低滲油藏非線性滲流影響因素與工藝對策

鐘小剛

摘 要： 近年來低滲透油氣藏已成為增儲的基礎資源，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)的關鍵。本文從微觀角度出發(fā)描述滲流規(guī)律，建立數(shù)學模型，同時根據(jù)低滲油藏滲流特征，對注水時機、合理井距、壓裂技術、氣驅技術等低滲油藏的開發(fā)技術政策進行了研究。

關鍵詞： 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低滲的滲流機理和開發(fā)做了大量的實驗和實際研究。油藏巖石和流體的物性參數(shù)是油藏開發(fā)研究的基礎，對于低滲油藏具有物性復雜、滲流規(guī)律異常的特點，且低滲油氣藏的開發(fā)沒有同一固定的標準，可靠性得不到保證，且大量低滲油藏開發(fā)的疑難問題尚未解決。本文通過調研總結了油藏滲流特性，結合開發(fā)實際，提出了一系列技術方案。

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)液流通過巖石孔隙喉道時由于低滲透層喉道半徑很小，毛管力急劇增大，當驅動壓力不足以抵消毛管力效應時，連續(xù)的液流變?yōu)榉稚⒌囊旱螌е聺B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)非線性關系，隨著滲流速度的提高，曲線的非線性關系段向線性段過渡。這種同一液體在不同多孔介質中表現(xiàn)出不同的滲流特征，充分地說明了多孔介質的孔隙結構特征起著決定作用。

1.2各相間的表面性質與作用。在任何一個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，并構成界面兩相的性質差異。利用毛細管模型和單分子層作用模型，推導固液界面分子力作用與多孔介質的滲透率和孔隙半徑的近似關系式表明，固液界面分子力作用隨多孔介質的滲透率或孔隙半徑增大而單調遞減。

1.3有效壓應力對巖石產(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，孔道內的邊界層流體影響很大，在受到較大的應力情況下，滲流的孔道變小，最小的孔道失去流通能力，有效應力對低滲透砂巖的非達西滲流產(chǎn)生較大影響。圍壓對變形介質油藏滲透率的變化具有較大的控制作用，低滲透巖心應力敏感性非常強，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，巖石所受的有效應力逐漸增加。

1.4儲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，它將影響孔隙系統(tǒng)中流體的分布及滲流特征。黃延章認為，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，粘土礦物在滲流過程中的膨脹與遷移，堵塞了多孔介質的部分孔道，降低滲透率，從而增加啟動壓力梯度。J. Bear[7]認為，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。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系。

1.5流體本身的流變性質

水通常認為是牛頓流體，但是當它在很細小的孔道中流動時就顯示出了非牛頓特征，具有啟動壓力梯度。對粘度比水大且具有結構粘度的原油來說，當它流經(jīng)低滲透巖心時，其非牛頓流動特征更明顯。李兆敏等人認為由于在低滲透多孔介質中流體表現(xiàn)為非牛頓液效應，當剪切應力大于屈服應力時，其流動與牛頓流體相同，在低滲透油層中滲流時，水也呈現(xiàn)出非線性滲流特征和具有啟動壓力梯度。因此，對低滲透油藏和稠油來說，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具有隔膜的超濾特性，因而，在其介質中的滲流顯示為耦合滲流。啟動壓力是耦合因素作用下的結果。在地質隔膜中化學溶解流量非常明顯。當溶解流量通過地質隔膜中，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為研究對象，通過實驗得出孔隙度、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中滲流時，流固耦合效應十分顯著。這是因為低滲透多孔介質的孔隙很小，而孔隙度的微小變化，都會對滲透率產(chǎn)生大的影響，因此低滲透介質隨有效應力的變化很明顯。

2 低滲油藏開發(fā)對策研究現(xiàn)狀

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

2.1 合理井距。由于低滲透油田壓力波傳播時間與壓力梯度密切相關，注水見效時間與啟動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)形勢被動。解決這一矛盾的重點是適當縮小井距，合理增大井網(wǎng)密度。研究表明，影響低滲儲層驅替壓力系統(tǒng)建立的最主要因素是啟動壓力梯度。因此在GGY油田低滲透油藏的開發(fā)中應適當縮小注采井距提高驅替壓力梯度，采取整體壓裂措施減小啟動壓力梯度。

2.2合理注入壓力。對于一般低滲油田為了恢復地層壓力提高油井產(chǎn)量和改善油田開發(fā)效果，注水壓力可以適當提高，但注入壓力不能高于能夠誘發(fā)導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重問題。劉露等針對低滲透油藏特殊的滲流規(guī)律，通過巖心驅替實驗，研究低滲透儲層的啟動壓力梯度及注水壓力變化規(guī)律，結果表明：啟動壓力梯度過高，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氣驅技術研究。利用自動評價系統(tǒng)，對低滲透油藏進行注二氧化碳、注氣態(tài)烴、周期注蒸汽驅油、熱水等開發(fā)方法。由于地層原油黏度低、油質較輕注氣開發(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。在國內CO2混相驅，烴類氣體混相驅及氮氣驅是提高低滲透油藏采收率的手段。實驗結果表明：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+外輸氣驅的方式能夠達到最好的驅替效果，水驅油和氣驅油效率中等偏高。

2.4壓裂開發(fā)技術研究。針對低滲油藏的壓裂工藝技術有：限流法完井壓裂工藝技術、投球發(fā)法多層壓裂技術、封隔器多層分層壓力技術，CO2壓裂工藝技術、高能氣體壓裂、復合壓裂工藝技術等。李忠興通過深入研究超低滲透油藏滲流特征，定量描述了動壓力梯度和壓力敏感系數(shù)的非線性變化規(guī)律，研究并試驗了以前置酸加砂壓裂、多級加砂壓裂、水力射孔射流壓裂為主體的開發(fā)技術，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量是降低儲層水鎖傷害程度的關鍵措施。

3 結論

①低滲透的非達西滲流現(xiàn)象，不僅是巖石孔隙結構的影響，而且也與巖石各相間的表面性質、有效壓應力、儲層比表面積作用、流體本身的流變性質及巖石流體的耦合作用有關。②低滲油藏彈性能量小、油層孔喉細小、產(chǎn)油能力低、油井見注水效果緩慢、具有啟動壓力梯度等特點，對此特征我國各個油田研究出了相應的合理開采方案（控時注水、精布井網(wǎng)、注氣開采、合理壓裂）使得低滲油藏的開發(fā)得到進一步發(fā)展。

參考文獻：

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