閆健，齊銀，劉曉娟

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司超低滲油藏研究中心，陜西 西安710028）

油氣藏中的啟動(dòng)壓力梯度主要是由于孔隙空間、流體性質(zhì)的綜合影響而產(chǎn)生的［1-3］?？紫犊臻g對(duì)油氣藏啟動(dòng)壓力梯度的作用體現(xiàn)在，當(dāng)孔隙空間較小時(shí)，相應(yīng)的孔喉半徑也很細(xì)小，微觀上使得表面分子力作用增強(qiáng)，原油邊界層厚度增大，原油流動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)壓力梯度也隨之上升；而這種效應(yīng)在低滲—特低滲油藏中表現(xiàn)得非常明顯。流體性質(zhì)對(duì)啟動(dòng)壓力梯度的影響主要體現(xiàn)在流體黏度等物性參數(shù)。本文通過(guò)室內(nèi)物理模型對(duì)單相水、單相油、束縛水下的油相啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行了研究，以更深入探索對(duì)低滲—特低滲油藏的滲流規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1 原理

對(duì)低滲砂巖單相流體滲流啟動(dòng)壓力梯度的測(cè)試方法［4-10］，目前大都采用穩(wěn)態(tài)“流量壓差法”，即在穩(wěn)態(tài)條件下，改變驅(qū)替壓差，測(cè)定不同驅(qū)替壓差下流體的滲流速度，作出流量與壓力梯度的關(guān)系曲線，利用滲流曲線反向延長(zhǎng)線與壓力梯度軸的交點(diǎn)求得擬啟動(dòng)壓力梯度（見(jiàn)圖1）。而非穩(wěn)態(tài)測(cè)量法則相反，它將流體從流動(dòng)到不流動(dòng)的壓力梯度臨界值作為其擬啟動(dòng)壓力梯度（c 點(diǎn)），而滲流曲線中非線性段與壓力梯度軸的交點(diǎn)作為最小啟動(dòng)壓力梯度（a 點(diǎn)）。

圖1 低滲透低速非達(dá)西滲流曲線

對(duì)于低滲巖心最小啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試，呂成遠(yuǎn)等人提出了毛細(xì)管平衡法［11］。其實(shí)驗(yàn)原理是通過(guò)巖心兩端連接的毛細(xì)管內(nèi)的液面高度差來(lái)建立巖心兩端的微小壓差（見(jiàn)圖2），經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定后，將巖心兩端液面的高度差看作最小啟動(dòng)壓力，與巖心長(zhǎng)度的比值即為最小啟動(dòng)壓力梯度。

本次實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管平衡法來(lái)直接測(cè)定最小啟動(dòng)壓力梯度，用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定單相油、單相水、束縛水下的油相在不同壓力梯度下的流速，然后通過(guò)回歸的方法計(jì)算得到另一最小啟動(dòng)壓力梯度，并對(duì)2 種方法獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)用巖心氣測(cè)滲透率為（0.021～3.684）×10-3μm2。

1.2 步驟

實(shí)驗(yàn)流程參照行標(biāo)SY/T 5358—2002，而束縛水的建立過(guò)程主要參照SY/T 5345—2007。

1.2.1 最小啟動(dòng)壓力梯度的直接測(cè)定

1）將巖心抽真空后飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水或地下水；

2）將巖心裝入巖心夾持器中，施加圍壓（高于驅(qū)替壓力1.5 MPa），用ISCO 泵以0.002 mL/min 的微流量驅(qū)替巖心，在巖心出口端出水后關(guān)泵；

3）記錄不同時(shí)間下巖心兩側(cè)液面高差Δh；直至Δh 穩(wěn)定后停止實(shí)驗(yàn)；

4）根據(jù)Δh 計(jì)算最小啟動(dòng)壓力梯度。

1.2.2 最小啟動(dòng)壓力梯度的間接測(cè)定

利用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)量流速-壓力梯度的關(guān)系曲線，對(duì)低速下的非線性段進(jìn)行擬合，計(jì)算低速非線性段與壓力梯度軸的截距，該截距值為最小啟動(dòng)壓力梯度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 最小啟動(dòng)壓力梯度直接測(cè)試結(jié)果

