回壓對致密儲層原油充注過程的影響致密儲集層初始含水飽和度形成過程實驗?zāi)M以鄂爾多斯盆地延長組長7致密油藏為例

回壓對致密儲層原油充注過程的影響致密儲集層初始含水飽和度形成過程實驗?zāi)M以鄂爾多斯盆地延長組長7致密油藏為例

中國致密油藏的地質(zhì)儲量豐富，分布廣泛。室內(nèi)通常采用“油驅(qū)水”的方式,對飽和模擬地層水后的巖心進行驅(qū)替來模擬油藏原油充注過程以及儲集層初始含水飽和度形成過程。致密巖心孔喉細小,液體流量極低,油水兩相滲流時毛細管阻力極大,要想驅(qū)替出更多細小孔喉內(nèi)部的水相,以實現(xiàn)進一步降低致密巖心內(nèi)部含水飽和度,則要不斷增加驅(qū)替壓力梯度。文獻在模擬致密巖心液體滲流時,學者們沒有考慮巖心內(nèi)部液體在孔隙壓力下的憋壓狀態(tài),驅(qū)替時巖心內(nèi)部液體是從入口端開始建立孔隙壓力并克服滲流阻力。當以致密巖心為研究對象進行油驅(qū)水得到含水飽和度時,出口端附近的油水在開始流動前需要很長的時間來建立起足夠的孔隙壓力來克服流動阻力,因此往往需要一個極高的驅(qū)替壓力。鑒于原地層條件下油水在流動前已經(jīng)處于孔隙流體憋壓,本文結(jié)合油藏條件下的油水滲流行為和原油充注過程,探索了在巖心出口端加回壓來模擬不同孔隙壓力對致密巖心單相液體滲流能力的影響,并在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出實驗回壓,對選取的鄂爾多斯盆地延長組長7致密油藏柱塞巖心開展“油驅(qū)水”原油充注實驗來模擬回壓作用下的致密油藏儲集層初始含水飽和度形成過程,得到了與該區(qū)塊密閉取心分析一致的超低含水飽和度結(jié)果。1致密油藏油差的飽和現(xiàn)象密閉取心是當前較為準確獲取儲集層含油(氣)、水分布狀態(tài)的手段,可信度高2樣品和方法2.1實驗巖樣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實驗巖心選自鄂爾多斯盆地延長組長7致密砂巖,主要礦物為石英和長石,其中黏土礦物以綠泥石為主,應(yīng)力敏感性弱。結(jié)合致密油藏物性界定范圍并依據(jù)長7致密油藏儲集層物性劃分,選取了3.0MPa圍壓下三類空氣滲透率級別的巖樣開展實驗,分別定義為相對低滲、相對中滲和相對高滲。實驗巖樣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1.分別采用模擬地層水和煤油作為實驗液體進行飽和水單相滲流實驗和原油充注實驗。根據(jù)實驗巖樣所在層位地層水分析數(shù)據(jù),配制的模擬地層水信息見表2.實驗之前,對配制的模擬地層水進行過濾處理,防止其中固相顆粒堵塞巖心孔喉對實驗評價結(jié)果帶來影響。2.2原油充注下致密巖心流量測試自行設(shè)計并組裝了實驗裝置,主要包括工作精度為0.001mL/min的微計量驅(qū)替泵、巖心夾持器系統(tǒng)、壓力傳感器和回壓閥(圖1)。在實際驅(qū)替過程中,通過氣瓶來調(diào)節(jié)巖心出口端回壓。在開展原油充注實驗前,首先要確定一個實驗回壓。因此,先通過改變回壓來模擬不同孔隙壓力下的飽和水單相液體流量測試實驗,根據(jù)實驗結(jié)果優(yōu)選出最佳實驗回壓。然后,分別開展致密巖心出口端無回壓和施加優(yōu)選出的實驗回壓下的滲透率測試對比實驗,驗證回壓的作用。