断 块 油 气 田
FAULT -BLOCK OIL & GAS FIELD 第28卷第1期
2021年1月
doi: 10.6056/dkyqt202101017
中低渗储层物性特征对水驱油效率的定量影响
张阳芦凤明$，李际3，郭志桥$，聂敢为“，衡亮1
(1.中国石油大港油田分公司，天津300280；2•中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院，新疆克拉玛依834000；
3•中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；4.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京102249)
基金项目：中国博士后科学基金项目“动静态因素控制的冲积扇储层剩余油分布及形成机理研究"(2019M650998)；
中国石油股份公司重大科技专项“大港油区效益增储稳产关键技术研究与应用"(2018E -11-06)
摘 要 为了探讨中低渗储层物性特征对水驱油效率的定量影响，文中以沧东凹陷孔一段冲积扇沉积的2 口密闭取心井
为研究对象，通过水驱油实验、压汞实验以及实验结果的定量分析，得到了 16组平行样的储层物性参数及其对应的驱油效
率，计算了储层物性参数对驱油效率影响的权重系数，并对结果进行验证)研究表明：渗透率、储层结构指数、平均孔隙半 径、均质系数、饱和度中值压力、退汞效率与驱油效率相关性最好，可以作为评价参数；对于冲积扇中低渗储层，储层品质指 数对驱油效率影响的权重系数最大，其次为平均孔隙半径和退汞效率。建立的无量纲驱油效率公式的计算结果与水驱油实
验的驱油效率相关性较好，验证了所选储层物性参数及其对驱油效率影响权重系数的准确性，
关键词中低渗储层；物性特征；水驱油效率；孔一段；沧东凹陷
中图分类号:TE341
文献标志码：A
Quantitative effect of physical characteristics of medium and low permeability rervoirs
on water flooding efficiency
ZHANG Yang 1,2, LU Fengming 1, LI Ji 3, GUO Zhiqiao 1, NIE Ganwei 4, HENG Liang 1
(LDagang Oilfield Company, PetroChina, Tianjin 300280, China; 2.Co11ege of Petroleum, China University of Petroleum (Beijing)
at Karamay, Karamay 834000, China; 3.Experiment Testing Institute, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000,
China; 4.College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)
Abstract ： In order to discuss the quantitative effect of rervoir physical characteristics on the efficiency of water flooding in the
medium and low permeability rervoirs, the two aled coring well rock samples deposited by alluvial fan in the first Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag were studied. Through the experiments of water flooding and mercury intrusion with the various
quantitative analysis of experimental results, the physical parameters of 16 ts of parallel samples and their corresponding oil
displacement efficiency were obtained, the weight coefficient of the influence of rervoir physical parameters on oil displacement efficiency was calculated, and the result was verified. The results show that the permeability, rervoir structure index, mean pore
radius, homogenization coefficient, median pressure of saturation and the mercury withdraw efficiency have the best correlation with
the oil displacement efficiency and can be ud as evaluation parameters. For the medium and low permeability rervoirs of the alluvial fan in this study, the weight coefficient of the rervoir quality index on the impact of oil displacement efficiency is the largest, followed by the average pore radius and the efficiency of mercury withdrawal. The formula of dimensionless oil displacement efficiency was established, and the calculated results are in good correlation with the oil displacement efficiency of the water flooding experiment. The accuracy of the lected rervoir physical parameters and the weight coefficient affecting the oil displacement
efficiency was verified.
Key words ： medium and low permeability rervoirs; physical characteristics; water flooding efficiency; first Member of Kongdian
Formation; Cangdong Sag
我国油田储层中92%为陆相碎屑岩沉积，注水开
收稿日期：2020-07-30；改回日期:2020-11-06。
第一作者：张阳，男，1988年生，高级工程师，博士，主要从事油气
地质方面的教学和科研工作。E -mail ：***************。
引用格式：张阳，芦凤明，李际，等.中低渗储层物性特征对水驱油效率的定量影响[J ].断块油气田，2021,28(1):94-99.
ZHANG Yang ,LU Fengming ,LI Ji ,et al. Quantitative effect of physical characteristics of medium and low permeability rervoirs on water
flooding efficiency [J ]. Fault -Block Oil & Gas Field ,2021,28(1) ： 94-
99.
