許 鋒，姚約東，吳承美，許 章，張金風(fēng)，趙國(guó)翔

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司吉慶油田作業(yè)區(qū)，新疆吉木薩爾 831700；2.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)石油大學(xué)（北京）），北京 102249）

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏采用密切割體積壓裂后燜井開采，有效縮短了見(jiàn)油時(shí)間，降低了開井初期含水率，說(shuō)明密切割體積壓裂后合理的燜井時(shí)間可改善致密油開發(fā)效果[1-5]。但致密油藏壓裂后燜井中溫度會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，對(duì)滲吸效率產(chǎn)生影響。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)致密油藏自發(fā)滲吸機(jī)理及滲吸驅(qū)油機(jī)理的研究，主要集中在理論研究與實(shí)驗(yàn)研究方面[6-17]，例如：J.S.Aronofsky 等人[8]建立了自發(fā)滲吸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，利用該模型可描述自發(fā)滲吸效率隨滲吸時(shí)間的變化特征；C.C.Mattax 等人[16]綜合考慮了滲吸實(shí)驗(yàn)中流體性質(zhì)（界面張力、黏度）和巖心參數(shù)（孔隙度、滲透率）對(duì)滲吸效率的影響，提出了MK自吸采收率標(biāo)定方程，并且定義了無(wú)因次自吸時(shí)間；王家祿等人[18]通過(guò)動(dòng)態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)，研究了驅(qū)替速度、油水黏度比、潤(rùn)濕性、初始含水飽和度等對(duì)滲吸效果的影響；許建紅等人[19]通過(guò)自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)，研究了不同滲透率級(jí)別的低滲透裂縫性油藏巖心滲吸驅(qū)油機(jī)理；李愛(ài)芬等人[20]利用低滲透巖心，進(jìn)行了裂縫性油藏自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)研究；周德勝等人[21]研究了不同參數(shù)條件下致密砂巖儲(chǔ)層滲吸穩(wěn)定時(shí)間及不同因素對(duì)滲吸穩(wěn)定時(shí)間的影響。但是，現(xiàn)有研究均未考慮致密油藏壓裂過(guò)程中溫度對(duì)儲(chǔ)層的傷害以及壓裂后燜井過(guò)程中的滲吸機(jī)理，因此有必要研究溫度對(duì)致密油藏滲吸機(jī)理的影響。

為此，本文分析了吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏壓裂后燜井過(guò)程中的溫度變化特征，結(jié)合致密油藏開采特點(diǎn)，開展了不同油藏溫度、壓力及燜井時(shí)間條件下的致密油藏滲吸物理模擬實(shí)驗(yàn)，分析了溫度對(duì)滲吸效果的影響，揭示了致密油藏密切割體積壓裂后燜井過(guò)程中的滲吸機(jī)理。

1 壓裂后燜井溫度變化特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏受斷層—地層控制，無(wú)邊底水，為大面積分布的源儲(chǔ)一體油藏。二疊系蘆草溝組致密油藏中部埋深3240 m，中部溫度92.63 ℃，中部地層壓力40.84 MPa。

1.1 典型井壓力及溫度檢測(cè)

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏天然邊底水不發(fā)育，因此可認(rèn)為致密油藏壓裂后燜井過(guò)程中溫度的改變均由壓裂液引起。將壓力計(jì)下入井下，監(jiān)測(cè)壓力、溫度變化情況，錄取壓力梯度及溫度梯度資料。燜井監(jiān)測(cè)期間，井底溫度由77.76 ℃逐漸恢復(fù)到92.87 ℃，壓力和溫度測(cè)試結(jié)果如圖1 所示。

1.2 壓裂后燜井溫度變化特征

燜井監(jiān)測(cè)期間，溫度上升了15.11 ℃，溫度上升速率由開始的5.11 ℃/d 逐漸下降至0.47 ℃/d，溫度上升速率呈逐漸下降的趨勢(shì)；壓力下降速率由開始的1.35 MPa/d 下降到0.23 MPa/d，壓力下降速率也呈逐漸下降趨勢(shì)。由于該井壓裂施工早期沒(méi)有進(jìn)行溫度測(cè)試，利用現(xiàn)有溫度測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了非線性回歸，預(yù)測(cè)出早期階段的溫度變化特征：壓裂結(jié)束時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)的溫度約為36.0 ℃（見(jiàn)圖1）。分析認(rèn)為，燜井過(guò)程中壓裂液吸收油層中的熱能，導(dǎo)致壓裂液溫度升高；油層釋放熱能后溫度下降。熱能交換過(guò)程中，基于滲吸機(jī)理發(fā)生的流體交換導(dǎo)致油層壓力發(fā)生變化。同時(shí)，溫度對(duì)原油黏度影響較大，而吉木薩爾致密油黏度較高，50 ℃條件下致密油黏度為17.78～883.62 mPa·s，由低溫壓裂液引起的儲(chǔ)層溫度變化將顯著影響致密油滲流能力。

