低滲透裂縫性油藏自發(fā)滲吸滲流作用

許建紅，馬麗麗

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

低滲透裂縫性油藏自發(fā)滲吸滲流作用

許建紅，馬麗麗

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

裂縫和基質(zhì)中流體滲吸作用是低滲透裂縫性油藏注水開采依據(jù)的重要機(jī)理。通過自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)研究低滲透裂縫性油藏在不同滲透率級別下巖心的滲吸驅(qū)油機(jī)理，結(jié)果表明，該類油藏的油層滲吸體系因毛細(xì)管力較高，其滲吸過程為毛細(xì)管力支配下的逆向滲吸，毛細(xì)管力在吸滲過程中可作為驅(qū)油的動力；滲吸早期產(chǎn)油量高，約50 h后產(chǎn)油量明顯降低，最后基本不產(chǎn)油。低滲透裂縫性油藏巖心自發(fā)滲吸采出程度平均為12%，其自發(fā)滲吸采出程度隨滲透率的增大而增大，當(dāng)滲透率大于2×10-3μm2時(shí)，自發(fā)滲吸采出程度的增加并不明顯，孔隙結(jié)構(gòu)越好越有利于自發(fā)滲吸作用發(fā)生。由于巖心和油藏儲層尺寸存在差異，因此對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行等比例關(guān)系處理，使實(shí)驗(yàn)值可以用來預(yù)測實(shí)際油田開發(fā)指標(biāo)。

低滲透裂縫性油藏 滲吸驅(qū)油 毛細(xì)管力 自發(fā)滲吸采出程度 等比例關(guān)系

低滲透裂縫性油藏中水驅(qū)油的主要機(jī)理是自發(fā)滲吸促使裂縫中的水吸入基質(zhì)而進(jìn)行采油［1］。低滲透裂縫性油藏的油層常常為水濕油層，充分發(fā)揮毛細(xì)管力滲吸作用在一定條件下可成為開采這類油層的一種有效方式。低滲透裂縫性油藏油層滲流過程既存在啟動壓力梯度，又常伴隨有天然裂縫，構(gòu)成復(fù)雜的滲流體系。國外從20世紀(jì)60年代開始研究滲吸滲流機(jī)理，主要包括自發(fā)滲吸油水兩相滲流、毛細(xì)管力作用及滲吸影響因素等方面［1-5］。中國計(jì)秉玉等利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合油藏工程方法研究了滲吸滲流機(jī)理及滲吸作用的影響因素［6-8］；張芝英等建立了自發(fā)滲吸數(shù)學(xué)模型［9-12］。但這些研究并沒有形成大量成熟的采油技術(shù)，只是處于實(shí)驗(yàn)室和理論探索階段。筆者在巖心分析及自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，研究并分析滲吸產(chǎn)油量、滲流采出程度及其與儲層物性的關(guān)系，對滲吸法采油適用的地質(zhì)條件和開發(fā)指標(biāo)變化特征有了新的認(rèn)識。

1　滲吸滲流中力的作用

當(dāng)?shù)蜐B透裂縫性油藏中的油、氣、水滲流時(shí)，在巖石—原油、巖石—原油—?dú)狻到y(tǒng)中的界面現(xiàn)象起著較大作用。可以認(rèn)為，原油采收率和相滲透率的變化特點(diǎn)等主要取決于滲流系統(tǒng)中的界面現(xiàn)象，界面現(xiàn)象中力的作用主要有表面分子力和毛細(xì)管力［1］。

在親水的多孔介質(zhì)中，水驅(qū)油的動力可表示為

其中

式中：Fw為親水多孔介質(zhì)中水驅(qū)油的動力，MPa；Δp為驅(qū)替壓差，MPa；L為驅(qū)替距離，m；Fc1為束縛水的剝蝕力，MPa；Fc2為界面收縮力，MPa/m；σ為界面張力，mN/m2；θ為油、氣、水3相接觸角，（°）；r為毛細(xì)管半徑，m；r1，r2分別為曲率半徑，m。

