地层压力变化对低渗透油藏影响规律研究——以延长油田杏2005井区为例

王 杨，解 伟，赵丰年

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安710075）

对于地层构造和油水分布复杂、岩石物性差异大的低渗透油藏，在开发中后期地层压力发生了很大的变化［1－4］。本文在延长油田杏2005油区相关资料、数据及现场实验的基础上，根据有效地层压力的作用原理，采取了快速加压、慢速加压及循环加压三种不同的实验方法来模拟特低渗透油藏在开发过程中不同有效压力储层的影响情况，开展了降压生产与油藏压敏性之间的相关性分析。

1 实验方法

1．1 实验岩心及实验条件

实验岩心：实验岩心为杏2005井区6口不同层段的天然岩心，岩心基础数据表见表1。

实验条件：参照标准SY／T6385－1999《覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法》。实验的工作介质为煤油，实验中固定围压25 MPa。

表1 杏2005井区岩心基础数据

1．2 实验流程及评价方法

实验测试流程如图1所示。

储层岩心地层压力敏感性的评价方法：根据石油天然气行业标准（SY／T5336，SY／T5358，SY／T6385），对储层岩心的地层压力敏感性可根据实验测试数据计算的渗透率损害率和不可逆渗透率损害率进行评价。

渗透率损害率按公式（1）计算：

式中：Dk2——应力不断增加至最高点的过程中产生的渗透率损害的最大值；K1——第一个应力点对应的岩样渗透率，10－3μm2；K′min——达到临界应力后岩样渗透率的最小值，10－3μm2。

图1 地层压力敏感性测试流程图

不可逆渗透率损害率可按公式（2）计算：

式中：Dk3——应力回复至第一个应力点后产生的渗透率损害率；K1——第一个应力点对应的岩样渗透率，10－3μm2；K1r——应力回复至第一个应力点后的岩样渗透率，10－3μm2。

根据Dk2、Dk3评价储层岩心的应力敏感程度［5］。

2 压力变化对渗透率的影响研究

对岩石的微观结构的研究表明，油气储层是由一系列相互连通的孔隙组成，孔隙与孔隙连通的细小部分为喉道［6］。。在岩石受到压力作用时，最先压缩的是细小的喉道，而不是相对较大的孔隙，孔隙基本上不发生变化。随着有效压力的增大，未闭合的喉道数越来越少，且多为不易闭合的喉道，致使岩石受压缩后的压缩量减小，所以渗透率随有效压力的变化率逐渐减小［7］。容易发生弹性变形的喉道先发生变形，当容易发生弹性变形的喉道变形结束后，剩余不易发生弹性变形的喉道，因此渗透率损失逐渐减小。

2．1 有效压力变化速率对渗透率损失的影响

以模拟地层水为介质，采用气测渗透率和水测渗透率十分接近的两块岩样分别进行不同加压速率对比实验，研究压力增加的快慢对储层的伤害程度。其中一块采取快速加压方式，有效压力为5、10、15和20 MPa；对另一块则采取慢速加压方式，有效压力从2．5一直增大到20 MPa。实验结果见图2。结果表明，慢速加压能够有效降低储层伤害，使得渗透率损失率保持在较低的程度。

2．2 有效压力变化对渗透率恢复程度的影响

对两块岩心杏2003井36号样、杏2001井118号样进行了增压和降压实验，通过改变有效压力的方法模拟地层压力的恢复情况。

图2 岩心渗透率损失率与加压速率快慢曲线图

在增压过程中设计的有效压力值依次为2．0、2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加压过程是按照设计的有效压力点，依次加压到该有效压力值，然后再按相反的顺序降低有效压力（恢复地层压力）到最初值，结果如图3、图4所示。可以看出，在有效压力逐渐减小后，渗透率不能有效恢复，表现出较强的塑性特征。同时还发现，岩心的渗透率越低，其渗透率的压敏损失率越高。渗透率在（1～10）×10－3μm2时损失率小于50%；对于超低渗岩心（渗透率小于0．1×10－3μm2的岩心）渗透率损失率超过50%。在增压过程中，其渗透率损失率介于40%～80%。

