第ｌ７卷第１期 特种油气藏 Ｖ０Ｉ．１７ Ｎｏ．１ ２０１０年２月 Ｓｐｅｃｉａｌ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ Ｆｅｂ．２０１０ 文章编号：１００６—６５３５（２０１０）Ｏ１～００６４一Ｏ４ 基于孑Ｌ隙网络模型的 砂砾岩微观水驱油驱替特征 鲁国明 （中石化胜利油田分公司，山东东营２５７０００） 摘要：基于胜利油区砂砾岩油藏储层微观结构特征，采用双峰态曲线作为表征喉道半径的分 布，结合储层微观孔隙结构参数（如孔喉比、配位数、形状因子等），建立反映砂砾岩岩石孔隙 空间的三维孔隙网络模型。通过油水两相流模拟计算结果可知，与实测相渗曲线吻合较好，可 用来计算油藏驱油效率和预测开发动态，尤其是对于新发现尚未进行取心实验的区块，开展砂 砾岩三维孔隙网络模型计算无疑是一种有效的补充手段。 关键词：砂砾岩；微观孔隙结构；孔隙网络模型；水驱油；驱替特征 中图分类号：ＴＥ３１２ 文献标识码：Ａ 引言 岸水下扇相是其主要的沉积相类型 。近岸水下 扇是山地河流出山谷后直接进入滨浅湖区堆积，形 影响油水两相渗流的主要因素有储层的非均 成全部没于水下的扇形砂砾岩体，呈楔形体插入深 质性、孔隙结构及分布等，其研究成果可为驱油效 水湖相沉积中，且是分布于陡坡带的重要含油气储 率、采收率及油田开发动态预测提供理论依据。胜 层的扇形体＿８ Ｊ。这一类型砂体以高密度浊流和低 利油区有部分砂砾岩油藏尚未动用，其中部分区块 密度浊流沉积为主，在搬运机制和沉积作用上有别 未进行取心，需要寻求掌握其岩心驱替特征的变化 于分布在湖盆浅水区的水下冲积扇或扇三角洲。 规律。孑Ｌ隙尺度网络模拟可以用于理解非均质孔 垂向剖面是向上变细的层序，显示出退积序列。其 隙中流体的流动特征和规律¨－３１，主要通过网络模 岩性以粗碎屑沉积为主，并夹在湖相暗色泥岩中， 型的孔隙体、喉道的大小和分布来表征储层多孔介 构成砂砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩和泥岩的频繁 质的几何形状及其分布。 韵律沉积。 最早关于网络模拟是Ｆａｔｔ＿３ 提出的，孔隙尺度 扇根亚相以砾岩为主，颗粒粒径一般为２～３ 模型得到广泛的应用，不同模型特点有较大的差 ｃｍ，最大可达全直径砾石；扇中亚相以含砾砂岩、 异，如尺度、维数、配位数以及配位的分布、孔隙单 砾状砂岩为主，颗粒粒径一般为０．５～２．０ ｍｍ，最 元的形状等。模型的建立基于很多先进技术，如微 大可达１０．０ ｍｍ；扇端亚相以泥岩、泥质粉砂岩夹 观层析成像技术、连续剖面技术等形成孔隙尺度模 薄层砂砾岩为主。在胜利油区的砂砾岩油藏中，只 型，用于研究两相流动中岩石的润湿性效应，孔隙 有少数油藏属于砾岩类储层和泥质粉砂岩夹薄层 结构对相对渗透率和毛细管压力曲线的影响 砂砾岩类储层。而含砾砂岩、砾状砂岩储层在胜利 等 一 。 油区的分布最为广泛，微观结构表现为孔喉分布以 １胜利油区砂砾岩油藏地质特征 双峰态为主，不同于常规砂岩油藏的正态分布规 律。 随着勘探开发的深入，胜利油区在盐家、永安、 砂砾岩储层的强非均质以及砂砾岩油藏渗流 胜坨、单家寺、利津等油田均发现了砂砾岩油藏，近 和开发特征的复杂性，使得水驱油流动机理的描述 收稿日期：２００９０８０５；改回日期：２００９０８２８ 基金项目：国家自然科学基金项目“油藏渗流反问题与剩余油研究”（１０１７２０６１） 作者简介：鲁国明（１９６４一），男，高级工程师，１９８５年毕业于华东石油学院地球物理测井专业，现从事油气勘探的研究与管理工作。 第１期 鲁国明：基于孔隙网络模型的砂砾岩微观水驱油驱替特征 ６５ 更加困难。