非均质油藏注水开发流体动力地质作用研究

【摘要】针对非均质严重油藏，采用室内实验对注水前后实际岩心样品进行对比分析，研究了注水开发过程中的流体动力地质作用。结果表明，酸性介质条件的化学动力作用加速了碎屑组分中的长石类矿物尤其是斜长石的溶蚀，同时生成了新的高岭石晶体并分布于细小孔喉，但对碳酸盐类矿物的影响较小。注水冲刷等物理动力地质作用造成了储集层泥质矿物总量的降低和粉砂―极细砂级石英颗粒的缺失，且主要发生在物性较好且优势渗流通道较发育的层段。在储集层孔喉变化方面，注水开发既使相对较大孔喉增加，改善了储集层的渗滤条件，也使孔喉分选程度降低，加剧了储集层微观非均质性。从储集层孔隙度、渗透率等宏观参数变化看，注水开发致使储集层总体平均有效孔隙度降低4.63%，而总体平均有效渗透率上升8.93%，原始物性不同的储集层注水后物性变化呈现出明显的“马太效应”。

【关键词】严重非均质 注水开发 流体动力地质作用 马太效应

在长期注水开发过程中，储集层各项微观特征持续发生变化，包括储集层岩石颗粒和胶结物的成分及含量、粒度等指标，其主要原因在于储集层中的地层水、不同性质的注入水及油等流体长期对储集层浸泡、驱动和改造。孔隙度、渗透率等宏观参数的变化是储集层微观内在因素改变的综合反映。岩心样品进行对比分析，从储集层岩石组分、粒度、孔喉分布、孔喉结构和主要物性参数的变化等方面研究了注水开发过程中的流体动力地质作用。

1 流体动力地质作用的物质基础

储集层的岩石类型多为长石砂岩、岩屑砂岩之间的过渡类型，岩石成分主要特征为：

（1）碎屑中岩屑和长石含量较高，其平均含量分别为15.6%和10.7%，两者之和已超过26%，石英含量与岩屑和长石含量之和的比值为1.7～4.3，平均值为3.0；

（2）岩屑中含量最高的是泥岩岩屑和碳酸盐岩岩屑，其平均含量分别为8.5%和3.9%，两者之和已超过12%，占岩屑总量的约80%。以上特征说明岩石的成分成熟度极低，是快速风化、快速与短距离搬运、快速堆积与埋藏条件下的产物。砂岩组成纵向上表现为2 个特点：

（1）不论层间还是层内，各种成分含量变化范围较大，如碳酸盐总量为1.5%～14.5%，泥质总量为5.61%～32.46%；

（2）颗粒较细的岩石具更高的长石含量，而颗粒较粗的岩石具更高的碳酸盐岩岩屑含量。

2 流体动力地质作用对储集层岩石组分的影响

2.1 碎屑组分的变化特征

储集层薄片鉴定数据为基础，分析长石类矿物、碳酸盐类矿物、泥质矿物和其他矿物在注水前后的差异。对长石类矿物而言，注水开发过程中，钾长石含量略有降低但并不显著，而斜长石则被溶蚀殆尽。注入水的酸性（pH 值为5～6）条件加速了斜长石的溶解。储集层中的碳酸盐矿物包括碳酸盐岩岩屑和填隙物中的方解石、白云石和菱铁矿。实验分析表明，注水开发使碳酸盐总量略有降低，这主要是由菱铁矿引起的。菱铁矿晶体有2 种赋存方式：

（1）作为碎屑的包膜而成为早期胶结物；

（2）作为分散的晶簇或者单个晶体，以这两种方式存在的菱铁矿都可能被流体搬运而成为速敏矿物，因速敏效应而堵塞于喉道中。菱铁矿为酸敏矿物，在注水开发中菱铁矿因部分溶蚀而减少。从泥质总含量来看，由注水开发前的22.7%下降到16.4%，出现了一定程度的降低。石英含量则由注水开发前的59.9%下降到57.7%，该组分小幅降低的主要原因则与粉砂―极细砂级石英碎屑的部分缺失有关。

2.2 黏土矿物的变化特征

基于X 衍射鉴定结果，从绿泥石、伊利石、高岭石和伊/蒙混层的含量分析了储集层黏土矿物组成的变化特征。分析结果表明，与其他黏土矿物相比，注水开发过程中，绿泥石含量降低幅度高达29.1%，其主要原因是注入水pH 值较低（5～6）、地层温度较高（约85 ℃）。伊利石主要赋存于泥岩岩屑和黏土杂基中，其含量降低幅度为14.1%。由于伊利石在酸性及高温条件下十分稳定，因而其减少的主要原因是速敏效应使其部分搬运至井筒。对高岭石而言，其相对含量由25.44%增加到26.50%，变化量很小。研究表明，造成高岭石略有增加的原因在于：

（1）部分高岭石粒径很小且分布于狭窄的喉道中，难于被注入水波及搬运；

（2）注水开发过程中部分长石被溶蚀，因而储集层中可能有一定数量高岭石沉淀。黏土矿物中的伊/蒙混层难于搬运，具体表现在：

（1）伊/蒙混层膨胀可能堵塞喉道或孔隙；

（2）在各种黏土矿物中，伊/蒙混层矿物粒径相对较小，所以其在小孔喉中难于被注入水波及。由于绿泥石和伊利石等黏土矿物的含量随着注水开发的持续推进而大幅降低，所以伊/ 蒙混层的相对含量平均值由28.56% 上升到36.07%，变化幅度为26.3%。

3 流体动力地质作用对储集层沉积物粒度的影响

储集层砂岩粒度分布可见，注水开发后，粒度为-1.0～4.5的砂级沉积物在最细段出现了明显的粒级缺损，缺损的粒级组粒度中值分别为3.725和4.265，平均含量分别由注水开发前的3.780%和5.616%降至1.061%和1.393%，降低幅度分别为71.9%和75.2%。某油井采出砂的粒度中值为0.208～4.351，含量最高的粒级粒度为3.474～3.737，其中值为3.606，这一粒级砂粒的含量占24.4%。该粒级与HJ1 井所缺失的粒级相对应，出现粒级缺损的位置主要位于物性较好的层段且与大孔道的形成相关，这证实了流体动力地质作用是储集层沉积物粒度发生变化的原因。

4 结论

在注水开发过程中，注入水的酸性介质条件对碎屑组分中的长石类矿物影响较大，其中以斜长石的溶解较强。注水冲刷作用造成了储集层泥质矿物总量的降低和粉砂―极细砂级石英颗粒的缺失，进一步分析表明，细颗粒的缺失主要发生在物性较好且优势渗流通道较发育的层段。对黏土矿物而言，注水过程中，相对含量减少的组分为绿泥石和伊利石，以绿泥石减少最为显著，相对含量增加的组分分别为高岭石和伊/蒙混层，这与长石溶解过程中有高岭石析出和这两类矿物多位于细小孔喉，难于被注入水波及有关。注水开发一方面造成了相对较大喉道的增多，改善了储集层的渗滤条件，另一方面，也使喉道分选程度降低，加剧了储集层微观非均质性。注水开发致使储集层平均有效孔隙度略有下降，但平均有效渗透率呈上升态势，原始物性不同的储集层注水后物性变化呈现出明显的“马太效应”。

参考文献

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