，与脉冲压力、周期、脉冲次数 和脉冲开始时机有关，表２表明脉冲注水提高驱油 效率０．６０８ ８．９１６个百分点。结合前人研究成果分 析如下： 慢的特点，因此，裂缝性油藏脉冲注水效果较常规砂 岩油藏从机理上讲要好。 ３川中裂缝性碳酸盐岩油藏渗吸驱油试验 川中碳酸盐岩油藏渗吸驱油实验部分岩芯参数 见表１，部分驱油效果见表２所示。 表１川中碳酸盐岩油藏渗吸驱油实验岩芯参数 孔 孔 积 孔 孔 积 。。脉冲参数及驱油效率（ ） 自吸自吸驱 脉冲注水时同＝１ｄ 脉冲注水时同＝２ｄ 脉冲注水时间：４ｄ 时间油效率 （ｄ）（》《） 脉冲 脉冲压力 脉冲 脉冲压力 脉冲 脉冲压力 次数２ＭＰａ ４ＭＰａ ８ＭＰａ次数４ＭＰａ ８ＭＰａ次数４ＭＰａ ８ＭＰａ ３．１ 自然渗吸与渗吸时间关系 在地层温度和常压条件下，川中碳酸盐岩油藏 基岩岩芯自然渗吸驱油效率２．６３ ～４．６８ ，平均 渗吸驱油效率３．８１ ，渗吸驱油效率较差，且存在较 大的差异（图２），自然渗吸驱油效率随渗吸时间增大 而增大，但渗吸时间超过２４小时之后，驱油效率增 大幅度明显减小。 ＿ Ｈ０ ・ ＨＩ ：ｊｆⅢ Ｉ 图２ 自然渗吸时间与驱油效率关系 ３．２．１脉冲压力 脉冲压力变化幅度影响驱油效果（表２，图３），随 着脉冲压力增大，驱油效率有增大的趋势，与前苏联 室内实验结果一致。），在实验中最佳压力变化幅度 为１．５～２倍。 ３．２．２脉冲周期 脉冲注水周期影响水驱开发效果（表２，图３），在 相同脉冲压力、相同脉冲次数的条件下，注水时间越 长，驱油效果越好 ３．２．３脉冲次数 脉冲次数影响驱油效果（表２，图３），脉冲次数增 加，驱油效率增大 在相同的８天水驱实验中，因脉 冲周期不同，脉冲次数则不同，不同脉冲压力对应驱 油效率有一定的差异（图４），在脉冲压力为４ＭＰａ，脉 冲次数２次，脉冲周期４天（即注水时间为２天）的水 驱效果最好。 油 诅 日 ‘ Ｍｐ ． ＾１ ： ・ １ ｌ ＨＭＰ Ｊ ● ０ Ｉ、 ， Ｌ】＾ “’ ０ Ｉ ． ； Ｉ ， “ ：中 艟 图３脉冲压力、脉冲次数与驱油效率关系 箨ｌｔｉｌ ・４ＷＩＰａ ８Ｍ｝’ｄ ｝【………‘ ； ’釜 茹 …………’ 一～一一一一 Ｌ～ 一一 ０ Ｉ ２ ３ ４ ｊ ｂ 图４脉冲周期与驱油效率关系（自吸时间一８ｄ） ３．３渗吸作用影响因素 ３．３．１渗吸作用与原始含水饱和度 前苏联在碳酸盐岩油田开发中进行一系列毛管 自吸水实验 ，所用岩样孔隙度为１０．６ ～１２．８％， 渗透率为０．０１７～０．０３０￣ｍ ，碳酸盐含量７２ ～ ７８ ，实验驱油效率（１］ｏ）与原始含水饱和度（Ｓｗ）关 系见图５，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，在含水饱和度０．１ ～０．６５之间渗吸效果较好，且驱油效率稳定在０．３ ～０．３５，说明在油田主要开发阶段均可利用渗吸驱 油来提高采收率。 ３．３．２渗吸作用与基岩渗透率 实验表明，渗吸驱油效率与基岩渗透率关系密 切（图６），在低渗（５～４０ｍｄ）基岩中渗吸作用最强， 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期 孙来喜等 裂缝性低渗透碳酸盐岩脉冲注水实验研究 驱油效串㈨ ３ 自吸驱油效率可达５Ｏ ，表明低渗基岩毛管力作用 （ａ、稳定自吸后脉冲注水ｂ、开始自吸即脉冲注水，压力幅度；２倍压 ∞ 似 ㈨ … 大，开发中应考虑充分渗吸作用提高驱油效率。 力） ３．３．３脉冲注水时机与驱油效果 ４结论 连续注水开发后（即毛管稳定自吸作用后）再自 ４．１ 对裂缝性低渗透碳酸盐岩油藏，毛管自吸作用 吸作用的平均驱油效率０．２９ （图７ａ曲线），在自吸 将油从多孔基质岩块驱出进入裂缝，有助于提高油 作用一开始就进行脉冲注水的 均自吸驱油效率０． 藏的采收率。 ３２～０．３７８（图７ｂ曲线），驱油效率增加０．０３８～０． ４．２川中碳酸盐岩油藏基岩物性差，自然渗吸驱油 ０６４。表明脉冲注水时间越早，驱油效果越好。 效率低；自吸主要发生在渗吸的初期，后期自吸驱油 效率增加幅度有限。． Ⅲ ｝ ● ４．３在周期性压力变化下，不断增强的毛管自吸作 ． ｔ 用能够有效提高水驱效率，可提高驱油效率Ｏ．６０８～ ● ８．９１６个百分点，提高幅度与脉冲注水压力、注水周 期和脉冲次数有关。 舯 ４．４对比驱油效率，川中碳酸盐岩岩芯脉冲注水最 佳注水压力为４ＭＰａ，注水周期２ｄ，脉冲次数４次。 ４．５影响裂缝性低渗透碳酸盐岩油藏水驱效果因 素多，应针对油藏特点进行实验研究，提出适合的开 发方法。 图５碳酸盐岩自吸驱油效率（１）ｏ）与含水饱和度（ｓｗ）关系 ［参考文献］ ［１］ Ａｒｏｎｏｆｓｋｙ Ｊ Ｓ．Ａ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｒｉｘ ｄｕｅ ｔｏ ｗａｔｅｒ ｉｎｖａｓｉｏｎ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓ ＡＩＭＥ，１９５８，（２１３）：１７—１９． ［２］ Ｒａｐｏｐｏｒｔ Ｌ Ａ．Ｓｃａｌｉｎｇ ｌａｗｓ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ。・——ｏｉｌ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌｓ ［Ｊ３．Ｔｒａｎｓ ＡＩＭＥ，１９５５，（２０４）． ［３］唐海．川中大安寨裂缝性油藏渗吸注水实验研 究［Ｊ］．西南石油学报，２００５，２７（２）：４１—４４． ［４３ Ｍ． ．苏尔古乔夫等著．碳酸盐岩油藏的开采 图６碳酸盐岩脉冲注水驱油效率与物性渗透率关系 ［Ｍ］．北京，石油工业出版社，１９９４． ［５３ 王允诚．油层物理［Ｍ］．北京，石油工业出版 社，１９９３． 誓 ［６］ 袁士义等．裂缝性油藏开发技术ＦＭ］．北京，石 油 油工业出版社，２００４． 秉 工、＼ ’ 盘 ’ ～［７３孙来喜，王洪辉，武楗棠．缝洞型碳酸盐岩油藏 ～一ｑ ｏ Ｊ 自吸驱油作用及其在开发中的利用［Ｊ］．矿物 岩石，２００７，２７（４）． ［８］孙来喜，张烈辉，杨宇．塔河缝洞型油藏数值模 拟及调整技术对策研究［Ｍ］．成都理工大学五 √★ 一 十周年校庆ｉ￣－文集，四川科学技术出版社， 图７碳酸盐岩脉冲注水驱油效率（Ｔｌｏ）与物性参数（ ／ 面）关系 ２００６． ＥＸＰＥＲＭｌＥＮＴ ＳＴＵＤＹ ＯＦ ＷＡＴＥＲ ＰＵＬＳＥ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＩＮ ＬＯＷ ＰＥＲＭＥＡＢＩＬＩＴＹ ＦＲＡＣＴＵＲＩＮＧ ＣＡＲＢ０ＮＡＴＩＴＥ ＲＥＳＥＲＶＯＩＲ ＳＵＮ 日 — ，丁 ⅣＧ Ｈａｌ。， Ｕ Ｊｉａｎ—ｆ日 ｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，６１００５９； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ０ｆ ０ｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｃｈｅｎｇｄｕ。６１００５９； ３．Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ０ｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ・Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０２２００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ ａｃｔｉｏｎ ｍａｋｅｓ ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｈａｓ．ｅ ａｃｃｅｓｓ ｔｈｒｏａｔ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｓ ｔｈｅ ｃｒｕｄｅ ｏｉｌ ｔｏ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｍａｔｒｉｘ ｂｌｏｃｋｓ ｉｎ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｃａｒｂｏｎａｔｉｔｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．ｉｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｍ ｒｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｅｆ— ｆｅｃｔ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｒｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎａｔｉｔｅ ｂｙ ａ ｇｏｏｄ ｎｕｍｂｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｃｏｎｆｉｒｍｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｌｏｗｅｒ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅ— ａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｃｈｕａｎｚｈｏｎｇ ｃａｒｂｏｎａｔｉｔｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，Ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｃａｎ ｒａｉｓｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ０．６０８～８．９１６ ｐｅｒｃｅｎｔ，ｉｔ ｄｅｐｅｎｄ ｏｎ ｐｕｌｓｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ。ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｋｌｎｄ ｏｆ ｒｅｓｅｒ． ｖｏｉｒ ｉｎ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ．