巖樣中測(cè)試流體為單相水時(shí)，所測(cè)得的最小啟動(dòng)壓力梯度（Gmin）見(jiàn)圖3。

圖3 單相水測(cè)試最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，滲透率在（0.021～3.684）×10-3μm2時(shí)，最小啟動(dòng)壓力梯度在0.131 00～0.003 15 MPa/m。另外，從圖中擬合曲線的走向可看出，最小啟動(dòng)壓力梯度隨滲透率增大而減小，最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率呈較好的冪函數(shù)關(guān)系。早期迅速降低，當(dāng)滲透率增大到大約為0.500×10-3μm2后，最小啟動(dòng)壓力梯度隨滲透率的增大變化不大。單相水最小啟動(dòng)壓力梯度與巖心氣測(cè)滲透率的關(guān)系式為

式中：Kg為巖石的氣測(cè)滲透率，10-3μm2。

2.2 最小啟動(dòng)壓力梯度間接測(cè)試結(jié)果

2.2.1 單相水啟動(dòng)壓力梯度

單相水的滲流曲線由較低壓力梯度下的非線性滲流段和較高壓力梯度下的擬線性段組成，而非線性段經(jīng)擬合，較好地符合二項(xiàng)式關(guān)系。非線性段與壓力梯度軸交點(diǎn)的壓力梯度即計(jì)算的最小啟動(dòng)壓力梯度。將計(jì)算得到的擬啟動(dòng)壓力梯度（G′）、最小啟動(dòng)壓力梯度（Gmin）與巖心氣測(cè)絕對(duì)滲透率（K）的關(guān)系進(jìn)行了擬合，結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

由圖4、圖5可看出，經(jīng)擬合，單相地層水滲流時(shí)，擬啟動(dòng)壓力梯度和最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率均呈較好的冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨巖心滲透率的減小，啟動(dòng)壓力梯度逐漸增大，滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度增加明顯。這主要是因?yàn)閱?dòng)壓力梯度與巖石孔隙度、巖石喉道半徑成反比。而對(duì)滲透率起主要作用的是巖石喉道，喉道半徑越小，滲透率越??；所以，巖石孔隙度越小，喉道半徑越小，啟動(dòng)壓力梯度越大，滲流阻力越大。

圖4 單相水計(jì)算擬啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系

圖5 單相水計(jì)算最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系

對(duì)比可知，在實(shí)驗(yàn)巖心滲透率測(cè)試范圍內(nèi)，擬啟動(dòng)壓力比最小啟動(dòng)壓力梯度大得多。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際看，用擬啟動(dòng)壓力梯度來(lái)描述低滲透油藏的啟動(dòng)壓力梯度不切實(shí)際。但是，用毛細(xì)管壓差法測(cè)定最小啟動(dòng)壓力時(shí)，為了達(dá)到巖心流動(dòng)的穩(wěn)定，耗時(shí)很長(zhǎng)，受設(shè)備和人為因素影響較大，不易測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的可靠性也不得而知。另外，從計(jì)算結(jié)果看，計(jì)算得到的最小啟動(dòng)壓力梯度比測(cè)定的最小啟動(dòng)壓力梯度要??；如果低壓力梯度下的測(cè)點(diǎn)足夠多，計(jì)算結(jié)果則更能反映低滲油藏的啟動(dòng)壓力梯度。

2.2.2 單相油啟動(dòng)壓力梯度

單相油滲流實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲流曲線也存在明顯的擬啟動(dòng)壓力梯度，而非線性段滿(mǎn)足較好的二項(xiàng)式關(guān)系。根據(jù)非線性段擬合方程求出最小啟動(dòng)壓力梯度，并與滲透率的關(guān)系進(jìn)行了擬合，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 單相油計(jì)算最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系

由擬合結(jié)果可知，單相油滲流時(shí)，最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系與單相水流動(dòng)時(shí)規(guī)律類(lèi)似，均呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，且滲透率越低，巖心啟動(dòng)壓力梯度增加越明顯。

2.2.3 束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度

束縛水下油相滲流曲線特征與單相水和單相油類(lèi)似，通過(guò)曲線擬合可得束縛水條件下油相滲流的最小啟動(dòng)壓力梯度（見(jiàn)圖7）。

圖7 束縛水下油相計(jì)算最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系

經(jīng)擬合，在束縛水條件下油相滲流時(shí)，最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率同樣呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。即滲透率越小，啟動(dòng)壓力梯度越大，且當(dāng)滲透率低于0.300×10-3μm2時(shí)，啟動(dòng)壓力梯度增加趨勢(shì)明顯。

