疏松砂岩稠油油藏岩石应力敏感性对蒸汽驱的影响 ——以BZA 油田为例

阳晓燕，刘美佳，张 博，赵汉卿，刘 超

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

疏松砂岩油藏随着开采的进行，原油不断被采出，地层压力逐渐降低，岩石骨架所承受的净上覆地层压力增加，会对岩石渗透率造成影响，进而产生应力敏感性[1-2]；同时，油气储层的应力敏感性对油气田开发过程中产能、渗流规律等均具有较大影响[3-5]，因此，研究岩石应力敏感性对油田开发生产具有重大意义。岩石变形主要由骨架所受有效应力控制，不同储层的应力敏感性相差很大。关于有效 覆压对渗透率的影响，前人已经进行了大量的实验测定和研究[6-7]，但大部分立足于低渗油气藏[8-9]。本文首次针对稠油高渗疏松砂岩油藏进行应力敏感性实验，并开展应力敏感性对蒸汽驱开发效果的影响分析。

1 实验装置及材料

物理模拟实验装置主要由物理模型模块、供液控制模块和压力流量测量模块三大模块组成。其中，物理模型模块主要由蒸汽发生器、围压泵、回压泵、三轴围压岩心夹持器、水釜、油釜组成，供液控制模块主要由ISCO-260D 高精度驱替泵（驱替精度为0.01 mL/min）组成，压力流量测量模块主要由压力精密传感器、液体计量装置组成（图1）。实验岩心为BZA 油田天然岩心，分别选取有代表性的低渗岩心（渗透率为50×10-3μm2）和高渗岩心（渗透率为1 700×10-3μm2）；实验用油为BZA 油田地面脱气原油，实验前进行脱水及过滤处理，地层温度下原油黏度为353.0 mPa·s；实验用水根据BZA 油田地层矿化度进行配制，矿化度为5 800 mg/L，地层水黏度为0.4 mPa·s。

图1 实验装置示意图

2 实验方案及步骤

应力敏感的基本原理是模拟油气藏有效覆压，对岩心进行加压，加载到一定值后逐渐卸压，最后恢复到初始覆压，研究渗透率随覆压变化的非稳态过程。近似取上覆岩石压力与岩石内孔隙流体压力之差为有效覆压，实验过程中用围压来模拟上覆岩层压力，以增加围压的方式来模拟地层孔隙压力不断下降而导致岩石骨架所承受的有效覆压逐渐增加。实验使用的流体介质为蒸馏水，由于实验中孔隙压力不超过0.2 MPa，因此在本实验中近似认为围压即为储层岩石的有效覆压。

本次实验主要包括两部分，应力敏感性实验及蒸汽驱实验。其中，设计应力敏感性实验两组（低渗岩心、高渗岩心各一组），设计4 组不同有效覆压条件下的蒸汽驱实验，有效覆压分别选取21.0，25.0，30.0，35.0 MPa。

实验前检查实验仪器，确保误差在允许范围内，清洗管线以保证没有堵塞。

2.1 应力敏感性实验

（1）将低渗岩心放入岩心夹持器，将有效覆压调整到设计的有效覆压，稳定后测定渗透率。

（2）缓慢增大围压即增大有效覆压，由2.5 MPa逐渐增至25.0 MPa，测定9 个不同覆压下的渗透率，每一个压力点持续30 min 后再测定。

（3）有效覆压从25.0 MPa 逐渐降低返回至2.5 MPa，再测定8 个不同覆压下的渗透率，每一个压力点持续1 h 后再测定，然后停止低渗岩心测试实验。

（4）继续测定高渗岩心应力敏感性，重复步骤（1）～（3）。

2.2 蒸汽驱实验

（1）前期准备。选取与BZA 油田物性相近的岩心进行实验，岩心孔隙度为31.5%、渗透率为2 062×10-3μm2。清洗岩心，烘干后称干重，抽真空时间不短于24 h。

（2）饱和地层水。为避免水釜带来的误差，采用自吸水的方法来进行饱和水。

（3）饱和油。考虑实验原油黏度较大，将模型升温至80 ℃进行饱和油实验。饱和油时，驱替速度设定为0.5 mL/min，初始围压设定为21.0 MPa。待压力稳定、出口端产油速度与进口端设定速度一致时结束，计算束缚水饱和度与初始含油饱和度。为了凸显围压引起的敏感性问题，把围压升高至不同围压时需静置2 h。

（4）蒸汽驱实验过程。设置参数，包括注汽压力、蒸汽发生器的温度、注汽速度。在驱替之前打开蒸汽发生器旁边的排气阀，使管线放气，吹出凝结水，待蒸汽连续稳定后再进行恒速（2.0 mL/min）汽驱。记录不同时刻（注汽PV 数）岩心入口端的压力，以及岩心出口端的产液量、产油量，直到岩心出口端含水率大于98%时结束（大约注汽25 PV）；见水初期要加密记录。

（5）根据实验油水乳化程度，将油水分离并计量油水产量，产出液先静置一段时间，使油水自然分离，然后采用离心机分离油水。

（6）分别进行不同围压（25.0，30.0，35.0 MPa）条件下的蒸汽驱实验，重复步骤（1）～（5）。

3 实验结果分析

3.1 应力敏感性对渗透率影响

无论是低渗岩心还是高渗岩心，随着有效覆压的增加，渗透率逐渐降低，渗透率变化与覆压有关（图2、图3）。储层条件不同，其应力敏感的强弱程度也不同。对于低渗岩心，随着有效覆压增加，渗透率初期降幅较小。当有效覆压增加到一定值时，岩石颗粒之间发生弹塑性变形，孔喉半径发生变化，渗透率大幅下降。加压后期（10.0～25.0 MPa），渗透率变化变缓。对于高渗岩心，随着有效覆压增加，渗透率持续降低，当有效覆压增加到10.0 MPa 后，渗透率降低幅度逐渐变缓。

