延長組長6低滲油藏高溫高壓條件下裂縫對滲吸效率的影響①

黨海龍 姜漢橋 王小鋒 趙習森 崔鵬興 侯玢池

1.中國石油大學(北京) 2.陜西延長石油集團有限責任公司

杏子川油區(qū)位于延安安塞縣境內(nèi)，鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中部，長6油藏是本區(qū)開發(fā)的主力區(qū)塊和主要層系，該儲層是典型的特低滲油層，具有成巖壓實作用強、孔隙度低、滲透率小、溶蝕孔和微裂縫發(fā)育、孔隙喉道細小且小孔喉所占比例很大，層內(nèi)、層間矛盾突出、微觀非均質(zhì)性強等特點。因此，認識和把握裂縫參數(shù)，巖石不同滲透率與滲吸驅(qū)油效率的關(guān)系，改善注采方案，進一步提高采收率，對于提高特低滲儲層開發(fā)效果具有重要意義。1952年，Brownscombe和Dyes最早認識到滲吸作用，在毛管力作用下，接觸油層的水會自發(fā)地進入基質(zhì)巖塊從而驅(qū)替出其中的原油[1]；1994年，陳淦等對準噶爾盆地火燒山油田二疊系裂縫性砂巖油藏巖樣進行滲吸實驗，結(jié)果表明，滲吸時間和滲吸效率之間存在較強的規(guī)律性，基質(zhì)巖塊的滲吸能力較低[2]；1999年，Akin和Kovscek研究了低滲透多孔介質(zhì)中的自吸現(xiàn)象，結(jié)果表明，水氣系統(tǒng)和水油系統(tǒng)的自吸結(jié)果均可以通過一個簡單的無因次函數(shù)表示[3]；1999年，張紅玲對影響裂縫性油藏采出程度的敏感性參數(shù)進行了相關(guān)研究，結(jié)果顯示，裂縫密度是影響采出程度的主要因素，密度越大，儲層的采出程度越高[4]；2005年，Tavassoli等分析了單一巖心端面的濕相流體與非濕相流體間的逆向滲吸過程，得到了一個表達滲吸驅(qū)油效率與滲吸時間關(guān)系的擬解析解[5]； 2014年，閆鳳林等以裂縫性油藏為研究對象，開展了巖心靜態(tài)滲吸實驗，得到了不同物性巖心的滲吸驅(qū)油效率曲線，并通過數(shù)學推導，建立了圓柱形巖心靜態(tài)滲吸數(shù)學模型[6]。鑒于此，開展了高溫高壓滲吸以及高溫高壓裂縫樣滲吸實驗研究，從實驗和理論兩個方面研究壓裂對滲吸的影響，找出適合特低滲儲層的滲吸開采方式，將其應用在提高特低滲油藏采收率上，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

1 高溫高壓條件滲吸實驗

1.1 樣品

根據(jù)杏子川地區(qū)長6儲層20塊巖心的物性測試結(jié)果，氣測滲透率分布區(qū)間為(0.052～0.505)×10-3μm2，平均滲透率為0.26×10-3μm2；孔隙度分布區(qū)間為9.8%～17.7%，平均孔隙度為14.845%。杏子川地區(qū)長4+5儲層10塊樣品的物性測試結(jié)果表明，氣測滲透率分布區(qū)間為(0.091～0.805)×10-3μm2，平均滲透率為0.321×10-3μm2；孔隙度分布區(qū)間為9.9%～12.7%，平均孔隙度為11.27%。

本次高溫高壓滲吸實驗選取了3塊儲層樣品(基礎(chǔ)孔滲特征見表1)測試，3塊均取自長6儲層，樣品滲透率為(0.228～0.352) ×10-3μm2，孔隙度為10.2%～16.7%。為了評價裂縫對滲吸效果的影響，分別將原來每塊巖樣切割成長度相等的兩塊新巖樣，對其中的一塊新巖樣實施人工造縫。這樣得到6塊巖樣編號分別為定3-C6(4)、定3-C6(4)-1、杏子川C6(2)、杏子川C6(2)-1、杏子川C6(5)和杏子川C6(5)-1。其中，人工造縫的3塊巖樣定3-C6(4)-1、杏子川C6(2)-1和杏子川C6(5)-1的縫長分別為1/3縫長、2/3縫長和貫穿縫長，如圖1所示。