第28卷第1期张阳，等•中低渗储层物性特征对水驱油效率的定量影响95
发是油田的主要开发方式⑴。水驱采收率为注入水波 及系数与水驱油效率的乘积，动用数量可观的剩余不
可动油、提高水驱油效率已成为注水油田开发提高采 收率必须考虑的问题［2］o 前人关于驱油效率已作过一
系列研究，研究方法可分为物理实验和数值模拟。物理
实验主要包括真实岩心水驱油、微观仿真模型水驱油
等，以及CT 扫描、核磁共振等成像技术!3-6"
；
数值模拟 主要包括网格化及无网格化方法等［7］o 影响驱油效率的
因素分为内因和外因［8-11］，内因主要包括储层物性、润 湿性［12-13］，外因主要包括注入孔隙体积倍数、注入速
度、驱替压力，以及油水黏度比等［14-15］O 庞振宇等［15］认 为，在一定注水压力范围内，增大水驱倍数与注水压力 可以改善孔隙连通性，提高驱油效率。纪淑红等［2］认
为，高含水阶段储集层润湿性及孔隙结构变化将导致 临界毛细管数的降低，使残余油饱和度减小，进而提高
水驱油效率。AL -Shalabi 等［16］认为，微观孔隙不均匀和 指进是低渗区域具有更高的最终采收率的主要原因。
对此，本文以黄骅坳陷沧东凹陷东部中低渗砂砾 岩油藏储层为研究对象，通过岩心水驱油实验、压汞实
验等，结合扫描电镜、铸体薄片、常规物性分析等资料, 针对各类表征储层物性的参数，探讨了储层物性特征 对水驱油效率的定量影响，深化了对驱油效率影响因
素的认识和对剩余油形成机理的研究。
1储层物性特征
实验样品取自黄骅坳陷沧东凹陷小集油田的孔一
段地层。小集油田位于沧东凹陷东部陡坡带，所处位置
断裂破碎，是一个由多断块组成的复杂鼻状构造。孔一 段沉积时期为亚热带半干旱、干旱气候。徐西断层开始
强烈活动，湖盆整体处于萎缩充填阶段，受控于古构造 及古气候的影响，沉积环境由下伏孔二段地层的辫状
河三角洲沉积突变为孔一下亚段的冲积扇沉积［17-18］O 根据压汞实验及常规物性测试数据，可将小集油田冲
积扇储层分为4类（见表1）。
表1沧东凹陷孔南地区冲积扇储层不同类型储层参数储层类型
孔喉类型
孔隙度/%
渗透率/10"3 %m 2
平均孔喉半径/
%m
I 中孔高渗中喉!500
!9.0
中孔中渗细喉
15-25
50-500 3.0-9.0中孔低渗细喉
10-50 2.0-4.5
$中孔特低渗微细喉1-10
=2.0
I 类为中孔高渗中喉型储层，"类为中孔中渗细
喉型储层，这2类储层进汞曲线平缓段较长（见图la ，
11），岩石孔喉半径集中，分选较好，主要孔喉半径较
大；#类为中孔低渗细喉型储层，进汞曲线平缓段较短 （见图1c ），孔喉半径不集中，分选中等，主要孔喉半径
小到中等；$类为中孔特低渗微细喉型储层，进汞曲线 平缓段不明显（见图14），岩石孔喉半径不集中，分选
差，主要孔喉半径小* 4类储层中，I 类和$类储层非 常少，多为"类和#类储层。
E d w /H
出*s 聊
10-3--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
汞饱和度/%
1()-3 ---------------------------------------------------------------------100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
汞饱和度/%
2
2
的
/ !类储层，官 78-28-2 井，2724.53 m
10-3 ------------1---------1---------------1---------1-------------1-----------1----------------1---------1-------------1-------------1
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
汞饱和度/%
c 皿类储层&官78-28-2井，2 754.16 m 1 "类储层 & 官 78-28-2 井，2 767.28 m
10-3------1-----------1-------1--------1---------1---------1---------1---------'80 70 60 50 40 30 20 10 0
汞饱和度/%
4 $ 类储层，官 78-28-2 井，2 764.48 m
图1
不同类型储层压汞曲线
96断块油气田2021年1月
2实验设计
2.1材料及条件
实验岩样取自研究区的2口密闭取心井官78-28-2井和小新14-19井。基于储层分类结果，定位16个样品点，集中于本次研究所关注的中低渗储层，其中，"类样品点10个，皿类样品点5个，&类样品点1个，每个样品点分别取1组2个平行样，一个用来做水驱油实验，一个做压汞实验。水驱油实验主检仪