最后,根據(jù)儲集層初始含水飽和度形成過程,采用恒壓驅(qū)替開展飽和水致密巖心原油充注實驗,對比分析出口端有無回壓對驅(qū)替得到致密巖心含水飽和度結(jié)果的影響。致密巖心液體流量測試實驗流程:(1)對實驗巖心進行飽和模擬地層水處理,測試不同壓差下的液體流量;(2)保持驅(qū)替壓差不變,測試一系列回壓下液體流量的穩(wěn)定值。實驗壓差設(shè)計為1.0MPa,1.5MPa,2.0MPa,2.5MPa,3.0MPa和3.5MPa,回壓設(shè)定從0MPa依次增大至7.0MPa(為保護設(shè)備及管線,同時縮短測試時間,只測試到7.0MPa結(jié)束)。實驗初始圍壓為5.0MPa,并在實驗過程中根據(jù)回壓的改變,保持1.0MPa的增幅進行設(shè)定。原油充注實驗流程:將飽和后的巖心裝入夾持器,采用傳統(tǒng)驅(qū)替不加回壓的方法開展恒壓3.0MPa驅(qū)替實驗,監(jiān)測出口端產(chǎn)液情況,當只監(jiān)測到出油且連續(xù)三次測得穩(wěn)定流量時,結(jié)束驅(qū)替并取出稱重,隨后將巖心裝回巖心夾持器,在巖心出口端設(shè)定所選取的實驗回壓,保證驅(qū)替壓差不變進行驅(qū)替,并重復上述步驟,結(jié)束驅(qū)替并取出稱重。在實驗過程中,使用同一天平對巖心進行稱量。實驗前測得模擬地層水密度為1.035g/cm式中m當驅(qū)替前后巖心質(zhì)量差大于0時,S為水相飽和度,反之,S則為油相飽和度。3結(jié)果與分析3.1回壓下致密巖心液體流量特性對比選取YC-2巖樣作為實驗樣品,探索致密巖心單相液體流量在回壓作用下的變化情況。測試時,在每一個實驗點下驅(qū)替至少2h后開始連續(xù)測試3組數(shù)據(jù),待誤差低于3%時,認為流量穩(wěn)定,并取算術(shù)平均值作為測試值。為了分析不同回壓下致密巖心液體流量的變化趨勢,需對測得的流量進行歸一化處理。以回壓0MPa下測得的液體流量作為基準,對相同壓差不同回壓下測得的液體流量進行數(shù)據(jù)歸一化,分析流量變化趨勢。從圖2可以看出,與傳統(tǒng)測試中不加回壓相比,在回壓作用下,測得的液體流量均呈現(xiàn)一個增加趨勢,且壓差越大,增幅越明顯。當回壓達到3.0MPa時,液體流量的增幅達到最大。從實驗現(xiàn)象來看,與回壓0MPa下流量相比,存在一個“臨界回壓”能夠測得當前致密巖心液體流量的最大值。根據(jù)實驗結(jié)果,選擇3.0MPa作為實驗回壓,用來開展后續(xù)實驗評價。3.2回壓下穩(wěn)定視滲透率測試為了驗證3.0MPa實驗回壓能夠提高致密巖心液體滲流能力,選用YC-3巖樣對比開展了有無回壓作用下的致密巖心液體滲透率測試實驗,實驗結(jié)果見圖3.實驗結(jié)果表明,致密巖心液體視滲透率與壓力梯度相關(guān),當壓力梯度達到一定值后,所測得的視滲透率保持不變。對比無回壓和3.0MPa回壓下實驗結(jié)果可以看出,在傳統(tǒng)方法下測試YC-3巖樣液體穩(wěn)定視滲透率時,所需要的壓力梯度高達108MPa/m;而在3.0MPa回壓作用下,測得YC-3巖樣液體穩(wěn)定視滲透率時,所需的壓力梯度降至約29MPa/m,降幅達到73.14%.傳統(tǒng)方法測試穩(wěn)定視滲透率所需的壓力梯度顯然難以在油藏環(huán)境下實現(xiàn)?？