无论是低渗岩心还是高渗岩心，随有效覆压的恢复，渗透率有所恢复，但却不能恢复到初始有效覆压所对应的渗透率值。对于低渗岩心，渗透率能恢复到原始渗透率的57.1%，这是因为低渗透储层的渗流通道相对狭窄，随有效应力的增加，渗流通道变得更加狭小，流体的流动更加艰难，渗透率下降幅度更大。对于高渗岩心，渗透率能恢复到原始渗透率的74.7%。整体来说，储层的受压变形不是弹性的，存在塑性影响，且渗透率越低伤害性越大。

图2 渗透率随有效覆压的变化曲线（低渗岩心）

图3 渗透率随有效覆压的变化曲线（高渗岩心）

3.2 应力敏感对蒸汽驱效果影响

应力敏感性实验结束后，对高渗岩心、低渗岩心分别进行蒸汽驱实验，在同等条件下再各自重复做一组储层不受伤害的蒸汽驱实验进行对比。结果表明（图4、图5），储层物性对采收率影响较大，同等条件下高渗储层蒸汽驱采收率较低渗储层高15.8%；随着驱替倍数的增加采出程度逐渐降低，不同条件下产油量均集中在早期。低渗储层被伤害后，初期采出程度高；高渗储层被伤害后，初期采出程度影响不大。随着驱替倍数增加，不论是低渗储层还是高渗储层，储层伤害后的采出程度总是低于未受伤害储层的采出程度。储层伤害对采收率影响较大，相同条件下，未受伤害的高渗储层蒸汽驱采收率较受伤害后的高渗储层蒸汽驱采收率高12.0%。

图4 不同条件下瞬时采出程度与驱替倍数关系曲线

图5 不同条件下累计采出程度与驱替倍数关系曲线

3.3 上覆岩层压力对蒸汽驱效果影响

稠油油藏开采过程中，无论有效覆压大小如何，蒸汽未突破前，都存在一个短暂的无水采油期（图6），随着有效覆压的增加，无水采油期越来越短；蒸汽未突破前，瞬时采出程度较高，见水后，采出程度逐渐降低，随着有效覆压的增加，无水采油期的原油采出量增加，主要是因为随有效覆压增加，对岩石的孔隙进行压缩，弹性能增大，从而利于前期原油的采出。但是，随着开采的进行，有效覆压越高，瞬时采出程度越低，原因是应力敏感性对储层造成一定伤害，有效覆压越大对储层伤害越严重，储层渗流能力越小。

图6 不同有效覆压下含水率与驱替倍数的关系曲线

随着驱替倍数增加，采出程度增大，有效覆压越高，驱油效率越低（图7）。主要原因是随着有效覆压的增加，岩心受到挤压加重，孔隙结构变形严重，孔隙空间以及渗透率均发生变化，致使储层渗透率和渗流能力降低，呈现较强应力敏感性。随着有效覆压的增加，压力梯度逐渐增加，变化趋势几乎呈线性增加（图8），主要原因是围压的增大，使得岩心的渗透率降低，驱替压差增大。

图7 不同围压下采出程度与驱替倍数的关系曲线

图8 突破压差与上覆压力的关系曲线

4 现场应用

BZA 油田主力含油层段位于明化镇组下段Ⅱ油组，油藏埋深1 200 m，平均孔隙度33.0%，平均渗透率2 602×10-3μm2，具有高孔高渗的储集物性特征。压力系数为0.94，属正常压力系统，原始地层压力11.6 MPa，饱和压力3.2 MPa，地层原油黏度353 mPa·s。开发前期采用多元热流体吞吐（N2、CO2、水蒸汽和热水等组成的高压多元热流体混合物），注入温度230 ℃。该油藏经过多轮次吞吐后，地层压力低于7.0 MPa，具备转驱条件。

由于地层压力下降较多，对储层造成一定伤害，存在应力敏感。在蒸汽驱前期，应力敏感对采出程度具有促进作用，后期应力敏感则会制约采收率，因此，可通过在蒸汽驱过程中逐步恢复地层压力，从而降低应力敏感伤害。利用油藏工程方法，开展注采比与压力恢复速度关系研究，最终确定初期以注采比1.0∶1.1 进行驱替，一年后，注采比调整为1.0∶1.2，直至地层压力恢复至原始地层压力的95%时，再保持注采比1.0∶1.0 进行驱替。

近两年来，通过实施变注采比蒸汽驱，BZA 油田综合递减率由23%下降至2%，日增油达到120 m3，含水率整体下降5%，取得了较好的开发效果和经济效益。

5 结论

（1）应力敏感性实验结果表明，无论是低渗岩心还是高渗岩心，随着有效覆压的增加，渗透率逐渐降低；随着有效覆压的恢复，渗透率有所恢复，但不能恢复到初始有效覆压所对应的渗透率值。低渗岩心，渗透率能恢复到原始渗透率的57.1%；高渗岩心，渗透率能恢复到原始渗透率的74.7%；原始渗透率越低对储层伤害性越大。

（2）岩心发生应力敏感后，内部结构发生变化，使得后期渗流能力下降，有效覆压对驱油效率、累计油气比、含水率等均有重要影响。

（3）应力敏感性对储层伤害存在两面性，在开采初期，有利于采收率的提高；在开采后期，制约采收率的提高。综合评价认为，应力敏感性对储层的伤害不利于采收率提高。

（4）通过室内实验分析了BZA 油田稠油油藏储层的应力敏感性，以及应力敏感性对蒸汽驱开发的影响，对于掌握油田开发规律，在稠油油藏开发中后期进行开发方案及技术的调整、制定提供了技术依据。