多孔介质中流动机理是否真实反映储 层的实际状态，直接关系到砂砾岩油藏的可采储量 评价与开发方案设计，并直接决定最终开发效果的 好坏。而胜利油区大多砂砾岩油藏区块尚未进行 取心实验，因此有必要通过数值岩心来研究驱替特 征及其变化规律。 ２．２孔隙网络模型的建立 多孑Ｌ介质由其内部空间较大的孔隙体和空间 较小或收缩的喉道构成，孔隙体和喉道相互连通， 成为流体运动的通道。网络模型中的孔隙体和喉 道系统结构将通过孔隙单元的汇聚一扩散性、粗糙 度、喉道尺寸的垂向空问分布、连通性的空间分布 ２孔隙网络模型的建立 和弯曲度等特征参数来改变和调整。通过改变网 孔隙尺度网络模拟用于研究多孔介质中流体 络的汇聚一扩散特性、孔隙体一喉道垂向分布和喉 的流动特征和规律。对于几何形状极其复杂的实 道的垂向连通性，从而使弯曲度ｔｒ、模型的孔隙度、 际储层，主要通过网络模型的孔隙体、喉道的大小 渗透率发生变化。 和分布来表征。孔隙形态参数的差异往往会影响 到一些宏观的流动特征，如油、水饱和度的分布，相 ２．３相对渗透率的计算 对渗透率的大小等。 在建立的砂砾岩孔隙网络模型中，流体进入孔 ２．１孔隙体与喉道的半径分布 喉的条件由孔喉的毛细管入口压力确定。毛细管 入口压力的计算采用Ｙｏｕｎｇ—Ｌａｐｌａｃｅ公式： 对于天然发育的多孔介质，其孔隙体和喉道 的半径并不相同，孔隙结构的微观非均质性决定 ＝ｐ。一Ｐ （ １十 １） （１） 其孔隙和喉道的大小具有一定的统计分布规 式中：ｐ 为毛细管入口压力，ｍＰａ；ｐ Ｐｗ分别为油相 律 。定量的孔隙几何数据很难获得，许多学者 和水相的压力，ｍＰａ；ｔ３ｒ。 为油、水两相的界面张力， 用定量化或者半定量化的成像技术从岩心薄片来 ｍＮ／ｍ；Ｒ 、Ｒ：分别为油、水弯液面的主曲率半径，ｍ。 获得这些参数。如Ｍｅｙｅｒｓ等人采用计算机图像分 对于圆形孔喉，其毛细管人口压力为： 析技术得到的定量化二维孔隙几何形态、配置网 Ｐ…：（２ｒ，。 ｃｏｓ０…）／ｒ （２） 络模型中的孔隙体和喉道尺寸 。基于胜利油区 式中：ｏｗｒ为油水接触角，（。）；ｒ为毛细管半径，ＩＴＩ。 盐家油田盐２２块砂砾岩油藏特征，其喉道大小分 对于其他复杂截面形状的孔喉，毛细管人口压 布具体形态见图１。 力为： Ｏ＇ＣＯＳ］＂－２Ｐ ——————＝１０ｒ（４—＿———一￣）Ｐｃ：— ．Ｆａ（ ，Ｇ，，， ／Ｊ３）Ｌｊ （３）Ｊ 式中：Ｇ为形状因子；ｒ，为油水界面张力，ｍＮ／ｍ；０ 为接触角，（。）；／３为多边形的内半角，（。）；Ｆ 为无 因次的校正因子。 如果整个孔隙孔喉中只有单相流，则Ｆ ＝１； 如果同时出现油水两相流时，则水相位于角落，油 相位于中央。 可以通过截面管中的表面自由能 图１盐２２—２２井２３８号岩心喉道大小分布 平衡求得【ｍ』： １＋ Ｆｄ（０，Ｇ， ）＝ １ ２ ＿Ｃ （４） 式中：ｎ为多边形截面的角数。 其流体分布特征，调节人口压力大小，当大于毛细 在进行模拟计算时，基于孔隙孔喉截面形状及 管压力时，油能进入所有与之连通的半径大孔喉， ６６ 特种油气藏 第１７卷 而较小孔喉仍然饱和水。随着注入压力逐渐增大， 油依次进入较小的孔喉，直到进入所有孔隙或者达 到预定的饱和度时为止。 由图３可看出，随着配位数的增加，驱油效率 由０．６１２ ３增加到０．８１９ ５，因为配位数的增加，连 通喉道数目随之增加，利于水驱。对比实验结果， 砂砾岩油藏配位数应介于３～４。 ４．２孔喉比的影响 ３实例计算 对胜利油区盐家油田盐２２区块盐２２—２２井 ２３８号岩心样品３ ４９９．２～３ ５０７．２ ｒｎ进行三位数 孔喉比指孔隙半径和与之连通的喉道半径之 比，采用网络模型分别计算孔喉比１—８下的水驱 值网络模型构建及相对渗透率的计算。