賈 然 史曉波 于 文 于 佳

(①中國石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司；②中國石油遼河油田分公司興隆臺(tái)采油廠)

0 引 言

南堡凹陷屬于黃驊坳陷的次級(jí)構(gòu)造單元，受其構(gòu)造演化特征影響，形成一個(gè)斷陷盆地[1]。東營組自下而上發(fā)育完整，符合沉積旋回特征，劃分為東一、二、三段，儲(chǔ)層物性逐漸變差。東二段整體以中孔、低-特低滲為主。受沉積微相及成巖作用影響，該地區(qū)儲(chǔ)層連通性差、分子表面作用力強(qiáng)，啟動(dòng)壓力梯度現(xiàn)象明顯。啟動(dòng)壓力梯度的存在直接影響低滲透油藏的開發(fā)效果，且該實(shí)驗(yàn)開展時(shí)間較短，近期認(rèn)識(shí)才得以逐漸深化，形成一套系統(tǒng)的可以應(yīng)用推廣的行業(yè)認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)極為迫切[2]。筆者查閱大量文獻(xiàn)資料，通過多維實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，總結(jié)出一套以氣體作為輸出壓力，通過精密氣體計(jì)量泵準(zhǔn)確計(jì)量的方法。該方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用較好，并通過水、油單相驅(qū)及束縛水下油驅(qū)分別求得的啟動(dòng)壓力梯度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最終確定束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度的結(jié)果參考價(jià)值更高，因此通過該方法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更貼近實(shí)際生產(chǎn)注采情況，對(duì)于后期采油井改注及注采壓差調(diào)整、注采井距選擇等都能提供理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)方法與裝置

對(duì)于室內(nèi)啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)方法的選擇，大體上分為恒速法和恒壓法，輸出動(dòng)力主要是通過液體泵驅(qū)替。首先，采用恒速法實(shí)驗(yàn)的過程中，特別對(duì)于低滲透巖心來說，很難實(shí)現(xiàn)較小流量下穩(wěn)定輸出，實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)滯后性嚴(yán)重；其次，液體泵長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，泵壓精度降低，雙泵切換過程中的壓力轉(zhuǎn)換對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有影響，偏差超過可修正區(qū)間?；谝陨显颍疚牟捎脷庠摧敵龅暮銐悍ㄟM(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，可有效避免由于設(shè)備原因造成的實(shí)驗(yàn)誤差。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文選取南堡凹陷東二段共60塊天然巖心，其中水相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)巖心20塊，油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)巖心20塊，束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)巖心20塊。所有天然巖心均參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29172-2012《巖心分析方法》進(jìn)行洗油處理，并經(jīng)過烤箱恒溫105℃烘烤48 h。巖心氣體滲透率為2.15～16.68 mD，直徑為2.49～2.52 cm，長(zhǎng)度為4.20～4.25 cm(表1)，地層流體礦化度3 000～25 000 mg/L，模擬油粘度2～50 mPa·s。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，先要把樣品抽空處理24 h，然后根據(jù)地層礦化度及油粘度配置模擬地層水和模擬油進(jìn)行加壓飽和，一般依據(jù)樣品氣體滲透率確定飽和時(shí)間，同時(shí)保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫濕度恒定。

表1 南堡凹陷東二段巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(部分)

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 單相水啟動(dòng)壓力梯度

將飽和模擬地層水的巖心放入夾持器中，環(huán)壓恒定設(shè)置2 MPa，檢查管線接頭氣密性，優(yōu)化管線減少死體積。根據(jù)巖心氣體滲透率擬定實(shí)驗(yàn)方案，選定足夠小壓力作為實(shí)驗(yàn)起始?jí)毫?，起始?jí)毫x取越小實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度越高。通過精密氣體計(jì)量泵調(diào)節(jié)起始?jí)毫?.001 MPa，如果夾持器尾端沒有液體流出，逐漸增加起始?jí)毫?，直到巖心驅(qū)替通過液體，待驅(qū)替液輸出穩(wěn)定，一般驅(qū)替10～15倍孔隙體積后，使用秒表計(jì)量單位時(shí)間液體驅(qū)替量，準(zhǔn)確計(jì)算流速，然后繼續(xù)下一個(gè)壓力點(diǎn)的測(cè)量(壓力間隔選取不宜過大)。待10個(gè)壓力點(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束后，以壓力梯度為橫坐標(biāo)、流速為縱坐標(biāo)繪制實(shí)驗(yàn)曲線圖(圖1)。