表1 高溫高壓自發(fā)滲吸實驗樣品基礎(chǔ)物性和實驗條件巖心編號Ф/%kg/10-3 μm2t/℃p/MPa樣品條件滲吸介質(zhì)定3-C6(4)14.90.3525010基質(zhì)鹽水定3-C6(4)-116.50.35950101/3縫長鹽水杏子川C6(2)16.70.2285010基質(zhì)鹽水杏子川C6(2)-119.90.23550102/3縫長鹽水杏子川C6(5)10.20.2875010基質(zhì)鹽水杏子川C6(5)-115.521.505010貫穿縫鹽水

1.2 實驗原理與方法

本研究基于自發(fā)滲吸方法，該方法主要指多孔介質(zhì)中潤濕相依靠毛管力作用自發(fā)進入巖石孔隙，將其中非潤濕相驅(qū)出。而自發(fā)滲吸依據(jù)驅(qū)替方向的不同又可分為：逆向滲吸——潤濕相吸入方向和非潤濕相排出方向相反[7]；順向滲吸——潤濕相吸入方向和非潤濕相排出方向相同[8]。本研究主要發(fā)生的是逆向滲吸。

早期的滲吸實驗方法主要為體積法和質(zhì)量法，不同的是各學者在實驗儀器和設(shè)備上做了不同方面的改進。本研究基于常溫常壓下自發(fā)滲吸實驗，增加壓力和溫度，開展模擬地層條件下的自發(fā)滲吸實驗，由于無法直觀地觀察到滲吸過程中油水在孔隙中的移動變化規(guī)律及分布，所以利用X射線掃描[9-10]、CT掃描成像技術(shù)[11]、核磁共振成像及弛豫時間譜技術(shù)等進行研究[12]。

1.3 實驗裝置

本實驗采用自制的高溫高壓下巖心滲吸測量裝置，手搖泵提供模擬地層壓力，磁力攪拌器提供模擬地層溫度。 裝置示意圖如圖2所示。

1.4 實驗步驟

利用3塊儲層巖樣進行地層條件滲吸實驗，實驗用滲吸液是質(zhì)量分數(shù)為6%的氯化錳溶液和總礦化度為30 000 mg/L的氯化鈉溶液的混合液；實驗用油為模擬油，現(xiàn)場原油經(jīng)脫氣脫水處理后與煤油按1∶4(體積比)混合配制，室溫下黏度為2.23 mPa·s，密度為0.81 g/cm3。在實驗開始前，使用質(zhì)量分數(shù)為6%的MnCl2溶液飽和樣品，樣品在飽和油后立即進行高溫高壓滲吸實驗。

實驗步驟：

(1) 建立巖樣束縛水飽和度，并采用核磁共振觀察油樣核磁信號強度，獲取束縛水飽和度核磁共振T2譜圖。

(2) 將飽和的巖樣放入裝滿滲吸液的高溫高壓容器中，在磁力攪拌器上設(shè)置預定壓力和轉(zhuǎn)速，通過手搖泵加壓并觀察容器內(nèi)壓力變化。

(3) 滲吸24 h后，取出樣品，用核磁共振儀掃描T2譜圖，計算出樣品的含油飽和度以及剩余油在孔徑范圍內(nèi)的分布情況。

(4) 將容器內(nèi)液體安全處理掉，重新注入新的滲吸液。

(5) 重復步驟(1)～(4)，監(jiān)測巖樣的含油飽和度變化情況，直至巖樣含油飽和度不再變化，此時達到殘余油狀態(tài)，本滲吸實驗結(jié)束。

2 高溫高壓條件滲吸實驗結(jié)果與分析

本實驗研究基于圖2自主研發(fā)的模擬地層條件滲吸實驗裝置，結(jié)合核磁共振技術(shù)實時監(jiān)測滲吸油水流動狀態(tài)和油水分布狀態(tài)。以下繪制了各巖樣滲吸過程的核磁T2譜圖、剩余油在孔隙中的飽和度分布圖，同時計算了剩余油飽和度變化過程以及對應的滲吸驅(qū)油效率。

