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本文格式為Word版,下載可任意編輯——碳酸巖和碎屑巖差異摘要

通過(guò)查閱資料整理后,闡述了碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層的特性及其差異,得出碳酸鹽巖和碎屑巖最主要的區(qū)別是在各向異性較大,且孔洞縫較發(fā)育。然后通過(guò)對(duì)比碳酸鹽巖和碎屑巖的非均質(zhì)性、建立相關(guān)性模型,分析并描述了在多種情形下其對(duì)原油采收率的影響。

碎屑巖儲(chǔ)集層特性

99%以上的儲(chǔ)集層為沉積巖,其中又以碎屑巖和碳酸鹽巖為主,1%為其它巖類(lèi)儲(chǔ)集層。所以按巖類(lèi)可分以下三種類(lèi)型儲(chǔ)集層。

碎屑巖儲(chǔ)集層的巖類(lèi)包括:礫巖,含礫砂巖,中、粗砂巖,細(xì)砂巖及粉砂巖,其中物性最好的是中-細(xì)砂巖和粗粉砂巖。

一、碎屑巖儲(chǔ)集層的孔隙類(lèi)型

傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為砂巖儲(chǔ)集層的孔隙類(lèi)型以原生的粒間孔隙為主,只有很小一部分是次生的,并且都把次生孔隙(除了裂縫以外)解釋為是地層出露地表時(shí)大氣水淋濾的結(jié)果。直到1979年,自從施密特麥克唐納(Schmidt)發(fā)表了“砂巖成巖過(guò)程中的次生儲(chǔ)集孔隙〞之后。人們對(duì)次生孔隙的概念、類(lèi)型、識(shí)別標(biāo)志、形成機(jī)制及意義才有了較明確的認(rèn)識(shí)。Schmidt將碎屑巖孔隙類(lèi)型分為5種類(lèi)型:間孔隙:一般為原生孔隙。其孔隙度隨埋深的增加有所降低,但降低的速度比粘土巖慢得多。特大孔隙:按Schmidt標(biāo)準(zhǔn),超過(guò)相鄰顆粒直徑1.2倍的孔隙屬特大孔隙。多數(shù)為次生孔隙。鑄??紫叮菏侵干皫r中具有一定特征幾何形狀的介殼碎屑、碳酸鹽粒屑、結(jié)晶礦物(鹽、石膏、菱鐵礦)被溶蝕后,保持原組構(gòu)外形的那些孔隙。屬于一種溶蝕的次生孔隙。

組分內(nèi)孔隙:一切組分,如顆粒、雜基、膠結(jié)物內(nèi)出現(xiàn)的孔隙??梢允窃模ǔ练e的和沉積前),也可以是后生的(成巖過(guò)程及其后新生的)。裂縫:砂巖中裂縫較為次要,但假使沿裂縫發(fā)生較猛烈的溶蝕作用時(shí),它的作用就十分重要。

二、影響碎屑巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性的因素

1、沉積作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層原生孔隙發(fā)育的影響(1)礦物成分對(duì)原生孔隙的影響

礦物成份主要以石英、長(zhǎng)石、云母。礦物成份對(duì)儲(chǔ)集物性的影響主要視以下兩個(gè)方面:礦物的潤(rùn)濕性:潤(rùn)濕性強(qiáng),親水的礦物,表面束縛薄膜較厚,縮小孔隙空間,滲透性變差。礦物的抗風(fēng)化能力:抗風(fēng)化能力弱,易風(fēng)化成粘土礦物充填孔隙或表面形成風(fēng)化層減小孔隙空間。因此,長(zhǎng)石砂巖較石英砂巖物性差。除長(zhǎng)石外,其它顆粒礦物成份對(duì)物性影響不大。(2)巖石結(jié)構(gòu)對(duì)原生孔隙的影響

包括大小、分選、磨圓、排列方式。

粒度和分選系數(shù)的影響粒度:總孔隙度隨粒徑加大而減小。由于粒度小,分選差,磨圓差,

較松散,比圓度好的較粗砂巖孔隙度大。滲透率則隨粒徑的增大而增加。由于粒徑小,孔喉小,比表面積小,毛細(xì)管壓力大。當(dāng)分選系數(shù)一定時(shí),滲透率的對(duì)數(shù)值與粒度中值成線(xiàn)性關(guān)系。

分選:粒度中值一定時(shí):分選差的巖石,小顆粒充填大孔隙,使孔隙度、滲透率降低;分選好的巖石,孔滲增高。孔隙度、滲透率隨著分選系數(shù)趨于1而增加,分選系數(shù)So2時(shí),中細(xì)粒砂巖,孔隙度隨So增大而緩慢下降;粗粒和極細(xì)粒砂巖,So增加時(shí),孔隙度基本不變。

立方體排列:堆積最松,孔隙度最大,滲透率最高;斜方體排列:孔隙直徑較小,滲透率低。磨圓度增高,儲(chǔ)集物性變好。(3)雜基含量對(duì)原生孔隙的影響

雜基:指顆粒直徑小于0.0315mm的非化學(xué)沉淀顆粒。代表沉積環(huán)境能量,在沉積作用的影響因素中最重要的因素是雜基含量。

雜基含量高,一般代表分選差,平均粒徑也較小,喉道小,多為雜基支撐,孔隙結(jié)構(gòu)差,其孔隙、滲透性也差。

2、成巖后生作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的影響

落實(shí)作用:包括早期的機(jī)械落實(shí)和晚期的化學(xué)壓溶作用。落實(shí)作用結(jié)果使原生孔隙度降低。膠結(jié)作用:膠結(jié)物的含量、成份、類(lèi)型對(duì)儲(chǔ)集性有影響。含量高,粒間孔隙被充填,減少原生孔隙,連通性變差,物性變差。泥質(zhì)、鈣-泥質(zhì)膠結(jié)的巖石較松,物性較好;純鈣質(zhì)、硅質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石致密,物性差。膠結(jié)類(lèi)型由接觸式→接觸→孔隙式→孔隙→基底式→基底式物性逐漸變差。溶解作用:粗粒、孔隙水多或含有有機(jī)酸的砂巖,能溶解孔喉中的碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽,改善儲(chǔ)層物性。

