低滲油藏非線性滲流影響因素與工藝對(duì)策

鐘小剛

摘 要： 近年來(lái)低滲透油氣藏已成為增儲(chǔ)的基礎(chǔ)資源，然而低滲透油藏的非線性滲流的影響因素、滲流規(guī)律的研究是目前低滲油藏的開發(fā)的關(guān)鍵。本文從微觀角度出發(fā)描述滲流規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，同時(shí)根據(jù)低滲油藏滲流特征，對(duì)注水時(shí)機(jī)、合理井距、壓裂技術(shù)、氣驅(qū)技術(shù)等低滲油藏的開發(fā)技術(shù)政策進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞： 低滲；滲透率；滲流規(guī)律；注水；壓裂

前 言

由于低滲透油藏的特異性，使得低滲油藏的開發(fā)具有一定的難度，許多專家和研究人員對(duì)低滲的滲流機(jī)理和開發(fā)做了大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際研究。油藏巖石和流體的物性參數(shù)是油藏開發(fā)研究的基礎(chǔ)，對(duì)于低滲油藏具有物性復(fù)雜、滲流規(guī)律異常的特點(diǎn)，且低滲油氣藏的開發(fā)沒(méi)有同一固定的標(biāo)準(zhǔn)，可靠性得不到保證，且大量低滲油藏開發(fā)的疑難問(wèn)題尚未解決。本文通過(guò)調(diào)研總結(jié)了油藏滲流特性，結(jié)合開發(fā)實(shí)際，提出了一系列技術(shù)方案。

1低滲油氣藏非線性滲流的影響因素

1.1 孔隙喉道狹窄、物性差。連續(xù)液流通過(guò)巖石孔隙喉道時(shí)由于低滲透層喉道半徑很小，毛管力急劇增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力不足以抵消毛管力效應(yīng)時(shí)，連續(xù)的液流變?yōu)榉稚⒌囊旱螌?dǎo)致滲流阻力的增大，降低滲透率。在低滲流速度下，滲流曲線呈現(xiàn)非線性關(guān)系，隨著滲流速度的提高，曲線的非線性關(guān)系段向線性段過(guò)渡。這種同一液體在不同多孔介質(zhì)中表現(xiàn)出不同的滲流特征，充分地說(shuō)明了多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)特征起著決定作用。

1.2各相間的表面性質(zhì)與作用。在任何一個(gè)不可混相的二相體系中，相間都存在著界面。界面張力是源于分子間的相互作用力，并構(gòu)成界面兩相的性質(zhì)差異。利用毛細(xì)管模型和單分子層作用模型，推導(dǎo)固液界面分子力作用與多孔介質(zhì)的滲透率和孔隙半徑的近似關(guān)系式表明，固液界面分子力作用隨多孔介質(zhì)的滲透率或孔隙半徑增大而單調(diào)遞減。

1.3有效壓應(yīng)力對(duì)巖石產(chǎn)生的影響。低滲透巖石孔隙系統(tǒng)大部分是由小孔道組成的，比表面大，孔道內(nèi)的邊界層流體影響很大，在受到較大的應(yīng)力情況下，滲流的孔道變小，最小的孔道失去流通能力，有效應(yīng)力對(duì)低滲透砂巖的非達(dá)西滲流產(chǎn)生較大影響。圍壓對(duì)變形介質(zhì)油藏滲透率的變化具有較大的控制作用，低滲透巖心應(yīng)力敏感性非常強(qiáng)，且滲透率變化具有不可逆性。隨著油田的開發(fā)油氣的產(chǎn)出，孔隙壓力漸漸降低，巖石所受的有效應(yīng)力逐漸增加。

