低渗透油藏注水开发的生产特征及影响因素何秋轩　阮　敏　王志伟西安石油学院摘要:低渗透油藏注水困难的原因有低渗透非达西渗流视渗透率的变化、油水两相渗流的有效渗透率降低、地层压力降低所引起的压力敏感性伤害和注入水质不合格所引起的不配伍性伤害等。

针对这些影响因素,阐明了改善低渗透油田注水开发效果的途径。

关键词:低渗透非达西渗流;视渗透率;有效渗透率;压力敏感性伤害中图分类号:TE 348 文献标识码:A文章编号:1009-9603(2002)02-0006-04引言力不断升高,油井供液不足,产量递减快,采油速度低。

在增产增注措施效果不理想的情况下,往往采用提高注水压力的方法来提高注水量和注采压差。

高压注水能在一定程度上增加注水量,但不能改变注水量降低和相应生产井产液量下降的问题。

当注水压力增加到地层破裂压力以上时,地层产生裂缝。

裂缝可能扩展到泥岩层或盐岩层,注入水会使泥岩蠕变、盐岩溶蚀。

在地应力的作用下,地层会产生相对位移,使套管变形,甚至断裂。

据统计,注水井套管损坏远比油井严重。

因此,注水压力以不大于地层破裂压力为宜。

事实上,为增加注水量,许多油田的注水压力已经超过地层破裂压力。

油田注水状况和生产形势十分严峻。

1　低渗透非达西渗流视渗透率对油藏开发的影响1.1　非达西渗流特征低渗透储层中的流体流动是非达西渗流中的一种,称为低渗透非达西渗流。

其特征曲线分为两部分,在低压力梯度范围内渗流量与压力梯度呈非线性,在高压力梯度范围呈拟线性。

拟线性段的反向延长线不通过坐标原点,而与压力梯度轴有一正值交点,称为拟启动压力梯度。

由非线性段过渡到拟线性段的点称为临界点,该点界定了两种不同的流态,两种流态反映了两种不同的渗流规律[1]①。

1.2　非达西渗流机理1.2.1　启动压力梯度流体通过多孔介质时,固液界面存在固体分子和流体分子之间作用力。

在其作用下,多孔介质孔隙的表面形成一个流体吸附滞留层。

层厚度因流体性质不同而不同,约为0.1μm 。

该层流体不易参与流动,只有当驱替压差达到一定程度时,才能克服表面分子作用力的影响参与流动。

低渗透储层孔隙孔道异常细小,吸附滞留层对流体流动的影响较大。

一般情况下,低渗透储层渗透率为10×10-3～50×10-3μm 2,平均孔隙喉道半径为1.051μm ;特低渗透储层渗透率在1×10-3～10×10-3μm 2,平均孔隙喉道半径仅为0.112μm ②。

这种情况下,孔隙半径和吸附滞留层厚度在同一数量级上,甚至更小,必须有足够的能量克服固液界面分子作用力,才能使吸附滞留层流体参与流动。

因此,细小孔隙中的流体流动应具有启动压力。

流体流动的阻力除了粘滞力,还有固液界面的分子作用力,这是低渗透储层与中、高渗储层流体流动的重要不同点,也是形成低渗透非达西渗流的主要机理。

1.2.2　流动孔隙数低渗透储层由无数大小不等的细小孔隙孔道组成,其中的流动流体具有启动压力。

孔径越大启动压力越小,反之越大。

流动孔隙数与压力梯度有关。

收稿日期2002-01-08;改回日期2002-02-25。

作者简介:何秋轩,男,高级工程师,1965年毕业于北京石油学院油田开发系,现主要从事低渗透油田渗流机理及开发方式研究。

联系电话:(029)8220294,通讯地址:(710065)陕西省西安市电子二路18号西安石油学院石油工程系。

　①何秋轩,阮敏,王志伟.低渗透非达西渗流的视渗透率及对油田开发的影响.低渗透油藏开发技术研讨会论文,2001　②李道品.对经济有效开发低渗透油藏的认识和建议.低渗透油田开发配套技术座谈会议论文,1998　油　气　地　质　与　采　收　率　2002年4月 PETROL EUM GEOLO GY AND RECOV ER Y EFFICIENCY 第9卷　第2期在低压力梯度下,只有少数大孔隙中的流体参与流动,随着压力梯度的逐渐提高,较小的孔隙孔道中的流体逐渐参与流动。

