低滲透砂巖油水兩相流動壓力波動特征

王建忠，徐進杰，王 卓

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低滲透砂巖油水兩相流動壓力波動特征

王建忠，徐進杰，王 卓

（中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266580）

多相流體間的界面張力在低滲透油藏狹小的孔隙和喉道中呈現(xiàn)更為突顯的毛管力和賈敏效應(yīng)，造成油水驅(qū)替壓力的大幅度波動，因此需找到低滲透砂巖油水兩相流動壓力波動隨滲透率、含水飽和度、界面張力與巖心長度等因素的變化規(guī)律，指導(dǎo)實際生產(chǎn)。實驗研究發(fā)現(xiàn)，滲透率越低、界面張力越大，壓力波動就會越明顯；含水飽和度的大小也明顯影響這種壓力波動的幅度；通過改善低滲透油藏的滲透率或者降低油水界面張力將是減小壓力波動、利于生產(chǎn)的有效措施。

低滲透油藏；兩相滲流；壓力波動；賈敏效應(yīng)

低滲砂巖油藏中微小尺度的孔隙喉道占大部分比例[1]。孔隙是主要的儲集空間，而喉道是主要的滲流通道，作用于多相流體的界面張力在狹窄喉道中對水驅(qū)油影響不可忽視[2]。前人已通過實驗證明了毛管力和賈敏效應(yīng)在水驅(qū)油過程會導(dǎo)致流動阻力的變化甚至發(fā)生“鎖死”[3-4]。實際生產(chǎn)中定壓注水無法穩(wěn)定在預(yù)期的注入量，甚至注水停滯，也證實了這一點。文獻[5]還針對特定井區(qū)評價了低滲儲層賈敏效應(yīng)影響因素。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文通過壓力波動實驗進一步探討了低滲透油藏中界面張力對油水兩相流動的影響程度。

1 低滲透油藏油水兩相流動的壓力波動

當一定比例的油水兩相流體在巖石中流動，并非油走油路，水走水路，而是油水相互阻斷，占用共同的孔隙和喉道[6-7]。由于賈敏效應(yīng)的作用，非連續(xù)的油滴由孔隙通過喉道時受阻或卡斷，導(dǎo)致驅(qū)替壓力增大，而當油滴通過喉道后，驅(qū)替壓力又會減小。大量喉道兩端的壓力變化累積造成總的驅(qū)替壓力發(fā)生波動。實際水驅(qū)油過程中，由于油水兩相的飽和度不斷變化，毛管力變化和賈敏效應(yīng)強弱導(dǎo)致驅(qū)替壓力波動更加明顯。

通過對5種不同滲透率的巖心重復(fù)實驗，分別以3種固定油水比例（4∶1、1∶1、1∶4）恒速注入巖心，穩(wěn)定足夠長的時間后，巖心兩端的驅(qū)替壓差仍然呈現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波動。將3種油水比例5種滲透率情況下的壓力波動程度進行對比（圖1），發(fā)現(xiàn)壓力波動程度與油水比例和滲透率大小有關(guān)。

圖1 不同巖石滲透率的驅(qū)替壓力波動程度

由圖1可見，滲透率越小，壓力波動幅度越大，并且在半對數(shù)坐標系中呈明顯的線性關(guān)系。這表明低滲油藏中油水兩相滲流更容易受到壓力波動的影響。這種壓力波動在實際生產(chǎn)中可能會導(dǎo)致瞬時產(chǎn)量的波動，甚至停產(chǎn)。如果要避免停產(chǎn)，生產(chǎn)壓差必須保持在壓力波動幅度最高點以上。

2 含水飽和度對壓力波動的影響

三種不同的油水比例（4∶1、1∶1、1∶4）分別對應(yīng)著三種不同的含水飽和度（60%、71%、85%），這是實驗中通過稱重法測得的。大量實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，油水比例越接近1∶1，壓力波動幅度就越明顯，如圖1所示。這表明壓力波動的幅度與含水飽和度有關(guān)，隨著含水飽和度的增加，壓力波動幅度先增加后減小。實際生產(chǎn)中隨著含水的不斷變化壓力波動對生產(chǎn)的影響程度也會發(fā)生相應(yīng)的變化。

