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摘要：油田是采取早期内部切割注水方式开采的，由于注人水中含有微量的生物元素、细菌和溶解氧，储层中原油难于逃脱介质的氧化，而使原油烃类中环烷酸、碳基、胶质和沥青质含量发生变化。因此研究油田不同含水期岩石表面性质变化，对于探讨油和水在岩石中分布状况、含量，揭示油藏在注水开发过程中变化特征，指导油田不同阶段开发，提高油田采收率有着十分重要的意义。
关键词：注水开发；速度；密度
一、储层油水饱和度的变化——流体替换
在注水驱油过程中，注入水沿前进方向将孔隙中相互连通的油冲洗出来，使得储层岩石中的含油饱和度降低，含水饱和度增高，且随着前缘推进距离增大饱和度的变化更趋明显。当几倍于孔隙体积的水流过孔隙后，可使油层的含油饱和度降低到剩余油饱和度。以大庆油田为例，强水洗油层的含油饱和度可下降30%以上，中水洗可下降20%～30%，弱水洗可下降10%左右。已有的岩石物理实验结果表明，流体饱和度对岩石速度、密度的影响不仅与流体类型有关，而且与岩石本身孔隙率的大小以及岩石所受压力的大小有关。考虑到大多数砂岩储层在水驱之前原始含油饱和度一般在65%～90%间，而水驱后含油饱和度降低到20%～30%。为此，针对孔隙率大于15%的几个中高孔隙砂岩样品，且假定压力一定时，利用Biot-Gassmann方程和密度体积平均方程，分别计算了不同油水饱和度情形下，含油饱和度降低30%，40%，70%时，砂岩速度、密度以及阻抗的相对变化量。通过对计算结果的分析发现，砂岩速度的变化不仅与含油饱和度变化量的大小有关，而且与砂岩内原始含油饱和度的高低有关。对于相同的含油饱和度变化量，砂岩内原始含油饱和度越低，速度的相对变化率越大。当砂岩内原始含油饱和度一定时，则含油饱和度绝对变化量越大，相应的速度变化率也越大。
二、储层孔隙压力的变化
在油田投入开发之前，原始地层压力在同一水动力系统构造上的分布符合连通器的原理。一旦油藏投入开发，原始地层压力的平衡状态将被破坏，地层压力的分布状况就会发生变化，而且这种变化将贯穿于油田开发的全过程。岩石物理实验结果表明，压力变化对岩石速度的影响是明显的。尽管注水可在一定程度上缓减地层压力的降低，但就大多数油藏而言，地层压力变化的总趋势是降低的。这种压力的降低将使得岩石速度增加，其效果与流体替换是一致的，因此储层压力的变化对监测是有利的。特别是当孔隙压力较高时，即使对低孔隙砂岩，其分别饱含油和饱含水时的纵波速度之间的差异也是相当可观的。当孔隙压力大于60M Pa时，纵波速度的相对变化率大于2.8%；当孔隙压力大于80MPa，纵波速度的相对变化率将大于5.8%；当孔隙压力大于90MPa，纵波速度的相对变化率将大于7.8%。
三、储层孔隙率和渗透率的变化
在注水过程中，地层压力将回升，这时一些弹性的矿物颗粒趋于恢复原始状态，而另一些塑性的矿物颗粒则部分或全部保留变形状态，储层孔隙结构变得复杂。一般情况下，胶结物含量较少且分选好的疏松砂岩具有孔隙率和渗透率可逆变化的特点，而碎屑物质和泥质含量较高的分选较差的固结砂岩、石灰岩和白云岩等，其孔隙率和渗透率的变化是不可逆的。实验数据表明，未固结的净砂岩层在环境压力下孔隙率为38%，而在50MPa的高压下孔隙率则为32%；黏土的孔隙率在环境压力下为60%，在50MPa的高压下变为19%。对于砂、粉砂和黏土的混合地层，孔隙率变化的大小由三种组分的体积百分比决定。在同样的压力范围内，其孔隙率减小量从34%到24%不等；对于固结砂岩，在环境压力下孔隙率为17.5%，在50MPa的高压下孔隙率则为16.6%。孔隙率与渗透率的递减速率不是一个常数，即在低有效压力下，孔隙率与渗透率随压力的变化较大；而在高有效压力下，孔隙率与渗透率随压力的变化较小。此外，储层温度的变化同样会对孔隙率造成一定影响。孔隙率随温度的变化近似为线性关系，温度每增加20℃，所测砂岩岩样的孔隙率将减小约2.6%。
四、孔隙流体性质的变化
由于孔隙流体形成于一个动态的体系，其组分与物理相态随温度和压力的变化而变化。在油田注水强化开采过程中，由于注入水通常是淡水，它与孔隙中地层水的矿化度往往不同，因此在注入水向前推进过程中将使地层水淡化，从而降低驱替前缘地层水的矿化度。在强水洗地层中矿化度可下降75%，即使在弱水洗地层中氯化钠含量也可下降10%。此外，由于油层中通常都含有一定量的溶解气，而注入水中是没有的，所以当油水接触时，在当时的温度与地层压力下，依溶解度的不同，部分气体将溶于水中。再者，由于注水而引起的温度降低，将使孔隙流体黏滞性增加，可压缩性减小，进而使得岩石速度增大。也就是说，注水不仅会改变储层孔隙流体的分布特性，而且或多或少会引起储层温度和压力的变化，这势必引起地层水矿化度、原油的气油比、黏度等物性的改变，进而引起储层孔隙流体地震特性的变化。特别是当孔隙压力低于饱和压力时，较轻的烃类成分的析出将会引起原油地震特性的明显变化[1]。为了说明流体类型或流体性质的变化对岩石速度的影响，对于孔隙率为33%的高孔隙未固结砂岩，如表。
列出了该岩石为不同流体饱和时的速度和密度值，不难看出，孔隙流体不同，砂岩速度和密度具有较大的差异。若孔隙流体由原来的油替换为水，则岩石速度将增大，这是因为水的压缩系数比大多数天然油气的压缩系数低，所以水取代油之后会导致速度有增大的趋势。当油饱和砂岩完全被水驱替成为水饱和砂岩时，相应于含高、中、低三种气油比原油砂岩储层的速度、密度和波阻抗的相对变化量各不相同，且以含高气油比原油储层的变化为最大，含低气油比原油储层的变化为最小。而含不同气油比原油的砂岩层之间，速度、密度的相对变化率分布范围分别为2%～8% 和2%～6%。由此可见，由于孔隙流体性质的改变所造成的岩石地震特性的变化决不可等闲视之。
结语
在油田注水开发过程中，油藏特性的变化是十分复杂的。除流体替换外，储层孔隙压力、孔隙流体黏度、压缩系数、流体类型以及储层温度等均会随时间发生变化。与此同时，注水开采也可能会造成储层压实，导致储层岩石孔隙率、密度、有效压力、储层厚度的变化以及发生岩石破裂和化学变化等。这一系列的变化均会对储层岩石地震特性造成不同程度的影响。
参考文献：
[1] 蔺景龙，吉寿松，云美厚.油田开发应用地球物理[J].石油物探，2013，40（ 2）：13～ 20
[2] 云美厚等.地震注水监测理论研究[J].地球物理研讨会论文详细摘要，2012，36
论文作者:1王瑞,2常丽宏,3张颖,4俞世云
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/2/27
标签：孔隙论文; 砂岩论文; 饱和度论文; 压力论文; 流体论文; 岩石论文; 地层论文; 《基层建设》2018年第35期论文;