邓 辉

（西北大学地质学系，陕西西安 710069）

世界油气资源面临的挑战日益严峻，在我国常规储层无法满足工业需求，因此低渗储层的勘探开发在我国显得尤为重要[1]。低渗储层特点孔喉细小，主要渗流空间非常有限；储层横向微相变化快，非均质性很强；裂缝相对比较发育；流体渗流为非达西流；对多种因素敏感性非常强。

敏感性强决定在开发低渗储层时储层保护成为开发过程中的关键技术和难点所在。近些年来关于低渗储层各种敏感性及其应对措施已有大量文献报道，其中以应力敏感性[1-6]、水锁损害[7-13]为主，也包括敏感性矿物[14]及酸、碱性[15]等。

低渗储层开发的关键过程在于保证油气在其中的渗流过程。一切研究技术和方法应当以提高有效渗流为目的。本文将在渗流机制及其影响因素，以及开发、布井措施等方面予以综述，探讨最近国内外研究现状、进展以及仍需解决的主要问题。

1 渗流机制及其影响因素

1.1 渗流机制

低渗储层的孔喉系统基本上由相对微小孔道组成，每个孔道均有各自的启动压力梯度，只有外界驱动压力梯度大于其启动压力梯度时，该孔道中的流体方能流动。因各个孔喉启动压力大小不尽相等，驱动压力梯度不断提高时，更多孔喉相继打通，储层渗透性随之增强，渗透率变大，因此其渗透率也为一变量。低渗储层中流体的渗流属于微尺度流动[16,17]，在宏观尺度常常被忽略的因素（如流体本身的性质、流体的极性与非极性、小分子间作用力以及界面吸附效应等[17]）此时占据主导地位。因此许多在宏观流动中被忽略的或一些影响较小的因素，此时占据主导地位，致使其流量和压力梯度呈非线性关系（见图1）。在实验室，恒速压汞、核磁共振、离心试验及微量驱替等多种技术已在实验室中研究岩样渗流规律[18]。

地质模型经常被用来研究地质参数发展和变化的规律，对于非线性渗流的研究也不例外。姜瑞忠等（2011）分别用达西、拟启动压力梯度及非线性模型计算，得出地层中压力梯度场[19]。结果表明，由于微尺度流动效应，非线性渗流与线性渗流规律对比分析指示，如果使用拟启动压力梯度模型，地层整体渗流阻力被夸大；而达西模型则夸大储层的渗透性，该两类情况在实际生产中应当予以考虑。同时计算出的达西流、拟线性流以及非线性流三种情况下油藏含水率（见图2）显示，拟启动压力梯度模型最快而达西模型最慢，非线性模型居中。其原因是跟水相比，油相的渗流阻力与达西模型相对较大，因此水相渗透能力相对强。

1.2 应力敏感性

流体在储层中渗流受到流体自身性质、岩石性质及其相互作用的影响。流体在储层中渗流受到应力影响表现为两方面：一方面作用于流体的应力场直接影响渗流作用；另一方面岩石骨架应力场变化使得岩石可能发生变形，二者之间耦合作用的变化使得渗流作用受到影响[20]。近些年来应力敏感性研究主要集中在实验评价、渗流模型以及油气藏产能三方面[1]，其中以实验评价的研究居多数。

在试验评价中，国内外学者多以各种函数形式建立应力与有效渗流之间的关系。亦有学者认为研究渗透损害与应力之间的关系更为直接，并总结出应力敏感性的各种控制因素[1]。实验研究表明随着有效应力增加，岩样的渗透率呈规律减小（见图3 a），其原因是压力增加使得闭合压力阀门相对低的孔喉关闭，整体渗流能力降低；且渗透率下降速度亦随着应力增加速率提高而加快（见图3b）[3,5,20,21]。在开采中，如果孔喉结构发生塑性变形，则造成的伤害过程具有不可逆性，并且渗透率越小、有效应力加载速度越快，永久伤害率也越大[5]。同时，应力敏感性损害亦可因粘土矿物遇水膨胀、微粒堵塞、流体润滑作用渗流通道变窄而加剧[3]。