器为油水相渗测定系统（980314,990089），模拟油黏度为9.565 mPa-s，模拟地层水矿化度为26376mg/L，实验温度为83!，检测依据GB/T28912—2012*岩石中两相流体相对渗透率测定方法》；高压压汞实验主检仪器为AutoporeIV9500S/N1324，检测环境温度为18!，检测依据GB/T29171—2012《岩石毛管压力曲线的测定》。
2.2步骤
首先，选取平行样中的1块样品做高压压汞实验：1）样品预处理，105!烘干1h；2）样品称重后放入选择好的膨胀剂中密封，测其总质量，求出膨胀剂的质量；3）选择适当的压力进行低压分析；4）低压分析后拿出膨胀计，测其总质量，进行高压分析；5）实验结束，清洗膨胀剂。其次，选取其平行样做水驱油实验：1）岩心抽真空饱和地层水；2）用模拟油驱替岩心，流速由0.1 mL/min开始呈阶梯型变化，当没有水从岩心中流出时停止实验;3）用1.0mL/min流速进行水驱油实验，准确记录见水时累计产油量、累计产液量；4）含水率达到99.95%时停止实验。分别对16组平行样做相同实验。3实验结果
本文将高压压汞实验得到的储层物性参数划分为4类，即宏观储层参数、孔喉大小参数、渗流能力参数以及分选特征参数，同时还引入储层品质指数！rq=（"/ !）05凹，将其归入宏观储层参数。本文水驱油效率是指在认为储层微观孔隙结构不变的情况下，通过注水所驱替出的极限原油体积与波及范围
内的总含油体积之比，是一个常数。将在驱替过程中某一注入倍数或含水率所对应的驱替出的原油体积与波及范围内的总含油体积之比，称为驱替程度。实验结果见表2。
宏观储层参数孔喉大小参数渗流能力参数分选特征参数表2高压压汞与水驱油实验数据
井号样品
编号
储层
分类
驱油
效率/%孔隙度/
%
渗透率/
10-3|xm2
储层
品质指数
平均孔隙
半径/p m
最大孔喉
半径/p m
中值
半径/p m
饱和度中值
压力/MPa
退汞
效率/%
驱替
压力/MPa
均质
系数
变异
系数1-157.419.8159.98 2.84 4.351".34 1.84"".4"11.600.071".42".7" 1-269.322.5313.82 3.73 5.8411.69 6.1""".1212.940.063".5"".89
官78-
28-2
1-351.321.4198.95 3."5 4.7611.91".76"".9718.4"0.062".4"".81 1-454.221.578.66 1.91 3.1"8."5".81"".9114.8"0.091".39".65 1-557.120.988.29 2."6 3.358.18".46" 1.6"17.52"."9"".41".65 2-1
66.217.9177.36 3.15 5.4818.38 5.155".2914.6""."8"".6"".46 2-247.514.19.54".82 3.7634.73".43"".4318."""."4"".62".45小新
14-19
2-3$57.716.118.6" 1."7 4."336.48 3.51"".4218.2""."4"".22".43 2-4$45.915.21".8"".84 3.793".63".66"".6616.2""."5"".25".43 2-5%65.212.856.4" 2.1" 5.4818.38 5.155".2914.6""."8"".6"".46
4实验结果分析
4.1储层物性参数优选
储层物性参数种类众多，为了明确储层物性参数对驱油效率的影响，首先应选取合适的评价参数，本次研究应用主成分分析法，分别将各类储层参数与驱油效率作相关性分析，结果见表3。相关系数值在-1和1之间，当相关系数的绝对值越接近于1时，该参数与驱油效率的相关性越好；越接近于0时，相关性越差0201。据此，选取相关性较好的渗透率、储层品质指数、平均
第28卷第1期张阳，等.中低渗储层物性特征对水驱油效率的定量影响97
孔隙半径、饱和度中值压力、退汞效率5个参数作为评表征分选特征的参数中选取均质系数作为第6个评价价参数。为了研究分选特征参数对驱油效率的影响，在参数。
表3各类储层物性参数与驱油效率的相关性
参数类型一
宏观储层参数孔喉大小参数渗流能力参数分选特征参数
及名称
孔隙度渗透率
储层平均最大中值饱和度退汞驱替均质变异品质指数孔隙半径孔喉半径半径中值压力效率压力系数系数
相关系数0.070.480.620.57-0.050.32-0.48-0.550.140.240.12
4.2驱油效率随各评价参数的变化趋势
将优选的6个储层物性参数与驱油效率作散点图（见图2，样品点橘红色为官78-28-2井，蓝色为小新14-19井）。由图可以看出：宏观储层参数中的渗透率、储层品质指数，孔喉大小参数中的平均孔隙半径以及分选特征参数中的均质系数与驱油效率呈正相关，而渗流能力参数中的饱和度中值压力、退