交代作用和重結(jié)晶作用:物性的改變要視被交代物和重結(jié)晶結(jié)果而定。

三、碎屑巖儲(chǔ)集層的形成環(huán)境及分布

碎屑巖儲(chǔ)集層的形成和分布,受古沉積條件及古構(gòu)造條件的控制。一個(gè)沉積盆地內(nèi)碎屑巖儲(chǔ)集層發(fā)育狀況,受沉積旋回的控制,一般在一個(gè)完整旋回的中后期所沉積的砂質(zhì)巖,分布廣,厚度大,儲(chǔ)集物性好,往往形成良好的碎屑巖儲(chǔ)集層。古構(gòu)造條件對(duì)碎屑巖儲(chǔ)集層的形成和分布也有影響。一般在盆地的斜坡帶,碎屑物質(zhì)經(jīng)過(guò)機(jī)械分異作用,顆粒較均勻,圓度好,膠結(jié)物含量少,儲(chǔ)集物性甚佳。在水下大型古隆起的頂部和翼部,由于湖水的沖洗作用,形成物性良好的碎屑巖儲(chǔ)集層。橫向上碎屑巖儲(chǔ)集層的分布主要是受沉積環(huán)境的控制,主要分布于砂巖體中。

砂巖體是指在一定的地質(zhì)時(shí)期,某一沉積環(huán)境下形成的,具有一定形態(tài)、巖性和分布特征,并以砂質(zhì)為主的沉積巖體。舌狀砂巖體可分為四個(gè)帶:

主體:砂巖體近沉積物來(lái)源部分。砂巖百分含量高,橫向連通性好。核部:砂巖體中部、砂巖最發(fā)育的地段。以細(xì)砂巖為主,層間連通性好。

前緣帶:砂巖體最前方和兩側(cè)邊緣的砂巖體尖滅帶。以粉砂巖為主,連通性較差。

斷續(xù)分布帶:介于砂巖體沉積區(qū)與泥巖沉積區(qū)之間的透鏡體砂巖,以泥質(zhì)粉砂巖為主。1、沖積扇砂礫巖體在干旱、半干旱氣候區(qū),山地河流進(jìn)入平原,在山的出口堆積而形成的扇形砂礫沉積體。

巖性為礫、砂和泥質(zhì)組成的混雜堆積,粒度粗,分選差,成份繁雜,圓度不好。物性特征:孔隙結(jié)構(gòu)中等,各亞相帶的巖性特征有區(qū)別,因此其滲透性和儲(chǔ)油潛能也有變化。

其中以扇中的辮狀河道砂礫巖體物性較好,若鄰近油源,可形成油氣藏。

2、河流砂巖體巖性由礫、砂、粉砂和粘土組成,以砂質(zhì)為主,成分繁雜,分選差-中等。包括:

邊灘砂巖體(屬稱(chēng)點(diǎn)砂壩):發(fā)育于河流中、下游彎曲河道內(nèi)側(cè)(凸岸),為透鏡狀,由下到上,粒度由粗到細(xì)的正粒序。中部?jī)?chǔ)油物性較好,向上、向兩側(cè)逐漸變差。

河床砂礫巖體(屬如意灘):沿河道底部沉積。平面呈狹長(zhǎng)不規(guī)則條帶狀,走向一般與海岸線(xiàn)垂直或斜交;剖面上呈透鏡狀,頂平底凸。物性一般中部好,向頂、向兩側(cè)變差。滲透率變化較大。

3、三角洲砂巖體三角洲是河流入湖或入??诹魉俳档投纬傻纳刃纬练e體,以砂巖為主,巖性偏細(xì)。可分三個(gè)亞相帶,各亞相帶主要的砂體有:

三角洲平原:分流河道砂巖體,以粉砂巖、砂巖為主,偏細(xì)。

三角洲前緣:水下分流河道;河口砂壩:細(xì)、粉砂,分選好;遠(yuǎn)砂壩:粉砂、細(xì)砂和少量粘土。

前三角洲:席狀砂:砂質(zhì)純,分選好。以前緣帶的砂壩砂巖體和前三角洲的席狀砂巖體,分選好,粒度適中,為三角洲儲(chǔ)集層最發(fā)育的相帶。

4、湖泊砂巖體平行湖岸成環(huán)帶狀分布濱湖相、淺湖相、深湖相,砂體集中于濱湖區(qū)和淺湖區(qū),這兩區(qū)顆粒受波浪的淘洗,粒度適中,分選、磨圓好,膠結(jié)物多為泥質(zhì),淺湖區(qū)為泥質(zhì)和鈣質(zhì)混合,相對(duì)來(lái)講,淺湖區(qū)砂體物性?xún)?yōu)于濱湖區(qū)。湖泊砂巖體為我國(guó)多數(shù)油田的儲(chǔ)集層類(lèi)型。

5、濱海砂巖體濱海區(qū)由于波浪、沿岸流、潮汐、風(fēng)的作用,破壞附近的三角洲可形成沿岸線(xiàn)呈帶狀、串珠狀分布的砂壩;由于海水的頻繁進(jìn)退可形成超覆與退覆砂巖體。

