低滲透油藏開(kāi)發(fā)方式機(jī)理研究

代仲奇

摘要：低孔、低滲透性油氣藏嚴(yán)重制約了油氣田的開(kāi)發(fā)效果和儲(chǔ)量動(dòng)用程度的提高。正是由于中低滲透性油氣藏具有特殊的表征，需借助于一些工藝技術(shù)來(lái)尋求油田增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，提高油田采收率。油氣勘探開(kāi)發(fā)理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷發(fā)展，人們以往對(duì)油氣儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)不夠，在理論和實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程中不斷認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)，不斷改善使特殊類(lèi)型的中低滲透油氣藏的儲(chǔ)層特征。

關(guān)鍵詞：低滲透；油藏；開(kāi)發(fā)技術(shù)；工藝技術(shù)

低滲透油田由于巖性致密、滲流阻力大、壓力傳導(dǎo)能力差，一般天然氣能量都不足、油井自然產(chǎn)能低，如果僅僅依靠天然能量開(kāi)發(fā)，油井投產(chǎn)后，地層壓力下降快，產(chǎn)量遞減大，一次采收率很低，而且壓力、產(chǎn)量降低之后，恢復(fù)起來(lái)十分困難。目前世界上對(duì)特低砂巖油藏補(bǔ)充能量的方式主要是注水和注氣。

1.注水開(kāi)發(fā)方式

1.1超前注水技術(shù)

超前注水是指注水井在采油井投產(chǎn)前投注，油井投產(chǎn)時(shí)其泄油面積內(nèi)含油飽和度不低于原始含油飽和度，地層壓力高于原始地層壓力并建立起有效驅(qū)替系統(tǒng)的一種注采方式。超前注水由于在超前的時(shí)間內(nèi)，只注不采，因此，提高了地層壓力。當(dāng)油井開(kāi)抽時(shí)，可以建立較高的壓力梯度，當(dāng)超前時(shí)間內(nèi)壓力達(dá)到某一值后，油層中任一點(diǎn)的壓力梯度均大于啟動(dòng)壓力梯度，此時(shí)，便建立了有效的壓力驅(qū)替系統(tǒng)。

當(dāng)一個(gè)低滲透油藏采用滯后注水方式時(shí)，采油井首先采油，主要是較高滲透層段供液，由于低滲透層的滲流阻力大、供液能力差、能量消耗快，使較高滲透層段的壓力降低較大。當(dāng)注水井投注之后，注水入將沿滲流阻力小的較高滲透層段突進(jìn)，再加上較高滲透層段較大的壓力降落，更加劇了注入水沿較高滲透層段的突進(jìn)，使注入水的平面波及系數(shù)減小。如果油田采用超前注水方式，由于油田在未投入開(kāi)發(fā)前地層處于原始的平衡狀態(tài)，各點(diǎn)處的原始地層壓力基本保持一致。此時(shí)，注水井投注時(shí)，由于均衡的地層壓力作用，注入水在地層中將均勻推進(jìn)，首先沿滲流阻力小的較高滲透層段突進(jìn)，當(dāng)較高滲透層段的地層壓力升高后，由于高、低滲透層段之間的壓力差，注入水再向較低滲透層段流動(dòng)，減小了高、低滲透層段間的壓力差，從而有效的提高了注入水的有效波及體積。

1.2不穩(wěn)定注水

不穩(wěn)定注水技術(shù)是通過(guò)按照一定規(guī)律改變注水方向或注水量，在油層內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)不穩(wěn)定壓力分布，使非均質(zhì)小層或?qū)訋чg產(chǎn)生附加壓差，促進(jìn)毛細(xì)管滲吸作用，強(qiáng)化注入水波及低滲透層帶并驅(qū)出其中滯留油，以提高采收率，改善開(kāi)發(fā)效果。

