板橋地區凝析油氣藏氣液兩相滲流機理及水驅特征

宋 璠，姚瑞香，褚淑敏，安振月，張紹嶺

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島 266580；2.中國石油大港油田分公司第四采油廠 ）

凝析油氣藏流體性質復雜多變，隨著流體的流動、壓力的降低、相的變化和相間質量的傳輸，滲流速度會發生變化，給油氣開發造成了很大困難［1－4］。本文通過對大港油田板橋地區凝析油氣藏開展氣液兩相滲流實驗，分析滲流機理，進而總結水驅開發特征以及剩余油分布規律，為凝析油氣藏開發工作提供指導。

板橋凝析油氣田位于北大港構造帶東北傾沒端，斷層發育，為一復雜斷塊油氣田（圖1）。該區古近系沙河街組的板2油組為典型的帶油環弱邊水凝析油氣藏［5］，投入開發近30年，目前開采特點主要為油井發生氣竄或氣井發生油竄后產量大幅度下降，因此有必要深入研究滲流機理及水驅特征，指導開發調整。

圖1 板橋凝析油氣田區域構造位置

1 氣液兩相滲流特征

凝析油氣藏開發初期地層壓力高于泡點壓力和露點壓力，流體為單相液體或氣體，隨后壓力下降引起相變，變成了氣液兩相滲流［6］。通過微觀觀察系統和高溫高壓PVT儀，對多孔介質中的相變過程進行詳細觀察，發現高于第一露點壓力時，視場清晰可見，流體為無色透明氣體；隨著壓力的下降，流體突然出現混亂，此時壓力與P－V曲線折點對應，為露點壓力，該壓力值低于無介質時折點的壓力，然后小液滴分布整個空間，隨即運移，部分附著于微珠表面；隨著壓力繼續降低，液體全部附著于微珠表面，并占據微珠接點及角隅，形成彎液面；最后，液體凝析呈連續分布，占據孔隙體積。

為了進一步研究伴有相變過程的氣液兩相滲流機理，開展了物理模擬實驗。分別選用親油、親水兩種毛細管模型和平面填充玻璃微珠多孔介質模型（物理參數見表1），用正戊烷、正己烷和正庚烷按一定比例混合，在一定條件下在模型中形成氣液兩相的混合物（參數見表2），研究其滲流特征，實驗在50℃恒溫條件下進行。

通過物理模擬實驗，建立了不同情況下泵入量與壓力差之間的關系（圖2、圖3）。結果表明，泵入量與壓力差成非線性關系，同流速、同配比下親油模型較親水模型所消耗的壓力差大，不同配比時小配比與大配比相比所消耗的壓力差大。油氣比隨著配比比例的增加而增大，親油模型中的油氣比要高于親水模型。此外，管徑較小時，油氣比隨著泵入速度的降低而增加，而管徑較大時情況剛好相反，油氣比隨著泵入速度的增加而增加。

表1 毛細管模型和多孔介質模型參數

表2 實驗配置混合物參數

圖2 親水性多孔介質注入量與壓力關系

圖3 親油性多孔介質注入量與壓力關系

通過對凝析油氣藏進行氣液兩相滲流實驗，可以得到如下認識：

（1）伴有相變過程的氣液兩相流體是隨著流動狀態和壓力的變化而發生相變和相間質量傳遞的。當流體進入模型后，在一定的溫度和壓力下發生相變，相滲透率發生變化。同時在實驗范圍內，滲流阻力增加，從而造成泵入量與壓差之間呈非線性關系。

（2）流體的揮發與氣液流動速度、狀態以及壓力有一定的關系，壓力降低有利于液體揮發產生氣體。當毛細管半徑（或孔隙半徑）較大時，絕對壓力降低較小，此時氣相滲流速度明顯大于液相滲流速度。由于氣體比液體提前流出，破壞了氣液同速的平衡，又分離出氣體，建立了新的平衡，從而表現出非線性的曲線特征。當毛細管半徑較小時，氣液流速相近，氣體揮發量主要受壓力的控制。

（3）氣液狀態的分布以及氣液的含量與固體介質的潤濕性有一定的關系，潤濕性的不同影響著氣液的分離。液體潤濕親油介質的能力較潤濕親水介質的能力強，更易較多地與介質界面接觸，使流體中易揮發部分變為氣體，從而使親油介質中的油氣比要大于親水介質。