超覆和退覆砂巖體:由于海進(jìn)海退的頻繁交替形成。海進(jìn)砂巖體:下覆三角洲平原或其它海岸沉積物,不利生油。海退砂巖體:下伏海相頁(yè)巖,是很好的生油巖。

濱海砂洲:平行海岸線(xiàn)分布。平面上呈狹長(zhǎng)帶狀,形成較好的生儲(chǔ)組合。剖面上呈底平頂拱的透鏡狀,由下到上粒度變粗。向上物性變好,向海一側(cè)砂巖與頁(yè)巖分界明顯,滲透性好;向陸一側(cè)砂巖漸變?yōu)轫?yè)巖和粘土,富含泥質(zhì),滲透性變差。走向谷砂巖體:在海進(jìn)過(guò)程中的海岸上,沿單面山古地形陡崖或斷層陡階走向分布的濱海砂巖體,巖性以中、細(xì)砂為主,分選磨圓好,松散,物性好。

6、濁流砂巖體濁流攜帶大量的泥砂在大陸斜坡到深海平原形成的扇形堆積體。由根部到前緣,由下部到上部,沉積物由粗變細(xì),分選由差變好,前方和上部是分選較好的砂質(zhì)沉積,可構(gòu)成良好的儲(chǔ)集層,濁積砂巖體發(fā)育在深水泥巖之中,有豐富的油源,構(gòu)成了油氣藏面積不大,但油層厚,儲(chǔ)量大。

7、風(fēng)成砂巖體在大陸沙漠區(qū)、河岸附近,可形成風(fēng)成砂丘。由成份純、圓度好、分選佳、膠結(jié)弱的砂粒組成,無(wú)泥質(zhì)夾層,厚度大,孔隙滲透性好,最有利的碎屑巖儲(chǔ)集體。

在陸相沉積中,湖成(海岸)砂巖體往往同河床、三角洲、沖積扇、風(fēng)成砂體混在一起,不同時(shí)期,不同成因的砂巖體有時(shí)連成一片,形成一個(gè)歷時(shí)層狀砂巖體。

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層特性

現(xiàn)在,從碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量已接近世界油氣儲(chǔ)量的一半,產(chǎn)量則已達(dá)總產(chǎn)量的60%以上。碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的類(lèi)型好多,巖性以粒屑灰?guī)r、生物骨架灰?guī)r和白云巖為主。

一、碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的孔隙類(lèi)型

(一)原生孔隙

1、粒間孔隙多存在于粒屑灰?guī)r,特征與砂巖的相像,不同之處是,易受成巖后生作用的改變,常具有較高的孔隙度。另外,有的由較大的生物殼體、碎片或其它顆粒遮掩之下形成的孔隙,稱(chēng)遮掩孔隙,也屬粒間孔隙。

2、粒內(nèi)孔隙是顆粒內(nèi)部的孔隙,沉積前顆粒在生長(zhǎng)過(guò)程中形成的,有兩種:生物體腔孔隙:生物死亡之后生物體內(nèi)的軟體腐爛分解,體腔內(nèi)未被灰泥充填或部分充填而保存下來(lái)的空間。多存在于生物灰?guī)r,孔隙度很高,但必需有粒間或其它孔隙使它相通才有效。

鮞內(nèi)孔隙:原始鮞的核心為氣泡而形成。3、生物骨架孔隙4、生物鉆空孔隙5、鳥(niǎo)眼孔隙

(二)次生孔隙

1、晶間孔隙2、角礫孔隙3、溶蝕孔隙4、裂縫3、溶蝕孔隙

根據(jù)成因和大小,包括以下幾種:

粒內(nèi)溶孔或溶??祝河捎谶x擇性溶解作用而部分被溶解掉所形成的孔隙,稱(chēng)粒內(nèi)溶孔。整個(gè)顆粒被溶掉而保存原顆粒形態(tài)的孔隙稱(chēng)溶??住Aig溶孔:膠結(jié)物或雜基被溶解而形成。

晶間溶孔:碳酸鹽晶體間的物質(zhì)選擇性溶解而形成。巖溶溶孔洞:上述溶蝕進(jìn)一步擴(kuò)大或與不整合面淋濾溶解有關(guān)的巖溶帶所形成的較大或大規(guī)模溶洞??讖?mm或1cm為溶洞。4、裂縫依成因可分為:

①構(gòu)造裂縫:邊緣平直,延伸遠(yuǎn),成組出現(xiàn),具有明顯的方向性、穿層。②非構(gòu)造裂縫:包括:

成巖裂縫:落實(shí)、失水收縮、重結(jié)晶而形成。不穿層,平行層面,裂縫面彎曲,形狀不規(guī)則,延伸短。

風(fēng)化裂縫:地表水淋濾和地下水滲濾溶蝕改造形成。大小不均,形態(tài)獨(dú)特,邊緣具明顯的氧化暈圈。

壓溶裂縫:壓溶作用,選擇性溶解而形成的頭蓋骨接縫似的縫合線(xiàn)。在實(shí)際工作中,常把裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層的孔隙空間系統(tǒng)分為:裂縫孔隙系統(tǒng):油氣滲流通道,是成為高產(chǎn)井的重要條件之一?;鶋K孔隙系統(tǒng):是油氣的主要儲(chǔ)集空間,也是獲得穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

二、碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的類(lèi)型

根據(jù)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間的類(lèi)型來(lái)劃分,可將儲(chǔ)集層類(lèi)型分為:1.孔隙型儲(chǔ)集層(包括孔隙-裂縫性)

巖性:主要為顆粒石灰?guī)r:鮞粒、碎屑、生物碎屑、粒晶灰?guī)r及白云巖等。儲(chǔ)集空間:原生和次生的粒間、粒內(nèi)、晶間孔隙發(fā)育;裂縫次之。2.溶蝕型儲(chǔ)集層