2．3 循环加压对渗透率恢复的影响

通过“连续加压－恢复循环”实验模拟实际开采过程中通过连续关井恢复压力及减小地层压力对储层的渗透率影响。

在增压过程中设计的有效压力值依次为2．5、3．5、5．0、7．0、9．0、11．0、15．0MPa。加压过程按照设计的有效压力点，依次加压到该有效压力值，然后再按相反的顺序降低有效压力（恢复地层压力）到最初值，再进入下一个加压－降压循环［8］。图5给出了杏2001井（112－1）岩心连续循环加压渗透率的变化曲线。第一次加压渗透率下降幅度大，且有效压力松弛后，渗透率恢复程度小；随有效循环数不断增加，渗透率下降幅度逐渐减小，且有效压力降低后，渗透率恢复程度增加。但每一次加压，渗透率都有一定程度的下降。经过六次循环，112－1号岩心加压到15 MPa，其渗透率损失值为21%。

3 降压开采对油藏压敏性的影响研究

在特低渗透油藏中，若地层压力系数较高，地层能量较为充足，则应该充分利用地层能量进行弹性开采。在开采过程中，地层压力的下降必然导致岩层有效上覆压力增大，使得油藏渗透率降低，这就是储层岩石的应力敏感性质［9］。如果油藏孔隙压力下降控制不合理，将会对油藏造成严重应力污染，进而影响油井产能。因此，合理控制油藏孔隙压力的下降速率［10］，在适度的应力污染程度下，充分利用油藏地层能量，能够获得较高的采出程度［11］。

图3 岩心渗透率与渗透率损失率随有效压力的变化

图4 岩心渗透率与渗透率损失率随有效压力的变化

图5 杏2001井112－1号样连续循环变形曲线

本次实验选用4块渗透率接近的砂岩岩心，渗透率均在10×10－3μm2左右。将岩心分别进行洗油、干燥处理后，抽真空饱和地层水，在相同条件下分别用油驱水至束缚水饱和度为止，使得初始含油饱和度保持相同或相近。在岩心出口端加上回压阀，通过调节回压阀来控制岩心两端的压差，保持不同的孔隙压力水平。固定围压为70 MPa，岩心孔隙压力为60 MPa。分别将孔隙压力降至50 MPa、40 MPa、30 MPa、20 MPa，观察记录产出流体的变化规律。

从图6、图7可知，通过降压开采能够采出部分岩心中的原油。当孔隙压力降至50 MPa，即孔隙压力保持率为71．4%时，弹性采收率最低；在孔隙压力降至40 MPa，即孔隙压力保持率为57．1%时，弹性采收率最高；而当孔隙压力分别降至30 MPa、20 MPa时，弹性采收率均呈下降趋势。

图6 岩心弹性降压开采采收率曲线

4 结论

（1）在特低渗油藏开采过程中，地层压力的控制优为重要。不仅应该合理地控制采油速度，而且应缓慢降低油层压力，以减少渗透率的损失，提高油藏的最终采收率。

图7 压力保持率与采收率曲线

（2）从现场应用角度来看，如果油田开发初期地层能量释放太快，就会引起近井地层渗透率显著下降，并且恢复程度小。而且通过频繁的关井并不能从根本上减小由于地层压力下降所造成的地层伤害。也就是说，如果某一生产压力造成了地层伤害，关井后进行压力恢复，然后再次以相同的生产压力开采，那么还会造成更严重的地层伤害。

（3）油田弹性开采过程中，孔隙压力降至一定值或孔隙压力降低速率保持一定值时，地层的弹性能量得到了充分利用，此时油藏渗透率损伤较小，最终采收率较高。

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