與常規(guī)注水不同的是，不穩(wěn)定注水可以在地層中造成不穩(wěn)定的壓力場(chǎng)，使流體在地層互滲作用下，不斷的重新分布，從而使注入水在壓力差的作用下促進(jìn)毛管吸滲作用，增大波及系數(shù)和洗油效率。隨著不穩(wěn)定注水技術(shù)的發(fā)展，不穩(wěn)定注水已從初期的水井同時(shí)周期性注入，發(fā)展到水井在平面上輪流周期性注入，亦稱(chēng)之為平面異步不穩(wěn)定注水。

（1）注水階段。對(duì)于非均質(zhì)砂巖油田，油層巖石的微觀孔隙可以描述成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)狀通道同時(shí)連接著部分封閉式的孔隙、微縫和連通不好的孔隙喉道。水濕油層正常注水時(shí)，對(duì)于封閉式的孔隙、微縫和細(xì)網(wǎng)通道，在毛管力的作用下，水沿孔隙喉道或裂縫邊緣移動(dòng)并將縫隙中的油從孔隙喉道中央企圖向外排擠，但是由于粗網(wǎng)狀通道中注入水的外壓遠(yuǎn)大于孔隙喉道中毛管力產(chǎn)生的向外的排擠力，最終使封閉式的縫隙和細(xì)網(wǎng)通道中的油不能流向粗網(wǎng)狀通道中，而被滯留在其中。這一過(guò)程將導(dǎo)致毛管力產(chǎn)生的向外排擠力與外壓的平衡，稱(chēng)之為第一次壓力平衡。因此，在正常注水時(shí)，與粗網(wǎng)相互連通的封閉式縫隙或細(xì)網(wǎng)通道中的原油是不參與流動(dòng)的。

（2）停注階段。油層中毛管力增加，恢復(fù)到正常值。同時(shí)，粗網(wǎng)通道中的流體壓力開(kāi)始下降，當(dāng)壓力下降到打破毛管力與外壓形成的第一次平衡后，封閉式縫隙和細(xì)網(wǎng)通道中的原油在毛管力的作用下流向粗網(wǎng)通道。在這一過(guò)程中，毛管中的水不斷發(fā)生滲吸，毛管壓力越來(lái)越小，當(dāng)粗網(wǎng)通道中的壓力與毛管壓力相等時(shí)，縫隙中的原油停止流動(dòng)，形成毛管力和外壓的第二次平衡。

（3）復(fù)注階段。在水壓驅(qū)動(dòng)下，注入水進(jìn)入粗網(wǎng)通道，將原油驅(qū)向井底，同時(shí)，在驅(qū)替壓力的作用下，注入水靠外壓的作用強(qiáng)行進(jìn)入毛管，產(chǎn)生強(qiáng)迫自吸滲，使這些縫隙中的原油停止外流，重新形成第一次壓力平衡。

流體彈性力改善水驅(qū)油效果的微觀驅(qū)油機(jī)理是：在不穩(wěn)定注水過(guò)程中，由于彈性力引起的壓力擾動(dòng)，可以使一部分油運(yùn)移到賈敏效應(yīng)較小的孔隙中而向前移動(dòng)。同時(shí)，當(dāng)油相處于壓力擾動(dòng)的波峰時(shí)，壓力梯度相應(yīng)增大，可以使油相克服較大一些的賈敏效應(yīng)而流動(dòng)。

2.注氣開(kāi)發(fā)方式

由于氣具有易流動(dòng)，降粘，體積膨脹，降低界面張力的作用，因此注氣驅(qū)在解決低滲透油藏開(kāi)發(fā)方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2.1注CO2

