裂縫性特低滲儲層油水滲流特征研究

顏圣松，陳澤宇，李娟娟

(1.延長油田股份有限公司寶塔采油廠，陜西 延安 716000； 2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580; 3.延長油田股份有限公司南泥灣采油廠，陜西 延安 716000)

0 引言

延長油田寶塔采油廠屬于典型的低孔、特低滲儲層，天然微裂縫發育加之后期壓裂改造，儲層形成裂縫-基質雙重介質系統。該類油藏僅依靠天然能量開發，采收率低，一次采收率往往小于10%[1-2]。而采用常規注水對地層補充能量時，注入水易沿注水井周圍裂縫突進，導致基質波及體積較小，大大降低了原油采收率[3-5]。前人研究發現依靠毛管力進行油水置換的滲吸作用在該類油藏下作用顯著，裂縫或大孔道中的注入水靠毛管力的作用吸入基質巖塊中，基質內的原油則被置換進入裂縫，繼而被成功采出[6-8]。注水過程中，由于裂縫與基質間啟動壓力梯度的差異[9]，基質中的剩余油主要依靠滲吸置換作用進入裂縫，再以驅替的方式采出，對于裂縫性特低滲儲層存在著驅替和滲吸的雙重滲流作用[10-11]。

前人的研究主要集中在自發滲吸規律上，并未將滲吸-驅替這一完整過程進行詳盡研究，同時對滲吸壓力、基質裸露面積等參數的影響也未有全面認識[12-17]。該研究在借鑒油水滲流規律與注水開發動態規律研究的基礎上[18-20]，以姚280區塊天然長6巖心為載體，重點分析了基質裸露面積、滲透率以及滲吸壓力等因素對長6巖樣滲吸采出程度與采出速率的影響。通過基質滲吸排油特征研究與滲吸-驅替效率主控因素研究，揭示裂縫性特低滲儲層滲吸、滲流規律，為進一步科學指導裂縫性特低滲油藏注水開發提供理論依據。

1 實驗原理與方法

1.1 實驗裝置

體積法滲吸儀是靜態自發滲吸的實驗設備，如圖1所示。

圖1 體積法滲吸儀

動態驅替-滲吸的實驗設備有滲吸瓶、真空飽和裝置、洗油儀、巖心鉆取機、滲透率測試儀、孔隙度測試儀、電子天平、燒杯、巖心滲吸驅替裝置、巖心切割工具等，如圖2所示。

圖2 巖心動態驅替-滲吸實驗裝置

1.2 實驗材料

1)實驗流體

實驗模擬油是由寶塔采油廠姚280井區井口脫水原油與煤油按1∶3配制而成的。實驗用水為模擬地層水(按照NaCl∶CaCl2∶MgCl2·6H2O=7∶0.6∶0.4進行配制)，礦化度設定為25 000 mg/L。

2)實驗巖心

巖心樣品取自寶塔采油廠姚280區塊長6儲層的天然巖心，潤濕性為中性偏水濕，巖心具體參數見表1。根據不同實驗的影響因素的需要，選用具有合適孔滲參數的巖心并進行處理。

表1 巖心基本參數

動態滲吸-驅替實驗材料有模擬地層水、模擬油、天然巖心(通過孔滲數據測試驗證，靜態滲吸實驗后對巖心進行洗油-烘干后，巖心性質與靜態實驗前基本一致，所以為便于與靜態滲吸規律進行對比，巖心盡量采用之前實驗所用巖心重新洗油烘干后所得)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 基質滲吸排油特征研究

結合行業標準SY/T 7307—2016致密油氣儲層巖石物理實驗室測量技術規范進行體積法基質滲吸排油特征實驗研究。這種實驗方法依靠滲吸儀計量不同時間點滲吸排油的體積，從而計算采出程度。首先將飽和好模擬油的巖樣放入充滿模擬地層水的滲吸儀中，在室溫條件或放到設定好的滿足實驗要求溫度的恒溫箱內，讀取滲吸儀刻度，最后計算滲吸驅油速度和采出程度。滲吸裝置滲吸儀如圖3所示。

圖3 體積法滲吸裝置

體積法所用滲吸儀構造簡單，易于操作，但是滲吸的液滴易吸附在內壁上或是堵在縮頸的位置。讀數前，為了使吸附在滲吸儀壁面和巖心表面的油珠上升到刻度管中，減小讀數誤差，可以輕微地搖晃滲吸儀。

1.3.2 滲吸-驅替實驗

致密油藏體積壓裂改造后形成的雙重介質系統水驅過程中存在兩種機理:驅替壓力控制下的驅替作用和毛管壓力控制下的滲吸作用。該研究利用研究區天然巖心樣品造縫處理后開展室內水驅物理模擬實驗，對研究區水驅過程中動態驅替-滲吸特征規律進行研究，明確滲透率、驅替壓差等因素的影響規律。