2.2.4 不同流體的啟動(dòng)壓力梯度對(duì)比

從圖5—7 可以看出，不同流體狀況下的啟動(dòng)壓力梯度與滲透率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。即隨滲透率增加，啟動(dòng)壓力梯度減小。在滲透率低于0.300×10-3μm2時(shí)，巖心的最小啟動(dòng)壓力梯度受滲透率的影響更大，隨滲透率的減小，最小啟動(dòng)壓力梯度急劇增加。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在滲透率相同時(shí)，油相啟動(dòng)壓力梯度大于水相，主要原因是油相黏度大于水相黏度。另外，束縛水下的油相啟動(dòng)壓力梯度明顯大于油相和水相。其原因是，在束縛水條件下，由于巖石表面吸附水膜的存在，油相的滲流通道減小，加之賈敏效應(yīng)的影響，增加了油相流動(dòng)的滲流阻力，所以具有更大的啟動(dòng)壓力梯度。

3 啟動(dòng)壓力梯度對(duì)注采井距的影響

低滲透油田由于存在啟動(dòng)壓力梯度，注采井之間的壓力損耗較大。為了減少壓力損耗，最有效的方法是打加密井縮小井距，但是如果盲目地加密井網(wǎng)，勢(shì)必會(huì)增加投資成本和開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)；因此，確定極限注采井距對(duì)低滲透油田的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)具有重要意義［12-15］。

注采井間驅(qū)替壓力梯度表達(dá)式為

式中：GD為驅(qū)替壓力梯度，MPa/m；pe為地層壓力，MPa；pwf為 井 底 流 壓，MPa；pinj為 注 水 井 井 底 壓 力，MPa；R 為注采井距，m；r 為注水井與采油井之間地層中任意一點(diǎn)距注水井的距離，m；rw為井眼半徑，m。

某油田長(zhǎng)6 油藏基本參數(shù)：孔隙度為0.138，滲透率為2.4×10-3μm2，注水井底壓力為22.00 MPa，原始地層壓力為12.13 MPa，巖石總壓縮系數(shù)為2.38×10-3MPa-1，吸水指數(shù)為0.13 m3/（d·MPa·m），采油井井底流壓為4.00 MPa。根據(jù)單相油流動(dòng)計(jì)算得到的最小啟動(dòng)壓力梯度為0.009 0 MPa/m，而束縛水下油相流動(dòng)計(jì)算得到最小啟動(dòng)壓力梯度為0.014 8 MPa/m。根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算井間壓力梯度分布，確定極限井距，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 不同啟動(dòng)壓力梯度下的極限井距

由于驅(qū)替壓力梯度在注水井和生產(chǎn)井附近較大，但注采井之間逐漸減弱，在注采平衡點(diǎn)處最小，因此，依據(jù)不同注采條件下平衡點(diǎn)處的驅(qū)替壓力梯度與儲(chǔ)層最小啟動(dòng)壓力梯度就可以確定注采極限井距。若考慮單相油啟動(dòng)壓力梯度，極限井距為500 m；若考慮束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度，則極限井距為320 m。目前現(xiàn)場(chǎng)采用的菱形反九點(diǎn)注采井網(wǎng)，注采井距為300 m，注水后，無(wú)論是邊井和角井都已受效，這說(shuō)明，確定注采井距時(shí)只有考慮束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度才能建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng)。但若使用單相油啟動(dòng)壓力梯度確定的極限井距，注采井距大于320 m，則無(wú)法建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng)，井間原油得不到充分動(dòng)用。

4 結(jié)論

1）用毛細(xì)管壓差法測(cè)定最小啟動(dòng)壓力耗時(shí)很長(zhǎng)，受設(shè)備和人為因素影響較大，不易測(cè)定，而計(jì)算得到的最小啟動(dòng)壓力梯度更能反映低滲油藏的啟動(dòng)壓力梯度。

2）低滲油藏最小啟動(dòng)壓力梯度與滲透率均呈較好的冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。即隨滲透率增加，最小啟動(dòng)壓力梯度呈減小趨勢(shì)，滲透率越低，減小趨勢(shì)越明顯。要建立注采井間的有效驅(qū)替壓力梯度，須保證井間最低驅(qū)替壓力梯度高于油藏最小啟動(dòng)壓力梯度。

3）同等滲透率條件下，單相油啟動(dòng)壓力梯度要大于單相水，束縛水下的油相啟動(dòng)壓力梯度要明顯大于單相油和單相水。在確定注采井距或數(shù)值模擬過(guò)程中考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，應(yīng)考慮束縛水下的油相啟動(dòng)壓力梯度而不是單相油的啟動(dòng)壓力梯度。

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