東濮凹陷胡狀集油田注水前后流體動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)比研究

0儲(chǔ)集層宏觀參數(shù)的變化在長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，儲(chǔ)層的微觀特征不斷變化，包括巖石顆粒和存儲(chǔ)層的組成、含量、粒度等指標(biāo)。主要原因是儲(chǔ)層中不同類型的水井、油和其他水流長(zhǎng)期浸泡、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)化儲(chǔ)層。孔隙度、滲透率等宏觀參數(shù)的變化是儲(chǔ)集層微觀內(nèi)在因素改變的綜合反映。本文以胡狀集油田胡12塊嚴(yán)重非均質(zhì)油藏優(yōu)勢(shì)滲流通道較發(fā)育的沙三中8儲(chǔ)集層為例,采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)注水前后實(shí)際巖心樣品進(jìn)行對(duì)比分析,從儲(chǔ)集層巖石組分、粒度、孔喉分布、孔喉結(jié)構(gòu)和主要物性參數(shù)的變化等方面研究了注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中的流體動(dòng)力地質(zhì)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(gòu)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(chǔ)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(zhì)性非常強(qiáng)。胡狀集油田于1986年投產(chǎn),含油面積4.5km2,地質(zhì)儲(chǔ)量1430.73×104t,可采儲(chǔ)量315.55×104t,歷經(jīng)近30a的開(kāi)發(fā),綜合含水已達(dá)94.66%,處于特高含水開(kāi)采階段,采出程度僅為18.18%,優(yōu)勢(shì)滲流通道已成為影響水驅(qū)效率的突出問(wèn)題。H12-20井和HJ1井分別鉆于1986年和2000年,兩者井距40m,連通關(guān)系好,均對(duì)沙三中8進(jìn)行了連續(xù)取心,取全了不同成因、不同厚度和不同物性儲(chǔ)集層,其巖心分別反映了原始狀態(tài)和注水開(kāi)發(fā)后的特征,具有典型性、代表性和可對(duì)比性強(qiáng)的特點(diǎn)。2巖屑、巖性及礦物的組成特征表3胡12塊沙三中8儲(chǔ)集層的巖石類型多為長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖之間的過(guò)渡類型,巖石成分主要特征為:①碎屑中巖屑和長(zhǎng)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(guò)26%,石英含量與巖屑和長(zhǎng)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(guò)12%,占巖屑總量的約80%。以上特征說(shuō)明巖石的成分成熟度極低,是快速風(fēng)化、快速與短距離搬運(yùn)、快速堆積與埋藏條件下的產(chǎn)物。砂巖組成縱向上表現(xiàn)為2個(gè)特點(diǎn):①不論層間還是層內(nèi),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(zhì)總量為5.61%~32.46%;②顆粒較細(xì)的巖石具更高的長(zhǎng)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(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)儲(chǔ)層巖石成分的影響3.1充填材料以原狀(H12-20井)和注水開(kāi)發(fā)后(HJ1井)沙三中8儲(chǔ)集層薄片鑒定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析長(zhǎng)石類礦物、碳酸鹽類礦物、泥質(zhì)礦物和其他礦物在注水前后的差異(見(jiàn)表1)。對(duì)長(zhǎng)石類礦物而言,注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,鉀長(zhǎng)石含量略有降低但并不顯著,而斜長(zhǎng)石則被溶蝕殆盡(見(jiàn)表1)。注入水的酸性(pH值為5~6)條件加速了斜長(zhǎng)石的溶解。沙三中8儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)分析表明,注水開(kāi)發(fā)使碳酸鹽總量略有降低(見(jiàn)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(jié)物(見(jiàn)圖1a、1b),②作為分散的晶簇或者單個(gè)晶體(見(jiàn)圖1c),以這兩種方式存在的菱鐵礦都可能被流體搬運(yùn)而成為速敏礦物,因速敏效應(yīng)而堵塞于喉道中。菱鐵礦為酸敏礦物,在注水開(kāi)發(fā)中菱鐵礦因部分溶蝕而減少。從泥質(zhì)總含量來(lái)看,由注水開(kāi)發(fā)前的22.7%下降到16.4%,出現(xiàn)了一定程度的降低。石英含量則由注水開(kāi)發(fā)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(xì)砂級(jí)石英碎屑的部分缺失有關(guān)。3.2伊利石/高嶺石基于X衍射鑒定結(jié)果,從綠泥石、伊利石、高嶺石和伊/蒙混層的含量分析了儲(chǔ)集層黏土礦物組成的變化特征(見(jiàn)表2)。