测定岩样 长度为５．１７ ｅｍ，直径为２．５１ ｅｍ，孑Ｌ隙度为１３％， 气测渗透率为７．３３ Ｘ １０～ ｍ 。模拟油黏度为 ０．８６５ ｍＰａ・ ；油水之问的界面张力为２９．６ Ｎ／ｍ， 实验测定与孔隙级网络模型计算结果见图２。 ｌ・Ｏ ０．８ 彗ｏ．ｓ 萋叫 ０・２ ０．０ 图２盐２２—２２井２３８号岩心相渗曲线 由图２对比可知，两者吻合得较好，证明可利 用孔隙级网络模型来计算实际岩样的相对渗透率。 ４计算结果讨论与敏感性分析 砂砾岩油藏多孔介质孔隙空间非常复杂，通过 孔隙和喉道组成的网络空间来描述。采用孔隙网 络模型模拟的方法与实验测量方法得到的相对渗 透率。之所以在饱和度范围和渗透率数值上有差 异，主要的原因为微观参数的描述，主要包括孔隙 体和喉道形状及其大小、配位数、连通性等。 ４．１配位数的影响 配位数是指孔隙连通的喉道个数，表征储集层 连通程度的微观参数。采用网络模型分别计算２ ～６个配位数下的水驱相渗曲线，计算水驱油极限 驱油效率见图３。 ３ ４ ５ ６ 配位数 图３配位数对驱油效率的影响 相渗曲线，／一计算水驱油极限驱油效率见图４。 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 孔喉比 图４孔喉比对驱油效率的影响 图４看出，随着孔喉比增大，水驱驱油效率降 低。主要原因是：在水湿系统中，非润湿相的油更 容易发生卡断，会以油珠的状态存在于孔隙喉道 中，不能形成连续相，油相渗透率下降。随着孔喉 比的增大，孔隙内滞留的油量更多，残余油饱和度 增大。对比实验结果，砂砾岩油藏孔喉比应介于３ ～４ ４．３形状因子的影响 在网络模型中，孔隙和喉道的截面形状可以近 似为圆形、正方形、三角形以及形状更复杂的不规 则截面。形状因子越小，形状越不规则，角隅越明 显。在油水两相渗流中，孔隙形状对润湿相的分布 具有重要影响（图５）。 ０．０２ ０．６３ ０．０４ ０．０５ ０．０６ ０．０７ ０．０８ 形状凶子 图５形状因子对驱油效率的影响 图５给出了水湿条件下形状因子对水驱驱油 效率的影响。随着形状因子增加，两相共流区变 大。这是由于：形状因子越小，孔隙形状越不规则， 角隅越多，大部分水在孔喉壁和角隅中，水相容易 对油滴产生圈闭作用，使得残余油饱和度增加。对 比实验结果，砂砾岩油藏形状因子应小于０．０４８ １， 第１期 鲁国明：基于孔隙网络模型的砂砾岩微观水驱油驱替特征 ６７ 即孔喉截面多为三角形和更复杂的不规则形状。 一１５９ ［４］Ｍｅｙｅｒｓ Ｊ Ｊ，Ｎａｈａｒ Ｓ，Ｌｕｄｌｏｗ Ｄ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ５结论 （１）基于胜利油区典型砂砾岩油藏储层微观 结构特征，通过建立砂砾岩岩石孔隙空间三维孔隙 网络模型，进行油水两相流模拟计算，可以用来计 算类似油藏驱油效率，预测其开发动态。 （２）胜利油田砂砾岩岩石孔隙空问三维孔隙网 ｆｒｏｍ ｎｉ￣ｏｇｅｎ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ，２００１， ９０７（１）：５７—７１． ［５］ＶａｎｉｔａＭａｎｉ，Ｍｏｈａｎｔｙ Ｋ Ｋ．Ｐｏｒｅ—ｌｅｖｅｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｒｅｅ——ｐｈａｓｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉ－－ 络模型中，喉道半径大小呈双峰态曲线分布，孔喉比 ｔｙ ｃｕｒｖｅｓ［Ｃ］．ＳＰＥ５０９４２，１９９８：２２—４２． 和配位数宜取值３～４，形状因子应小于０．