压力敏感性对大庆某厂油田注水开发效果影响分析

   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研究课题。油藏压力的主来源是静水压力,另一个重来源 是上覆岩层压力,上覆岩层压力主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6.61×1-3μm2,油层埋藏深度1671~2754m,原始地层压力21.25MPa,饱和压力 为4.68MPa,26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,29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, 则主是颗粒受压弹性变形,当撤除压力时, 岩石主是弹性恢复, 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4-1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1MPa时,气测渗透 率损害率为1.54%。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. 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13-1#井区投产初期无注水井点。初期平均单井产油7.t/d,并且日产油量大于3t井比例为7.4%,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较小, 注水情况好于低部位。
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、工作制度方面出了严格的求;
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,22,21(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,24,21(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,26,2(1)12-13.