宋 璠，姚瑞香，褚淑敏，安振月，張紹嶺

（1.中國(guó)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(guó)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(dòng)、壓力的降低、相的變化和相間質(zhì)量的傳輸，滲流速度會(huì)發(fā)生變化，給油氣開(kāi)發(fā)造成了很大困難［1－4］。本文通過(guò)對(duì)大港油田板橋地區(qū)凝析油氣藏開(kāi)展氣液兩相滲流實(shí)驗(yàn)，分析滲流機(jī)理，進(jìn)而總結(jié)水驅(qū)開(kāi)發(fā)特征以及剩余油分布規(guī)律，為凝析油氣藏開(kāi)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(méi)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(kāi)發(fā)近30年，目前開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)微觀觀察系統(tǒng)和高溫高壓PVT儀，對(duì)多孔介質(zhì)中的相變過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)高于第一露點(diǎn)壓力時(shí)，視場(chǎng)清晰可見(jiàn)，流體為無(wú)色透明氣體；隨著壓力的下降，流體突然出現(xiàn)混亂，此時(shí)壓力與P－V曲線折點(diǎn)對(duì)應(yīng)，為露點(diǎn)壓力，該壓力值低于無(wú)介質(zhì)時(shí)折點(diǎn)的壓力，然后小液滴分布整個(gè)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(guò)程的氣液兩相滲流機(jī)理，開(kāi)展了物理模擬實(shí)驗(yàn)。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(jiàn)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(jiàn)表2），研究其滲流特征，實(shí)驗(yàn)在50℃恒溫條件下進(jìn)行。

通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)，油氣比隨著泵入速度的降低而增加，而管徑較大時(shí)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(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)凝析油氣藏進(jìn)行氣液兩相滲流實(shí)驗(yàn)，可以得到如下認(rèn)識(shí)：

（1）伴有相變過(guò)程的氣液兩相流體是隨著流動(dòng)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(shí)在實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)，絕對(duì)壓力降低較小，此時(shí)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(shí)，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(rùn)濕性有一定的關(guān)系，潤(rùn)濕性的不同影響著氣液的分離。液體潤(rùn)濕親油介質(zhì)的能力較潤(rùn)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(kāi)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(kāi)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(shí)，有一部分自由氣體析出，但不流動(dòng)，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(dòng)，降低了油相滲流能力，所以注水時(shí)機(jī)應(yīng)選在自由氣體能夠流動(dòng)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(guò)程中，潤(rùn)濕性不起主要作用；在緩慢壓力衰減過(guò)程中，成泡現(xiàn)象很弱。這說(shuō)明在低于飽和壓力的一個(gè)壓力范圍內(nèi)，只產(chǎn)生少量氣體或沒(méi)有氣體產(chǎn)出。因此，降壓開(kāi)采過(guò)程中，當(dāng)壓力低于飽和壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自由氣體。從泡點(diǎn)壓力觀測(cè)實(shí)驗(yàn)可知：①壓力降低到飽和壓力以下時(shí)，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(dòng)能力；②當(dāng)壓力繼續(xù)下降時(shí)，氣體會(huì)發(fā)生聚并現(xiàn)象，當(dāng)氣泡較大流經(jīng)孔喉時(shí)會(huì)發(fā)生變形，這時(shí)氣泡的存在成為原油流動(dòng)的阻力。

當(dāng)壓力高于飽和壓力時(shí)，地層中只有油水兩相流動(dòng)，在水驅(qū)過(guò)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(shí)，使流線發(fā)生變化，在大于此壓力并沒(méi)有大量氣泡時(shí)，水驅(qū)過(guò)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(shí)，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(huì)形成一個(gè)通道，在特定的孔道里流動(dòng)，而水則會(huì)跟在氣泡后面，形成一個(gè)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(huì)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(guò)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(huì)嚴(yán)重影響水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，不利于油田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

3 剩余油分布規(guī)律

通過(guò)開(kāi)展不同壓力下的模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為凝析油氣藏中氣體作用的強(qiáng)弱對(duì)剩余油的形成與分布均具有明顯的影響。實(shí)驗(yàn)觀察表明兩條繞流水線即將會(huì)合，會(huì)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(wú)規(guī)律。同時(shí)，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(dòng)［10］，這樣就形成大量的剩余油?？傊S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(shí)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(dòng)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(guò)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(duì)于低壓條件下伴有相變過(guò)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(duì)壓力降低較小，氣液滲流速度不同，產(chǎn)生多級(jí)分離，因而滲流速度增大，氣液比增大。

（2）在降壓注水開(kāi)采過(guò)程中，當(dāng)壓力低于泡點(diǎn)壓力的87%時(shí)，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(shí)，在孔喉等處流動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生變形，這時(shí)氣泡的存在成為原油流動(dòng)的阻力。在較低壓力下，含氣原油流動(dòng)過(guò)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(shí)機(jī)為壓力降到泡點(diǎn)壓力的87%以上。

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