儲(chǔ)集空間:以溶蝕孔隙、洞,連成一個(gè)洞穴系統(tǒng)。

分布:不整合面及大斷裂帶附近。特別是古風(fēng)化殼、古巖溶帶。

3.裂縫型儲(chǔ)集層

巖性:主要為白云巖、白云巖化灰?guī)r。

儲(chǔ)集空間:裂縫為主,特別縱橫交織構(gòu)成的裂縫網(wǎng)。其特征是:巖性測(cè)定其物性極低,與油氣實(shí)際產(chǎn)能不適應(yīng)。4.復(fù)合型儲(chǔ)集層

儲(chǔ)集空間:孔、洞、縫同時(shí)或出現(xiàn)兩種。有利于形成儲(chǔ)量大、產(chǎn)量高的大型油氣田。

三、影響碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的因素

由于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間多樣,特別是次生改造作用,使得其物性的影響因素及分布規(guī)律較為繁雜,要視不同的儲(chǔ)集層類(lèi)型而不同。

1、孔隙型儲(chǔ)集層發(fā)育的影響因素孔隙型儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間多以原生粒間-晶間孔隙為主,影響其發(fā)育的因素取決于原來(lái)巖石的沉積特征(沉積環(huán)境),即類(lèi)似于碎屑巖儲(chǔ)集層,其孔隙度、滲透率大小與粒度、分選、磨圓、雜基含量以及造礁生物發(fā)育程度。分布:孔隙型儲(chǔ)集層其物性受沉積環(huán)境的控制,因此,在高能環(huán)境或有利生物礁形成的環(huán)境,能形成好的粒間-晶間孔隙,是此類(lèi)儲(chǔ)集層分布的主要相帶。平面上主要分布在臺(tái)地前緣斜坡相、淺灘相、盆地邊緣生物礁相、潮坪相;剖面上儲(chǔ)集層處于兩次海進(jìn)之間的海退層序,其下海進(jìn)的細(xì)粒碳酸鹽巖作為生油層,其上海進(jìn)的細(xì)粒碳酸鹽巖作為生油層和蓋層。

2、溶蝕型儲(chǔ)集層發(fā)育的影響因素碳酸鹽巖溶解度:其它條件一致時(shí),成分越純凈,易溶,溶解度從大到小是石灰?guī)r>白云巖>泥灰?guī)r(即與Ca/mg比成正比);從結(jié)構(gòu)構(gòu)造來(lái)看,粗晶、厚層石灰?guī)r比細(xì)晶、薄層灰?guī)r易溶。

2-地下水的溶蝕能力:取決于地下水的PH值、CO2含量、SO4含量、溫度、壓力。水中含CO2及有機(jī)酸時(shí),水呈酸性,PH值下降,碳酸鹽巖溶解度增大。水中CaSO4含量增加時(shí),白云巖

2-溶解度增加,而方解石的溶解度下降,所以富含SO4的地區(qū),白云巖中的溶孔比石灰?guī)r更為發(fā)育。溫度、壓力的影響是:開(kāi)放體系中,溫度升高導(dǎo)致CO2釋放,壓力降低,PH值增加,使碳酸鹽巖的溶解度降低,不利于溶蝕孔隙的形成;封閉體系中,溶解度隨溫度增加而增加(不是自然條件)。分布:主要分布在厚層、質(zhì)純、粗結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖層段,特別是白云巖。發(fā)育于富含CO2的地下水活動(dòng)地帶,主要在古風(fēng)化殼帶,巖石遭遇風(fēng)化剝蝕,孔隙發(fā)育,地下水沿裂縫滲流地下,形成巖溶帶。分三帶:垂直滲流帶:水流特點(diǎn)以向下淋濾作用為主,流速快,溶蝕作用不太充分;溶孔以垂直孔縫為主,儲(chǔ)集層分帶性不明顯,有時(shí)有地表滲入的沉積物所充填。地下水水位季節(jié)變化帶:水流特點(diǎn)為水平與垂直滾動(dòng)的周期性交替??卓p具有水平及垂直方向均發(fā)育,形成孔、洞均好的儲(chǔ)層。厚度據(jù)地下滲流條件和巖溶作用不同而不同。潛流帶:水流為水平方向,上述兩帶補(bǔ)充CO2,水流緩慢與巖石作用時(shí)間長(zhǎng)。發(fā)育良好的水平方向溶蝕孔洞,儲(chǔ)層分帶性明顯。厚度與易溶巖層厚度有關(guān)。3、裂縫型儲(chǔ)集層發(fā)育的影響因素巖性控制因素

成份較純,脆性大,裂縫發(fā)育,泥質(zhì)含量高,裂縫不發(fā)育。結(jié)構(gòu)構(gòu)造上,質(zhì)純粒粗、結(jié)晶粗的裂縫發(fā)育,薄層裂縫密度較大,但規(guī)模較小,易產(chǎn)生層間縫和層間脫空;厚層裂縫密度小,但規(guī)模較大,以立縫和高角度斜縫為主。構(gòu)造的控制作用

在構(gòu)造猛烈部位構(gòu)造裂縫發(fā)育。長(zhǎng)期持續(xù)上升的區(qū)域,局部構(gòu)造高點(diǎn)、長(zhǎng)軸、傾沒(méi)端、斷層及斷裂帶附近裂縫育。地下水的控制作用

地下水活躍的地區(qū),構(gòu)造裂縫溶解,擴(kuò)大裂縫的作用。分布:在質(zhì)純、脆性大,構(gòu)造猛烈的

總的說(shuō)來(lái),正韻律、反韻律和復(fù)合韻律的厚油層,注水開(kāi)發(fā)效果有較大的區(qū)別,在條件相近的狀況下,反韻律油層好于復(fù)合韻律,復(fù)合韻律又好于正韻律。

