東濮凹陷胡狀集油田注水前后流體動力地質作用對比研究

0儲集層宏觀參數的變化在長期注水開發過程中，儲層的微觀特征不斷變化，包括巖石顆粒和存儲層的組成、含量、粒度等指標。主要原因是儲層中不同類型的水井、油和其他水流長期浸泡、驅動和轉化儲層。孔隙度、滲透率等宏觀參數的變化是儲集層微觀內在因素改變的綜合反映。本文以胡狀集油田胡12塊嚴重非均質油藏優勢滲流通道較發育的沙三中8儲集層為例,采用室內實驗對注水前后實際巖心樣品進行對比分析,從儲集層巖石組分、粒度、孔喉分布、孔喉結構和主要物性參數的變化等方面研究了注水開發過程中的流體動力地質作用。1胡狀集油田含水資源量特征胡狀集油田胡12塊位于東濮凹陷西部斜坡帶中段,為一受石家集斷層、胡7-7斷層和胡12斷層共同夾持且西高東低的鼻狀構造。沙三中8為該塊主力含油層段之一,屬扇三角洲前緣沉積,主力油層分布在水下分流河道砂體中。儲集層孔隙度4.9%~30.7%,平均21.6%,滲透率(0.1~3092.0)×10-3μm2,平均301.3×10-3μm2,總體具中孔中滲特征,但非均質性非常強。胡狀集油田于1986年投產,含油面積4.5km2,地質儲量1430.73×104t,可采儲量315.55×104t,歷經近30a的開發,綜合含水已達94.66%,處于特高含水開采階段,采出程度僅為18.18%,優勢滲流通道已成為影響水驅效率的突出問題。H12-20井和HJ1井分別鉆于1986年和2000年,兩者井距40m,連通關系好,均對沙三中8進行了連續取心,取全了不同成因、不同厚度和不同物性儲集層,其巖心分別反映了原始狀態和注水開發后的特征,具有典型性、代表性和可對比性強的特點。2巖屑、巖性及礦物的組成特征表3胡12塊沙三中8儲集層的巖石類型多為長石砂巖、巖屑砂巖之間的過渡類型,巖石成分主要特征為:①碎屑中巖屑和長石含量較高,其平均含量分別為15.6%和10.7%,兩者之和已超過26%,石英含量與巖屑和長石含量之和的比值為1.7~4.3,平均值為3.0;②巖屑中含量最高的是泥巖巖屑和碳酸鹽巖巖屑,其平均含量分別為8.5%和3.9%,兩者之和已超過12%,占巖屑總量的約80%。以上特征說明巖石的成分成熟度極低,是快速風化、快速與短距離搬運、快速堆積與埋藏條件下的產物。砂巖組成縱向上表現為2個特點:①不論層間還是層內,各種成分含量變化范圍較大,如碳酸鹽總量為1.5%~14.5%,泥質總量為5.61%~32.46%;②顆粒較細的巖石具更高的長石含量,而顆粒較粗的巖石具更高的碳酸鹽巖巖屑含量。3流體動力地質作用對儲層巖石成分的影響3.1充填材料以原狀(H12-20井)和注水開發后(HJ1井)沙三中8儲集層薄片鑒定數據為基礎,分析長石類礦物、碳酸鹽類礦物、泥質礦物和其他礦物在注水前后的差異(見表1)。對長石類礦物而言,注水開發過程中,鉀長石含量略有降低但并不顯著,而斜長石則被溶蝕殆盡(見表1)。注入水的酸性(pH值為5~6)條件加速了斜長石的溶解。沙三中8儲集層中的碳酸鹽礦物包括碳酸鹽巖巖屑和填隙物中的方解石、白云石和菱鐵礦。實驗分析表明,注水開發使碳酸鹽總量略有降低(見表1),這主要是由菱鐵礦引起的。菱鐵礦晶體有2種賦存方式:①作為碎屑的包膜而成為早期膠結物(見圖1a、1b),②作為分散的晶簇或者單個晶體(見圖1c),以這兩種方式存在的菱鐵礦都可能被流體搬運而成為速敏礦物,因速敏效應而堵塞于喉道中。菱鐵礦為酸敏礦物,在注水開發中菱鐵礦因部分溶蝕而減少。從泥質總含量來看,由注水開發前的22.7%下降到16.4%,出現了一定程度的降低。石英含量則由注水開發前的59.9%下降到57.7%,該組分小幅降低的主要原因則與粉砂—極細砂級石英碎屑的部分缺失有關。3.2伊利石/高嶺石基于X衍射鑒定結果,從綠泥石、伊利石、高嶺石和伊/蒙混層的含量分析了儲集層黏土礦物組成的變化特征(見表2)。