圖1 啟動(dòng)壓力梯度典型實(shí)驗(yàn)曲線圖(單相水)

1.3.2 單相油啟動(dòng)壓力梯度

單相油啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)與單相水的實(shí)驗(yàn)大體相同，區(qū)別在于巖心飽和模擬油，且驅(qū)替介質(zhì)亦為模擬油。一般氣體滲透率相同或相差不大的情況下，單相油啟動(dòng)壓力梯度比單相水大，主要受巖心潤(rùn)濕性及流體粘度等影響，所以在進(jìn)行單相水實(shí)驗(yàn)后，單相油實(shí)現(xiàn)壓力點(diǎn)的取值一般大于單相水實(shí)驗(yàn)壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后繪制曲線圖(圖2)。

圖2 啟動(dòng)壓力梯度典型實(shí)驗(yàn)曲線圖(單相油)

1.3.3 束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度

依據(jù)國標(biāo)GB/T 28912-2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》，將飽和模擬地層水的巖心經(jīng)模擬油進(jìn)行驅(qū)替，先從低流速進(jìn)行油驅(qū)水，逐漸增加驅(qū)替速度直至沒有水流出為止，建立穩(wěn)定的束縛水狀態(tài)。再依據(jù)前文提到的驅(qū)替流程，進(jìn)行束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后繪制曲線圖(圖3)。

圖3 啟動(dòng)壓力梯度典型實(shí)驗(yàn)曲線圖(束縛水下油相)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

歸納60個(gè)樣品的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制單相水、單相油及束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度的“流速-壓力梯度”關(guān)系曲線圖。通過關(guān)系曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，曲線起始點(diǎn)無限接近于x軸，且不過原點(diǎn)，曲線形態(tài)近似二次曲線(拋物線)，且相關(guān)系數(shù)較高。曲線存在較明顯的線性段和非線性段，當(dāng)壓力較小時(shí)，非線性段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響更大，這就是前文提到的以更小的實(shí)驗(yàn)壓力作為起始?jí)毫Φ脑?。通過求解拋物線方程，即在y=0(流速為0 mL/min)時(shí)，曲線與x軸的正向交點(diǎn)為最小啟動(dòng)壓力梯度。

y=ax2+bx+c

(1)

(2)

其中a、b、c為方程回歸常數(shù)。通過此方法所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可較好地用于低滲透油藏，但很難判斷達(dá)西段與非達(dá)西段區(qū)間，需要進(jìn)一步加強(qiáng)中高流速狀態(tài)的研究，建立起完整的滲流體系。通過實(shí)驗(yàn)求得南堡凹陷東二段巖心啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 南堡凹陷東二段巖心啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 氣體滲透率與啟動(dòng)壓力梯度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.1 單相水啟動(dòng)壓力梯度

通過表2數(shù)據(jù)可見，單相水啟動(dòng)壓力梯度受氣體滲透率的影響存在差異。氣體滲透率越大的樣品，往往出現(xiàn)啟動(dòng)壓力梯度更小的現(xiàn)象。不同氣體滲透率的樣品存在啟動(dòng)壓力梯度變化的拐點(diǎn)，一旦拐點(diǎn)出現(xiàn)，隨著氣體滲透率的降低啟動(dòng)壓力梯度增大趨勢(shì)明顯，而氣體滲透率增大時(shí)啟動(dòng)壓力梯度降低趨勢(shì)變緩。依據(jù)曲線形態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)氣體滲透率和單相水啟動(dòng)壓力梯度呈現(xiàn)較好的乘冪負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4)。

圖4 氣體滲透率與單相水啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系曲線

3.2 單相油啟動(dòng)壓力梯度

單相油啟動(dòng)壓力梯度與氣體滲透率的關(guān)系曲線與單相水的類似。拐點(diǎn)位置向原點(diǎn)方向偏移，說明同樣氣體滲透率條件下，單相油啟動(dòng)壓力梯度大于單相水啟動(dòng)壓力梯度，且氣體滲透率的正反向變化對(duì)單相油啟動(dòng)壓力梯度的影響更突出。氣體滲透率和單相油啟動(dòng)壓力梯度呈現(xiàn)較好的乘冪負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)。