2 水驅開發特征

板橋地區凝析油氣藏目前主要采用氣體降壓注水開采的方式［7－9］，當油藏壓力降低到飽和壓力以下，接近飽和壓力時，有一部分自由氣體析出，但不流動，該部分氣體即為束縛氣體飽和度。在壓力達到束縛氣體飽和度后，自由氣體將發生流動，降低了油相滲流能力，所以注水時機應選在自由氣體能夠流動以前，即在自由氣體飽和度達到束縛氣體飽和度以前某一壓力。

為了更清楚地了解自由氣體的狀態，R.Bore等人曾利用微觀模型在高壓條件下進行了油氣滲流規律研究，結果發現在溶解氣驅過程中，潤濕性不起主要作用；在緩慢壓力衰減過程中，成泡現象很弱。這說明在低于飽和壓力的一個壓力范圍內，只產生少量氣體或沒有氣體產出。因此，降壓開采過程中，當壓力低于飽和壓力時，會產生自由氣體。從泡點壓力觀測實驗可知：①壓力降低到飽和壓力以下時，在臨界飽和壓力附近（壓力在泡點壓力到約泡點壓力的87%之間），氣泡的體積比較小，產出的氣體可以提高油氣混合物流動能力；②當壓力繼續下降時，氣體會發生聚并現象，當氣泡較大流經孔喉時會發生變形，這時氣泡的存在成為原油流動的阻力。

當壓力高于飽和壓力時，地層中只有油水兩相流動，在水驅過程中，水前緣有明顯指進，流線流經的地方，驅油效率高，前緣平滑。如果油藏壓力繼續下降，將產生不同的滲流機理，當模型里存在大量氣泡時，使流線發生變化，在大于此壓力并沒有大量氣泡時，水驅過程首先形成一主流線，主流線兩側形成許多分支，這些分支產生繞流，逐漸增加波及面積。當壓力較低時，產生大量氣泡，水前緣往往跟在大氣泡后面，連續的氣泡會形成一個通道，在特定的孔道里流動，而水則會跟在氣泡后面，形成一個水道，但由于大量氣體的存在，賈敏效應首先發生在大孔隙中，使主流線的方向不容易確定。另外，由于氣體的賈敏效應，在模型前部可能會形成較高壓差，因此形成較大的波及面積，但由于氣泡變形過程中產生的壓力脈沖，使地層容易形成水的指進或通道，并且在形成指進后水更難進入未波及區，從而降低最終波及面積。因此，形成大量氣泡后會嚴重影響水驅開發效果，不利于油田的進一步開發。

3 剩余油分布規律

通過開展不同壓力下的模擬實驗，認為凝析油氣藏中氣體作用的強弱對剩余油的形成與分布均具有明顯的影響。實驗觀察表明兩條繞流水線即將會合，會合后圈閉形成的剩余油將很難采出。氣體的存在使得水線混亂，導致剩余油存在的孔道方向也無規律。同時，析出的溶解氣一般與油一起存在，析出氣體后油黏度有所增加，而氣體的變形引起的賈敏效應使氣體卡在孔喉處不能流動［10］，這樣就形成大量的剩余油。總之，隨著自由氣體作用增強，剩余油分布規律性越差，研究表明當氣體作用較弱時剩余油主要分布在以下幾種位置：①一些被細小孔道包圍的區域；②一些未波及的區域；③位于與流動方向不一致的一些孔道中；④位于孔道變徑處；⑤位于一些由于水繞流過程形成的微觀圈閉中。

4 結論

（1）凝析油氣藏中氣液兩相滲流的泵入量與壓力差成非線性關系，滲流曲線也是非線性的。管半徑及滲流速度對于低壓條件下伴有相變過程的氣液兩相滲流的油氣比有一定的影響，毛管半徑大，絕對壓力降低較小，氣液滲流速度不同，產生多級分離，因而滲流速度增大，氣液比增大。

（2）在降壓注水開采過程中，當壓力低于泡點壓力的87%時，氣體的產出速度增加，并且發生聚并等現象，當氣泡比較大時，在孔喉等處流動時會發生變形，這時氣泡的存在成為原油流動的阻力。在較低壓力下，含氣原油流動過程中產生了賈敏效應，在更低的壓力下，原油的黏度增加，并且氣體的賈敏效應更加嚴重，油氣滲流阻力增大。合適的注水時機為壓力降到泡點壓力的87%以上。

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