動態驅替-滲吸的實驗方法為將巖心進行造縫處理，制作為裂縫性巖心，進行水驅，模擬裂縫性油藏雙重介質的水驅過程。注水沿著裂縫進行驅替，裂縫與基質發生水油滲吸置換，最終由注入水將置換出的油驅走。

2 實驗結果與討論

2.1 基質滲吸排油特征研究

2.1.1 巖心裸露面積

利用聚四氟乙烯將研究區長6儲層天然巖心密封，具體參數見表2，模擬不同邊界條件下的滲吸過程，具體實驗數據見表3。

表2 不同巖心裸露面積下滲吸實驗巖心物性參數表

表3 不同巖心裸露面積下的巖心自然滲吸實驗結果

自然滲吸實驗結果如圖4和圖5所示。

圖4 巖心滲吸采出程度與時間的關系曲線

圖5 巖心滲吸速度與時間的關系曲線

由圖4與圖5可知，全部與水接觸的巖心(裸露面積43.57 cm3)滲吸速度與采收率明顯高于四周封閉的巖心(裸露面積4.867 cm3)。在相同物性條件下，巖心裸露面積越大，滲吸效果越好。分析認為，當巖心僅裸露上下兩端時，由于裸露面積較小且裸露面間距較遠，正向滲吸難以進行僅可發生逆向滲吸；而對于裸露面積為43.57 cm3的巖心樣品，正向滲吸及逆向滲吸同時進行，油水置換充分則滲吸速度快且滲吸采出程度高。因此，在致密油藏注水開發中，體積壓裂及時可以有效改善注入水與儲層直接接觸面積，增強滲吸效果。

2.1.2 滲透率

選取4塊不同滲透率的巖心進行自然滲吸驅油實驗，實驗參數見表4，具體實驗結果如圖6、圖7和圖8所示。

表4 不同滲透率巖心物性參數表

圖6 滲吸采出程度與時間的關系曲線

圖7 滲吸速度與時間的關系曲線

圖8 壓力影響滲吸實驗直方圖

對于不同滲透率巖心自然滲吸實驗結果，可以得出以下結論：

1)由圖6可知，所選4塊巖心樣品最終采出程度差別較大，其中S48-3采出程度為19.3%而S48-4巖心樣品采出程度僅為4.9%。最終采出程度與滲透率大小呈正相關，當滲透率小時，吸水出油能力相對較差，隨著滲透率((0.506～0.721)×10-3μm2)的增加，孔喉間連通性增強，故滲吸采出程度增加。

2)由圖7可知，巖心自發滲吸時間主要集中于前100 min，滲吸速度在10 min內即可達到最大值，后續過程中滲吸速度與滲吸時間呈負相關。4塊巖心樣品中，隨著滲透率的升高，巖心滲吸速度衰竭越快。

2.1.3 滲吸壓力

理論上高壓的滲吸介質能夠為其進入巖心基質深部提供動力，但高壓滲吸介質又會對滲吸置換原油的排出造成一定的抑制，因此有必要研究滲吸壓力對滲吸效果的影響規律。由于實驗過程中設備儀器均在高壓環境下，故選擇在高壓反應釜里進行，每塊巖心只能得到最終的采出程度，實驗數據見表5。

表5 壓力影響滲吸實驗數據表

理論上滲吸圍壓對滲吸置換采出程度的影響是把雙刃劍，對于研究區儲層而言，存在一個最佳的滲吸圍壓值，通過室內模擬實驗發現，實驗條件下，滲吸圍壓約為4 MPa時，其最終采出程度可達12.56%。當圍壓低于4 MPa時隨壓力升高，滲吸介質更多地進入巖心基質，使得滲吸置換程度有所提高；壓力繼續升高時，周圍高圍壓環境對基質內原油外排的抑制作用加劇，導致滲吸采出程度開始降低。因此實際生產中需注意裂縫系統與基質間壓差處于適宜的水平。

2.1.4 微裂縫對滲吸排油效率的影響

研究區長6儲層屬于非常規致密儲層，存在天然裂縫，裂縫對滲吸基質單元的形狀影響較大。所制巖心樣品均為Φ2.5 cm的巖樣，因此對研究區長6巖心進行人工造縫處理，來模擬天然裂縫對油水滲吸置換效果的影響，其中S37-7巖心為裂縫性巖心、S37-8巖心為純基質巖心。自發滲吸實驗結果見表6。

