滲透率及壓力梯度對(duì)特低滲儲(chǔ)層油水相滲曲線的影響

張晶晨，王秀宇,2，王鳳鳴

(1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249；2.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.新疆油田分公司 風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

相對(duì)滲透率曲線是描述儲(chǔ)層流體滲流特征最為重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。在油田開發(fā)參數(shù)計(jì)算、數(shù)值模擬研究、最終采收率計(jì)算、判斷儲(chǔ)層潤濕性、確定儲(chǔ)層油水飽和度分布和油水界面深度等方面，相對(duì)滲透率曲線都有著不少應(yīng)用。一般認(rèn)為，巖石物性[1-2]、油藏溫度[3-4]、流體黏度[5]、驅(qū)替速度[6-7]等都是影響相對(duì)滲透率曲線形態(tài)的因素。

特低滲透油藏作為目前我國石油開發(fā)最為重視的油藏類型之一[8]，其具有的非達(dá)西滲流特征逐漸成為油水相對(duì)滲透率研究的重點(diǎn)[9]。已有文獻(xiàn)[10]指出，非達(dá)西滲流現(xiàn)象只在巖心滲透率較低的情況下出現(xiàn)。因此，在特低滲透油藏油水相對(duì)滲透率研究中，首先把巖心滲透率作為最重要的影響因素來考慮。另外，在特低滲透油藏注水開發(fā)中，合理的注采井距與壓差能夠改善甚至消除非達(dá)西滲流特征對(duì)開發(fā)的影響[11-14]。所以驅(qū)替壓力梯度的大小也是特低滲透油藏油水相對(duì)滲透率關(guān)系研究的重點(diǎn)因素。

以冀東油田特低滲透油藏為研究對(duì)象，選取天然巖心開展了不同滲透率巖心和不同壓力梯度非穩(wěn)態(tài)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究了巖心滲透率與壓力梯度對(duì)于特低滲透油藏油水滲流規(guī)律的影響。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)流體及巖心物性測(cè)定

1.1.1 實(shí)驗(yàn)流體

模擬油按地層原油與煤油1∶3比例配置。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)溫度100 ℃下的模擬地層水黏度為0.25 mPa·s，模擬油黏度為0.41 mPa·s。模擬地層水礦物組成如表1所示。

表1 模擬地層水礦物組成

1.1.2 實(shí)驗(yàn)巖心

巖心物性參數(shù)如表2所示，所選取的巖心滲透率范圍為(1.50～4.10)×10-3μm2，孔隙度范圍為6.49%～8.01%，具有典型的特低滲特征。

表2 巖心物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)流程及裝置

非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示。參考現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[15]，油水兩相相對(duì)滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟如下：①巖心抽真空并飽和地層水。將巖心放入巖心夾持器，連續(xù)抽空5h后，將地層水注入巖心進(jìn)行飽和，取出巖心稱重；②測(cè)量水相有效滲透率。設(shè)置實(shí)驗(yàn)圍壓高于注入壓力1.5～2 MPa，恒壓注入地層水，稱量一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出液體積并按照達(dá)西公式計(jì)算水相有效滲透率；③巖心飽和油。將實(shí)驗(yàn)?zāi)M油恒壓注入巖心進(jìn)行油驅(qū)水，待巖心不再出水后，計(jì)量單位時(shí)間內(nèi)巖心出口端產(chǎn)油量，并按照達(dá)西公式計(jì)算束縛水飽和度下的油相有效滲透率；④巖心老化。關(guān)閉巖心夾持器兩端閥門，使巖心與模擬油充分接觸，老化12h以恢復(fù)巖心潤濕性；⑤非穩(wěn)態(tài)驅(qū)替。恒壓條件下進(jìn)行水驅(qū)油，連續(xù)記錄巖心出口端的見水時(shí)間、累產(chǎn)油和累產(chǎn)液量，直至累計(jì)產(chǎn)油量不再變化，計(jì)算殘余油飽和度下的水相有效滲透率。

圖1 非穩(wěn)態(tài)法相對(duì)滲透率測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程裝置