1.4儲(chǔ)層粘土礦物的比表面積和自由能

比表面積與滲透率的平方根成反比，巖石的比表面積越大，滲透率越小，流體與固體表面之間分子力作用越強(qiáng)，它將影響孔隙系統(tǒng)中流體的分布及滲流特征。黃延章認(rèn)為，由于巖石中多含有粘土礦物，不同的粘土礦物表現(xiàn)不同程度的水敏特性，即遇水膨脹變形，粘土礦物在滲流過(guò)程中的膨脹與遷移，堵塞了多孔介質(zhì)的部分孔道，降低滲透率，從而增加啟動(dòng)壓力梯度。J. Bear[7]認(rèn)為，比表面積表示巖石的分散程度，與孔隙孔道半徑的分布及大小有關(guān)。液體的滲透率與平均孔道成正比，因此，比表面積S與滲透率之間也存在一定的關(guān)系。

1.5流體本身的流變性質(zhì)

水通常認(rèn)為是牛頓流體，但是當(dāng)它在很細(xì)小的孔道中流動(dòng)時(shí)就顯示出了非牛頓特征，具有啟動(dòng)壓力梯度。對(duì)粘度比水大且具有結(jié)構(gòu)粘度的原油來(lái)說(shuō)，當(dāng)它流經(jīng)低滲透巖心時(shí)，其非牛頓流動(dòng)特征更明顯。李兆敏等人認(rèn)為由于在低滲透多孔介質(zhì)中流體表現(xiàn)為非牛頓液效應(yīng)，當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)，其流動(dòng)與牛頓流體相同，在低滲透油層中滲流時(shí)，水也呈現(xiàn)出非線性滲流特征和具有啟動(dòng)壓力梯度。因此，對(duì)低滲透油藏和稠油來(lái)說(shuō)，在低滲巖石中的滲流規(guī)律發(fā)生明顯的變化，乃至偏離達(dá)西定律。

1.6多種作用的耦合作用的影響

粘土和巖石等致密介質(zhì)具有隔膜的超濾特性，因而，在其介質(zhì)中的滲流顯示為耦合滲流。啟動(dòng)壓力是耦合因素作用下的結(jié)果。在地質(zhì)隔膜中化學(xué)溶解流量非常明顯。當(dāng)溶解流量通過(guò)地質(zhì)隔膜中，壓力梯度的耦合表現(xiàn)為溶解的遲滯[9]。劉建軍等以低滲透多孔介質(zhì)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出孔隙度、滲透率隨有效壓力變化曲線。研究表明，流體在低滲透多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，流固耦合效應(yīng)十分顯著。這是因?yàn)榈蜐B透多孔介質(zhì)的孔隙很小，而孔隙度的微小變化，都會(huì)對(duì)滲透率產(chǎn)生大的影響，因此低滲透介質(zhì)隨有效應(yīng)力的變化很明顯。

2 低滲油藏開發(fā)對(duì)策研究現(xiàn)狀

低滲透油田開發(fā)中廣泛應(yīng)用并取得明顯經(jīng)濟(jì)效益的主要技術(shù)是注水保持油藏能量、壓裂改造油層和注氣等技術(shù)，必須全面分析研究區(qū)儲(chǔ)層的相滲特征、注水倍數(shù)與水驅(qū)效率、注水時(shí)機(jī)、合理井距、合理注入壓力及最終驅(qū)油效率等開發(fā)問(wèn)題。

2.1 合理井距。由于低滲透油田壓力波傳播時(shí)間與壓力梯度密切相關(guān)，注水見效時(shí)間與啟動(dòng)壓力梯度成正比與井距的立方成正比。目前低滲油田普遍存在著注水井注不進(jìn)水，形成高壓區(qū)；采油井降為低壓區(qū)，采不出油，油田生產(chǎn)形勢(shì)被動(dòng)。解決這一矛盾的重點(diǎn)是適當(dāng)縮小井距，合理增大井網(wǎng)密度。研究表明，影響低滲儲(chǔ)層驅(qū)替壓力系統(tǒng)建立的最主要因素是啟動(dòng)壓力梯度。因此在GGY油田低滲透油藏的開發(fā)中應(yīng)適當(dāng)縮小注采井距提高驅(qū)替壓力梯度，采取整體壓裂措施減小啟動(dòng)壓力梯度。