梢?在3.0MPa回壓作用下可以顯著降低實驗測試所需壓力,提高測試效率。此外,對比流量變化趨勢可以看出,傳統(tǒng)方法測試時,在壓力梯度低于約70MPa/m下出現(xiàn)了明顯的非線性滲流階段,表明存在啟動壓力梯度現(xiàn)象;當在巖心出口端施加3.0MPa回壓后,70MPa/m下的非線性滲流現(xiàn)象得到弱化甚至消失(圖4)。3.3加2.0mpa回壓后的致密巖心缺陷在確定3.0MPa實驗回壓后,對3塊飽和模擬地層水后的巖心開展油驅(qū)水原油充注實驗,來模擬儲集層成藏時的初始含水飽和度形成過程。根據(jù)鄂爾多斯盆地延長組致密油藏埋深和地層壓力系數(shù)從表3來看,3.0MPa恒壓驅(qū)替下,傳統(tǒng)方法得到的3塊致密巖心含水飽和度為40.8%~49.9%,平均為46.2%;保持驅(qū)替壓差和有效應(yīng)力不變,在巖心出口端施加3.0MPa回壓后,此時3塊致密巖心的含水飽和度降低至28.4%~32.1%,平均為29.9%,降低了16.3%.在3.0MPa回壓作用下,致密巖心最終含油飽和度平均提高幅度為23.2%,達到70.1%.實驗結(jié)果表明,在恒壓驅(qū)替下,采用3.0MPa回壓驅(qū)替能夠得到更低的含水飽和度。從實驗結(jié)果來看,相對高滲巖心(樣品YC-1)在傳統(tǒng)方法驅(qū)替下得到的最終含水飽和度為40.8%,3.0MPa回壓作用下,含水飽和度進一步降低至31.6%,降低幅度為22.54%;相對中滲巖心(樣品YC-2)在傳統(tǒng)方法驅(qū)替下得到的最終含水飽和度為49.9%,3.0MPa回壓作用下,含水飽和度進一步降低至29.7%,降低幅度為40.48%;相對低滲巖心(樣品YC-3)在傳統(tǒng)方法驅(qū)替下得到的最終含水飽和度為47.8%,3.0MPa回壓作用下,含水飽和度進一步降低至28.4%,降低幅度為40.58%.實驗結(jié)果表明,滲透率相對更小時,回壓對驅(qū)替實驗得到的低含水飽和度的貢獻越大。圖5分別對比了本文3.0MPa回壓下驅(qū)替得到的長7致密油藏實驗巖樣油水飽和度實驗結(jié)果和傳統(tǒng)驅(qū)替方法下得到的結(jié)果以及文獻4傳統(tǒng)驅(qū)替壓差測試鄂爾多斯盆地延長組長7致密油藏在成藏過程中,儲集層持續(xù)生烴所形成的高孔隙壓力為原油充注提供強大的動力,并最終造成儲集層原油充注程度高和含水飽和度低致密巖心物性極差,流量測試困難,因此傳統(tǒng)方法常采用極高的驅(qū)替壓差開展原油充注實驗。由于孔喉非均質(zhì)性的影響,粗孔喉排驅(qū)壓力相對更小,導致壓差一定時只有粗孔喉內(nèi)部水能被油驅(qū)替,細孔喉內(nèi)部仍是飽和水狀態(tài)。增大驅(qū)替壓差可以波及更多細孔喉,但先前粗孔喉在驅(qū)替壓差下已經(jīng)形成優(yōu)勢滲流通道,阻礙壓力進入更細孔喉。此時,巖心含水飽和度在整體上很難降低。致密巖心飽和水后模擬遞增壓差下的原油充注實驗表明液體在致密巖心中滲流屬于微流動5致密巖心滲透率實驗中,刑(1)鄂爾多斯盆地延長組長7致密油藏儲集層原油充注程度高,整體上平均含油飽和度超過70.0%,儲集層初始含水飽和度低,一般低于30.0%,局部存在超低含水飽和度現(xiàn)象。(2)流量低、壓差大、時間長是致密巖心液體滲流實驗面臨的難題。通過模