分析結(jié)果表明,與其他黏土礦物相比,注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,綠泥石含量降低幅度高達(dá)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(wěn)定,因而其減少的主要原因是速敏效應(yīng)使其部分搬運(yùn)至井筒。對(duì)高嶺石而言,其相對(duì)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(jiàn)圖2),難于被注入水波及搬運(yùn);②注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中部分長(zhǎng)石被溶蝕,因而儲(chǔ)集層中可能有一定數(shù)量高嶺石沉淀。黏土礦物中的伊/蒙混層難于搬運(yùn),具體表現(xiàn)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(duì)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(kāi)發(fā)的持續(xù)推進(jìn)而大幅降低,所以伊/蒙混層的相對(duì)含量平均值由28.56%上升到36.07%,變化幅度為26.3%。4流動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)儲(chǔ)層沉積物粒度的影響4.1儲(chǔ)集層砂巖粒度H12-20井沙三中8儲(chǔ)集層砂巖粒度十分豐富,含量大于1%的粒級(jí)有14個(gè)之多(見(jiàn)圖3)。對(duì)比H12-20井和HJ1井沙三中8儲(chǔ)集層砂巖粒度分布可見(jiàn),注水開(kāi)發(fā)后,粒度為-1.0~4.5的砂級(jí)沉積物在最細(xì)段出現(xiàn)了明顯的粒級(jí)缺損,缺損的粒級(jí)組粒度中值分別為3.725和4.265,平均含量分別由注水開(kāi)發(fā)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(jí)粒度為3.474~3.737,其中值為3.606,這一粒級(jí)砂粒的含量占24.4%。該粒級(jí)與HJ1井所缺失的粒級(jí)相對(duì)應(yīng),出現(xiàn)粒級(jí)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(guān),這證實(shí)了流體動(dòng)力地質(zhì)作用是儲(chǔ)集層沉積物粒度發(fā)生變化的原因。5流動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)儲(chǔ)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(jù)鑄體圖像分析結(jié)果,H12-20井沙三中8儲(chǔ)集層以小孔隙為主,孔徑小于67μm的孔隙盡管只占據(jù)了4個(gè)級(jí)別,但其累計(jì)數(shù)量占全部孔隙數(shù)量的67.7%,累計(jì)面積約占54.6%(見(jiàn)圖4),總體呈類型少但含量高的特點(diǎn)。孔徑大于等于67μm的大孔隙占據(jù)了16個(gè)孔徑級(jí)別,盡管涵蓋的孔徑范圍很大,但其累計(jì)數(shù)量只占全部孔隙數(shù)量的32.3%,累計(jì)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(diǎn)。對(duì)HJ1井而言,孔徑小于67μm的孔隙的累計(jì)面積含量已降至25%,累計(jì)數(shù)量也降至43.8%。同時(shí),各種孔徑級(jí)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(jù)了全部孔隙面積的75%,數(shù)量百分比則上升至56.2%。不難看出,隨著注水開(kāi)發(fā)的進(jìn)行,一部分小孔隙存在向大孔隙轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。5.2喉道直徑與儲(chǔ)層直徑的關(guān)系基于壓汞測(cè)量結(jié)果,從H12-20井到HJ1井,沙三中8儲(chǔ)集層砂巖的平均喉道直徑由3.8μm變?yōu)?.7μm;中值由4.6μm變?yōu)?.1μm。從喉道分布的標(biāo)準(zhǔn)差、偏態(tài)和峰態(tài)來(lái)看,除標(biāo)準(zhǔn)差從3.34降低至3.16外,偏態(tài)和峰態(tài)均有不同程度增加,表明注水開(kāi)發(fā)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(zhì)性增強(qiáng)。如果進(jìn)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(guān)系區(qū)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(fù)相關(guān)系數(shù)。對(duì)比(1)式和(2)式,HJ1井?dāng)M合方程的斜率大于H12-20井,說(shuō)明在喉道直徑大于3μm時(shí),同一喉道直徑級(jí)別的分布頻率更高;由(3)式和(4)式可見(jiàn),當(dāng)喉道直徑小于等于3μm時(shí),HJ1井?dāng)M合方程的斜率小于H12-20井,說(shuō)明HJ1井同一喉道直徑級(jí)別的分布頻率小,注水后小喉道的分布頻率降低,非均質(zhì)性增強(qiáng)。