分析結果表明,與其他黏土礦物相比,注水開發過程中,綠泥石含量降低幅度高達29.1%,其主要原因是注入水pH值較低(5~6)、地層溫度較高(約85℃)。伊利石主要賦存于泥巖巖屑和黏土雜基中,其含量降低幅度為14.1%。由于伊利石在酸性及高溫條件下十分穩定,因而其減少的主要原因是速敏效應使其部分搬運至井筒。對高嶺石而言,其相對含量由25.44%增加到26.50%,變化量很小。研究表明,造成高嶺石略有增加的原因在于:①部分高嶺石粒徑很小且分布于狹窄的喉道中(見圖2),難于被注入水波及搬運;②注水開發過程中部分長石被溶蝕,因而儲集層中可能有一定數量高嶺石沉淀。黏土礦物中的伊/蒙混層難于搬運,具體表現在:①伊/蒙混層膨脹可能堵塞喉道或孔隙;②在各種黏土礦物中,伊/蒙混層礦物粒徑相對較小,所以其在小孔喉中難于被注入水波及。由于綠泥石和伊利石等黏土礦物的含量隨著注水開發的持續推進而大幅降低,所以伊/蒙混層的相對含量平均值由28.56%上升到36.07%,變化幅度為26.3%。4流動力地質作用對儲層沉積物粒度的影響4.1儲集層砂巖粒度H12-20井沙三中8儲集層砂巖粒度十分豐富,含量大于1%的粒級有14個之多(見圖3)。對比H12-20井和HJ1井沙三中8儲集層砂巖粒度分布可見,注水開發后,粒度為-1.0~4.5的砂級沉積物在最細段出現了明顯的粒級缺損,缺損的粒級組粒度中值分別為3.725和4.265,平均含量分別由注水開發前的3.780%和5.616%降至1.061%和1.393%,降低幅度分別為71.9%和75.2%。4.2砂粒的濃度胡12塊油井采出砂的粒度中值為0.208~4.351,含量最高的粒級粒度為3.474~3.737,其中值為3.606,這一粒級砂粒的含量占24.4%。該粒級與HJ1井所缺失的粒級相對應,出現粒級缺損的位置主要位于物性較好的層段且與大孔道的形成相關,這證實了流體動力地質作用是儲集層沉積物粒度發生變化的原因。5流動力地質作用對儲層巖石孔的影響5.1孔隙類型及大小面積的含量以整合hj1井為例據鑄體圖像分析結果,H12-20井沙三中8儲集層以小孔隙為主,孔徑小于67μm的孔隙盡管只占據了4個級別,但其累計數量占全部孔隙數量的67.7%,累計面積約占54.6%(見圖4),總體呈類型少但含量高的特點。孔徑大于等于67μm的大孔隙占據了16個孔徑級別,盡管涵蓋的孔徑范圍很大,但其累計數量只占全部孔隙數量的32.3%,累計面積也只占全部孔隙面積的45.4%,總體呈類型多卻含量少的特點。對HJ1井而言,孔徑小于67μm的孔隙的累計面積含量已降至25%,累計數量也降至43.8%。同時,各種孔徑級別的大孔隙占總孔隙面積的比例有不同程度增加,孔徑大于等于67μm的大孔隙占據了全部孔隙面積的75%,數量百分比則上升至56.2%。不難看出,隨著注水開發的進行,一部分小孔隙存在向大孔隙轉化的趨勢。5.2喉道直徑與儲層直徑的關系基于壓汞測量結果,從H12-20井到HJ1井,沙三中8儲集層砂巖的平均喉道直徑由3.8μm變為4.7μm;中值由4.6μm變為8.1μm。從喉道分布的標準差、偏態和峰態來看,除標準差從3.34降低至3.16外,偏態和峰態均有不同程度增加,表明注水開發后,砂巖喉道大小分選程度降低,喉道大小的分散程度增加,非均質性增強。如果進行分段處理,大喉道直徑(大于3μm)段和小喉道直徑(小于等于3μm)段平均汞飽和度與喉道直徑的關系區別明顯,擬合方程分別如下。①喉道直徑大于3μm段H12-20井:HJ1井:②喉道直徑小于等于3μm段H12-20井:HJ1井:式中SHg——平均汞飽和度,%;d——喉道直徑,μm;R2——復相關系數。對比(1)式和(2)式,HJ1井擬合方程的斜率大于H12-20井,說明在喉道直徑大于3μm時,同一喉道直徑級別的分布頻率更高;由(3)式和(4)式可見,當喉道直徑小于等于3μm時,HJ1井擬合方程的斜率小于H12-20井,說明HJ1井同一喉道直徑級別的分布頻率小,注水后小喉道的分布頻率降低,非均質性增強。