表6 有無裂縫巖心自發滲吸實驗結果

模擬天然裂縫的自發滲吸實驗結果如圖9和圖10所示。

圖9 巖心滲吸采出程度與時間的關系曲線

圖10 巖心驅油速度與時間的關系曲線

圖9與圖10為滲吸采出程度和滲吸速度受裂縫影響的實驗曲線，分析對比可以發現:有裂縫的S37-7巖心樣品采出程度可達16.56%，而無裂縫的S37-8號巖心樣品采出程度僅為11.24%，且S37-7號巖心滲吸采出速度始終高于S37-8號巖心樣品。裂縫的存在對自發滲吸影響很大，裂縫系統越發育越有利于滲吸作用的發生。

2.2 滲吸-驅替效率主控因素及其影響規律研究

2.2.1 滲透率影響

選取不同滲透率的巖心(S48-1，S48-2，S48-3，S48-4)，驅替速度設定為0.04 ml/min，考察滲透率對動態驅替滲吸采出程度影響規律，結果見表7、圖11。

表7 不同滲透率巖心驅替滲吸效果統計

圖11 滲透率與滲吸采出程度的關系曲線

根據圖11可知，滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，隨著滲透率的增加，滲吸采出程度呈現遞增趨勢，與靜態自發滲吸趨勢一致。但隨滲透率的升高，遞增幅度較小。將巖心滲透率與驅替滲吸采出程度的數據進行回歸，得到在滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時的擬合公式:

y=-56.766x2+106.88x-33.92

(1)

將驅替-滲吸實驗與靜態自發滲吸實驗結果相對比，結果見圖12。

圖12 不同滲透率巖心動態驅替與靜態滲吸采出程度對比

由圖12可得，當巖心滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，驅替采出程度小于靜態滲吸且滲透率越大采出程度差值越大，當滲透率為0.721×10-3μm2時采出程度差別最大達到5.63%。分析認為:該研究所用巖心處于夾持器內，巖心外表面被膠套密封，因此實際與注入水接觸面積僅為巖心端面與裂縫面，裂縫內壓力與含水飽和度均較高，裂縫內水洗較徹底，但基質內大量剩余油仍未發生滲吸作用而滯留。而對于實驗中所用的巖心其滲吸作用較強烈，在靜態滲吸條件下與滲吸介質接觸面積大，且排油出口較多，而動態驅替過程中僅裂縫排油，且裂縫中高壓系統對基質內滲吸出的油向裂縫內運移具有抑制作用，因此基質滲吸采出量與裂縫內洗油量之和小于靜態滲吸采出量。

2.2.2 壓力梯度影響

在巖心樣品和滲流介質給定的條件下，一定的驅替壓差與一定的穩定驅替速度一一對應，兩者均反映了當前壓力梯度下的滲流狀態，因此研究了壓力梯度與驅替效果之間的規律。實驗選用姚280井區的5塊巖心，造縫后進行水驅油實驗，以出口端油量變化小于0.1 ml/2 h為驅替結束標志，實驗結果見表8，驅替壓力梯度與采出程度關系見圖13。

表8 驅替壓力梯度對采出程度影響實驗結果

圖13 驅替壓力梯度與采出程度關系

通過圖13可以看出，當驅替壓力的梯度小于0.3 MPa/cm時驅替采出程度相差不大，其中壓力梯度為0.3 MPa/cm時的S52-2巖心采出程度僅比壓力梯度為0.1 MPa/cm時的S37-7號巖心高0.48%。當壓力梯度達到0.5 MPa/cm時，巖心采出程度提升明顯達到9.09%。分析認為在壓力梯度小于0.3 MPa/cm時基質基本未參與驅替滲流，因此驅替采出程度較低；當壓力梯度逐漸增大，越來越多的基質孔隙參與驅替滲流，因此有大量原油被驅替采出。可以看出，研究區基質發生有效滲流需0.3 MPa/cm以上的壓力梯度，這在實際生產中是難以實現的，因此單憑常規驅替技術難以動用該區基質剩余油。

3 結論

1)姚280區塊基質壓力梯度在0.3 MPa/cm以上，此壓差在礦場中難以實現，故單憑常規驅替難以動用該區基質剩余油。

2)相同物性條件下，巖心表面裸露面積越大，滲吸效果越好。因此，在特低滲油藏注水開發中，體積壓裂可以有效改善注入水與儲層直接接觸面積，增強滲吸效果。

3)滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，靜態自發滲吸作用主要發生在前960 min，滲吸速度迅速達到峰值后逐漸減小，直至自然滲吸作用停止。滲透率越大，巖心早期滲流速度越快，油水滲吸置換作用會較早停止。

4)實驗條件下隨著滲吸圍壓升高，置換程度先上升后下降，約為6 MPa時最佳，因而在實際生產中需注意裂縫系統與基質間壓差處于適宜的水平。