０４８ １，即 ［６］Ｍａｎｉ Ｖａｎｄ Ｍｏｈａｎｔｙ Ｋ Ｋ．Ｐｏｒｅ—ｌｅｖｅｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ 孔喉截面多为三角形及更为复杂的不规则形状。 ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ （３）所建立的砂砾岩岩石孔隙空间三维孑Ｌ隙 ｃｕｒｖｅｓ［Ｊ］．ＳＰＥＪ，１９９８，３（３）：７９—９１． 网络模型可用于开展典型砂砾岩三维孑Ｌ隙网络模 ［７］王宝言，随风贵．济阳坳陷断相湖盆陡坡带砂砾岩体 型计算，对于新发现尚未取心实验的砂砾岩区块开 分类及展布［Ｊ］．特种油气藏，２００３，１０（３）：３９—４１． 展研究，无疑是一种有效的补充。 ［８］韩宏伟，崔红庄，林松辉，等．东营凹陷北部陡坡带砂 砾岩扇体地震地质特征［Ｊ］．特种油气藏，２００３，１０ 参考文献： （４）：２８—２９． ［９］李玉彬，李向良．利用微焦点ｘ射线ＣＴ扫描特征描 ［１］王金勋，刘庆杰，杨普华．应用Ｂｅｔｈｅ网络研究孔隙结 述特殊岩性油藏岩心［Ｊ］．特种油气藏，２０ｏ０，７（４）：５３ 构对两相相对渗透率的影响［Ｊ］．重庆大学学报：自然 —５４． 科学版，２０００，２３（增刊）：１３０—１３２． ［１０］Ｐａｔｚｅｋ Ｔ Ｗ．Ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｐｏｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍ— ［２］姚军，陶军，李爱芬．利用三维随机网络模型研究油水 ｕｌａｔｏｒ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ ｉｍｍｉｂｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳＰＥＪ，２００１，６ 两相流动［Ｊ］．石油学报，２００７，２８（２）：９４—９７，１０１． （２）：１４４—１５６． ［３］Ｆａｔｔ Ｉ．Ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ：ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｒｅｓ一 编辑姜岭 ｓｌｌｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ ＡＩＭＥ，１９５６，２０７（１）：１４４ ’ 盟￡ ￡ ： 王 搿 ： ￡ 望 ￡ （上接第６３页）生产能力。 网重组技术政策界限研究［Ｊ］．特种油气藏，２００５，１２ （２）应用数值模拟分析方法，研究动态数据压 （２）：５７—５９，６２． 力与静态数据渗透率对油井产液量的影响，通过动 ［５］葛家理．现代油藏渗流力学原理［Ｍ］．北京：石油工 静态参数正交分析，得到油井合理层问组合的技术 业出版社，２００３：９２—１０２． 界限。 ［６］党龙梅，牛富玲，王丰文，等．水驱油田开发效果影响 （３）该方法在现场应用过程中，油井产液量、 因素分析及措施［Ｊ］．特种油气藏，２００４，１１（３）：５９— ６１． 产油量明显增加，含水率上升得到控制，对层问矛 ［７］刘天鹤，郭莉，左毅．高含水油田注水后油藏参数变化 盾的改善具有较好的效果。 规律研究［Ｊ］．特种油气藏，２００５，１２（２）：４２—４８． 参考文献： ［８］赵春森，崔国强，付志．中高含水期周期注采方案优选 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