地層壓力變化對低滲透油藏影響規律研究——以延長油田杏2005井區為例

王 楊，解 偉，趙豐年

（陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安710075）

對于地層構造和油水分布復雜、巖石物性差異大的低滲透油藏，在開發中后期地層壓力發生了很大的變化［1－4］。本文在延長油田杏2005油區相關資料、數據及現場實驗的基礎上，根據有效地層壓力的作用原理，采取了快速加壓、慢速加壓及循環加壓三種不同的實驗方法來模擬特低滲透油藏在開發過程中不同有效壓力儲層的影響情況，開展了降壓生產與油藏壓敏性之間的相關性分析。

1 實驗方法

1．1 實驗巖心及實驗條件

實驗巖心：實驗巖心為杏2005井區6口不同層段的天然巖心，巖心基礎數據表見表1。

實驗條件：參照標準SY／T6385－1999《覆壓下巖石孔隙度和滲透率測定方法》。實驗的工作介質為煤油，實驗中固定圍壓25 MPa。

表1 杏2005井區巖心基礎數據

1．2 實驗流程及評價方法

實驗測試流程如圖1所示。

儲層巖心地層壓力敏感性的評價方法：根據石油天然氣行業標準（SY／T5336，SY／T5358，SY／T6385），對儲層巖心的地層壓力敏感性可根據實驗測試數據計算的滲透率損害率和不可逆滲透率損害率進行評價。

滲透率損害率按公式（1）計算：

式中：Dk2——應力不斷增加至最高點的過程中產生的滲透率損害的最大值；K1——第一個應力點對應的巖樣滲透率，10－3μm2；K′min——達到臨界應力后巖樣滲透率的最小值，10－3μm2。

圖1 地層壓力敏感性測試流程圖

不可逆滲透率損害率可按公式（2）計算：

式中：Dk3——應力回復至第一個應力點后產生的滲透率損害率；K1——第一個應力點對應的巖樣滲透率，10－3μm2；K1r——應力回復至第一個應力點后的巖樣滲透率，10－3μm2。

根據Dk2、Dk3評價儲層巖心的應力敏感程度［5］。

2 壓力變化對滲透率的影響研究

對巖石的微觀結構的研究表明，油氣儲層是由一系列相互連通的孔隙組成，孔隙與孔隙連通的細小部分為喉道［6］。。在巖石受到壓力作用時，最先壓縮的是細小的喉道，而不是相對較大的孔隙，孔隙基本上不發生變化。隨著有效壓力的增大，未閉合的喉道數越來越少，且多為不易閉合的喉道，致使巖石受壓縮后的壓縮量減小，所以滲透率隨有效壓力的變化率逐漸減小［7］。容易發生彈性變形的喉道先發生變形，當容易發生彈性變形的喉道變形結束后，剩余不易發生彈性變形的喉道，因此滲透率損失逐漸減小。

2．1 有效壓力變化速率對滲透率損失的影響

以模擬地層水為介質，采用氣測滲透率和水測滲透率十分接近的兩塊巖樣分別進行不同加壓速率對比實驗，研究壓力增加的快慢對儲層的傷害程度。其中一塊采取快速加壓方式，有效壓力為5、10、15和20 MPa；對另一塊則采取慢速加壓方式，有效壓力從2．5一直增大到20 MPa。實驗結果見圖2。結果表明，慢速加壓能夠有效降低儲層傷害，使得滲透率損失率保持在較低的程度。

2．2 有效壓力變化對滲透率恢復程度的影響

對兩塊巖心杏2003井36號樣、杏2001井118號樣進行了增壓和降壓實驗，通過改變有效壓力的方法模擬地層壓力的恢復情況。

圖2 巖心滲透率損失率與加壓速率快慢曲線圖

在增壓過程中設計的有效壓力值依次為2．0、2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加壓過程是按照設計的有效壓力點，依次加壓到該有效壓力值，然后再按相反的順序降低有效壓力（恢復地層壓力）到最初值，結果如圖3、圖4所示。可以看出，在有效壓力逐漸減小后，滲透率不能有效恢復，表現出較強的塑性特征。同時還發現，巖心的滲透率越低，其滲透率的壓敏損失率越高。滲透率在（1～10）×10－3μm2時損失率小于50%；對于超低滲巖心（滲透率小于0．1×10－3μm2的巖心）滲透率損失率超過50%。在增壓過程中，其滲透率損失率介于40%～80%。