(2)夾層的影響

夾層對(duì)地下油水運(yùn)動(dòng)的影響比較繁雜,這主要取決于夾層的延伸長(zhǎng)度、產(chǎn)狀及發(fā)育程度。一般地,厚油層內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的(延伸長(zhǎng)度大于一個(gè)注采井距)平行夾層有利于水驅(qū)油效果。穩(wěn)定夾層將厚油層分成好幾個(gè)段,抑制了厚油層內(nèi)的縱向竄流,提高層內(nèi)動(dòng)用程度,增加了水洗厚度。由于水線(xiàn)是多段推進(jìn)的,因而水線(xiàn)推進(jìn)速度較緩,生產(chǎn)動(dòng)態(tài)相對(duì)穩(wěn)定,含水率上升慢,驅(qū)油相對(duì)均勻,水驅(qū)效果好。夾層頻率和密度越大,水驅(qū)效果越好。這在較厚的均質(zhì)層中表現(xiàn)得最為明顯。

穩(wěn)定性差的(延伸長(zhǎng)度小于注采井距)的不連續(xù)平行夾層和交織的夾層則對(duì)注水開(kāi)發(fā)有不利的影響。這類(lèi)夾層在油層內(nèi)構(gòu)成繁雜的滲流屏障,使流體滾動(dòng)的通道變得曲折繁雜,極大地降低了縱橫向傳導(dǎo)系數(shù),影響水驅(qū)效果,并可導(dǎo)致繁雜的剩余油分布。最為嚴(yán)重的是交織的滲透屏障,如泥質(zhì)測(cè)積層,若其分隔了注水井和采油井,則可能導(dǎo)致注采失敗的結(jié)果。對(duì)于這類(lèi)夾層,頻率和密度越大,水驅(qū)效果越差。

(3)層理構(gòu)造對(duì)水驅(qū)效果的影響

不同類(lèi)型層理的水驅(qū)油效果不同。大慶油田對(duì)不同層理的砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行了注水模擬試驗(yàn),測(cè)量了不同層理及同一層理不同方向上的滲透率及采收率(表6-3)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明,就平行層理、斜層理和交織層理而言,交織層理滲透率低,水淹相對(duì)均勻,因而采收率高;平行層理滲透率高,但水淹相對(duì)均勻,因此采收率相對(duì)較高;而斜層理在平行紋層方向的滲透率高且水淹快,因而采收率低。

表6-3不同層理的砂巖注水模擬結(jié)果

層理類(lèi)型平行層理斜層理交織層理水平滲透率(×10μm)816.2723(順紋層傾向)221.3-32最終采收率(%)31.821.342.7

對(duì)于斜層理來(lái)說(shuō),不同驅(qū)油方向的驅(qū)油效果是不同的。順層理傾向注水時(shí),水沿著層理中的高滲透條帶向前突進(jìn),造成油井見(jiàn)水快、水淹快,大量的油殘留在低滲透條帶中,故采收率較低;逆層理傾向注水,采收率較高;而平行紋層走向方向注水,采收率最高(表6-4)。在河流三角洲砂體中,斜層理和交織層理的傾向一般與水流方向和砂體延伸方向一致,因此,水驅(qū)油方向不應(yīng)平行于砂體走向,而應(yīng)與其斜交或直交。

表6-4不同水驅(qū)方向?qū)π睂永砩皫r的驅(qū)油效果的影響

水驅(qū)方向順層理傾向逆層理傾向平行紋層走向無(wú)水采收率(%)2.84%19.4%34.6%最終采收率(%)21.348.553.2注入水占孔隙體積的倍數(shù)1.072.51.0

二、微觀非均質(zhì)性對(duì)石油采收率的影響

微觀非均質(zhì)性主要影響微觀驅(qū)替效率。在注入水波及的水淹地區(qū),孔隙系統(tǒng)中依舊會(huì)殘

留大量不連續(xù)的油滴或剩余油,即微觀規(guī)模的剩余油,這主要受微觀驅(qū)替效率的影響,而微觀驅(qū)替效率與微觀孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性和流體性質(zhì)有關(guān),其中孔隙結(jié)構(gòu)是影響微觀驅(qū)替效率的最重要的因素。

1.碎屑巖孔隙非均質(zhì)性對(duì)驅(qū)油效率的影響

從前面的分析可以看出,剩余油的形成與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系,換句話(huà)說(shuō),注水開(kāi)發(fā)中的驅(qū)油效率與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)(孔隙與喉道的大小及其分布)密切相關(guān)。另外,對(duì)于已形成殘油的油藏,在三次采油過(guò)程中排驅(qū)殘油的效率即三次采油的石油采收率亦與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。

一般地,孔隙非均質(zhì)性愈強(qiáng),驅(qū)油效率越低。下面,介紹幾個(gè)應(yīng)用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)研究注水采油中水驅(qū)油效率和三次采油采收率的實(shí)例。

(1)均質(zhì)系數(shù)與水驅(qū)油效率

沈平平通過(guò)對(duì)我國(guó)東部油區(qū)下第三系沙河街組砂巖油層進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)和驅(qū)油效率的研究,提出了描述儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)特征的“均質(zhì)系數(shù)(α)〞。設(shè)想孔隙介質(zhì)是由大量大小不一的孔隙組成,那么其相對(duì)均勻程度對(duì)驅(qū)油效率的影響較大。

