两种不同粘土含量岩心油水相对渗透率曲线的常规特征参数和分形维数变化规律

1、两种不同粘土含量岩心油水相对渗透率曲线的常规特征参数和分形维数变化规律油层物理学研究表明，不仅砂岩孔隙结构具有分形特征1-5 ，而且岩心中油水运动规律也具有分形特征 1 、 5、6 。 众所周知，油水相对渗透率是流体在多孔介质中饱和度大小 及其分布状况的函数， 而流体的分布状况是与多孔介质的孔隙形 状、大小及胶结程度、胶结物含量、类型等有关，故油水相对渗 透率是流体、介质及其它们之间相互关系的函数。本文企图从两种不同粘土含量的岩心中， 对油水相对渗透率 曲线常规特征参数与分形维数的变化规律进行分析研究， 探讨粘 土含量对其影响程度， 以便加深对粘土和油水渗流规律之间关系 的认识。1 胜坨油田二

2、区岩心注水冲刷前后， 造成两种不同粘土含量 岩心的油水相对渗透率曲线的变化规律1.1 胜坨二区 12、 83 层水冲刷前后粘土的变化情况 为了模拟胜坨二区初、中、高、特高含水期四个开发阶段的 动态情况，进行了室内注水冲刷模型实验，选用综合含水40%、80%、90%、98%代表不同开发期，换算成相应的注入倍数。具体 说，一块岩心，进行水冲刷不同倍数，分别测其前后的各项物性 参数的变化， 本文用水冲刷前后得到的不同粘土含量的岩心， 分 别测其油水相对渗透率曲线， 来研究粘土含量对渗流特征的影响程度。胜坨二区 12、83 层水冲刷前后粘土的变化情况见表1。统计表明水冲后， 粘土矿物的种类虽未发生变化

3、， 但粘土的总量由 7%下降到 4%，绝对含量降低了 42.9%；伊利石、高岭石、蒙脱石 的绝对含量 12 层中分别降低了 87%、 83%、 67.8%， 83 层分别降 低了 71.4%、 72.7%、50%。这说明在水驱油过程中，粘土矿物在 注水冲刷下， 发生了大量的微粒运移， 随着注入倍数的增加而冲 出岩心。这样就得到了 7%和 4%两种不同粘土含量的岩心。1.2 注水冲刷前后油水相对渗透率曲线的特征 对注水冲刷即水驱前后 7%和 4%两类不同粘土含量的岩心， 分别进行了油水相对渗透率曲线的测试，实验温度50C，油水粘度比 42.7。为了全面地描述油水相对渗透率曲线的特征，本 文着重从

4、它们的常规特征参数和分形特征资料这两个方面来进 行分析和研究。其结果分述如下。1.2.1 注水冲刷前后 12、83 层油水相对渗透率曲线的常规 特征参数本文对 12层3块岩心和 83层 2块岩心油水相对渗透率曲线 的常规特征参数进行了平均统计，注水冲刷前后12、83 层油水相对渗透率曲线的常规特征参数见表 2， 2-2-g18 井 14（12/28 ） -1 号岩心注水冲刷前后的油水相对渗透率曲线见图1。（1）从图 1 看出：由于粘土的减少，油水相对渗透率曲线 注水冲刷后比注水冲刷前向左偏移。 即在相同的水饱和度下， 注 水冲刷后与注水冲刷前相比， 油相相对渗透率偏低， 相反水相相 对渗透率偏

5、高。其交点饱和度略偏右、交点相渗略偏高。造成这 样情况的原因是由于水冲刷后束缚水饱和度偏低所致。（2）从表 2 看出：注水冲刷前后岩心的两个主要特性参数 变化不大，即孔隙度基本不变，渗透率 12 层注水冲刷后略偏高 一点， 83层注水冲刷后反而变低一些。（ 3）从表 2 还看出：随着粘土的减少， 12 层注水冲刷后与 注水冲刷前相比，其渗流特性变好，可流动油的范围增加，由 0.542 增至 0.594 ；无水采收率由 31.12%上升到 33.08%；最终采 收率由 69.58%上升到 73.00%。83 层注水冲刷后与注水冲刷前相 比，其渗流特性变化不明显，可流动油的范围由 0.450 上升

6、到 0.461 ，最终采收率由 63.65%上升到 64.64%，数值变化在误差范 围之内，可以说基本不变；而无水采收率反而变小，这点有待继 续探讨。1.2.2 注水冲刷前后 12、83 层油水相对渗透率曲线的分形 维数在二维多孔介质岩心中， 空气驱替高粘度的液体环氧树脂时 的粘性指进具有分形特性，其维数 D=1.6±0.04 。而在无法直接 描述和测量粘性指进条件下， 只有用油水相对渗透率变化值间接 反映粘性指进现象。在对油水相对渗透率曲线进行分形研究时， 主要考虑水驱油部分所得资料，没有考虑初始和终止两个特征 点。因为束缚水点和残余油点的油水相对渗透率值分别是在水驱 油常规实验前

7、、后测定的，并根据其流量、压差等参数用达西公 式计算出来的， 而水驱油部分各点的参数是根据两相渗流理论计 算出来的，两者多少有些差别。以胜坨二区砂二段 12层3-169 井12-1 号注水冲刷前岩心的 油水相对渗透率曲线为例，在实验点数为 11 的条件下，其双对 数相关表达式如下：lgSw=-0.2171 lgKro -0.4969 相关系数 r 为 0.9977 lgSw=0.2444 lgKrw -0.0287 相关系数 r 为 0.9999 lgKro 与 lgSw 实测的相关系数 r 为 0.9977 ；lgKrw 与 lgSw 实测 的相关系数r为0.9999 ,大大高于置信度a为0