渗流模型大概分为两类：其一基于混合物理论，其二基于传统的流动模型[22,23]。而在生产中应当根据实际情况选择合适者。应力敏感性对产能的影响较难把握，其研究尚处于理论的模型建立和公式推导，实际应用方面较为欠缺。

1.3 水锁损害

注水开发过程外来水相流体渗入油气层孔道后克服其毛细管阻力方能使得油气渗向井筒。外加能量不能克服这一阻力，就无法消除水的堵塞，最终降低采收率，称“水锁损害”。水锁损害被认为主要由毛管压力和贾敏效应产生的附加压力引起，同时受含水饱和度、岩石润湿性、水相物理侵入深度、流动压差、钻井工艺等综合影响[9,11,12,24]。

如果储层原始含水饱和度低于束缚水饱和度，油、气反排工作液最多只能将储层中含水饱和度降至束缚水饱和度，这一过程中产生的水锁称暂时性水锁。只要时间足够长，暂时性水锁可以完全解除。但是渗透率越低，解除伤害所需时间越长。但如不幸将地层中含水饱和度降低至原始含水饱和度，产生的水锁称永久性水锁，无法解除[7]。低渗储层开采过程中水锁损害随工作液压力增大和时间加长而加重，因此在对低渗储层修井作业或压裂改造作用时，不仅需降低流体密度，更应尽量缩短其时间[9]。

多种实验方法被用于水锁伤害的评价研究，如静态岩心流动实验，岩样浸泡实验等。近些年来学者甚至尝试室内定性分析的手段，认为在某一极限内，水锁伤害随着地层含水饱和度的增加而严重。

1.4 其他影响

除应力敏感及水锁损害之外，低渗储层渗透率也受到酸敏、碱敏及微颗粒等影响。酸敏指数主要受碳酸盐及绿泥石影响，随绿泥石含量增大而加重，随盐酸盐含量增加而减弱；碱敏、微颗粒均随着粘土矿物含量的增多而加重[15]。同时，低渗储层普遍发育微型裂缝，对储层渗透性起到不同程度的改善作用，但同时增加了其非均质性。另一方面，低渗储层渗透率受到诸多外因影响，如流体自身特性、地层温度等。多种因素之间又相互影响，使得低渗储层渗流参数更为复杂。如流体损害可通过影响储层应力敏感新进一步影响渗透率[3]；再如正压射孔附近压力增大可以使得水锁伤害增加[8]；又如流体应力场的增加导致微颗粒堵塞（贾敏效应）更加重。近些年来铸体薄片、压汞、扫描电镜等试验方法以及灰色关联分析法、相对比较法等分析思路的创新有助于研究工作的更深一步进行，并指导实际开采工作。

2 应对措施

低渗低产的油气井,为了达到理想的开采效果,人们根据实际情况进行了一系列的努力和探索。在低渗储层开发中，对储层的保护显得尤为重要。研究者根据实际情况以及实验结论，从解除水锁伤害、注水措施、布井措施等方面提出各种应对措施。

2.1 解除水锁伤害

低渗储层中，水锁损伤是最严重的。如是水锁损伤只是暂时性的，在解除之后其他伤害异客得到不同程度的缓解[25]。因此对暂时性水锁伤害的解除技术、方法非常关键。水锁伤害的机理有毛细管自吸作用、液相滞留效应，因此在抑制或解除水锁伤害当以此为治本之策。

在水锁伤害的抑制和解除中，以各种表面活性剂的使用居多，其机理是表面活性剂降低界面张力，从而在降低含水饱和度方面发挥作用。以往较为常用的是2%的KCl，近些年来根据实际地层情况应用较好者诸如FHB-10在中原油田文23气田中得到较好效果[13]；复配体系0.8%石油磺酸盐加0.05%鼠李糖脂和1%碳酸钠在平湖油气田应用效果非常好[12]。除此之外，亦有通过热处理、增强井周围渗流性以及提高反派速度等措施。比如，岩心实验表明，高频微波加热不仅效率高，而且不会对储层产生二次伤害。而在凝析气开采中，近井区反凝析及反渗析引起的动态地层伤害成为研究的重点和难点[26]。