因此,在低渗透非达西渗流曲线的非线性段,不同压力梯度条件下的流动孔隙数是不同的。

当达到临界压力梯度时,所有可流动孔隙的流体均参与流动。

随着压力梯度的继续提高,流动孔隙数不再增加,成为定值。

1.2.3　附加渗流阻力细小孔隙孔道在压力梯度达到启动压力梯度后,流体开始参与流动。

启动压力梯度所反映的是流体流动的附加渗流阻力。

孔径越大,附加渗流阻力越小,反之越大。

低渗透非达西渗流曲线的非线性段中,各点切线与压力梯度轴的交点称为拟启动压力梯度。

该点反映了已参与流动的各不同孔径孔隙的综合附加渗流阻力。

随着压力梯度的增大,逐渐有较小孔隙参与流动,储层渗流能力增大,但同时附加渗流阻力也增大。

随着压力梯度的继续增大,当所有可流动孔隙均参与流动后,流动孔隙数不再增加。

这时拟启动压力梯度成为定值,附加渗流阻力也成为定值。

不管是在非线性段还是在拟线性段,附加渗流阻力的影响都存在,与压力梯度有关,并影响渗流过程,它使流体流动需要更大的压力梯度。

1.3　视渗透率在低渗透储层中,渗透率是压力梯度的函数。

把低渗透储层中随压力梯度而变化的渗透率称为视渗透率[1]。

视渗透率、渗流量和压力梯度的关系可表示为K s=Q・μA・gradp(1) 式中:K s为视渗透率,10-3μm2;Q为渗流量, mL/s;μ为流体粘度,mPa・s;A为岩心截面积, cm2;gradp为压力梯度,MPa/cm。

该式与达西公式的区别在于,适用于中、高渗透性储层的达西公式中的渗透率是定值,而该式中的视渗透率是个变量,它随压力梯度的增大而增大(图1)。

由视渗透率曲线可以看出:低渗透储层中流体流动时的视渗透率随压力梯度的增大而增大;其中液体渗流的视渗透率小于气测渗透率;当压力梯度大于临界压力梯度时,附加渗流阻力成为定值;随着压力梯度的继续增加,附加渗流阻力的影响相对减小,视渗透率仍呈上升趋势;临界点前后视渗透率变化规律不同。

图1　低渗透储层视渗透率曲线1.4　视渗透率变化对油田开发的影响在油田开发中,储层中的压力和压力梯度分布是不均衡的。

注水井附近地层压力较高,压力梯度较大;生产井附近地层压力较低,压力梯度也较大;相距较远的注、采井之间压力分布较为均匀,压力梯度很小。

低渗透储层油田注水井附近地层压力、压力梯度高,视渗透率也高,渗流能力较强。

若以临界压力梯度为划分界限,在地层中大于临界压力梯度的半径范围内具有较高的渗流能力,称为易流动半径。

随距注水井半径的扩大,压力和压力梯度下降很快,视渗透率下降也很快。

因此,低渗透储层易流动半径很小,仅有数米。

生产井附近的地层虽然有较大的压力梯度,但影响半径很小,易流动半径也很小。

因此,相距较远的注、采井之间,压力梯度很小,视渗透率很低,渗流能力也很低,称为不易流动带。

由注水井注入的水不易通过不易流动带扩散,注入水聚集在注水井附近地层,形成局部高压区,使注水压力逐步升高,注水量逐步减小。

同时,因为不易流动带不能及时向生产井补充流体,生产井附近地层很快形成局部低压区,表现为供液不足,产量递减快,产能低。

1.5　改善开发效果的途径1.5.1　扩大易流动半径通常采用压裂改造扩大易流动半径,使注入水能够进入地层深处,生产井能够得到地层深处流体的供给,增大注水量和采液量。