5.3儲(chǔ)集層退出效率與孔隙、喉道直徑的關(guān)系退出效率是研究孔喉非均質(zhì)性的重要參數(shù),退出效率越高,驅(qū)油效率越高;退出效率越低,油層孔喉非均質(zhì)性越嚴(yán)重,水驅(qū)油效果越差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,沙三中8儲(chǔ)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(chǔ)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(guān),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(kāi)發(fā)過(guò)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(dòng)孔喉直徑的意義注水開(kāi)發(fā)前H12-20井沙三中8儲(chǔ)集層的可流動(dòng)孔喉直徑下限為0.027μm,對(duì)應(yīng)的汞飽和度平均值為71.22%;注水開(kāi)發(fā)后的HJ1井的可流動(dòng)孔喉直徑下限為0.418μm,汞飽和度平均值為76.07%。可見(jiàn)注水使巖石可流動(dòng)孔喉直徑下限提高,即注水后巖石中流體流動(dòng)的主孔喉向大孔喉方向變化,而且流動(dòng)主孔喉控制的孔隙體積略有增加,其結(jié)果必然導(dǎo)致巖石滲透率的進(jìn)一步提高。H12-20井和HJ1井沙三中8儲(chǔ)集層的滲透率和最小可流動(dòng)孔喉直徑具良好的相關(guān)性,復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9434(見(jiàn)圖5),說(shuō)明可流動(dòng)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(dòng)孔喉直徑具有良好的對(duì)數(shù)關(guān)系(見(jiàn)圖6),隨著樣品喉道直徑中值的增加,可流動(dòng)孔喉直徑的下限值也隨之提高。注水對(duì)巖石孔隙結(jié)構(gòu)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(duì)較小,孔喉變化小或沒(méi)有變化,從而加劇了儲(chǔ)集層內(nèi)部非均質(zhì)性。6主要物理參數(shù)的變化特性6.1活性儲(chǔ)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(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)表明,注水開(kāi)發(fā)使儲(chǔ)集層有效孔隙度呈總體略下降的趨勢(shì),降幅為4.63%;儲(chǔ)集層滲透率略有增大,增大幅度為8.93%;儲(chǔ)集層巖石密度和碳酸鹽含量降幅分別為1.85%和5.95%,這說(shuō)明儲(chǔ)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(guān)。6.2儲(chǔ)集層物性變化的主要特點(diǎn)對(duì)比H12-20與HJ1井,在注水開(kāi)發(fā)使儲(chǔ)集層有效孔隙度降低,而平均滲透率上升的背景下(見(jiàn)圖7a),儲(chǔ)集層不同部位的物性變化具有一定差異。將大孔道發(fā)育部位與不發(fā)育部位樣品數(shù)據(jù)分開(kāi)研究發(fā)現(xiàn),造成以上儲(chǔ)集層物性總體變化特征的原因是大孔道發(fā)育部位的孔滲性大幅度提高而大孔道不發(fā)育部位的孔滲性降低(見(jiàn)圖7b、圖7c)。從不同小層物性指標(biāo)變化來(lái)看,其變化趨勢(shì)與原始儲(chǔ)集層物性的相對(duì)好壞密切相關(guān)。注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)集層物性的變化具有3個(gè)主要特點(diǎn):①孔喉直徑大、物性好的原始儲(chǔ)集層表現(xiàn)出孔隙度、滲透率明顯變大和巖石密度明顯變小的特點(diǎn),單井縱向研究發(fā)現(xiàn)這種變化僅存在于部分層段,這部分層段與優(yōu)勢(shì)滲流通道相對(duì)應(yīng),表明優(yōu)勢(shì)滲流通道對(duì)原始物性較好的儲(chǔ)集層影響明顯,同時(shí)也說(shuō)明優(yōu)勢(shì)滲流通道在原始物性較好的儲(chǔ)集層中的發(fā)育具有縱向非均勻局部分布的特點(diǎn);②孔喉直徑和物性中等的原始儲(chǔ)集層在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,被傷害和被改良的程度基本相近,致使該類儲(chǔ)集層的主要物性指標(biāo)沒(méi)有發(fā)生明顯變化;③孔喉直徑較小、物性較差的原始儲(chǔ)集層在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,被傷害程度大于被改良的程度,因而其主要物性指標(biāo)均逐漸變小。總體上,注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,儲(chǔ)集層間的這種變化呈現(xiàn)出了明顯的“馬太效應(yīng)”。7細(xì)顆粒及黏土礦物的分離和溶解過(guò)程主要表現(xiàn)為外化層在胡狀集油田胡12塊注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,注入水的酸性介質(zhì)條件對(duì)碎屑組分中的長(zhǎng)石類礦物影響較大,其中以斜長(zhǎng)石的溶解較強(qiáng)。注水沖刷作用造成了儲(chǔ)集層泥質(zhì)礦物總量的降低和粉砂—極細(xì)砂級(jí)石英顆粒的缺失,進(jìn)一步分析表明,細(xì)