压实与出砂双重作用下疏松砂岩稠油油藏产能变化实验＊

熊 钰 李 航 耿站立 王守磊 朱英斌

（1.西南石油大学 四川成都 610500； 2.中海油研究总院 北京 100028）

熊钰，李航，耿站立，等.压实与出砂双重作用下疏松砂岩稠油油藏产能变化实验［J］.中国海上油气，2015，27（6）：63-68.

疏松砂岩稠油油藏开发时地层压力衰减快，岩石受压实作用明显［1］，骨架颗粒产生本体变形和结构变形，降低了孔隙和喉道半径，使渗透率、孔隙度等减小，从而降低了产能。例如，前期常规注水、后期加密调整开发的渤海绥中36-1油田［2-3］，开发难点就是地层压力下降过快。此外，疏松砂岩储层胶结强度弱，压实还会对储层岩石骨架造成破坏，产生微粒运移和出砂，如果骨架微粒被流体带出地层，则会对储层渗流起改善作用而增大油井产能；若微粒被小孔道捕获而阻塞了流体流动，则会造成储层伤害而降低油井产能［4］。因此，如何评价压实和出砂双重作用下的油井产能变化是这类砂岩油藏开发的关键。

国内外关于疏松砂岩稠油油藏开发中渗流特性的研究，主要集中在岩石物性参数变化方面［5-8］。P.M.等［9］实验研究认为，在油田开发引起的压实作用中，高孔隙度岩样的压实是非线性的；刘国勇等［10-11］通过压实成岩模拟实验，认为孔隙度和承载压力存在线性关系，孔隙度和渗透率存在半对数关系，渗透率和承载压力存在指数关系。而在出砂对产能影响方面的研究则主要针对适度出砂对产能的贡献［12］。据统计地层出砂时油井的产量比不出砂时增加了44%［13］，我国一些油田的先导性试验也证明了这一点［14-15］。目前主要采用改变围压的方法研究压实作用对孔隙度和渗透率的影响，未见有关模拟实际储层压力变化过程中压实和出砂共同作用时油藏产能变化的实验研究报道。

本文以渤海绥中36-1疏松砂岩稠油油藏（原始地层压力15 MPa，现今地层压力13 MPa）为例，通过保持围压不变、改变地层压力（内压）模拟实际储层压降，并用120目（孔径0.125 mm）金属筛网提供防砂条件，实现了压实和出砂共同对稠油产能影响的连续测试，并讨论了不同含水阶段下受压实和出砂双重控制下的疏松砂岩稠油油藏产能变化特征。

1 实验部分

1.1 实验装置

实验装置主要由恒压恒流泵A和B（驱替泵）、恒温烘箱、中间容器、岩心夹持器、高精度数字压力传感器、回压泵、围压泵、高精度电子天平等组成（图1），其中高精度数字压力传感器C和D（型号CY205，精度0.05%FS，量程为0～60 MPa）分别用于监测岩心夹持器进出口端实际压力变化，并将采集到的压力信号值连续传输到电脑上显示出来，克服了常规驱替实验有效数据点少和可靠性难以保证的不足。

图1 实验流程图Fig.1 Flow chart of the experimental equipment

1.2 实验材料

疏松砂岩油藏取心成本高，具有代表性的储层岩心难以获取，现场取出的岩心多为散砂，因此实验中使用人造岩心。参照以下标准制备岩心：①采用现场岩样的粒度配比关系；②孔渗特性接近实际储层；③选取与实际储层相近的岩石力学参数。制备岩心的物性参数如表1所示，可以看出，1、2号岩心以及3、4号岩心的渗透率大小相近，这样做的目的有2个，一是研究压实作用下疏松程度略有不同的岩心的产能变化，二是达到近似重复实验的目的，以验证本文实验的合理性和正确性。

表1 人造岩心物性参数Table 1 Physical parameters of the artificial cores

实验用水为配制的地层水，矿化度为6 071 mg／L。实验用油为原油加煤油稀释的模拟油，黏度为100 mPa·s（温度为60℃时）。

根据现场防砂情况，实验中采用120目（筛网孔径0.125 mm）的金属筛网进行防砂。

1.3 实验步骤

1）将制备好的岩心烘干并称重，测量其直径、长度和渗透率。充分抽真空并饱和地层水后放入岩心夹持器，用地层水将管线中的气驱出，减少实验误差。

2）打开恒压恒流泵，用流量为0.5 m L／min地层水驱替并检查管线是否漏液，同时监测岩心进出口端压力，压力稳定后停止水驱，改用流量为0.5 m L／min模拟油驱替并建立束缚水饱和度，保持高温烘箱温度为60℃（地层温度），将岩心老化72 h；然后通过手动调节泵将围压和内压同步升高，围压升至上覆地层压力30 MPa，内压升至13 MPa，达到油藏地层压降为2 MPa时的初始动态测试压力点。

