板橋地區(qū)凝析油氣藏氣液兩相滲流機(jī)理及水驅(qū)特征

宋 璠，姚瑞香，褚淑敏，安振月，張紹嶺

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(zhì)復(fù)雜多變，隨著流體的流動、壓力的降低、相的變化和相間質(zhì)量的傳輸，滲流速度會發(fā)生變化，給油氣開發(fā)造成了很大困難［1－4］。本文通過對大港油田板橋地區(qū)凝析油氣藏開展氣液兩相滲流實驗，分析滲流機(jī)理，進(jìn)而總結(jié)水驅(qū)開發(fā)特征以及剩余油分布規(guī)律，為凝析油氣藏開發(fā)工作提供指導(dǎo)。

板橋凝析油氣田位于北大港構(gòu)造帶東北傾沒端，斷層發(fā)育，為一復(fù)雜斷塊油氣田（圖1）。該區(qū)古近系沙河街組的板2油組為典型的帶油環(huán)弱邊水凝析油氣藏［5］，投入開發(fā)近30年，目前開采特點(diǎn)主要為油井發(fā)生氣竄或氣井發(fā)生油竄后產(chǎn)量大幅度下降，因此有必要深入研究滲流機(jī)理及水驅(qū)特征，指導(dǎo)開發(fā)調(diào)整。

圖1 板橋凝析油氣田區(qū)域構(gòu)造位置

1 氣液兩相滲流特征

凝析油氣藏開發(fā)初期地層壓力高于泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)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(tǒng)和高溫高壓PVT儀，對多孔介質(zhì)中的相變過程進(jìn)行詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)高于第一露點(diǎn)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(xiàn)混亂，此時壓力與P－V曲線折點(diǎn)對應(yīng)，為露點(diǎn)壓力，該壓力值低于無介質(zhì)時折點(diǎn)的壓力，然后小液滴分布整個空間，隨即運(yùn)移，部分附著于微珠表面；隨著壓力繼續(xù)降低，液體全部附著于微珠表面，并占據(jù)微珠接點(diǎn)及角隅，形成彎液面；最后，液體凝析呈連續(xù)分布，占據(jù)孔隙體積。

為了進(jìn)一步研究伴有相變過程的氣液兩相滲流機(jī)理，開展了物理模擬實驗。分別選用親油、親水兩種毛細(xì)管模型和平面填充玻璃微珠多孔介質(zhì)模型（物理參數(shù)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(shù)見表2），研究其滲流特征，實驗在50℃恒溫條件下進(jìn)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(guān)系（圖2、圖3）。結(jié)果表明，泵入量與壓力差成非線性關(guān)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(xì)管模型和多孔介質(zhì)模型參數(shù)

表2 實驗配置混合物參數(shù)

圖2 親水性多孔介質(zhì)注入量與壓力關(guān)系

圖3 親油性多孔介質(zhì)注入量與壓力關(guān)系

通過對凝析油氣藏進(jìn)行氣液兩相滲流實驗，可以得到如下認(rèn)識：

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

（2）流體的揮發(fā)與氣液流動速度、狀態(tài)以及壓力有一定的關(guān)系，壓力降低有利于液體揮發(fā)產(chǎn)生氣體。當(dāng)毛細(xì)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(xiàn)出非線性的曲線特征。當(dāng)毛細(xì)管半徑較小時，氣液流速相近，氣體揮發(fā)量主要受壓力的控制。

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

2 水驅(qū)開發(fā)特征

板橋地區(qū)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(dāng)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(dá)到束縛氣體飽和度后，自由氣體將發(fā)生流動，降低了油相滲流能力，所以注水時機(jī)應(yīng)選在自由氣體能夠流動以前，即在自由氣體飽和度達(dá)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(tài)，R.Bore等人曾利用微觀模型在高壓條件下進(jìn)行了油氣滲流規(guī)律研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在溶解氣驅(qū)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(xiàn)象很弱。這說明在低于飽和壓力的一個壓力范圍內(nèi)，只產(chǎn)生少量氣體或沒有氣體產(chǎn)出。因此，降壓開采過程中，當(dāng)壓力低于飽和壓力時，會產(chǎn)生自由氣體。從泡點(diǎn)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(diǎn)壓力到約泡點(diǎn)壓力的87%之間），氣泡的體積比較小，產(chǎn)出的氣體可以提高油氣混合物流動能力；②當(dāng)壓力繼續(xù)下降時，氣體會發(fā)生聚并現(xiàn)象，當(dāng)氣泡較大流經(jīng)孔喉時會發(fā)生變形，這時氣泡的存在成為原油流動的阻力。

當(dāng)壓力高于飽和壓力時，地層中只有油水兩相流動，在水驅(qū)過程中，水前緣有明顯指進(jìn)，流線流經(jīng)的地方，驅(qū)油效率高，前緣平滑。如果油藏壓力繼續(xù)下降，將產(chǎn)生不同的滲流機(jī)理，當(dāng)模型里存在大量氣泡時，使流線發(fā)生變化，在大于此壓力并沒有大量氣泡時，水驅(qū)過程首先形成一主流線，主流線兩側(cè)形成許多分支，這些分支產(chǎn)生繞流，逐漸增加波及面積。當(dāng)壓力較低時，產(chǎn)生大量氣泡，水前緣往往跟在大氣泡后面，連續(xù)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(yīng)首先發(fā)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(yīng)，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(chǎn)生的壓力脈沖，使地層容易形成水的指進(jìn)或通道，并且在形成指進(jìn)后水更難進(jìn)入未波及區(qū)，從而降低最終波及面積。因此，形成大量氣泡后會嚴(yán)重影響水驅(qū)開發(fā)效果，不利于油田的進(jìn)一步開發(fā)。

3 剩余油分布規(guī)律

通過開展不同壓力下的模擬實驗，認(rèn)為凝析油氣藏中氣體作用的強(qiáng)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(dǎo)致剩余油存在的孔道方向也無規(guī)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(yīng)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(qiáng)，剩余油分布規(guī)律性越差，研究表明當(dāng)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(xì)小孔道包圍的區(qū)域；②一些未波及的區(qū)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(jié)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(guān)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(chǎn)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(dāng)壓力低于泡點(diǎn)壓力的87%時，氣體的產(chǎn)出速度增加，并且發(fā)生聚并等現(xiàn)象，當(dāng)氣泡比較大時，在孔喉等處流動時會發(fā)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(chǎn)生了賈敏效應(yīng)，在更低的壓力下，原油的黏度增加，并且氣體的賈敏效應(yīng)更加嚴(yán)重，油氣滲流阻力增大。合適的注水時機(jī)為壓力降到泡點(diǎn)壓力的87%以上。

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