2 不同滲透率巖心水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)巖心在相同條件下分別進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，得到的油水相滲曲線如圖2所示。當(dāng)巖心滲透率從1.50×10-3μm2增至4.10×10-3μm2時(shí)，相滲曲線的變化為：①束縛水飽和度從31.10%降至23.30%，殘余油飽和度從39.70%降至38.60%；②等滲點(diǎn)處的水相相對(duì)滲透率從0.30降至0.25，殘余油狀態(tài)下水相相對(duì)滲透率從0.60降至0.37，油水兩相滲流區(qū)寬度從29.20%增至38.10%；③油相相對(duì)滲透率隨含水飽和度增加而下降的趨勢(shì)放緩，油水兩相間的相互干擾作用減弱。

總之，語文是一門基礎(chǔ)學(xué)科，語文教師是學(xué)生各種素質(zhì)發(fā)展的啟蒙者，對(duì)學(xué)生的成長的影響至關(guān)重要。語文教師只有以自身良好的習(xí)慣感染和滋養(yǎng)學(xué)生，大膽采用開放民主的教學(xué)方式，尊重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，使每個(gè)學(xué)生自覺投入到學(xué)習(xí)中去，那么素質(zhì)教育的“沒有差生”才不是一句空話。

圖2 不同滲透率巖心的相對(duì)滲透率曲線

不同滲透率巖心的驅(qū)油效率曲線如圖3所示。經(jīng)計(jì)算可知，巖心滲透率從4.10×10-3μm2降至1.50×10-3μm2時(shí)，驅(qū)油效率從49.70%降至42.98%，驅(qū)替速度也降低。一方面巖心滲透率越低，平均孔喉半徑越小，微小孔喉所占比例越大，油相啟動(dòng)壓力梯度以指數(shù)函數(shù)形式上升，進(jìn)而導(dǎo)致參與流動(dòng)的原油減少，實(shí)際驅(qū)替過程中表現(xiàn)為巖心出口端見水時(shí)間提前，產(chǎn)油速度迅速降低；另一方面，雖然巖心在洗油并飽和地層水后，整體表現(xiàn)為親水性，但是天然巖心礦物組成和孔隙表面的非均質(zhì)性使得老化后的巖石潤濕性大多為斑狀潤濕或混合潤濕，束縛水會(huì)以孔隙表面處水膜和孔隙中間部位的水滴兩種狀態(tài)存在。當(dāng)巖心滲透率越低時(shí)，以水滴狀態(tài)存在的水相對(duì)油相的流動(dòng)造成了更大的阻力，進(jìn)而導(dǎo)致巖心驅(qū)油效率下降。

圖3 不同滲透率巖心的驅(qū)油效率

2.2 相滲曲線特征分析

(1)束縛水、殘余油飽和度、油水同流區(qū)變化規(guī)律

不同滲透率巖心的束縛水飽和度和殘余油飽和度如圖4所示。可以發(fā)現(xiàn)：隨著巖心滲透率的升高，束縛水飽和度降低。在飽和油造束縛水的過程中，油相作為非潤濕相，需要克服毛管力作用，巖心滲透率越低時(shí)，相應(yīng)的孔隙喉道半徑越小，毛管力影響越明顯，油相進(jìn)入巖心遇到的阻力越大；另一方面，巖心滲透率越低，孔隙比表面積越大，水相在孔隙表面形成的水膜體積增加，進(jìn)而導(dǎo)致束縛水飽和度升高。

圖4 巖心滲透率對(duì)束縛水、殘余油飽和度的影響

隨著巖心滲透率的升高，殘余油飽和度降低。一方面由于巖心滲透率升高，油相形成的邊界層厚度減小，即在孔隙表面滯留減少；另一方面，巖心大中孔道占比升高，減少了小孔道對(duì)油流產(chǎn)生的卡斷現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致殘余油飽和度降低。

不同滲透率巖心的油水同流區(qū)如圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：隨著巖心滲透率的升高，油水同流區(qū)域增加。一方面由于巖心滲透率的升高，束縛水飽和度較大幅度降低；另一方面隨著巖心滲透率的升高，巖心孔喉半徑分布范圍增加，油水兩相之間的互相作用減弱，巖心孔隙內(nèi)的滲流空間增加，油相相對(duì)滲透率曲線下降趨勢(shì)放緩，進(jìn)而導(dǎo)致兩相共流區(qū)擴(kuò)大明顯。