8、.01时所需的r 为 0.7087 ，说明它们的相关非常良好，油水相对渗透率曲线 具有良好的分形特性。其余所有实测的相关系数 r 均大于 0.99， 无一例外。在此，我们定义 0.2171 为油相相对渗透率的分形维数，即 lgKro 与 lgSw 相关直线的斜率是油相相对渗透率的分形维数； 0.2444 为水相相对渗透率的分形维数，即 lgKrw 与 lgSw 相关直 线的斜率是水相相对渗透率的分形维数。本文对 1 2层3块岩心和 83层 2块岩心油水相对渗透率曲线 的分形维数进行了平均统计，注水冲刷前后1 2、 83层油水相对渗透率曲线的分形维数见表 3， 2-2-g18 井 14（12/2

9、8）-1 号岩 心注水冲刷前后油相相对渗透率的对数与水饱和度的对数关系 曲线见图 2，注水冲刷前后水相相对渗透率的对数与水饱和度的对数关系曲线见图 3。从中得到以下一些认识：（ 1）从表 2 看出： 无论是 12 层还是 83 层，油相和水相对 渗透率的分形维数均是注水冲刷后大于注水冲刷前， 尽管程度有 所差别。（2）从图 2、3看出： 14（12/28 ）-1 号岩心的油相相对渗 透率的分形维数注水冲刷前后差别较小， 水相相对渗透率的分形 维数注水冲刷前后差别明显。 但它们的共同特点是其相关直线注 水冲刷前在上， 相关直线注水冲刷后在下， 而油相相关直线略有 交叉。这说明在相同水饱和度下，

10、所需的油、 水相对渗透率偏低， 水驱阻力减小，渗流条件变好。2 车排子地区不同原始粘土含量条件下岩心的油水相对渗 透率曲线变化特征2.1 车排子地区排 2-2 井岩心两种不同的原始粘土含量 排 2-2 井 8 号和 21 号正是我们研究所需的两种不同原始粘 土含量的岩心，其粘土含量分别为 7%和 4%，详见表 4，与注水 冲刷前后岩心的粘土含量完全一样。粘土含量为7%的岩心阳离子交换值是 3.410 ，比粘土含量为 4%的岩心阳离子交换值是 3.030 大一些，它将对水驱油的渗流运动影响要更大一些。2.2 车排子地区排 2-2 井两种不同原始粘土含量岩心的油 水相对渗透率曲线特征在研究了注水冲

11、刷前后造成的两种不同粘土含量岩心的油 水相对渗透率曲线之后， 又对车排子地区排 2-2 井两种不同原始 粘土含量岩心的油水相对渗透率曲线进行了研究， 以便深化对粘 土影响的认识。2.2.1 排 2-2 井两种不同原始粘土含量岩心油水相对渗透 率曲线的常规特征参数本文对两组粘土含量为 7%的 8 号岩心和粘土含量为 4%的 21 号岩心分别进行了常规和地层条件下的非稳态油水相对渗透率 测试，实验温度分别为20和42 C, 42 C为模拟地层条件，其油 水粘度比均为 2.2 。其油水相对渗透率曲线的常规特征参数见表 5。从中得到以下几点认识：（1）由于在同一个部位取得两块同号岩心，虽然相邻，但 孔

12、、渗仍略有差别，可能粘土含量也会有一些差别，分析资料时 要有所考虑。（2）由于粘土含量不同，无论是常规还是地层条件下的相 渗实验，粘土含量 4%比粘土含量为 7%岩心的渗流情况都会变好。 常规条件下：可流动油范围由 0.515 上升为 0.585 ；无水采收率 由 54.83%上升为 56.24%；最终采收率由 74.31%上升为 76.61%； 地层条件下：基本不变。由于无水期采收率过高，人工做图取交 点误差偏大，但大致与注水冲刷前后的规律性是一致的。2.2.2 排 2-2 井两种不同原始粘土含量岩心油水相对渗透 率曲线的分形维数排 2-2 井两种不同原始粘土含量岩心油水相对渗透率曲线 的分

13、形维数见表 6。无论是常规还是地层条件下的相渗实验，当粘土含量由 7%降为 4%，其阳离子交换由 3.410 减少为 3.030 CEC/mmol?（100 克）-1 时，在常规非稳态条件下，油相分形维 数由 0.0466 上升到 0.0506 ，水相分形维数由 0.2727 上升到 0.3656 ；在地层条件下，油相分形维数由 0.0341 上升到 0.0420 和水相分形维数由 0.3616 上升到 0.3956 ，均呈上升的趋势。这 与注水冲刷前后岩心分形维数的变化规律是一致的。3 结论（1）胜坨二区注水冲刷前后岩心的粘土含量由 7%下降到 4% 时，其油水相对渗透率曲线的常规特征参数和油、 水相渗分形维 数均有明显地改善， 可流动油范围扩大， 无水、最终采收率增高， 相对渗透率曲线交点饱和度略偏右、交点相渗略偏高，油相、水 相分形维数增大，这些都说明岩心中油水渗流条件变好。（2）车排子地区排 2-2 井岩心的原始粘土含量有 7%和 4% 两种，其粘土含量少的阳离子交换量低。这两种7%和 4%岩心油水相对渗透率曲线的特征变化规律同胜坨注水冲刷