假使把對(duì)比指標(biāo)選為排驅(qū)壓力所對(duì)應(yīng)的最大喉道半徑rmax,那么,某一喉道半徑ri相對(duì)于rmax的偏離程度值為ri/rmax。巖樣是由大小不一的n個(gè)ri所組成,那么,總的偏離程度為每個(gè)ri值對(duì)飽和度S的加權(quán)。即,

??ri?si?rdi?1n??si?1n

i當(dāng)飽和度的區(qū)間趨向于無(wú)限時(shí),

??lim?ri?1nnri?Siimax?s?0??s0.10r(S)dS??Si?1rmaxS0.1

式中,S0.1是最大注入壓力80MPa對(duì)應(yīng)的最大飽和度;r(S)是壓汞所確定的孔喉半徑分布函

數(shù),S是水銀飽和度;rmax是排驅(qū)壓力所對(duì)應(yīng)的最大連通孔喉半徑。

α稱(chēng)為孔隙結(jié)構(gòu)均質(zhì)系數(shù),變化范圍由0到1。α越大,則表示孔隙結(jié)構(gòu)越均質(zhì)。當(dāng)α=1時(shí),巖樣的孔喉由單一尺寸的孔道組成,可視為極端均質(zhì)。

研究說(shuō)明,α值與巖石滲透率一般沒(méi)有明顯的關(guān)系,而與孔隙度有一定關(guān)系,但亦不明顯。

均質(zhì)系數(shù)a與驅(qū)油效率的關(guān)系如下:

①?gòu)?qiáng)親油條件下,α與無(wú)水采油期、含水采油期的驅(qū)油效率有明顯的線(xiàn)性關(guān)系(圖6-27),可用下述方程式表示:

?無(wú)=-74+66.42?相關(guān)系數(shù)0.85

?0.5=7.3+59.7?0.91?10=31+48.6?0.98?30=41.2+40.9?0.93

在強(qiáng)親油條件下,水驅(qū)油過(guò)程中毛細(xì)管力和粘滯力均為阻力,孔喉半徑越大,阻力越小,

反之,孔喉半徑越小,阻力越大。驅(qū)動(dòng)力戰(zhàn)勝粘滯阻力和毛細(xì)管力,水首先沿著阻力小的大孔道前進(jìn)。壓汞過(guò)程也正是這一過(guò)程。因而,壓汞求得的毛細(xì)管壓力分布反映了驅(qū)動(dòng)力作用下水驅(qū)油過(guò)程的阻力分布。因此,喉道半徑分布越偏向于最大喉道半徑,即α越大,水線(xiàn)推進(jìn)越均勻,驅(qū)油效率越高。若α越小,平均喉道半徑與最大喉道半徑的偏離越大,小喉道所占的比例則越大,水線(xiàn)前沿突進(jìn)嚴(yán)重,小孔道被周邊大孔道的水隔截為不連通的孔隙,無(wú)水期直至最終期的驅(qū)油效率就低。

②強(qiáng)親水條件下,α值與無(wú)水采油期和含水采油期的驅(qū)油效率都有比較好的線(xiàn)性關(guān)系,并可用線(xiàn)性回歸方程表示:

?無(wú)=-0.83+75.22?相關(guān)系數(shù)0.76?0.5=24.6+50.382?0.73?10=42.36+45.78?0.71?30=49.60+36.54?0.65

上式中?表示巖樣的驅(qū)油效率,下標(biāo)表示含水百分?jǐn)?shù)。水驅(qū)油過(guò)程是驅(qū)動(dòng)力與毛細(xì)管力共同作用的過(guò)程。在驅(qū)動(dòng)力作用下,粘滯力作為主要阻力,水總是沿著阻力小的大孔隙方向前進(jìn),壓汞過(guò)程正是驅(qū)動(dòng)力作用下的類(lèi)似過(guò)程,因此,壓汞所確定的α越大,大孔道所含的比例也越大,巖樣越均質(zhì),驅(qū)油效率高。另一方面,毛細(xì)管力作為驅(qū)油動(dòng)力,能自發(fā)地把水吸入到小孔道中去,因此毛細(xì)管半徑越小,其所占比例越大,驅(qū)油作用也就越大。退汞過(guò)程類(lèi)似水驅(qū)油過(guò)程中毛細(xì)管力的作用。因此,退汞過(guò)程所確定的α′越小,其平均喉道半徑與最大喉道半徑偏離越大。由于在親水巖樣驅(qū)油過(guò)程中,若發(fā)揮驅(qū)動(dòng)力作用,要求孔道大而集中,若發(fā)揮毛管力的作用,則要求孔道小且所占比例要大,這二者正是以繁雜的形式影響著水驅(qū)油效率。為此,引入孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)β,即退汞過(guò)程確定的α′與進(jìn)汞過(guò)程確定的α之比:

???'?β與無(wú)水、含水采油期的驅(qū)油效率可用下面的線(xiàn)性方程表示:

?無(wú)=69.2–46.6β相關(guān)系數(shù)-0.75?0.5=75.4–37.6β-0.75?10=88–33.1β-0.82?30=85.6–25.8β-0.74

β越小(即α越大,α′越小),則水驅(qū)油效率越高(圖6-25)。對(duì)比α、β與水驅(qū)油效率的相關(guān)關(guān)系,無(wú)水期基本一致,隨著注水倍數(shù)增加,直至最終期(注水為孔隙體積的30倍),β比α的相關(guān)系數(shù)要高。

圖6-24強(qiáng)親水巖樣β-η關(guān)系圖(據(jù)涂富華,1983)

圖6-25強(qiáng)親油巖樣α-η關(guān)系圖(據(jù)涂富華,1983)