圖5 巖心滲透率對(duì)油水同流區(qū)的影響

(2)等滲點(diǎn)含水飽和度變化規(guī)律

(3)水相相對(duì)滲透率變化規(guī)律

不同滲透率巖心的水相相對(duì)滲透率如圖6所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：隨著巖心滲透率的降低，等滲點(diǎn)處和殘余油狀態(tài)下的水相相對(duì)滲透率均有不同程度升高。一方面由于巖心滲透率越低，水相對(duì)油相滲流的干擾越明顯，油相滲流能力迅速減弱，水相先置換出大孔隙中的油相并占領(lǐng)大中孔隙喉道，形成水相滲流優(yōu)勢(shì)通道；另一方面，束縛水飽和度隨著巖心滲透率的降低而升高，孔隙表面形成的水膜體積增加，增加了水相的連通性。隨含水飽和度升高，原本處于非連續(xù)相的水連通起來發(fā)生流動(dòng)，導(dǎo)致水相相對(duì)滲透率迅速升高，這一現(xiàn)象與文獻(xiàn)中的模擬結(jié)果一致[6]。

圖6 巖心滲透率對(duì)水相相對(duì)滲透率的影響

3 不同壓力梯度水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)巖心分別在壓力梯度為4.5、5.0和5.5MPa/cm條件下進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)油水相滲曲線如圖7所示。隨壓力梯度從4.5 MPa/cm增至5.5 MPa/cm，相滲曲線的變化為：①束縛水飽和度從31.98%降至29.41%，殘余油飽和度從41.04%降至39.23%，等滲點(diǎn)處水相相對(duì)滲透率從0.23增至0.33，殘余油狀態(tài)下水相相對(duì)滲透率從0.36增至0.77；②等滲點(diǎn)含水飽和度從45%增至47.30%，油水兩相滲流能力增強(qiáng)，油水兩相滲流區(qū)寬度從26.98%增至31.36%；③油相相對(duì)滲透率升高，且隨含水飽和度增加而下降的速度變緩。

圖7 不同壓力梯度下的相對(duì)滲透率曲線

不同壓力梯度下的水驅(qū)油的驅(qū)油效率如圖8所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：壓力梯度從4.5 MPa/cm增至5.5 MPa/cm，驅(qū)油效率從41.80%增至44.80%，這說明驅(qū)替壓力梯度的大小對(duì)特低滲透巖心驅(qū)油效率起著重要作用。

圖8 不同壓力梯度下的驅(qū)油效率

3.2 相滲曲線特征分析

(1)束縛水、殘余油飽和度、油水同流區(qū)變化規(guī)律

不同壓力梯度下的束縛水飽和度和殘余油飽和度如圖9所示。可以發(fā)現(xiàn)：束縛水飽和度隨著驅(qū)替壓力梯度升高而降低。這是由于在飽和油過程中，驅(qū)替壓力梯度越高，油相能夠克服更大毛管力進(jìn)入更小的孔隙，參與滲流的通道增加，將更多的水相驅(qū)替出來。

圖9 壓力梯度對(duì)束縛水、殘余油飽和度的影響

殘余油飽和度隨著驅(qū)替壓力梯度升高而降低。一是特低滲透巖心孔隙喉道半徑大多屬于微米級(jí)別，毛細(xì)管壓力較高，升高驅(qū)替壓力梯度能夠消除毛管滯后現(xiàn)象，使得更多的潤濕相(水)從大孔隙中進(jìn)入原本未能進(jìn)入的小孔隙中，并置換出非潤濕相(油)；二是隨著含水飽和度的增加，油相從連續(xù)相逐漸成為非連續(xù)的油滴分布在孔隙喉道中，這些油滴由于賈敏效應(yīng)會(huì)對(duì)滲流形成額外的阻力，驅(qū)替壓力梯度升高后，帶動(dòng)更多的油滴通過孔道狹窄口，并匯集起來參與流動(dòng)，減弱了賈敏效應(yīng)；三是升高驅(qū)替壓力梯度，能夠有效降低啟動(dòng)壓力梯度對(duì)驅(qū)油效率的影響，使殘余油減少。