在親油的多孔介質(zhì)中，水驅(qū)油的動力可表示為

式中：Fo為親油多孔介質(zhì)中水驅(qū)油的動力，MPa。

當(dāng)驅(qū)動壓力梯度趨向于0時(shí)，強(qiáng)親水介質(zhì)中θ趨向于0°，即滲吸條件下

當(dāng)驅(qū)動壓力梯度趨向于0，強(qiáng)親油介質(zhì)中θ趨向于180°，即滲吸條件下

2　自發(fā)滲吸滲流實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)器材與流程

實(shí)驗(yàn)方法是參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/ T 5336—2006［13］設(shè)計(jì)的。實(shí)驗(yàn)儀器采用的是高溫高壓孔滲儀CMS-300。對所選巖心（表1）用體積比為1∶3的酒精和苯在索氏抽提器抽提7 d，當(dāng)從虹吸管流出的溶液無色透明后，取出巖樣，等待巖心中的有機(jī)溶劑揮發(fā)后，在105℃的條件下，在恒溫箱內(nèi)烘干48 h。

表1　實(shí)驗(yàn)巖心基本參數(shù)Table1　Basic parametersof core experiment

實(shí)驗(yàn)流程主要為：①將原油脫水，并加入煤油配制模擬油，使其粘度接近地下原油粘度；②將巖心清洗7 d，烘干，稱重，并用氮?dú)鉁y其氣測滲透率；③將巖心抽真空飽和地層水，然后放入巖心夾持器，形成束縛水，并飽和油；④將飽和油的巖心放入裝有地層水的燒杯，進(jìn)行自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)，按時(shí)記錄析出的產(chǎn)油量（圖1）。

圖1　自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)形成束縛水并飽和油的流程Fig.1　Flow chartof irreduciblewaterand saturated oilof the spontaneous imbibition experiment

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲吸產(chǎn)油主要發(fā)生在滲吸早期，后期滲吸產(chǎn)油量越來越少，到最后幾乎不產(chǎn)油（圖2）。與實(shí)際的低滲透裂縫性油藏油井在早期產(chǎn)油量極高，但穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短、產(chǎn)油量下降快相吻合。自發(fā)滲吸采出程度最高能達(dá)到16%，最小在3%以上（圖3），產(chǎn)油量和采出程度不僅與巖心物性及非均質(zhì)性有關(guān)，而且與巖心和地層水的接觸面積有關(guān)。

圖2　巖心滲吸產(chǎn)油量與時(shí)間的關(guān)系Fig.2　Relationship between core imbibition oilproduction and time

圖3　巖心滲吸采出程度與時(shí)間的關(guān)系Fig.3　Relationship between core imbibition recovery and time

3　自發(fā)滲吸等比例關(guān)系

用于毛細(xì)管力滲吸采收率的計(jì)算有擴(kuò)散、等比例關(guān)系、經(jīng)驗(yàn)和物質(zhì)平衡等4類方程，其中等比例關(guān)系方程的提出是為了使實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)值可以用來預(yù)測油田實(shí)際開發(fā)指標(biāo)。常用的比例關(guān)系方程是Mattax和Kyte，無因次時(shí)間可表示為

式中：tD為無因次時(shí)間；t為時(shí)間，h；K為氣測滲透率，10-3μm2；?為孔隙度，%；μw為水的粘度，mPa·s；Lc為實(shí)驗(yàn)室?guī)r心或油藏儲層巖塊的特征長度，是基質(zhì)巖塊體積與其滲吸表面積的比，m。

在考慮原油粘度、基質(zhì)巖石、滲透率、孔隙度、接觸角和表面張力等參數(shù)的情況下，Bokserman建立的比例關(guān)系方程為

考慮到實(shí)驗(yàn)室和油藏體系中潤濕相的粘度不同，利用混合比例關(guān)系得到一個(gè)更好的等比例關(guān)系方程為

式中：μnw為非潤濕相粘度，mPa·s。

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式（10），計(jì)算得到巖心滲吸采出程度與無因次時(shí)間的關(guān)系曲線（圖4）。通過將時(shí)間按比例關(guān)系無因次化，該曲線可間接預(yù)測和評價(jià)任意尺寸的裂縫性油藏實(shí)際滲吸采油量、采油速度以及滲吸采出程度，提高了滲吸實(shí)驗(yàn)和模型的實(shí)際應(yīng)用能力。

圖4　巖心滲吸采出程度與無因次時(shí)間的關(guān)系Fig.4　Relationship between core imbibition recovery and dimensionless time

