低渗砂岩油藏渗吸诱发压裂液运移规律实验研究

2021-04-23丁金岗游川川杨啟桂

钻采工艺 2021年1期

丁金岗,惠峰,游川川,杨啟桂

(长庆油田分公司第四采油厂)

0 引言

天然气作为一种清洁能源的需求量不断增加，其中非常规天然气所占比例也逐年升高[1]。大规模水力压裂中水基压裂液是非常规油气藏所用压裂液的主要类型[2]。压裂液在渗吸作用下滤失到岩石基质并伤害储层渗透性主要基于两个作用。一个是低渗储层中黏土矿物的膨胀堵塞作用[3];一个是在裂缝及井筒间形成的“水墙”作用[4]。Bahrami等人基于毛管力及相对渗透率开展了“水墙”作用的数值模拟研究[5]。Bazin等人也提出毛细管压力效应是引起压裂液滞留的主要因素[6]。此外，Roychaudhuri等人通过实验发现，在关井条件下，毛细力的作用会引起润湿相流体在储层岩石中运移[7]。朱维耀等通过核磁共振测试研究认为介质的润湿性差异会影响渗吸效果[8]。李爱芬等研究了润湿性、黏度和温度对渗吸的影响[9]。李士奎等通过核磁测试实验对致密油藏渗吸采油机理进行了研究[10]。

本文研究了渗吸引起的压裂液滞留的流动特性，并与高渗透砂岩多孔介质内压裂液的流动特性进行对比。然后通过裂缝面滤失前后渗透性变化侧面验证了压裂液滞留对气体生产的抑制作用，确定了关井时间对气井产能的影响。

1 储层特征

J油田地层温度81℃，地层压力 25 MPa，平均渗透率10.7 mD，平均孔隙度15.7%，属于低孔低渗储层。地面脱气原油密度为0.52 g/cm3，地面脱气原油黏度为3.8 mPa·s。地层水的总矿化度为25 740 mg/L，水型为NaHCO3型。原油中沥青质的质量百分数为1.48%。

2 实验部分

2.1 裂缝中压裂液扩散实验

实验1模拟了裂缝中残留压裂液在毛管力作用下向裂缝周围岩石的扩散过程。实验岩心采用1组低渗岩心及1组高渗岩心开展对比实验，岩心均经过人工压裂造缝以模拟自发渗吸的定压边界(见图1模型1)，两组岩心均为定制的饼状岩心。岩心及其裂缝的基础性质参数如表1所示。

图1 模型1、2压裂液运移环境示意图

表1 实验岩心物理性质参数表

2.2 基质中渗吸压裂液运移实验

实验2 模拟了裂缝中压裂液渗吸进入基质后在储层中的运移过程。基于形状类似于常规岩心的柱状岩心开展(图1模型2)，岩心的一端代表裂缝和基质的接触面。实验2所用岩心同实验1中来自相同的天然岩心露头。测得岩心长度为211 mm，直径为25.2 mm，渗透率为9.8 mD，岩心孔隙体积为9.8cm3。采用X射线观测实验2过程中的前缘运移现象及饱和度分布动态变化。饱和度计算方法见文献[11]。

3 实验结果及分析

3.1 实验1结果分析

基于实验1的流程开展了低渗及高渗岩心自发渗吸实验，两组岩心的饱和度剖面动态变化如图2所示。水从裂缝左端注入岩样，渗吸前缘也从左端出现,图2中颜色越暖则表示含水饱和度越高。在相同注入速度下，高渗岩样中前缘的运移速度要显著快于低渗岩样，表明前者的渗吸扩散更高效。此外，两组岩样的渗吸前缘形态也明显不同。这种形状的差异是由于毛管力、渗透性及非均质性的差异的共同作用。

图2 高渗及低渗岩心自发渗吸过程中饱和度剖面对比

两组岩心平均饱和度随注入体积(PV)变化曲线如图3，饱和度为基质和裂缝中饱和度的平均值。由图3可见，低渗岩样的注入孔隙体积倍数约为高渗岩心4倍左右，这是由于低渗岩样的初始孔隙体积要远小于高渗。而低渗岩样相比于高渗需要更长的时间才能达到并稳定在峰值饱和度状态。比较两组岩心在相同的注入量(PV)下的平均含水饱和度，可明显看出在渗吸的中前期，高渗岩心的平均含水饱和度明显高于低渗。而在渗吸的中后期，低渗岩心的平均含水饱和度逐渐趋于稳定。

3.2 结果分析

通过CT扫描记录了实验1.5 h、3 h、6 h、12 h和168 h(或7 d)的饱和度分布动态变化(见图4)。岩样左端面的含水饱和度随着压裂液向岩样基质中的渗吸而不断降低。在168 h实验末期，左端面的饱和度大幅下降，且注入水渗吸进入岩样的距离约121 mm，占岩样长度比例约67%。

图3 低渗及高渗岩心平均含水饱和度动态变化对比曲线

图4 岩样沿程含水饱和度分布(关井周期7 d)

分析距离左端51 mm处岩心截面的饱和度变化过程，其饱和度在12 h内显著上升，从0逐渐增加至0.375。实验后的返排过程没有测量到可动水相从岩样中流出。尽管如此，返排过程仍然进行了10 min以排出全部可动水。返排结束后，对岩样的渗透率进行了再测试。图4中的岩样在实验前基础渗透率为4.64 mD，在整个实验结束后，渗透率变为3.77 mD，渗透率损害率为24%。即延长关井时间(本实验中为7 d)，压裂液会运移到储层基质中，并以较低的含水饱和度进行扩散，降低对后续的气体开采效果的影响。模拟结果表明，关井时间越长，返排后储层基质中残留的压裂液越少，返排时有一定量的液量流出;关井时间越短，压裂液滤失体积中可动流体占比越高，返排液量越多，对返排后气体产量的影响越小。