壓實與出砂雙重作用下疏松砂巖稠油油藏產能變化實驗＊

熊 鈺 李 航 耿站立 王守磊 朱英斌

（1.西南石油大學 四川成都 610500； 2.中海油研究總院 北京 100028）

熊鈺，李航，耿站立，等.壓實與出砂雙重作用下疏松砂巖稠油油藏產能變化實驗［J］.中國海上油氣，2015，27（6）：63-68.

疏松砂巖稠油油藏開發時地層壓力衰減快，巖石受壓實作用明顯［1］，骨架顆粒產生本體變形和結構變形，降低了孔隙和喉道半徑，使滲透率、孔隙度等減小，從而降低了產能。例如，前期常規注水、后期加密調整開發的渤海綏中36-1油田［2-3］，開發難點就是地層壓力下降過快。此外，疏松砂巖儲層膠結強度弱，壓實還會對儲層巖石骨架造成破壞，產生微粒運移和出砂，如果骨架微粒被流體帶出地層，則會對儲層滲流起改善作用而增大油井產能；若微粒被小孔道捕獲而阻塞了流體流動，則會造成儲層傷害而降低油井產能［4］。因此，如何評價壓實和出砂雙重作用下的油井產能變化是這類砂巖油藏開發的關鍵。

國內外關于疏松砂巖稠油油藏開發中滲流特性的研究，主要集中在巖石物性參數變化方面［5-8］。P.M.等［9］實驗研究認為，在油田開發引起的壓實作用中，高孔隙度巖樣的壓實是非線性的；劉國勇等［10-11］通過壓實成巖模擬實驗，認為孔隙度和承載壓力存在線性關系，孔隙度和滲透率存在半對數關系，滲透率和承載壓力存在指數關系。而在出砂對產能影響方面的研究則主要針對適度出砂對產能的貢獻［12］。據統計地層出砂時油井的產量比不出砂時增加了44%［13］，我國一些油田的先導性試驗也證明了這一點［14-15］。目前主要采用改變圍壓的方法研究壓實作用對孔隙度和滲透率的影響，未見有關模擬實際儲層壓力變化過程中壓實和出砂共同作用時油藏產能變化的實驗研究報道。

本文以渤海綏中36-1疏松砂巖稠油油藏（原始地層壓力15 MPa，現今地層壓力13 MPa）為例，通過保持圍壓不變、改變地層壓力（內壓）模擬實際儲層壓降，并用120目（孔徑0.125 mm）金屬篩網提供防砂條件，實現了壓實和出砂共同對稠油產能影響的連續測試，并討論了不同含水階段下受壓實和出砂雙重控制下的疏松砂巖稠油油藏產能變化特征。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

實驗裝置主要由恒壓恒流泵A和B（驅替泵）、恒溫烘箱、中間容器、巖心夾持器、高精度數字壓力傳感器、回壓泵、圍壓泵、高精度電子天平等組成（圖1），其中高精度數字壓力傳感器C和D（型號CY205，精度0.05%FS，量程為0～60 MPa）分別用于監測巖心夾持器進出口端實際壓力變化，并將采集到的壓力信號值連續傳輸到電腦上顯示出來，克服了常規驅替實驗有效數據點少和可靠性難以保證的不足。

圖1 實驗流程圖Fig.1 Flow chart of the experimental equipment

1.2 實驗材料

疏松砂巖油藏取心成本高，具有代表性的儲層巖心難以獲取，現場取出的巖心多為散砂，因此實驗中使用人造巖心。參照以下標準制備巖心：①采用現場巖樣的粒度配比關系；②孔滲特性接近實際儲層；③選取與實際儲層相近的巖石力學參數。制備巖心的物性參數如表1所示，可以看出，1、2號巖心以及3、4號巖心的滲透率大小相近，這樣做的目的有2個，一是研究壓實作用下疏松程度略有不同的巖心的產能變化，二是達到近似重復實驗的目的，以驗證本文實驗的合理性和正確性。

表1 人造巖心物性參數Table 1 Physical parameters of the artificial cores

實驗用水為配制的地層水，礦化度為6 071 mg／L。實驗用油為原油加煤油稀釋的模擬油，黏度為100 mPa·s（溫度為60℃時）。

根據現場防砂情況，實驗中采用120目（篩網孔徑0.125 mm）的金屬篩網進行防砂。

1.3 實驗步驟

1）將制備好的巖心烘干并稱重，測量其直徑、長度和滲透率。充分抽真空并飽和地層水后放入巖心夾持器，用地層水將管線中的氣驅出，減少實驗誤差。

2）打開恒壓恒流泵，用流量為0.5 m L／min地層水驅替并檢查管線是否漏液，同時監測巖心進出口端壓力，壓力穩定后停止水驅，改用流量為0.5 m L／min模擬油驅替并建立束縛水飽和度，保持高溫烘箱溫度為60℃（地層溫度），將巖心老化72 h；然后通過手動調節泵將圍壓和內壓同步升高，圍壓升至上覆地層壓力30 MPa，內壓升至13 MPa，達到油藏地層壓降為2 MPa時的初始動態測試壓力點。

