鄭自剛，余光明，雷欣慧，張慶洲

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018)

0 引 言

鄂爾多斯盆地油氣資源為典型的低滲透油氣藏，隨著三疊系長(zhǎng)6和長(zhǎng)8油藏儲(chǔ)量和產(chǎn)量占比逐年上升，低滲透油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中注水能力下降和開(kāi)發(fā)效果不佳問(wèn)題日益凸顯。國(guó)內(nèi)外對(duì)于低滲透油藏研究主要集中在非達(dá)西滲流規(guī)律[1-3]、啟動(dòng)壓力梯度[4-6]等方面，而對(duì)低滲透油藏中特有的賈敏效應(yīng)[7]重視程度不足。目前對(duì)賈敏效應(yīng)的研究主要以賈敏效應(yīng)降低方法及評(píng)價(jià)[8-11]、產(chǎn)生機(jī)理[12-13]和影響因素[14-16]為主，通常以滲透率傷害程度(賈敏指數(shù))表示賈敏效應(yīng)的相對(duì)大小，對(duì)賈敏效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的定量表征及其對(duì)低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)的影響鮮有報(bào)道。為此，提出了一種基于理論計(jì)算和物理模擬相結(jié)合的定量表征水驅(qū)賈敏效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的方法[17-19]，并進(jìn)行不同滲透率巖心水驅(qū)賈敏效應(yīng)相關(guān)室內(nèi)評(píng)價(jià)分析，為認(rèn)識(shí)低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)的內(nèi)在機(jī)制和改善低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)效果提供借鑒。

1 定量表征方法

1.1 研究方法

以不考慮賈敏效應(yīng)的單向活塞式水驅(qū)油模型作為理論模型，考慮賈敏效應(yīng)的一維水驅(qū)油模型作為實(shí)際模型，通過(guò)式(1)～(2)計(jì)算得到流體注入過(guò)程中不同飽和度下的理論壓差和實(shí)測(cè)壓差。計(jì)算過(guò)程中，巖心中飽和度需根據(jù)式(3)折算為可動(dòng)流體飽和度，式(4)計(jì)算理論注入壓差。根據(jù)不同流體飽和度下的理論注入壓差和實(shí)測(cè)注入壓差，根據(jù)式(1)～(4)進(jìn)行計(jì)算，得到不同飽和度條件下的J(Sw)曲線(xiàn)。由式(5)～(6)可知，該方法可運(yùn)用于氣驅(qū)水驅(qū)后轉(zhuǎn)氣驅(qū)或氣水交替過(guò)程中賈敏效應(yīng)的定量表征。

p理論(Sw*)=pwSw*+po(1-Sw*)

(1)

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(4)

(5)

(6)

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)巖心采用滲透率為0.3～350.0 mD、長(zhǎng)度為30.0 cm、直徑為2.5 cm的人造巖心，地層水礦化度為60 000 mg/L，模擬油的黏度為1.5 mPa·s，實(shí)驗(yàn)溫度為78.4 ℃，注入速度為0.2 mL/min。實(shí)驗(yàn)儀器：中石大石油科技有限公司自主研發(fā)氣驅(qū)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其中，注入系統(tǒng)為美國(guó)ISCO泵，流速和壓力誤差小于0.005%，最高注入壓力為50 MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 賈敏系數(shù)隨含水率變化規(guī)律

圖1為不同滲透率巖心注水過(guò)程賈敏效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化情況。由圖1可知：滲透率不同，賈敏系數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線(xiàn)的形態(tài)不同，滲透率越低，賈敏系數(shù)增幅越快，賈敏系數(shù)最大值越大，其中，低滲曲線(xiàn)呈凹形逐漸增大，中高滲曲線(xiàn)呈不對(duì)稱(chēng)拋物線(xiàn)先增大后降低。分析認(rèn)為：高滲透巖心中，隨注水進(jìn)行，兩相區(qū)域逐漸增大，賈敏效應(yīng)增強(qiáng)，但由于高滲透儲(chǔ)層孔喉半徑大，分散的小油滴保持流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中易發(fā)生聚集合并為大油滴(油柱)，界面數(shù)量減少，賈敏效應(yīng)降低；低滲透、特低滲透儲(chǔ)層中，由于孔喉半徑小，賈敏效應(yīng)程度高，分散小油滴聚集合并為大油滴(油柱)需要克服的阻力大，隨兩相區(qū)域擴(kuò)大，賈敏效應(yīng)逐漸增大。