CO2驅(qū)油過(guò)程是CO2不斷富化的過(guò)程。CO2富化是通過(guò)CO2對(duì)原油中的C2～C6組分的抽提得到的。CO2越富，它與原油之間的界面張力就越低，因而洗油效率就越高。CO2可溶于油，使油降粘，提高原油的流度，有利于提高紅色油劑的波及系數(shù)。CO2溶于原油后，可使原油的體積膨脹。膨脹后的原油將易為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)驅(qū)出。CO2使原油膨脹的程度可用膨脹系數(shù)表示。膨脹系數(shù)是指一定溫度和CO2飽和壓力下原油的體積與同溫度和0.1MPa下原油的體積之比。原油中CO2物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，相對(duì)分子質(zhì)量越小原油的膨脹系數(shù)越大。CO2溶于水，生成碳酸。碳酸可與地層中的石灰?guī)r和白云巖生成水溶性的重碳酸鹽，提高地層的滲透率，擴(kuò)大驅(qū)油介質(zhì)的波及體積，有利于提高原油的采收率。從注入井到采油井的驅(qū)油過(guò)程是降壓過(guò)程。隨著壓力下降，CO2從原油中析出，產(chǎn)生原油內(nèi)的氣體驅(qū)動(dòng)，使原油采收率提高。此外，部分CO2成為束縛氣，也有利于原油采收率的提高。

2.2注N2

氮?dú)夂茈y與油藏原油發(fā)生一次接觸混相，但在足夠高的壓力下可與許多油藏原油達(dá)到蒸發(fā)氣驅(qū)動(dòng)態(tài)混相，即注入的氮?dú)馀c油藏原油之間經(jīng)過(guò)多次接觸和多次抽提，原油中的中間烴組分不斷蒸發(fā)到氣相中，當(dāng)氣相富化到一定程度時(shí)便與原油達(dá)成混相。

注氮?dú)庖笤偷妮p烴和中間烴含量高，故一般來(lái)說(shuō)實(shí)施的難度比較大且適用范圍較窄，但卻較之于注CO2和烴類(lèi)氣體具有資源豐富、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。為了充分利用CO2和烴類(lèi)氣體易混相的特點(diǎn)，同時(shí)也為了降低使用CO2和烴類(lèi)氣體的成本，可通過(guò)注氮?dú)馔苿?dòng)CO2或烴類(lèi)氣體段塞混相驅(qū)來(lái)提高采收率，其開(kāi)采機(jī)理與CO2驅(qū)機(jī)理相似。如果易混相氣體段塞的尺寸選擇合理，則用氮?dú)馔苿?dòng)混相段塞的驅(qū)油效果會(huì)比連續(xù)注入氮?dú)庑Ч^好，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更高。

交替注水注氮?dú)怛?qū)替方式主要用于混相驅(qū)，也可用于非混相驅(qū)。雖然交替注水注氮?dú)饣煜囹?qū)可將注水和注氣混相驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)有效地結(jié)合在一起，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中，會(huì)出現(xiàn)注入氣因重力作用而產(chǎn)生超覆現(xiàn)象，注入的水則會(huì)因重力作用而下沉，形成垂向上的粘性指進(jìn)現(xiàn)象。因此針對(duì)不同的油藏，需通過(guò)長(zhǎng)巖心驅(qū)替試驗(yàn)和油藏模擬來(lái)研究確定合理的氣水比及氣水段塞尺寸，以減少重力分異。對(duì)交替注水注氮?dú)夥腔煜囹?qū)，只要在合理的水氮?dú)獗燃昂侠淼淖⑷胨俣认逻M(jìn)行，就能采出數(shù)量可觀的水驅(qū)剩余油，但其油量在很大程度上取決于油層巖石的相對(duì)滲透率特性。

3.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)低滲透性油氣藏壓裂、酸化、增注、氣動(dòng)力深穿透增壓增注技術(shù)改造地層滲透率與井網(wǎng)、注水進(jìn)行整體考慮，才能有效使油氣田資源得到合理利用。

（2）加強(qiáng)中低滲透性油氣藏高壓注水、水質(zhì)精細(xì)處理，保證注水井正常工作，及時(shí)補(bǔ)充地層能量，提高區(qū)塊地層壓力。

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