2.2 注水措施

低渗储层存在启动压力梯度与介质变形，因此在开发过程中很难做到稳产，采收率很低。同时因渗透率降低多具有不可逆性，在注水开采中多采用超前注水。这在鄂尔多斯盆地取得较为理想的效果[27]。

超前注水的重点在于保证注入水与地层水的配伍性，把握压力平衡以及最佳开采时机[28,29]。一般而言，注入水的压力应控制在地层破压的90%以内，而储层渗透率越低，原始压力越高，注水当越提前[28]。有岩心（对长庆庄19井区）实验研究认为，最佳开采时机为注水压力传至岩心长度32%之时[29]。

在开发的中后期，注水策略当适当做出积极调整，以适应储层内部动态的变化。其原则是协调注水压力与水平最小主应力以及最大主应力之间的平衡关系。如在头台油田茂11区块实施限压注水、周期轮换注水，取得很好效果[2]。

2.3 布井措施

低渗储层中，流体多为非达西渗流，因此在地下流体渗流场的分布研究、在油田开发预测、井网井距的选择等方面受到特别重视。注采井距在很大程度上影响特低渗储层开发效果，其确定主要以渗透率及启动压力梯度为主要参考。一般的规律为，合理的注采井距随着渗透率和注采压差的增高而增大，随着原油粘度、启动压力梯度及期望采收率的增大而减小[30]。

低渗储层开发布井方式除线状井网外，较为常见的是正方形反九点面积井网（见图4）。二者见效相当，但后者如果采用强注水，油井含水会迅速上升，因此对注水策略的控制更严格。陈淑利以头台油田茂11区块为例，提出排距控制在70～100 m，并采用低量、低压、平稳的注水策略[2]。

在煤层气开采方面，王新海综合考虑三维气水两相渗流、压力敏感性、启动压力梯度等因素，提出煤层气定向羽状水平井开采模型（见图5）[31]。该模型中，高效的降压策略使得煤层气产量提高，但启动压力梯度的存在使得开采效果变差。

2.4 人工裂缝及其他措施

低渗储层发育的微裂缝在开发过程中产生很重要的增渗作用，因此对裂缝的改造非常重要。对裂缝进行适当改造，亦成为关键技术之一。储层天然裂缝欠发育情况下，人工裂缝一般垂直于期望应力梯度方向，使得沿裂缝注入的水通过两侧驱油。而天然裂缝如果发育，则首先应对天然裂缝的方向进行识别，目前较为先进的方案为定向取心及成像测井；其次分析区域构造应力场，建立储层厚度和裂缝间距的相关关系，适当实施人工改造，并综合优选注采井网分布及方向。该策略在安棚油田的应用效果较理想[32]。除此之外，开采工艺和方案的不断探索和管理制度的不断完善亦为低渗储层勘探开发必不可少。近些年来产生新方案如间歇开采、多次开采等。同时，各种方案无法适应所有开采需求，在选择开采策略时应当根据实际情况，因地制宜，灵活选取与开采区最合适方案。

3 讨论与展望

关于低渗储层的研究，虽有大量客观成果，但仍存在诸多问题。

在应力研究方面，目前关于应力敏感对油田生产的影响尚缺定量性，且研究多为室内岩样为对象，对整个非均质储层的渗透特性难以把握。应力敏感性的研究趋势应将实验数据、理论公式及储层物性融为一体,得到一个全面的应力敏感性评价系统。

在注水开发方面，水气交替注入方式有利于提高特低渗储层的原油采收率，是开发低渗、特低渗储层重要的方法之一，值得深入研究。在气田生产中也未形成类似油田中间歇开采的理论，建立间歇开采制度优化模型，仅出现一些初步探索。

在低渗储层开发方案中应当在坚持“整体观念”的指导思想的同时，具体问题具体分析，不能用简单的模型套用所有问题。开发储层是动态的过程，并且受到诸多无法预料或无法定量的因素的影响，因此笔者更倾向于在定量的同时，更加强定性方面的研究。

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