3）設置油流量為5 mL／min、水流量為1 mL／min進行油水同驅，待出口端有水產出、壓力穩定時記錄進出口端壓力和產油、水量，并計量時間和出砂量。依次設置油流量為3、2、1、0.5和0.2 m L／min，繼續記錄進出口端壓力和產油、水量，并計量時間和出砂量。

4）保持圍壓為30 MPa，依次降低內壓到11、9、7、5 MPa，重復步驟3）。

2 實驗結果分析

對不同含水率下壓實和出砂共同作用時的產能變化（用采油指數Jo衡量）進行分析。含水率等級劃分標準為小于等于20%為低含水，20%～60%為中含水，60%～90%為高含水，大于90%為特高含水。

利用采油指數衡量產能變化的前提是流體滲流符合達西定律。對于普通稠油油藏，可以用滲流雷諾數加以判斷。目前較通用的雷諾數計算公式［16］為

式（1）中：Re為雷諾數；v為滲流速度，cm／s；ρ為密度，g／cm3；K為滲透率，D；μ為流體黏度，mPa·s；φ為孔隙度，f。

根據本文實驗條件，選取最大流量（5 m L／min）計算雷諾數，結果見表2。從表2可以看出，計算所得雷諾數均小于臨界值0.2～0.3［16］，因此本文實驗均符合達西滲流。

表2 雷諾數計算參數及結果Table 2 Calculation parameters and results of Reynolds number

2.1 低含水條件下采油指數變化規律

低含水率下采油指數和出砂量隨地層壓降增大時的變化如圖2所示。從圖2可以看出，低含水率下即使出砂，隨著地層壓降的增大，稠油的采油指數在地層壓降早期（4 MPa之前）下降很快，4 MPa時各巖心產能下降幅度分別為28.6%、41.8%、45.8%和46.7%；相同壓降時，巖心滲透率越大（疏松程度越大），產能下降幅度越大。壓降大于4 MPa后，采油指數緩慢降低并且沒有因出砂而有明顯的增大，即低含水條件下稠油產能降低主要是因為壓實作用導致的，出砂提高產能的作用相對很弱。

2.2 中含水條件下采油指數變化規律

中含水率下采油指數和出砂量隨地層壓降增大時的變化如圖3所示。從圖3可以看出，中含水率下壓實作用對儲層產能的影響也比較明顯，伴隨著出砂，油井采油指數隨之增大，產能有所恢復。從1、3號巖心的產能恢復來看，最大恢復幅度分別達到37.9%和62.3%，且處于出砂量最大的壓降階段，這一階段壓實作用對產能的影響被出砂的增滲作用減弱。地層壓降晚期（8 MPa以后），出砂減少，采油指數趨于穩定，甚至還有一定程度的降低，表現出壓實作用較強。對于滲透率更大的4號巖心，在整個實驗過程中，不論含水率高與低，稠油產能隨地層壓降增大而一直減小且并無明顯恢復，分析認為可能是由于實驗中初始壓降時出砂較多而導致采油指數降低變緩。但從整個壓實過程看，即使存在出砂增滲階段，油井產能還是下降的，地層壓降小于4 MPa時也是壓實作用降低產能最快的階段。

圖2 低含水率（為16.7%）下不同巖心壓實、出砂作用對油井產能的影響Fig.2 The different core oil well productivity under compaction and sand production of low water content

圖3 中含水率（分別為25%、33.3%、50%）下不同巖心壓實、出砂作用對油井產能的影響Fig.3 The different core oil well productivity under compaction and sand production of mid water content

2.3 高含水條件下采油指數變化規律

圖4 高含水率（分別為66.7%、83.3%）下不同巖心壓實作用對油井產能的影響Fig.4 The different core oil well productivity under compaction of high water content

高含水率下采油指數和出砂量隨地層壓降增大時的變化如圖4所示。從圖4可以看出，高含水率階段與中含水率階段相比有一定程度的相似，但又有較大不同，即壓降早期（4 MPa之前）與壓降晚期（8 MPa以后）壓實作用對產能降低起主要作用，壓降中期產能隨出砂有一定程度增大，但產能恢復程度較小，產能降幅最大時1、2號巖心產能恢復幅度最大分別為26%和41.7%，比中含水率時的恢復程度小。

綜合上述分析，在低、中含水率階段的壓實和出砂雙重作用下，疏松砂巖稠油油藏由于巖石骨架無彈性而應保持壓力開發，且壓力保持程度越高越好。

3 結論

1）低含水階段，壓實作用是疏松砂巖稠油油藏產能降低的主要原因，出砂提高產能的作用相對很弱；中、高含水階段，隨著含水率上升，出砂現象明顯，使得采油指數隨出砂量的增多而有所恢復，表現為出砂和壓實雙重作用的影響，出砂增產減緩了產能的快速下降趨勢。

2）疏松砂巖稠油油藏產能隨地層壓降增大而降低，儲層越疏松，產能下降幅度越大。地層壓降初期壓實作用是導致產能一直降低的主要原因。

3）在儲層壓實過程中，無論是否存在出砂增滲作用，疏松砂巖稠油油藏油井產能都是隨壓降增大而降低，且地層壓降初期（小于4 MPa）壓實作用導致產能下降程度更為明顯。因此，疏松砂巖稠油油藏開采過程中必須保持較高的地層壓力水平，以充分保護儲層并釋放油藏產能。

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