压力敏感性对大庆某厂油田注水开发效果影响分析

       作者：刘玉玲 蒋礼 陶金
摘 要：在油藏开发过程中，储层除受不同程度的五敏影响，还会受到压力敏感性伤害，导致渗透率下降，并且这种伤害具有不可逆的特点，特别是对低渗透油藏影响更为显著。通过对大庆某厂油田储层岩石的压力敏感性伤害程度的研究，认为在油田投产后，随着地层流体的采出，地层孔隙压力逐渐降低，储层上覆有效压力增大，导致储层渗透率有较大的降低，影响了该油田注水开发效果，尤其是对油田构造低部位油井的产出和水井的注入情况影响较大。以同步注水或超前注水保持地层压力开采，是有效控制压力敏感性伤害、保持储层渗流 能力的主要方法。 
　　关键词：压力敏感性 渗透率 开发效果 
　　一、前言 
　　储层压力敏感性伤害是油层保护技术中一个新的发展技术，已经成为油田开发领域的重要研究课题。油藏压力的主要来源是静水压力，另一个重要来源是上覆岩层压力，上覆岩层压力主要由地层岩石本身结构承担，储层岩石骨架通常承受很高的上覆岩层压力，上覆岩层压力与岩石孔隙内流体压力（地层压力）之差，称为有效压力，即岩石骨架所承受的压力。油层在钻井、采油过程中，由于有效压力的变化，会使储层的储集空间发生不可逆的形变，亦即地层压力或近井底压力下降，将导致储层中某些裂缝或孔隙闭合，造成地层渗透率下降，而渗透率体现了地层综合导流能力，必然会影响油井的产能。这种不合理的开采所造成的渗透率下降，使油井开采条件变差，油井产能下降，最终导致采收率损失的现象称为压敏效应，即压力敏感性伤害。国内外许多研究者对此已进行了大量研究，最新研究成果表明，低渗透砂岩储层具有很强的压力敏感性，压力敏感性是由于孔隙和毛细管被压缩和关闭引起的；岩石力学特性是孔隙压力、孔隙流体 （油气水 ）分布的函数。因此，开展油田压力敏感性分析研究，对油田采取正确的开发政策具有重要的指导意义。 
　　二、压力敏感性伤害机理 
　　油藏在开发前，油层孔隙压力与上覆岩层压力处于平衡状态，储层具有一定（原始）的孔隙度和渗透率。当油藏投产后，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。孔道的结构与孔隙体的结构相反，为一反拱形结构。在有效压力的作用下，孔道壁表面层岩石受到拉伸压力的作用，表面层岩石颗粒间的胶结物极易变形，尤其是泥质含量较高的岩石。这种变形使岩石变的更加疏松，颗粒间的结构更不稳定。在应力增加的情况下，胶结物产生较大的变形，使孔道直径急剧减小甚至闭合。岩石的渗透率主要受孔径的制约，孔径的减小和部分孔道的闭合使岩石渗透率有较大的降低，即所谓的压力敏感性伤害[7]。 
　　三、压力敏感性对大庆某厂油田注水开发的影响 
　　该厂油田属低渗透油田，平均渗透率为6.61×10-3μm2，油层埋藏深度1671～2754m，原始地层压力21.25MPa，饱和压力为4.68MPa，2006年8月份油田开始投入开发，投产初期以天然能量开才为主，2009年8月份开始注水，滞后注水3年，目前地层压力仅8.16MPa。矿场实际资料和室内实验分析结果表明，地层压力下降导致的压力敏感性伤害，对该油田的开发效果影响较大。 
　　1.岩心实验测渗透率的压力敏感性伤害 
　　该厂油田储层岩性以中砂、细砂岩为主。对细砂岩来说，影响渗透率的因素主要是岩石颗粒粒度、分选性以及岩石中泥质含量的多少。岩心在受到外加压力时， 首先喉道闭合， 继续加压， 则主要是颗粒受压弹性变形，当撤除压力时， 岩石主要是弹性恢复， 但仍有一些喉道不能张开， 导致渗透率最终不能恢复到初始值。 
　　实验表明， 27#井40-1号岩心净有效围压与气测渗透率关系为：在升压过程中，气测有效渗透率的损害率逐渐增大，有效围压达到最大实验压力10MPa时，气测渗透率损害率为10.54%。有效围压从I MPa增加到8 MPa时，每增加1 MPa，渗透率损害率平均为1.28%，渗透率损害主要发生于该阶段；此后，有效围压每增加1 MPa，渗透率损害率平均为0. 17%。 
　　岩石渗透率随压力的变化而变，具有压力敏感特性。随有效压力的增大，渗透率的损害率逐渐增加，当压力增加到一定程度，渗透率损害率不在发生明显变化。由孔隙与喉道变形理论可知，砂岩受压缩时，最先被压缩的是喉道，而非孔隙。 在岩石未受压时，岩石中的孔隙与喉道并存。当加压时，岩石中的喉道首先闭合，而孔隙基本不闭合，随有效压力加大，未闭合的喉道数越来越少，且多为不易闭合的喉道，致使岩石受压后压缩量减小，所以渗透率下降趋势逐渐减缓。 
　　2.压力敏感性对油田注水开发的影响 
　　该厂油田滞后三年注水开发，一次采油阶段，油藏压力下降较快，受压力敏感性影响，储层渗透率下降幅度较大，整体开发水平与初期相比，下降较大。尤其在油藏构造低部位表现出油井产量递减较快，水井注不进等矛盾。 
　　该油田130-100#井区投产初期无注水井点。初期平均单井产油7.0t/d，并且日产油量大于3t井比例为70.4%，弹性开采15个月开始实施注水，此时该井区平均单井产油1.8t/d，日产油大于3t的井比例仅占24%，产液和产油水平与初期相比，均下降了75%左右。 
　　井区依靠天然能力开发15个月后，开始实施注水，在注水一段时间后，发现油藏构造低部位注水井整体注水效果较差，分析认为构造低部位，由于油层埋藏相对较深，岩石骨架受到有效上覆压力的作用较大，在油藏弹性开发阶段，岩石孔隙弹性形变较大，导致水井注水困难，构造高部岩石弹性形变相对要较小，注水情况要好于低部位。 
　　四、结论 
　　1.压力敏感性伤害随有效围压的增加而增加；当岩石弹性形变达到一定程度后，渗透率损害率达到最大后趋于平稳； 
　　2.低渗透油田开发过程中压力敏感性伤害不可避免，但是给油田开发在注水时机、工作制度方面提出了严格的要求； 
　　3.低渗透油田开发应该实施同步注水或超前注水，保持合理的地层压力进行开发。 
　　参考文献 
　　[1]黄湘通.许海华 等.伊通地堑莫里青盆地双阳组储层敏感性研究[J].世界地质，2002，21（4）：347-352. 
　　[2]常学军.尹志军.高尚堡沙三段油藏储层敏感性实验研究及其形成机理[J].石油实验地质，2004，21（1）：84-87. 
　　[3]曹忠辉.程少林.大牛地气田上古生界储层粘土矿物及敏感性分析[J].河南石油，2006，20（1）：12-13. 

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2019-08-08