汞效率与驱油效率呈负相关。同时，渗透率及储层品质指数的相关性较好，而均质系数的相关性明显较差，这也与前文中主成分分析法得到的相关系数规律一致。另外，16个样品的储层物性参数与驱油效率的相关性相比单口井各自样品储层物性参数与驱油效率的相关性较差，这说明，虽然所选样品2口井具有相同的地质背景，但冲积扇储层的非均质性使得每口井具有各自的驱油特征。
0100200300400
渗透率/IOT jlh?01234
储层品质指数
c平均孔隙半径
，渗透率
饱和度中值压力/MPa /饱和度中值压力
-储层品质指数
e退汞效率
70
I60
1
I50
图2驱油效率与各类储层物性参数的散点图
40------------------------------------------------
00.20.40.60.8
均质系数
f均质系数
4.3储层物性对驱油效率的定量影响
层次分析法可以对定性指标进行量化计算，将经验判断转化为定量描述，从而求取各层指标或因素的
权重，具有方便简捷、系统性强及适用性广泛等诸多特点#21$。为了研究6个储层物性参数对驱油效率的定量影响，应用层次分析法中确定权重系数的方法来计算各参数对驱油效率影响的权重。
建立储层物性对驱油效率影响评价的递阶层次结构模型（见图3）。
储层物性对驱油效率的影响
图3储层物性对驱油效率影响模型的层级结构均质系数渗透率扎蠶径品蠶数
样品1样品2样品3阵品4样品.样品6样品7...样品
16
98断块油气田2021年1月
为定量化显示矩阵中各要素的重要程度，引入了
矩阵判断标度(1—9标度法)(见表4)[22]O其中，重要性
标度%表示"相对于j的重要性’
表4层次分析标度尺
135792,4,6,8
两者同样前者稍微前者明显前者强烈前者极端判断
重要重要重要重要重要中值
结合专家打分，参考前文中各参数与驱油效率的
相关性分析，给出判断矩阵！：
1
2
2 !二
3
3
422334 11111
2 2
3 11111
2 3 2 1111
2 2 2 111
2 3
3 2 2 1
为避免所构建的矩阵对各项指标重要性判断出现相互矛盾，引入一致性比率C%(Consistency Ratio)%22&:
CR=徐(1)
式中：C&为一致性指标;％&为平均随机一致性指标。
当判断矩阵具有完全一致性时,CI=0；CI越大，矩阵的一致性越差。R&只与判断矩阵的阶数有关，一般情况下，矩阵阶数越大，出现一致性随机偏离的可能性也越大。不同矩阵阶数(')对应的R&见表5。通常，CR<0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，或不一致程度是可以接受的。由式(1)计算可以得出，判断矩阵的CR值为0.01，满足判断矩阵一致性要求。
表5平均随机一致性指标
'123456789
R&000.580.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45
在计算各参数对驱油效率定量影响的权重向量"时，采用了算术平均法(求和法)皿沏。
(尸1工-^~("=1,2,+,')(2)
'J=1
)=1
首先，对判断矩阵！按列元素进行归一化：
0.070.050.060.060.060.09
0.130.110.120.090.090.11
0.130.110.120.170.090.11
0.200.210.120.170.190.17
0.200.210.240.170.190.17
0.270.320.350.340.380.34
其次，将归一化得到的矩阵各列累计相加：
0.38
0.65
0.73
1.06
1.18
2.00
最后，将相加后的向量除以'即得到权重向量，各参数对驱油效率定量影响的权重见表6。
表6各参数对驱油效率定量影响的权重
均质
系数
渗透率
饱和度
中值压力
退汞效率
平均
孔隙半径
储层
品质指数
0.060.110.120.180.200.33
由表6可以看出：表征储层宏观特征的储层品质指数对驱油效率影响的权重系数最大，达到0.33；其次为表征孔喉大小特征的平均孔隙半径和表征渗流能力特征的退汞效率，分别为0.20和0.18；饱和度中值压力及渗透率对驱油效率影响的权重系数较小，分别为0.12和0.11；对于本文中所选取的样品，表征分选特征的均质系数对驱油效率的影响最小，仅为0.06。
4.4结果验证
为了检验计算出的权重系数是否准确，采用参数标准化并构建公式的方式来进行验证。参数标准化采用级差标准化的方法，对于与驱油效率正相关的渗透率、储层结构指数、平均孔隙半径、均质系数4个参数应用正相关级差归一化公式(3)，对于与驱油效率负相关的饱和度中值压力、退汞效率应用负相关级差归一化公式(4)。
*.-m-n*
*"=3(3)
max*"—m-n
1"""'1"""'
max*.-*
(4)
max*"一m-n
1"""'1"""'
式中：*"为第"个数据。
根据优选的储层物性参数及其对驱油效率影响的