圖5 氣體滲透率與單相油啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系曲線

3.3 束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度

束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)是本文周期最長(zhǎng)、干擾因素影響最大的實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖6)也可以發(fā)現(xiàn)，其受限于造束縛水結(jié)果的好壞，可動(dòng)用地層

圖6 氣體滲透率與束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系曲線

水是否完全排出，束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度結(jié)果遠(yuǎn)大于單相水、單相油實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但與氣體滲透率的對(duì)應(yīng)關(guān)系類似，說明通過物性參數(shù)氣體滲透率的數(shù)值可以與不同流體狀態(tài)下的啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)，兩者良好的乘冪負(fù)相關(guān)關(guān)系是實(shí)驗(yàn)中不同流體狀態(tài)下的共性。

4 探討與評(píng)價(jià)

在低滲透油藏中，啟動(dòng)壓力梯度的存在已經(jīng)得到普遍共識(shí)，中高滲透油藏是否存在啟動(dòng)壓力梯度還處在探討爭(zhēng)論階段。啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要應(yīng)用于注采井距的調(diào)整以及采油井轉(zhuǎn)注的選取。低滲透油藏注采井之間的壓力損耗是采收率降低的直接原因，單純提高注采壓差并不能解決低滲透油藏內(nèi)部由黏土礦物造成的敏感性傷害，加大注采井密度是可以改善采收率降低的有效手段，但考慮到開采成本及開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，基于啟動(dòng)壓力梯度模擬實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，建立極限注采井距的圖板，對(duì)研究區(qū)低滲透油藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)具有重要意義。

根據(jù)不同流體狀態(tài)下計(jì)算的啟動(dòng)壓力梯度和以下公式[3]可求得不同壓力梯度下的極限注采井距。選取不同注采壓差條件下，氣體滲透率和極限注采井距之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立關(guān)系曲線圖(圖7)以便查閱。

圖7 不同注采壓差下地層氣體滲透率和極限井距的關(guān)系曲線

(3)

式中：pH為注水井井底流壓，MPa；pW為采油井井底流壓，MPa；R為注采井距，m;rW為井筒半徑，m；λ為啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m。

通過圖7可以發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)壓力梯度和注采井距存在一定相關(guān)性：?jiǎn)?dòng)壓力梯度越大極限注采井距越??；束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度對(duì)應(yīng)的注采井距比另兩種單相流體對(duì)應(yīng)的結(jié)果明顯變小。通過所選井組實(shí)際注采井距發(fā)現(xiàn)，束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度對(duì)應(yīng)的注采井距更符合實(shí)際注采情況，據(jù)此可建立有效的驅(qū)替系統(tǒng)，充分動(dòng)用井間油藏[4-5]。憑借此數(shù)據(jù)圖板，不斷擴(kuò)充研究區(qū)數(shù)據(jù)量，進(jìn)一步豐富完善圖板的應(yīng)用性，并在南堡凹陷東二段進(jìn)行有效推廣。

5 結(jié) 論

(1)南堡凹陷東二段低滲透油藏存在啟動(dòng)壓力梯度，單相水啟動(dòng)壓力梯度平均值為0.012 4 MPa/m，單相油啟動(dòng)壓力梯度平均值為0.017 5 MPa/m，束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度平均值為0.053 2 MPa/m，啟動(dòng)壓力梯度影響低滲透油藏的注采開發(fā)。

(2)通過對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)方法及前人的研究成果，總結(jié)出以氣源輸出的恒壓法進(jìn)行啟動(dòng)壓力梯度驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，該方法實(shí)驗(yàn)精度高，可進(jìn)行推廣研究。

(3)通過單相流體(單相水、單相油)及束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，研究區(qū)內(nèi)三種驅(qū)替狀態(tài)下的巖心啟動(dòng)壓力梯度與氣體滲透率都呈現(xiàn)良好的乘冪負(fù)相關(guān)關(guān)系，且后者遠(yuǎn)大于單相流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度更符合生產(chǎn)實(shí)際，數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)用更優(yōu)于單相流體實(shí)驗(yàn)。

(4)以束縛水下油相啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制南堡凹陷東二段低滲透油藏不同注采壓差下地層氣體滲透率和極限注采井距的關(guān)系曲線圖，為該區(qū)塊注水壓力的調(diào)整及采油井轉(zhuǎn)注的選取提供理論支撐。