不同壓力梯度下的油水同流區(qū)范圍如圖10所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：隨著驅(qū)替壓力梯度的升高，油水同流區(qū)域增加。分析認(rèn)為：一方面在造束縛水過程中，隨著驅(qū)替壓力梯度的升高，束縛水飽和度降低；另一方面，升高壓力梯度能夠克服毛細(xì)管效應(yīng)產(chǎn)生的附加阻力，改善油水兩相流啟動(dòng)壓力梯度引起的非達(dá)西滲流現(xiàn)象，使得油水兩相滲流能力增強(qiáng)，殘余油飽和度降低。因此，在束縛水飽和度降低和殘余油飽和度降低的共同作用下，油水同流區(qū)擴(kuò)大。

圖10 壓力梯度對(duì)油水同流區(qū)的影響

(2)等滲點(diǎn)含水飽和度變化規(guī)律

不同壓力梯度下的等滲點(diǎn)含水飽和度如圖11所示。可以發(fā)現(xiàn)：隨著壓力梯度升高，等滲點(diǎn)含水飽和度增大，這說明巖心潤濕性向水濕的方向發(fā)展。分析認(rèn)為：在特低滲透巖心飽和原油老化過程中，原油中富含的極性物質(zhì)與巖心孔隙表面發(fā)生吸附作用，并在巖心孔隙的內(nèi)表面形成了一個(gè)不動(dòng)的邊界層，使得巖心從天然水濕性向弱水濕或者混合潤濕轉(zhuǎn)變。當(dāng)驅(qū)替壓力梯度升高并超過油相啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，邊界層處的原油開始流動(dòng)，巖心孔隙內(nèi)表面重新被水膜占據(jù)，潤濕性再次發(fā)生改變，等滲點(diǎn)含水飽和度右移。

圖11 壓力梯度對(duì)等滲點(diǎn)含水飽和度的影響

(3)水相相對(duì)滲透率變化規(guī)律

不同壓力梯度下的水相相對(duì)滲透率如圖12所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：隨著壓力梯度的升高，等滲點(diǎn)處和殘余油狀態(tài)下的水相相對(duì)滲透率都有不同程度的升高。分析認(rèn)為：一方面當(dāng)壓力梯度升高，帶動(dòng)處于非連續(xù)相的油滴匯集并流動(dòng)，降低了賈敏效應(yīng)阻力，水相滲流能力增強(qiáng)；另一方面，隨著壓力梯度的增加，孔隙喉道表面附近邊界層的原油被動(dòng)用，喉道半徑增加，水相滲流空間增加，進(jìn)而導(dǎo)致水相相對(duì)滲透率升高。

圖12 壓力梯度對(duì)水相相對(duì)滲透率的影響

4 結(jié) 論

(1)隨著巖心滲透率的升高，束縛水飽和度和殘余油飽和度降低，油水同流區(qū)范圍擴(kuò)大，油相相對(duì)滲透率隨含水飽和度增加而下降的趨勢(shì)放緩，等滲點(diǎn)處和殘余油狀態(tài)下的水相相對(duì)滲透率降低，巖心驅(qū)油效率大幅度升高。

(2)隨著壓力梯度的升高，束縛水飽和度和殘余油飽和度降低，油水同流區(qū)范圍擴(kuò)大，殘余油狀態(tài)下和等滲點(diǎn)處的水相相對(duì)滲透率升高，油相相對(duì)滲透率曲線上升，且隨含水飽和度的增加而下降的趨勢(shì)放緩，等滲點(diǎn)含水飽和度增加，油水兩相滲流能力明顯增強(qiáng)。

(3)特低滲透油藏油水相對(duì)滲透率隨巖心滲透率、壓力梯度變化的機(jī)理主要有毛細(xì)管效應(yīng)、邊界層效應(yīng)、賈敏效應(yīng)和潤濕性改變。