圖1 不同滲透率巖心注水過(guò)程賈敏效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化

2.2 賈敏系數(shù)最大值與滲透率定量關(guān)系表征

圖2為滲透率與賈敏系數(shù)最大值散點(diǎn)圖及趨勢(shì)線(xiàn)。由圖2可知：隨滲透率降低，賈敏系數(shù)最大值呈指數(shù)遞增。對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層，在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，賈敏效應(yīng)導(dǎo)致注水壓力逐漸增大，注水越來(lái)越困難，賈敏效應(yīng)導(dǎo)致的注水壓力梯度為理論值的3～4倍。

圖2 不同滲透率巖心中賈敏效應(yīng)最大值關(guān)系

2.3 賈敏效應(yīng)對(duì)水驅(qū)油過(guò)程的影響

2.3.1 水驅(qū)油過(guò)程對(duì)比

2.3.2 賈敏效應(yīng)對(duì)水驅(qū)效果影響機(jī)制分析

邊界層理論認(rèn)為，低滲透儲(chǔ)層的滲透率和滲流橫截面是可變的，將賈敏效應(yīng)的影響等效為有效流動(dòng)截面的降低。利用有效流動(dòng)截面可變理論模型分析了賈敏效應(yīng)對(duì)水驅(qū)效果的影響，并推導(dǎo)其計(jì)算公式，建立賈敏系數(shù)與有效流動(dòng)截面系數(shù)間的關(guān)系。恒速注入過(guò)程中，有效截面系數(shù)按照如下公式計(jì)算：

(7)

(8)

表1 不同滲透率巖心賈敏效應(yīng)、壓力和驅(qū)油效率對(duì)比

注：J(Sw)end為水驅(qū)結(jié)束時(shí)的賈敏效應(yīng)程度。

(9)

式中：Δp為注采壓差，MPa；L為注采直線(xiàn)距離，m；q為體積流速，m3/d；μ為流體黏度，mPa·s；K為滲透率，mD；A、A理論、A實(shí)際分別為流動(dòng)截面積、理論流動(dòng)截面積和實(shí)際流動(dòng)截面積，m2；v、v實(shí)際、v理論分別為線(xiàn)性推進(jìn)速度、實(shí)際線(xiàn)性推進(jìn)速度、理論線(xiàn)性推進(jìn)速度，m/d；Aeff(Sw)為有效截面系數(shù)。

圖4為2組不同滲透率巖心水驅(qū)油過(guò)程有效流動(dòng)截面系數(shù)動(dòng)態(tài)變化對(duì)比結(jié)果。由圖4可知：高滲透儲(chǔ)層初期有效流動(dòng)截面迅速下降，至最低值后緩慢抬升一定幅度，水驅(qū)結(jié)束時(shí)實(shí)際流動(dòng)截面積與理論截面積的比值接近于1；低滲透儲(chǔ)層有效流動(dòng)截面逐漸降至趨于穩(wěn)定，且降速逐漸變小，水驅(qū)結(jié)束時(shí)有效截面系數(shù)僅為0.4。滲透率越低，有效流動(dòng)截面系數(shù)越低，與達(dá)西理論公式偏離程度越高。

圖3 低滲和中高滲巖心含水率、驅(qū)油效率和賈敏效應(yīng)系數(shù)變化對(duì)比

圖4 不同滲透率巖心水驅(qū)過(guò)程驅(qū)油效率和有效截面系數(shù)動(dòng)態(tài)變化對(duì)比

特低滲透儲(chǔ)層中高賈敏效應(yīng)導(dǎo)致其可動(dòng)滲流截面積大幅降低，這是導(dǎo)致其驅(qū)油效率明顯低于中高滲透儲(chǔ)層的重要原因。