(2)特征結(jié)構(gòu)系數(shù)與水驅(qū)油效率王傳禹、楊普華等(1981)從大慶油田砂巖孔隙結(jié)構(gòu)入手,根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與沉積環(huán)境和砂巖的常規(guī)參數(shù),通過(guò)物理模擬水驅(qū)油的試驗(yàn),用統(tǒng)計(jì)方法探尋影響驅(qū)油效率和滲流規(guī)律的特征參數(shù),并研究這些特征參數(shù)對(duì)水驅(qū)油過(guò)程的影響和水驅(qū)油過(guò)程中巖石孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化。

首先,根據(jù)Dullien的迂曲度參數(shù),改進(jìn)為孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù),并結(jié)合相對(duì)分選系數(shù),提出了特征結(jié)構(gòu)參數(shù)(

1),即為相對(duì)分選系數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)乘積的倒數(shù)。Dr?pDr為孔喉相對(duì)分選系數(shù),φp為孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)。φp相當(dāng)于Dullien提出的迂曲度因子(T),它為喉道的有效滾動(dòng)路徑(Le)與宏觀滲流最短路徑(L)之比的平方,即T=(Le/L2)。經(jīng)換算,

可得:

T??(rm)28K

上式中,φ、K分別為巖樣孔隙度和滲透率,rm為孔喉均值??紫督Y(jié)構(gòu)系數(shù)(φp)即為迂

曲度因子(T),它反映了真實(shí)巖石孔隙結(jié)構(gòu)與理論的平行毛細(xì)管速模型之間的區(qū)別,當(dāng)φ=1時(shí),即為毛管束模型。

特征結(jié)構(gòu)系數(shù)(

p1)與滲透率有一定的關(guān)系。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中巖樣滲透率與特征結(jié)構(gòu)Dr?p參數(shù)成正比直線(xiàn)關(guān)系。滲透率越高,特征結(jié)構(gòu)系數(shù)就越大,其驅(qū)油效率也越高。驅(qū)油效率與孔隙結(jié)構(gòu)特征系數(shù)的關(guān)系如圖6-26所示。

上述相對(duì)分選系數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)和特征結(jié)構(gòu)系數(shù)與驅(qū)油效率有密切關(guān)系。它們與巖樣試驗(yàn)所得的水驅(qū)無(wú)水采收率和最終石油采收率之間的相關(guān)關(guān)系可以用如表6—5所示的回歸方程表達(dá)。

表6-5孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)油效率的相關(guān)關(guān)系比較表(王傳禹,1981)

孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)分選系數(shù)(Dr)回歸關(guān)系式lnη無(wú)水=-0.288lnDr+2.667lnη最終=-7.815lnDr+53.2lnη無(wú)水=-0.664ln(φp)+4.026lnη最終=-2.74φp+77.08lnη無(wú)水=3.436特征結(jié)構(gòu)系數(shù)(1Dr?p1Dr?p1Dr?p相關(guān)系數(shù)0.7760.89680.67230.56350.87750.9009孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)(φp)+16.235+63.9)lnη最終=6.8ln注:η無(wú)水=水驅(qū)油時(shí)的無(wú)水石油采收率;η最終=水驅(qū)油時(shí)的最終石油采收率。

由上可見(jiàn),巖石孔隙結(jié)構(gòu)的三個(gè)參數(shù)都可用來(lái)預(yù)計(jì)其無(wú)水和最終石油采收率,其中,特征結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)油效率的相關(guān)性關(guān)系好,而孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)φp的相關(guān)性相對(duì)較差,但它與沉積環(huán)境有比較明顯的關(guān)系。

圖6-26孔隙結(jié)構(gòu)特征系數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系圖(據(jù)王傳禹等,1981)

(3)孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)與水驅(qū)油效率(張芳洲等,1981)

張芳洲等(1981)對(duì)玉門(mén)油田M層的巖樣通過(guò)壓汞法及水驅(qū)油試驗(yàn)得出孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)和驅(qū)油效率之間的密切關(guān)系。

老君廟油田M層是一個(gè)滲透率低、含油飽和度低、裂縫發(fā)育、厚度大、沉積穩(wěn)定的油層。M層儲(chǔ)集巖的孔隙小,而且分布不均勻,非均質(zhì)性很強(qiáng)。

大量巖樣研究說(shuō)明,可以用一個(gè)綜合參數(shù)即孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)(GS)來(lái)描述儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)的好壞以及允許油氣滾動(dòng)的難易程度??紫督Y(jié)構(gòu)系數(shù)定義為:

GS?Dm

?Y(Sp)式中Dm——為孔隙分布均值;

Sp——為孔隙分選系數(shù);

φr——表示大于有效孔隙喉道的連通孔隙的百分?jǐn)?shù)。M油層的有效孔隙喉道下限定

為0.691μm。

張芳洲等認(rèn)為,孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(GS)是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的首要參數(shù)。它與巖石的物性參數(shù)(孔隙度和滲透率的乘積)成反比。在玉門(mén)油田M油層,當(dāng)孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)等于10時(shí),相應(yīng)儲(chǔ)層的含水飽和度小于60%,為采出油氣的儲(chǔ)層下限。

在玉門(mén)油田M層,可以利用孔隙度和滲透率資料預(yù)計(jì)孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù),它們之間的回歸方程為:

GS=28.4604-0.025908-0.0090045φ

-32

式中K——為滲透率,×10μm;

φ——孔隙度,(%)。

影響孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)的主要因素是膠結(jié)物的成分、含量和分布方式。

研究說(shuō)明,孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)與驅(qū)油效率呈反比關(guān)系。即孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)越小,其孔隙結(jié)構(gòu)越好,驅(qū)出油量越多。

