地層壓力變化對(duì)低滲透油藏影響規(guī)律研究——以延長(zhǎng)油田杏2005井區(qū)為例

王 楊，解 偉，趙豐年

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075）

對(duì)于地層構(gòu)造和油水分布復(fù)雜、巖石物性差異大的低滲透油藏，在開(kāi)發(fā)中后期地層壓力發(fā)生了很大的變化［1－4］。本文在延長(zhǎng)油田杏2005油區(qū)相關(guān)資料、數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)有效地層壓力的作用原理，采取了快速加壓、慢速加壓及循環(huán)加壓三種不同的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)模擬特低滲透油藏在開(kāi)發(fā)過(guò)程中不同有效壓力儲(chǔ)層的影響情況，開(kāi)展了降壓生產(chǎn)與油藏壓敏性之間的相關(guān)性分析。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1．1 實(shí)驗(yàn)巖心及實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)巖心：實(shí)驗(yàn)巖心為杏2005井區(qū)6口不同層段的天然巖心，巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)條件：參照標(biāo)準(zhǔn)SY／T6385－1999《覆壓下巖石孔隙度和滲透率測(cè)定方法》。實(shí)驗(yàn)的工作介質(zhì)為煤油，實(shí)驗(yàn)中固定圍壓25 MPa。

表1 杏2005井區(qū)巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1．2 實(shí)驗(yàn)流程及評(píng)價(jià)方法

實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程如圖1所示。

儲(chǔ)層巖心地層壓力敏感性的評(píng)價(jià)方法：根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY／T5336，SY／T5358，SY／T6385），對(duì)儲(chǔ)層巖心的地層壓力敏感性可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算的滲透率損害率和不可逆滲透率損害率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

滲透率損害率按公式（1）計(jì)算：

式中：Dk2——應(yīng)力不斷增加至最高點(diǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的滲透率損害的最大值；K1——第一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的巖樣滲透率，10－3μm2；K′min——達(dá)到臨界應(yīng)力后巖樣滲透率的最小值，10－3μm2。

圖1 地層壓力敏感性測(cè)試流程圖

不可逆滲透率損害率可按公式（2）計(jì)算：

式中：Dk3——應(yīng)力回復(fù)至第一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)后產(chǎn)生的滲透率損害率；K1——第一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的巖樣滲透率，10－3μm2；K1r——應(yīng)力回復(fù)至第一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)后的巖樣滲透率，10－3μm2。

根據(jù)Dk2、Dk3評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖心的應(yīng)力敏感程度［5］。

2 壓力變化對(duì)滲透率的影響研究

對(duì)巖石的微觀結(jié)構(gòu)的研究表明，油氣儲(chǔ)層是由一系列相互連通的孔隙組成，孔隙與孔隙連通的細(xì)小部分為喉道［6］。。在巖石受到壓力作用時(shí)，最先壓縮的是細(xì)小的喉道，而不是相對(duì)較大的孔隙，孔隙基本上不發(fā)生變化。隨著有效壓力的增大，未閉合的喉道數(shù)越來(lái)越少，且多為不易閉合的喉道，致使巖石受壓縮后的壓縮量減小，所以滲透率隨有效壓力的變化率逐漸減?。?］。容易發(fā)生彈性變形的喉道先發(fā)生變形，當(dāng)容易發(fā)生彈性變形的喉道變形結(jié)束后，剩余不易發(fā)生彈性變形的喉道，因此滲透率損失逐漸減小。

2．1 有效壓力變化速率對(duì)滲透率損失的影響

以模擬地層水為介質(zhì)，采用氣測(cè)滲透率和水測(cè)滲透率十分接近的兩塊巖樣分別進(jìn)行不同加壓速率對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究壓力增加的快慢對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。其中一塊采取快速加壓方式，有效壓力為5、10、15和20 MPa；對(duì)另一塊則采取慢速加壓方式，有效壓力從2．5一直增大到20 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，慢速加壓能夠有效降低儲(chǔ)層傷害，使得滲透率損失率保持在較低的程度。

2．2 有效壓力變化對(duì)滲透率恢復(fù)程度的影響

對(duì)兩塊巖心杏2003井36號(hào)樣、杏2001井118號(hào)樣進(jìn)行了增壓和降壓實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變有效壓力的方法模擬地層壓力的恢復(fù)情況。

圖2 巖心滲透率損失率與加壓速率快慢曲線圖

在增壓過(guò)程中設(shè)計(jì)的有效壓力值依次為2．0、2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加壓過(guò)程是按照設(shè)計(jì)的有效壓力點(diǎn)，依次加壓到該有效壓力值，然后再按相反的順序降低有效壓力（恢復(fù)地層壓力）到最初值，結(jié)果如圖3、圖4所示?？梢钥闯觯谟行毫χ饾u減小后，滲透率不能有效恢復(fù)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的塑性特征。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，巖心的滲透率越低，其滲透率的壓敏損失率越高。滲透率在（1～10）×10－3μm2時(shí)損失率小于50%；對(duì)于超低滲巖心（滲透率小于0．1×10－3μm2的巖心）滲透率損失率超過(guò)50%。在增壓過(guò)程中，其滲透率損失率介于40%～80%。