2.2合理注入壓力。對(duì)于一般低滲油田為了恢復(fù)地層壓力提高油井產(chǎn)量和改善油田開發(fā)效果，注水壓力可以適當(dāng)提高，但注入壓力不能高于能夠誘發(fā)導(dǎo)管能夠變形或者斷挫的臨界壓力，以防止大量生產(chǎn)套管損壞和油井暴性水淹等嚴(yán)重問(wèn)題。劉露等針對(duì)低滲透油藏特殊的滲流規(guī)律，通過(guò)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究低滲透儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力梯度及注水壓力變化規(guī)律，結(jié)果表明：?jiǎn)?dòng)壓力梯度過(guò)高，注水困難，隨巖心滲透率的增大，注水壓力梯度與油層突破壓力梯度降低，而注水壓力梯度隨注入量的增加而增大，因此降壓增注是高效開發(fā)低滲油田的重要方法。

2.3氣驅(qū)技術(shù)研究。利用自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)低滲透油藏進(jìn)行注二氧化碳、注氣態(tài)烴、周期注蒸汽驅(qū)油、熱水等開發(fā)方法。由于地層原油黏度低、油質(zhì)較輕注氣開發(fā)是提高低滲透油藏采收率的有效手段；此外，采用油田伴生氣回注也是值得探索的提高采收率的方法。在國(guó)內(nèi)CO2混相驅(qū)，烴類氣體混相驅(qū)及氮?dú)怛?qū)是提高低滲透油藏采收率的手段。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：衰竭式開采方式效果最差，注水比注氣效果要好，注液化氣前置段塞+外輸氣驅(qū)的方式能夠達(dá)到最好的驅(qū)替效果，水驅(qū)油和氣驅(qū)油效率中等偏高。

2.4壓裂開發(fā)技術(shù)研究。針對(duì)低滲油藏的壓裂工藝技術(shù)有：限流法完井壓裂工藝技術(shù)、投球發(fā)法多層壓裂技術(shù)、封隔器多層分層壓力技術(shù)，CO2壓裂工藝技術(shù)、高能氣體壓裂、復(fù)合壓裂工藝技術(shù)等。李忠興通過(guò)深入研究超低滲透油藏滲流特征，定量描述了動(dòng)壓力梯度和壓力敏感系數(shù)的非線性變化規(guī)律，研究并試驗(yàn)了以前置酸加砂壓裂、多級(jí)加砂壓裂、水力射孔射流壓裂為主體的開發(fā)技術(shù)，有效地改善了平面和剖面滲流條件，為規(guī)模開發(fā)超低滲透油藏提供了新途徑。研究發(fā)現(xiàn)，破膠液的濾失是造成儲(chǔ)層水鎖傷害的主要原因。提出：優(yōu)化壓裂液配方，提高破膠液返排性能和質(zhì)量是降低儲(chǔ)層水鎖傷害程度的關(guān)鍵措施。

3 結(jié)論

①低滲透的非達(dá)西滲流現(xiàn)象，不僅是巖石孔隙結(jié)構(gòu)的影響，而且也與巖石各相間的表面性質(zhì)、有效壓應(yīng)力、儲(chǔ)層比表面積作用、流體本身的流變性質(zhì)及巖石流體的耦合作用有關(guān)。②低滲油藏彈性能量小、油層孔喉細(xì)小、產(chǎn)油能力低、油井見注水效果緩慢、具有啟動(dòng)壓力梯度等特點(diǎn)，對(duì)此特征我國(guó)各個(gè)油田研究出了相應(yīng)的合理開采方案（控時(shí)注水、精布井網(wǎng)、注氣開采、合理壓裂）使得低滲油藏的開發(fā)得到進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐紹良，岳湘安，侯吉瑞，等.邊界層流體對(duì)低滲透油藏滲流特性的影響[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，（3）：26～28.