3）设置油流量为5 mL／min、水流量为1 mL／min进行油水同驱，待出口端有水产出、压力稳定时记录进出口端压力和产油、水量，并计量时间和出砂量。依次设置油流量为3、2、1、0.5和0.2 m L／min，继续记录进出口端压力和产油、水量，并计量时间和出砂量。

4）保持围压为30 MPa，依次降低内压到11、9、7、5 MPa，重复步骤3）。

2 实验结果分析

对不同含水率下压实和出砂共同作用时的产能变化（用采油指数Jo衡量）进行分析。含水率等级划分标准为小于等于20%为低含水，20%～60%为中含水，60%～90%为高含水，大于90%为特高含水。

利用采油指数衡量产能变化的前提是流体渗流符合达西定律。对于普通稠油油藏，可以用渗流雷诺数加以判断。目前较通用的雷诺数计算公式［16］为

式（1）中：Re为雷诺数；v为渗流速度，cm／s；ρ为密度，g／cm3；K为渗透率，D；μ为流体黏度，mPa·s；φ为孔隙度，f。

根据本文实验条件，选取最大流量（5 m L／min）计算雷诺数，结果见表2。从表2可以看出，计算所得雷诺数均小于临界值0.2～0.3［16］，因此本文实验均符合达西渗流。

表2 雷诺数计算参数及结果Table 2 Calculation parameters and results of Reynolds number

2.1 低含水条件下采油指数变化规律

低含水率下采油指数和出砂量随地层压降增大时的变化如图2所示。从图2可以看出，低含水率下即使出砂，随着地层压降的增大，稠油的采油指数在地层压降早期（4 MPa之前）下降很快，4 MPa时各岩心产能下降幅度分别为28.6%、41.8%、45.8%和46.7%；相同压降时，岩心渗透率越大（疏松程度越大），产能下降幅度越大。压降大于4 MPa后，采油指数缓慢降低并且没有因出砂而有明显的增大，即低含水条件下稠油产能降低主要是因为压实作用导致的，出砂提高产能的作用相对很弱。

2.2 中含水条件下采油指数变化规律

中含水率下采油指数和出砂量随地层压降增大时的变化如图3所示。从图3可以看出，中含水率下压实作用对储层产能的影响也比较明显，伴随着出砂，油井采油指数随之增大，产能有所恢复。从1、3号岩心的产能恢复来看，最大恢复幅度分别达到37.9%和62.3%，且处于出砂量最大的压降阶段，这一阶段压实作用对产能的影响被出砂的增渗作用减弱。地层压降晚期（8 MPa以后），出砂减少，采油指数趋于稳定，甚至还有一定程度的降低，表现出压实作用较强。对于渗透率更大的4号岩心，在整个实验过程中，不论含水率高与低，稠油产能随地层压降增大而一直减小且并无明显恢复，分析认为可能是由于实验中初始压降时出砂较多而导致采油指数降低变缓。但从整个压实过程看，即使存在出砂增渗阶段，油井产能还是下降的，地层压降小于4 MPa时也是压实作用降低产能最快的阶段。

图2 低含水率（为16.7%）下不同岩心压实、出砂作用对油井产能的影响Fig.2 The different core oil well productivity under compaction and sand production of low water content

图3 中含水率（分别为25%、33.3%、50%）下不同岩心压实、出砂作用对油井产能的影响Fig.3 The different core oil well productivity under compaction and sand production of mid water content

2.3 高含水条件下采油指数变化规律

图4 高含水率（分别为66.7%、83.3%）下不同岩心压实作用对油井产能的影响Fig.4 The different core oil well productivity under compaction of high water content

高含水率下采油指数和出砂量随地层压降增大时的变化如图4所示。从图4可以看出，高含水率阶段与中含水率阶段相比有一定程度的相似，但又有较大不同，即压降早期（4 MPa之前）与压降晚期（8 MPa以后）压实作用对产能降低起主要作用，压降中期产能随出砂有一定程度增大，但产能恢复程度较小，产能降幅最大时1、2号岩心产能恢复幅度最大分别为26%和41.7%，比中含水率时的恢复程度小。

综合上述分析，在低、中含水率阶段的压实和出砂双重作用下，疏松砂岩稠油油藏由于岩石骨架无弹性而应保持压力开发，且压力保持程度越高越好。

3 结论

1）低含水阶段，压实作用是疏松砂岩稠油油藏产能降低的主要原因，出砂提高产能的作用相对很弱；中、高含水阶段，随着含水率上升，出砂现象明显，使得采油指数随出砂量的增多而有所恢复，表现为出砂和压实双重作用的影响，出砂增产减缓了产能的快速下降趋势。

2）疏松砂岩稠油油藏产能随地层压降增大而降低，储层越疏松，产能下降幅度越大。地层压降初期压实作用是导致产能一直降低的主要原因。

3）在储层压实过程中，无论是否存在出砂增渗作用，疏松砂岩稠油油藏油井产能都是随压降增大而降低，且地层压降初期（小于4 MPa）压实作用导致产能下降程度更为明显。因此，疏松砂岩稠油油藏开采过程中必须保持较高的地层压力水平，以充分保护储层并释放油藏产能。

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