例如,陕甘宁盆地延长组各油田均为特低渗透油田,不压裂的情况下,油井不具有工业油流,压裂之后则具有一定的产能,其压裂效果相当于把储层渗透率提高了100倍。

这是由于压裂之后油井具有一个较大的易流动半径,使产能提高。

・7・　第9卷　第2期 何秋轩等:低渗透油藏注水开发的生产特征及影响因素1.5.2　减小不易流动带提高注采压差和生成压差可减小不易流动带。

常规井距对低渗透油田显得过大,储层中不易流动带很大,不能实现有效水驱。

适当减小井距可缩小不易流动带,提高不易流动带的压力梯度和视渗透率,有利于提高水驱效果,同时,较小井距还可提高水驱控制程度。

国内有的低渗透油藏进行了小井距现场试验,收到良好的效果。

当然,过密的井网会增大钻井投资,所以,各油田合理井距要由开发效果和技术经济指标来确定。

2　低渗透储层油水两相渗流特征相对渗透率是各相有效渗透率和多孔介质绝对渗透率的比值,它是各相饱和度的函数,通常用相对渗透率曲线表示。

油水相对渗透率曲线是油水两相渗流能力的表示方法,是油田注水开发渗流计算的重要参数,它反映了油水两相渗流特征。

低渗透储层油水两相相对渗透率曲线与常规中、高渗透储层的变化趋势一致,均随着含水饱和度的增大,油相相对渗透率降低,水相相对渗透率增大,但两者曲线形态有很大的区别(图2,3)。

图2　常规中、高渗透储层相对渗透率曲线常规中、高渗透储层束缚水饱和度较低,残余油饱和度时的含水饱和度较高,两相流动区较宽,反映水驱油效率比较高;油相有效渗透率下降缓慢,共渗点高,反映渗流阻力小;油水两相有效渗透率均较高,产液量较高。

低渗透储层油水两相渗流特征所引起的有效渗透率降低有以下特征。

第一,一般低渗透储层束缚水饱和度较高,残余油时的含水饱和度较低,两相流动区狭窄,预示低渗透油藏注水开发驱油效率比常规中、高渗油藏低。

渗透率越低,两相区越狭窄,驱油效率越差。

图3　低渗透储层相对渗透率曲线 第二,随着含水饱和度的上升,油相相对渗透率急剧降低,而水相相对渗透率上升缓慢,到残余油饱和度时的水相相对渗透率也很小,共渗点很低,渗流阻力很大。

预示着油井见水后产液量和产油量均有较大幅度的降低。

低渗透储层中,油水极易形成很小的段塞,油段塞和水段塞相间排列,在毛管力的作用下易形成较大的流动阻力,使油和水都难于流动。

3　低渗透储层压力敏感性伤害特征油藏在开发前,地层压力和地层上覆压力处于平衡状态。

储层具有一定的孔隙度和一定的渗透率。

当油藏投入开发后,尤其是依靠天然能量开发阶段,随着流体的采出,地层压力逐渐降低。

这时,储层岩石骨架在地层上覆压力的作用下承受了额外的压力,称为有效压力,其值为地层上覆压力与地层压力之差。

在有效压力的作用下,岩石骨架受到压缩而发生变形,也使岩石孔隙结构发生变化,从而影响岩石的孔隙度和渗透率,这种因地层压力降低而引起的储层渗透能力降低称之为压力敏感性伤害①。

3.1　压力敏感性伤害机理油藏投产后,随地层流体的采出,地层孔隙压力逐渐降低,这时,岩石骨架受到有效上覆压力的作用。

孔隙体为拱形结构,在有效压力的作用下,孔隙壁表面层岩石受到压缩应力的作用,岩石颗粒之间的胶结物会产生一定的塑性变形。

但颗粒之间结构会变的更为稳定,具有较强的抗挤压能力,变形量较小。

岩石孔隙结构中,孔隙度的大小主要取决于孔・8・ 油　气　地　质　与　采　收　率 2002年4月①阮敏,何秋轩.岩石渗透率的压力敏感性.低渗透油气田,1999,(2)隙体的体积,在有效压力的作用下,孔隙体体积变化不大,因此,孔隙度亦没有太大的变化。