5.3儲集層退出效率與孔隙、喉道直徑的關系退出效率是研究孔喉非均質性的重要參數,退出效率越高,驅油效率越高;退出效率越低,油層孔喉非均質性越嚴重,水驅油效果越差。統計結果表明,沙三中8儲集層的退出效率由H12-20井的24.77%下降為HJ1井的20.54%,降低幅度為17.08%。儲集層樣品退出效率的高低與樣品孔隙、喉道直徑比值密切相關,比值越大,即孔喉直徑的差值越大,退出效率就越低。注水前H12-20井孔隙與喉道直徑比值為14.62;注水后的HJ1井為16.39,表明注水開發過程中,盡管孔隙和喉道的平均直徑均在增大,但由于前者孔隙的增加幅度大于后者,從而造成孔隙與喉道比值的增大及退出效率的降低。5.4確定可流動孔喉直徑的意義注水開發前H12-20井沙三中8儲集層的可流動孔喉直徑下限為0.027μm,對應的汞飽和度平均值為71.22%;注水開發后的HJ1井的可流動孔喉直徑下限為0.418μm,汞飽和度平均值為76.07%。可見注水使巖石可流動孔喉直徑下限提高,即注水后巖石中流體流動的主孔喉向大孔喉方向變化,而且流動主孔喉控制的孔隙體積略有增加,其結果必然導致巖石滲透率的進一步提高。H12-20井和HJ1井沙三中8儲集層的滲透率和最小可流動孔喉直徑具良好的相關性,復相關系數為0.9434(見圖5),說明可流動孔喉直徑變大是造成滲透率增大的主要原因。喉道直徑中值和最小可流動孔喉直徑具有良好的對數關系(見圖6),隨著樣品喉道直徑中值的增加,可流動孔喉直徑的下限值也隨之提高。注水對巖石孔隙結構的影響是非均勻的,原本孔喉較大的高滲透率巖石受注入水的影響更大,其孔喉變得更大,而原本滲透率低的巖石,其受注入水影響相對較小,孔喉變化小或沒有變化,從而加劇了儲集層內部非均質性。6主要物理參數的變化特性6.1活性儲集層孔隙度下降,滲透率下降H12-20井和HJ1井的孔隙度、滲透率、巖石密度和碳酸鹽含量等分析數據(見表3)表明,注水開發使儲集層有效孔隙度呈總體略下降的趨勢,降幅為4.63%;儲集層滲透率略有增大,增大幅度為8.93%;儲集層巖石密度和碳酸鹽含量降幅分別為1.85%和5.95%,這說明儲集層總體物性的變好與雜基、黏土礦物顆粒和碳酸鹽顆粒的遷出有關。6.2儲集層物性變化的主要特點對比H12-20與HJ1井,在注水開發使儲集層有效孔隙度降低,而平均滲透率上升的背景下(見圖7a),儲集層不同部位的物性變化具有一定差異。將大孔道發育部位與不發育部位樣品數據分開研究發現,造成以上儲集層物性總體變化特征的原因是大孔道發育部位的孔滲性大幅度提高而大孔道不發育部位的孔滲性降低(見圖7b、圖7c)。從不同小層物性指標變化來看,其變化趨勢與原始儲集層物性的相對好壞密切相關。注水開發過程中儲集層物性的變化具有3個主要特點:①孔喉直徑大、物性好的原始儲集層表現出孔隙度、滲透率明顯變大和巖石密度明顯變小的特點,單井縱向研究發現這種變化僅存在于部分層段,這部分層段與優勢滲流通道相對應,表明優勢滲流通道對原始物性較好的儲集層影響明顯,同時也說明優勢滲流通道在原始物性較好的儲集層中的發育具有縱向非均勻局部分布的特點;②孔喉直徑和物性中等的原始儲集層在注水開發過程中,被傷害和被改良的程度基本相近,致使該類儲集層的主要物性指標沒有發生明顯變化;③孔喉直徑較小、物性較差的原始儲集層在注水開發過程中,被傷害程度大于被改良的程度,因而其主要物性指標均逐漸變小。總體上,注水開發過程中,儲集層間的這種變化呈現出了明顯的“馬太效應”。7細顆粒及黏土礦物的分離和溶解過程主要表現為外化層在胡狀集油田胡12塊注水開發過程中,注入水的酸性介質條件對碎屑組分中的長石類礦物影響較大,其中以斜長石的溶解較強。注水沖刷作用造成了儲集層泥質礦物總量的降低和粉砂—極細砂級石英顆粒的缺失,進一步分析表明,細