2.1 滲吸T2譜圖

對3組巖樣記錄了模擬地層條件(即高溫50 ℃、高壓10 MPa)下的自發(fā)滲吸實驗過程的核磁共振T2譜曲線的變化過程，見圖3～圖5。對選取的3塊基質(zhì)巖樣完成模擬地層條件自發(fā)滲吸實驗之后，對這3個樣品洗油洗鹽，重新飽和油，再進行造縫處理，從巖心中心剖面切不同深度縫來模擬不同縫長，討論縫長與滲吸效率之間的影響關(guān)系。定3C6(4)巖樣造縫縫長為1/3，杏子川C6(2)巖樣造縫縫長為長度2/3，杏子川C6(5)巖樣造貫穿縫。

由圖3～圖5的T2譜圖可知：T2弛豫時間譜呈雙峰，左峰明顯高于右峰，說明高溫高壓滲吸過程主要是小孔隙內(nèi)的油水置換，水進入小孔隙將油置換到大孔隙中，大部分巖樣孔隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出雙重孔隙介質(zhì)特征[13]。造縫前，高溫高壓條件下的滲吸作用主要發(fā)生在滲吸0～72 h；造縫后，同樣條件下，滲吸作用主要發(fā)生在滲吸0～8 h，說明裂縫的存在提高了滲吸速度，提升了滲吸效率。因此，基質(zhì)或裂縫滲吸作用主要發(fā)生在滲吸早期，滲吸速度最快，對最終滲吸效率的貢獻最大達50%以上，滲吸中后期滲吸速度減緩趨于0，對最終滲吸效率影響較小。

2.2 剩余油分布

對上述3組滲吸T2譜圖實驗結(jié)果繪制了剩余油在孔隙中的分布狀態(tài)。圖6～圖8為模擬地層條件基質(zhì)滲吸和裂縫滲吸的實驗結(jié)果。

由上述實驗剩余油分布圖可知：造縫前，大孔隙和小孔隙中油滲吸出來的速度較慢，采收率也較低；造縫后，滲吸速度加快，采收率提升。大孔隙中的油全部被滲吸出來，大部分小孔隙中的油也被滲吸動用出來。在滲吸早期，大、小孔隙中的大部分油已經(jīng)被滲吸驅(qū)替出來，滲吸中后期，各孔隙中的剩余油飽和度變化趨勢直至穩(wěn)定不變。

2.3 剩余油飽和度變化和滲吸效率

基于上述核磁共振T2譜圖和剩余油分布直方圖，進一步計算繪制出巖心在滲吸過程中的含油飽和度變化曲線和滲吸驅(qū)油效率曲線。圖9～圖11為模擬地層條件基質(zhì)巖樣滲吸效率和裂縫巖樣滲吸效率。

由圖9～圖11可看出：當滲吸速度趨于0時，造縫前的3塊巖樣含油飽和度為0.20～0.35，滲吸效率為0.50～0.75；造縫后的3塊巖樣含油飽和度為0.15～0.25，滲吸效率為0.65～0.8。造縫后滲吸效率提升了2%～11%。由此可以說明，裂縫的存在明顯地提高了滲吸效率，縮短了滲吸時間。另外，造縫前0～72 h滲吸效率明顯增加，造縫后0～8 h滲吸效率顯著增加，到滲吸的中后期，滲吸效率增加到一定值后趨于不變?？芍?，在滲吸的初始階段，滲吸效率的曲線斜率很大，滲吸速度很快，低滲油藏儲層中巖石的中等孔隙和小孔隙在毛管壓力的作用下排水洗油，滲吸效率提高，隨著中等孔隙和小孔隙中含水飽和度的增加，滲吸速度逐漸減慢，滲吸效率幅度變緩。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，可采取壓裂措施，通過溫和注水來提高采收率。

2.4 基質(zhì)滲吸與裂縫滲吸效率

對3塊樣品的基質(zhì)滲吸效率和裂縫滲吸效率進行比較可知，1/3縫長最終滲吸效率提高2%，2/3縫長提高7%，貫穿縫長提高11%，含裂縫滲吸效率均比基質(zhì)滲吸效率高，且縫長越長，滲吸效率提高就越多，主要因為滲吸接觸面積(波及面積)增加。

3 結(jié)論

(1) 滲吸作用主要發(fā)生在滲吸早期，約24～72 h內(nèi)即完成了最終滲吸效率的50%，且在滲吸早期滲吸速度最快。

(2) 高溫高壓滲吸能有效將小孔隙中的原油置換出來，并且滲透率越高，最終滲吸效率越高，殘余油飽和度越低。

(3) 同一樣品，有裂縫的滲吸采收率比沒有裂縫的滲吸采收率高。