4　儲層滲透率及孔喉結(jié)構(gòu)對自發(fā)滲吸的影響

孔隙度和滲透率是最常用來表征儲層物性的參數(shù)，但是滲透率僅表示滲流速度，因此需要考慮多孔滲流介質(zhì)的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征。將理想巖石滲流毛管半徑假設(shè)為實(shí)際滲流通道半徑，簡稱擬滲流孔喉半徑［12］，分析滲透率和擬滲流孔喉半徑對自發(fā)滲吸采出程度的影響（圖5，圖6）可知，滲吸采出程度隨滲透率的增大而增大，但當(dāng)滲透率大于2× 103μm2時(shí)，滲吸采出程度增加不明顯，滲透率為0.5×10-3～2×10-3μm2的儲層更有利于滲吸滲流。自發(fā)滲吸采出程度與擬滲流孔喉半徑有較好的相關(guān)性（圖6），儲層孔隙結(jié)構(gòu)越好，越有利于滲吸作用。

圖5　巖心滲透率與滲吸采出程度的關(guān)系Fig.5　Relationship between permeability and degreeof reserve recovery of core

圖6　巖心擬滲流孔喉半徑與滲吸采出程度的關(guān)系Fig.6　Relationship between quasi flow pore throat radiusand imbibition recovery of core

由于實(shí)驗(yàn)條件以及巖心尺度與油藏尺度差異的限制，滲吸產(chǎn)油量和采出程度不能直接反映真實(shí)油藏的產(chǎn)油量和采出程度，通常要將時(shí)間按比例關(guān)系無因次化，才可利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果間接預(yù)測油田實(shí)際開發(fā)指標(biāo)。油田開發(fā)過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮滲吸作用，通過壓裂改造，提高油層與注入水的接觸面積，提高滲吸速度，從而提高油井產(chǎn)油量。

5　結(jié)束語

通過以上理論和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，滲吸法采油只適合于水濕的裂縫性儲層，油水粘度比越小、基質(zhì)的毛細(xì)管力越大，低滲透裂縫性油藏滲吸法采油的效果越好。對于低滲透裂縫性油藏，用滲吸法采油的適當(dāng)時(shí)間是開發(fā)早期；對于基質(zhì)滲透率與裂縫滲透率比值較高的油藏是開發(fā)中晚期。油田開發(fā)中，應(yīng)該充分發(fā)揮滲吸作用，通過壓裂改造，提高油層與注入水的接觸面積，提高滲吸速度；也可采用周期注水或水井轉(zhuǎn)油井等方式，增強(qiáng)滲吸水動力，充分發(fā)揮毛細(xì)管力的滲吸作用，從而提高油井產(chǎn)量。

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編輯王星

Spontaneous imbibition in fractured low permeability reservoir

Xu Jianhong，Ma Lili
（Research InstituteofExploration and DevelopmentofDaqing Oilfield Co.，Ltd.，Daqing City，Heilongjiang Province，163712，China）

Imbibition function of fluid in the fracture andmatrix is a very importantmechanism in low permeability reservoir duringwater flooding.The oildisplacementprocessofdifferent low permeability coreswasstudied by imbibition experiment.The resultshows that the imbibition process in this type ofoil reservoir isan inverse imbibition controlled by higher capillary force in the system，and the capillary force is helpful to the displacement process in imbibition.The imbibition productionmainly occurs in the early imbibition process，and becomes fewer and fewer after 50 h in the later period，and there is almostno production in the final period.Mostly，the imbibition oil recovery of the fractured low permeability reservoir is12%in average and increaseswith the permeability.Butwhen the permeability ismore than 2×10-3μm2，the imbibition oil recovery has few increases.Better pore structure is favorable to spontaneous imbibition.Calculated by isometric method，the experimental resultmay be applied to forecasting the actual oilfield development for various cores and reservoirs.

fractured low permeability reservoir；imbibition oil displacement；capillary force；degree of reserve recovery by spontaneous imbibition；isometric relationship

??

A

1009-9603（2015）03-0111-04

2015-03-12。

許建紅（1978—），男，甘肅定西人，工程師，博士，從事油氣藏工程研究。聯(lián)系電話：15846956092，E-mail：xujhmail@petrochina. com.cn。

國家科技重大專項(xiàng)“提高稠油蒸汽驅(qū)效率技術(shù)”（2011ZX05012-003）。