(4)結(jié)構(gòu)難度指數(shù)與三次采油石油采收率

Dullien(1972)提出了孔隙空間的結(jié)構(gòu)難度指數(shù),他認(rèn)為三次表面活性劑驅(qū)油時(shí),巖石孔隙的結(jié)構(gòu)難度指數(shù)D和石油采收率之間具有相當(dāng)好的相關(guān)關(guān)系。

三次采油的目的是將二次采油之后的剩余油驅(qū)替出來(lái)。當(dāng)水驅(qū)后再用表面活性劑排驅(qū)捕集在孔隙中的油滴時(shí),要使油滴通過(guò)喉道,將要戰(zhàn)勝毛管阻力和粘滯力。

圖6-27在不等徑孔隙中滯留油滴的毛管壓力分析

對(duì)于單一的不等徑孔隙來(lái)說(shuō)

(圖6-28),要使滯留在孔隙中的油滴(曲面半徑設(shè)為r1)通過(guò)較小的喉道(半徑為r2),所要戰(zhàn)勝的毛管阻力為:

?p?p2?p1?2?cos?(11?)r2r1式中P2-P1——為圖6-23中1點(diǎn)和2點(diǎn)壓差;

σ——為表面張力;

θ——為潤(rùn)濕接觸角。在上式中,為簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)油滴兩側(cè)的界面為軸對(duì)稱(chēng),兩

側(cè)的接觸角(圖6-30中θ1和θ2)也相等,即θ1=θ2=θ;

r1、r2——油滴在孔隙和喉道兩端的曲面半徑。上述分析的是單一孔隙。對(duì)于巖石中繁雜的孔隙系統(tǒng)來(lái)說(shuō),驅(qū)動(dòng)孔隙中滯留油滴所要戰(zhàn)勝的毛管阻力平均值(Δp)為:

?p?2?cos?c?式中σ——為界面張力;

??00?re?(r'e,re)(11?)dr'edrer'ere?c?——為在水中的接觸角;

r'e——為喉道半徑(用壓汞法求取);

re——為孔隙半徑(用鑄體法求取);

?(r'e,re)——為儲(chǔ)層中孔隙和喉道大小的分布函數(shù)。

公式中的雙重積分代表一種平均的、對(duì)采出或捕集剩余油的系數(shù),它僅僅與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于它只涉及到喉道半徑和孔隙半徑,所以實(shí)際上它表示油滴在這種孔隙空間系統(tǒng)中排出的困難程度。為此,定義該雙重積分為石油采收率的“結(jié)構(gòu)難度指數(shù)(D)〞??杀硎緸椋?/p>

D?使用平均值定理:

??00?re?(r'e,re)(11?)dr'edrer'ereD?(1100?)???(r'e,re)dr'edrer'ere?re式中r'e——是樣品的平均孔隙喉道半徑;

re——是受r'e所控制而不能自由進(jìn)入的孔隙空間的平均半徑,相當(dāng)于比喉道大的

所有孔隙的平均半徑;雙重積分則表示受到半徑為r'e的喉道所控制的孔隙空間(大體相當(dāng)于比喉道大的孔隙空間)體積占總孔隙空間體積的比例,具體計(jì)算可通過(guò)編繪喉道分布曲線(xiàn)(據(jù)壓汞法)與孔隙分布曲線(xiàn)(據(jù)孔隙鑄體法)來(lái)完成,據(jù)此可判定巖石中孔隙和喉道大小的相對(duì)分布特征。當(dāng)D=0時(shí),則表示一種均勻的毛細(xì)管束。

Batra和Dullien(1973)研究了十五種不同的砂巖,統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明,孔隙結(jié)構(gòu)難度指數(shù)(D)和平均喉道直徑的倒數(shù)與三次采油表面活性劑水驅(qū)的石油采收率有很好的相關(guān)關(guān)系(圖6-28和6-29)。

上述研究雖然僅限于水濕油層以及中等流體粘度比的條件,但是他們所提出的結(jié)構(gòu)難度指數(shù)的概念并不僅僅局限于研究三次采油石油采收率。結(jié)構(gòu)難度指數(shù)與儲(chǔ)集巖的滲透

圖6-28結(jié)構(gòu)難度指數(shù)D同三次采油石油采

收率的關(guān)系(Batra和Dullien,1973)

率并不密切相關(guān)。

因此,要研究?jī)?chǔ)集巖中的石油采收率必需要從孔隙結(jié)構(gòu)入手。

2.碳酸鹽巖儲(chǔ)集巖的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)石油采收率的影響

對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集巖來(lái)說(shuō),非均質(zhì)性比砂巖儲(chǔ)集巖嚴(yán)重得多。雖然砂巖的石油采收率可以根據(jù)巖樣測(cè)得的相對(duì)滲透率結(jié)果估算出來(lái),但對(duì)絕大多數(shù)面積大而且不均質(zhì)的碳酸鹽巖油藏來(lái)說(shuō),少量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能否完全代表整個(gè)油藏就很成問(wèn)題了。故有必要設(shè)計(jì)一種較簡(jiǎn)便的用以估算儲(chǔ)集巖中原油采收率的方法(Wardlaw,1978)。

石油采收率既受流體性質(zhì)的影響,也受孔隙系統(tǒng)的影響??紫断到y(tǒng)內(nèi)流體的粘度、界面張力、密度、潤(rùn)濕性和驅(qū)替速度都可能影響石油采收率。對(duì)確定的油藏來(lái)說(shuō),上述性質(zhì)都是已知的,此時(shí),研究孔隙系統(tǒng)對(duì)石油采收率的影響就顯得特別重要了。

在儲(chǔ)集巖中出現(xiàn)強(qiáng)潤(rùn)濕相的狀況下,以下幾個(gè)因素是毛細(xì)管捕集及影響驅(qū)油效率的主要因素,即:(1)

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