2．3 循環(huán)加壓對(duì)滲透率恢復(fù)的影響

通過(guò)“連續(xù)加壓－恢復(fù)循環(huán)”實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中通過(guò)連續(xù)關(guān)井恢復(fù)壓力及減小地層壓力對(duì)儲(chǔ)層的滲透率影響。

在增壓過(guò)程中設(shè)計(jì)的有效壓力值依次為2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加壓過(guò)程按照設(shè)計(jì)的有效壓力點(diǎn)，依次加壓到該有效壓力值，然后再按相反的順序降低有效壓力（恢復(fù)地層壓力）到最初值，再進(jìn)入下一個(gè)加壓－降壓循環(huán)［8］。圖5給出了杏2001井（112－1）巖心連續(xù)循環(huán)加壓滲透率的變化曲線。第一次加壓滲透率下降幅度大，且有效壓力松弛后，滲透率恢復(fù)程度??；隨有效循環(huán)數(shù)不斷增加，滲透率下降幅度逐漸減小，且有效壓力降低后，滲透率恢復(fù)程度增加。但每一次加壓，滲透率都有一定程度的下降。經(jīng)過(guò)六次循環(huán)，112－1號(hào)巖心加壓到15 MPa，其滲透率損失值為21%。

3 降壓開(kāi)采對(duì)油藏壓敏性的影響研究

在特低滲透油藏中，若地層壓力系數(shù)較高，地層能量較為充足，則應(yīng)該充分利用地層能量進(jìn)行彈性開(kāi)采。在開(kāi)采過(guò)程中，地層壓力的下降必然導(dǎo)致巖層有效上覆壓力增大，使得油藏滲透率降低，這就是儲(chǔ)層巖石的應(yīng)力敏感性質(zhì)［9］。如果油藏孔隙壓力下降控制不合理，將會(huì)對(duì)油藏造成嚴(yán)重應(yīng)力污染，進(jìn)而影響油井產(chǎn)能。因此，合理控制油藏孔隙壓力的下降速率［10］，在適度的應(yīng)力污染程度下，充分利用油藏地層能量，能夠獲得較高的采出程度［11］。

圖3 巖心滲透率與滲透率損失率隨有效壓力的變化

圖4 巖心滲透率與滲透率損失率隨有效壓力的變化

圖5 杏2001井112－1號(hào)樣連續(xù)循環(huán)變形曲線

本次實(shí)驗(yàn)選用4塊滲透率接近的砂巖巖心，滲透率均在10×10－3μm2左右。將巖心分別進(jìn)行洗油、干燥處理后，抽真空飽和地層水，在相同條件下分別用油驅(qū)水至束縛水飽和度為止，使得初始含油飽和度保持相同或相近。在巖心出口端加上回壓閥，通過(guò)調(diào)節(jié)回壓閥來(lái)控制巖心兩端的壓差，保持不同的孔隙壓力水平。固定圍壓為70 MPa，巖心孔隙壓力為60 MPa。分別將孔隙壓力降至50 MPa、40 MPa、30 MPa、20 MPa，觀察記錄產(chǎn)出流體的變化規(guī)律。

從圖6、圖7可知，通過(guò)降壓開(kāi)采能夠采出部分巖心中的原油。當(dāng)孔隙壓力降至50 MPa，即孔隙壓力保持率為71．4%時(shí)，彈性采收率最低；在孔隙壓力降至40 MPa，即孔隙壓力保持率為57．1%時(shí)，彈性采收率最高；而當(dāng)孔隙壓力分別降至30 MPa、20 MPa時(shí)，彈性采收率均呈下降趨勢(shì)。

圖6 巖心彈性降壓開(kāi)采采收率曲線

4 結(jié)論

（1）在特低滲油藏開(kāi)采過(guò)程中，地層壓力的控制優(yōu)為重要。不僅應(yīng)該合理地控制采油速度，而且應(yīng)緩慢降低油層壓力，以減少滲透率的損失，提高油藏的最終采收率。

圖7 壓力保持率與采收率曲線

（2）從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用角度來(lái)看，如果油田開(kāi)發(fā)初期地層能量釋放太快，就會(huì)引起近井地層滲透率顯著下降，并且恢復(fù)程度小。而且通過(guò)頻繁的關(guān)井并不能從根本上減小由于地層壓力下降所造成的地層傷害。也就是說(shuō)，如果某一生產(chǎn)壓力造成了地層傷害，關(guān)井后進(jìn)行壓力恢復(fù)，然后再次以相同的生產(chǎn)壓力開(kāi)采，那么還會(huì)造成更嚴(yán)重的地層傷害。

（3）油田彈性開(kāi)采過(guò)程中，孔隙壓力降至一定值或孔隙壓力降低速率保持一定值時(shí)，地層的彈性能量得到了充分利用，此時(shí)油藏滲透率損傷較小，最終采收率較高。

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