2．3 循環加壓對滲透率恢復的影響

通過“連續加壓－恢復循環”實驗模擬實際開采過程中通過連續關井恢復壓力及減小地層壓力對儲層的滲透率影響。

在增壓過程中設計的有效壓力值依次為2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加壓過程按照設計的有效壓力點，依次加壓到該有效壓力值，然后再按相反的順序降低有效壓力（恢復地層壓力）到最初值，再進入下一個加壓－降壓循環［8］。圖5給出了杏2001井（112－1）巖心連續循環加壓滲透率的變化曲線。第一次加壓滲透率下降幅度大，且有效壓力松弛后，滲透率恢復程度小；隨有效循環數不斷增加，滲透率下降幅度逐漸減小，且有效壓力降低后，滲透率恢復程度增加。但每一次加壓，滲透率都有一定程度的下降。經過六次循環，112－1號巖心加壓到15 MPa，其滲透率損失值為21%。

3 降壓開采對油藏壓敏性的影響研究

在特低滲透油藏中，若地層壓力系數較高，地層能量較為充足，則應該充分利用地層能量進行彈性開采。在開采過程中，地層壓力的下降必然導致巖層有效上覆壓力增大，使得油藏滲透率降低，這就是儲層巖石的應力敏感性質［9］。如果油藏孔隙壓力下降控制不合理，將會對油藏造成嚴重應力污染，進而影響油井產能。因此，合理控制油藏孔隙壓力的下降速率［10］，在適度的應力污染程度下，充分利用油藏地層能量，能夠獲得較高的采出程度［11］。

圖3 巖心滲透率與滲透率損失率隨有效壓力的變化

圖4 巖心滲透率與滲透率損失率隨有效壓力的變化

圖5 杏2001井112－1號樣連續循環變形曲線

本次實驗選用4塊滲透率接近的砂巖巖心，滲透率均在10×10－3μm2左右。將巖心分別進行洗油、干燥處理后，抽真空飽和地層水，在相同條件下分別用油驅水至束縛水飽和度為止，使得初始含油飽和度保持相同或相近。在巖心出口端加上回壓閥，通過調節回壓閥來控制巖心兩端的壓差，保持不同的孔隙壓力水平。固定圍壓為70 MPa，巖心孔隙壓力為60 MPa。分別將孔隙壓力降至50 MPa、40 MPa、30 MPa、20 MPa，觀察記錄產出流體的變化規律。

從圖6、圖7可知，通過降壓開采能夠采出部分巖心中的原油。當孔隙壓力降至50 MPa，即孔隙壓力保持率為71．4%時，彈性采收率最低；在孔隙壓力降至40 MPa，即孔隙壓力保持率為57．1%時，彈性采收率最高；而當孔隙壓力分別降至30 MPa、20 MPa時，彈性采收率均呈下降趨勢。

圖6 巖心彈性降壓開采采收率曲線

4 結論

（1）在特低滲油藏開采過程中，地層壓力的控制優為重要。不僅應該合理地控制采油速度，而且應緩慢降低油層壓力，以減少滲透率的損失，提高油藏的最終采收率。

圖7 壓力保持率與采收率曲線

（2）從現場應用角度來看，如果油田開發初期地層能量釋放太快，就會引起近井地層滲透率顯著下降，并且恢復程度小。而且通過頻繁的關井并不能從根本上減小由于地層壓力下降所造成的地層傷害。也就是說，如果某一生產壓力造成了地層傷害，關井后進行壓力恢復，然后再次以相同的生產壓力開采，那么還會造成更嚴重的地層傷害。

（3）油田彈性開采過程中，孔隙壓力降至一定值或孔隙壓力降低速率保持一定值時，地層的彈性能量得到了充分利用，此時油藏滲透率損傷較小，最終采收率較高。

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