從理論上講，越接近1∶1的油水比例意味著越大的可流動油水界面總面積。油水界面的面積越大，界面張力的影響就會越明顯，通過孔隙喉道時產(chǎn)生賈敏效應(yīng)的概率越大，從而導(dǎo)致更顯著的壓力波動。

3 界面張力對壓力波動的影響

對同一塊巖心不改變其他注入條件，只在水相中加入適量NaOH[8]，并測得界面張力從26.5 mN/m降為2.15 mN/m，此時壓力波動情況如圖2所示，巖心兩端壓力波動范圍從0.187~0.329降低為0.153~0.172，波動幅度明顯降低。這一實驗表明，界面張力的存在是產(chǎn)生壓力波動的重要原因。由此也可以判斷，通過加入表面活性劑減小毛管力和賈敏效應(yīng)，可以明顯改善低滲油藏水驅(qū)油的壓力波動。

圖2 界面張力對壓力波動影響

4 巖心長度對壓力波動的影響

選取空氣滲透率基本相同、長度不同的巖心進行實驗，保持4∶1的油水比例以恒速注入，發(fā)現(xiàn)壓力波動幅度與巖心長度有關(guān)（圖3）。

圖3 巖心長度對壓力波動影響

可以看出，隨著巖心變長，壓力波動幅度逐漸減小。受賈敏效應(yīng)的影響，油滴在進入孔隙時驅(qū)替壓差增大，此時賈敏效應(yīng)表現(xiàn)為阻力；油滴在脫離孔隙時驅(qū)替壓差減小，此時賈敏效應(yīng)表現(xiàn)為動力[9]。隨著巖心長度的增加，動力和阻力相互抵消概率會增加，從而減小壓力波動的可能。

實際生產(chǎn)中，由于注采井距遠遠大于實驗巖心的長度，注采壓差的波動程度可能會小于室內(nèi)實驗結(jié)果。但是由于賈敏效應(yīng)下通過喉道的液滴常常被卡斷[10]，賈敏效應(yīng)產(chǎn)生阻力的可能性要大于產(chǎn)生動力可能性。在實際油藏中，特別是低滲油藏中，這種壓力波動也不會完全被抵消。

5 結(jié)論

（1）多相流體間的界面張力在低滲油藏狹小的孔隙和喉道中呈現(xiàn)更為突顯的毛管力和賈敏效應(yīng)，造成油水驅(qū)替壓力的大幅度波動，滲透率越低壓力波動越明顯，波動幅度與滲透率在半對數(shù)坐標系中呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

（2）實際生產(chǎn)中，由于低滲油藏非均質(zhì)性強、普遍發(fā)育微裂縫等因素，并且常常存在油氣水三相流動，壓力波動更加復(fù)雜化。通過酸化、壓裂增大油藏的滲透率，或者利用化學藥劑降低油氣水的界面張力是減小壓力波動、利于生產(chǎn)的有效措施。

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Pressure fluctuation characteristic of oil–water two–phase flow in low–permeability sandstone

WANG Jianzhong, XU Jinjie, WANG Zhuo

(College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum （East China), Qingdao, Shandong 266580, China)

The inter-facial tension between the multiphase fluids presents a more prominent capillary force and Jamin effect in narrow pores and throat of the low permeability reservoir, which will cause a significant fluctuation of oil and water flooding pressure. It is necessary to make clear the pressure fluctuation regularity of oil-water two-phase flow in low-permeability sandstone with the factors such as permeability, water saturation, inter-facial tension and core length, so as to provide a guidance for practical production. Experimental study results show that with the lower permeability and greater interface tension, the pressure fluctuations appear more obvious. The degree of water saturation also has an obvious effect on the pressure fluctuation. Improving the permeability of low permeability reservoirs or reducing the inter-facial tension of oil and water will be an effective measure to reduce pressure fluctuations and facilitate the production.

low–permeability reservoir; two-phase flow; pressure fluctuation; Jamin effect

1673–8217（2019）02–0072–03

TE122.2

A

2018–05–11

1973年生，副教授，1997年畢業(yè)于中國石油大學（華東）采油工程，現(xiàn)從事油氣滲流理論和油氣田開發(fā)技術(shù)方向的研究。

國家自然科學基金重大項目“頁巖油氣多尺度滲流特征與開采理論”（51490654）。

編輯：張 凡