3 低滲透油藏提高采收率啟示

3.1 低滲透儲(chǔ)層基質(zhì)水驅(qū)后剩余油分布模型分析及建議

低滲透儲(chǔ)層基質(zhì)孔喉尺寸分布差異較大，注水過(guò)程中，一部分小孔道啟動(dòng)壓力梯度大，水不能進(jìn)入該區(qū)域，剩余油主要以油柱的形式存在，分布相對(duì)集中；部分相對(duì)大的孔道中水啟動(dòng)原油，隨著注水過(guò)程的進(jìn)行，賈敏效應(yīng)程度逐漸增大，流動(dòng)能力逐漸降至停止流動(dòng)，剩余油主要以油滴和油柱的形式存在，其分布具有整體分散、局部集中的特點(diǎn)；在大孔道中，賈敏效應(yīng)程度逐漸增大，流體仍保持流動(dòng)性，剩余油與中高滲透儲(chǔ)層一樣，主要以油膜的形式存在，具有分布零散的特點(diǎn)。對(duì)于低滲儲(chǔ)層基質(zhì)，剩余油主要分布在相對(duì)小的孔道中，其中，高啟動(dòng)壓力梯度和高賈敏效應(yīng)是造成驅(qū)油效率低的主要原因。

高滲儲(chǔ)層通過(guò)提高毛管數(shù)提高驅(qū)油效率，而低滲透儲(chǔ)層提高驅(qū)油效率應(yīng)以提高驅(qū)替壓差、降低賈敏效應(yīng)附加阻力和降低啟動(dòng)壓力梯度為主(表2)，使由于賈敏效應(yīng)鎖住的不可動(dòng)原油再次流動(dòng)，這是有效提高低滲透水驅(qū)油藏采收率的主攻方向。由表2可知，注氣是有效降低啟動(dòng)壓力梯度和賈敏效應(yīng)的有效方法。

表2 低滲透儲(chǔ)層提高驅(qū)油效率對(duì)策

3.2 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)巖心滲透率為2.28 mD，長(zhǎng)度為30 cm，實(shí)驗(yàn)溫度為78.4 ℃，末端回壓為10.5 MPa，最小混相壓力為16.0 MPa。恒速進(jìn)行水驅(qū)和CO2驅(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，CO2驅(qū)注入壓差比水驅(qū)結(jié)束時(shí)壓差低2.9 MPa，CO2驅(qū)能大幅降低注水壓力，驅(qū)油效率可在水驅(qū)效率36.0%的基礎(chǔ)上提高22.7個(gè)百分點(diǎn)。

表3 水驅(qū)后CO2驅(qū)注采壓差和驅(qū)油效率動(dòng)態(tài)變化

4 結(jié) 論

(1) 基于理論計(jì)算和物理模擬相結(jié)合定量表征賈敏系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，提出了一種新的評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：不同滲透率巖心賈敏效應(yīng)隨含水飽和度的變化曲線(xiàn)形態(tài)不同，滲透率越低，賈敏系數(shù)增幅越快，賈敏系數(shù)最大值越大，其中低滲透儲(chǔ)層呈凹形逐漸增大，中高滲透儲(chǔ)層呈不對(duì)稱(chēng)拋物線(xiàn)先增大后降低。

(2) 儲(chǔ)層滲透率和賈敏效應(yīng)系數(shù)最大值呈指數(shù)遞減關(guān)系，滲透率越低，賈敏系數(shù)越大。對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層，水驅(qū)賈敏效應(yīng)導(dǎo)致注采壓差比理論值提高3～4倍，是注水困難的原因之一。

(3) 有效截面系數(shù)降低可解釋賈敏效應(yīng)對(duì)低滲儲(chǔ)層注水開(kāi)發(fā)的影響。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，特低滲透儲(chǔ)層水驅(qū)后有效截面系數(shù)為0.4。賈敏效應(yīng)是導(dǎo)致低滲儲(chǔ)層含水上升快、驅(qū)油效率低的原因之一。

(4) 低滲透儲(chǔ)層剩余油主要分布在高啟動(dòng)壓力梯度的小孔道和高賈敏效應(yīng)的中小孔道中。氣驅(qū)是有效提高低滲儲(chǔ)層驅(qū)油效率的有效手段，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，CO2驅(qū)能有效降低低滲透儲(chǔ)層的注采壓差，并大幅提高驅(qū)油效率。