圖1 燜井期間壓力和溫度變化曲線Fig.1 Pressure and temperature variation curves during soaking

2 儲(chǔ)層巖心滲吸實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括GZCKC-1 型高溫高壓致密巖心滲吸實(shí)驗(yàn)裝置、高溫高壓飽和裝置、PDP-200 滲透率測(cè)試儀（精度0.00001～10 mD）、QY-2 型巖心切樣機(jī)、電子天平（精度0.0001g）、游標(biāo)卡尺、廣口瓶和漏斗等。

實(shí)驗(yàn)巖心為吉木薩爾凹陷蘆草溝組天然致密油藏巖心，直徑2.41～2.50 cm，長(zhǎng)度5.5～7.0 cm。實(shí)驗(yàn)滲吸液為吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏現(xiàn)場(chǎng)滲吸液。實(shí)驗(yàn)用油為吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏地層原油，50 ℃下原油黏度平均為50.27 mPa·s。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

巖心處理過(guò)程為：巖心精加工—清洗—烘干—測(cè)量巖心基本參數(shù)（尺寸、孔隙度、氣測(cè)滲透率）—抽真空飽和地層原油—熱滾，浸泡在模擬油中待用。現(xiàn)場(chǎng)取得的實(shí)驗(yàn)滲吸液含有大量雜質(zhì)，為了降低滲吸實(shí)驗(yàn)過(guò)程中雜質(zhì)對(duì)巖心及管線的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)流體進(jìn)行了過(guò)濾處理。

高溫高壓致密巖心滲吸實(shí)驗(yàn)裝置如圖2 所示，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）巖心精加工、清洗、烘干后進(jìn)行稱重，并測(cè)量每塊巖心的直徑、長(zhǎng)度、氣測(cè)滲透率和孔隙度。

2）將巖心放入高溫高壓抽真空飽和裝置，先抽真空24 h 以上，然后將恒溫箱溫度設(shè)定為90 ℃，加壓至30 MPa，巖心飽和地層原油。

3）將飽和原油的巖心取出放入原油中，在恒溫箱中老化4 d。

4）將老化后的巖心放置于巖心夾持器中，打開閥C，關(guān)閉閥B 和閥A，對(duì)夾持器系統(tǒng)進(jìn)行抽空，以除去其中的氣體，避免影響滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5）打開閥A，關(guān)閉閥B 和閥C，調(diào)節(jié)恒溫箱溫度，然后向巖心注入滲吸液，入口端壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)停止注入，并關(guān)閉閥A，開始實(shí)驗(yàn)。

6）達(dá)到設(shè)定時(shí)間后關(guān)閉閥A，打開閥C，進(jìn)行返排，返排結(jié)束后取出巖心，對(duì)巖心稱重，計(jì)算滲吸量。

7）更換巖心，調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)溫度和壓力，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。

圖2 GZCKC-1 型高溫高壓致密巖心滲吸實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 GZCKC-1 HTHP imbibition experimental apparatus for tight cores

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

滲吸過(guò)程中，滲吸液會(huì)置換出巖心內(nèi)部的地層原油，由于水的密度大于油的密度，巖心的質(zhì)量會(huì)不斷增加，因此滲吸過(guò)程中的滲吸效率、單位面積滲吸油量和單位面積飽和油量可以分別表示如下：

滲吸效率為

單位面積滲吸油量為

單位面積飽和油量為

式中：m0為未飽和巖心質(zhì)量，g；m1為飽和原油后巖心的質(zhì)量，g；m2為滲吸結(jié)束后巖心的質(zhì)量，g；ρw為滲吸液密度，g/cm3；ρo為地層原油密度，g/cm3；D為巖心直徑，cm；R為滲吸效率；P為單位面積滲吸油量，g/cm2；Q為單位面積飽和油量，g/cm2。

3.2 溫度對(duì)滲吸效率的影響

選取物性相近的巖心，開展不同溫度下的巖心滲吸實(shí)驗(yàn)。根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)巖心質(zhì)量的變化計(jì)算出每一組巖心的滲吸效率，得到不同溫度條件下吉木薩爾致密油藏巖心的滲吸效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 溫度對(duì)致密油藏巖心滲吸效率的影響Table 1 Effect of temperature on the imbibition efficiency of cores from tight oil reservoir

由表1 可知：滲吸效率隨著溫度升高而增大，且溫度低于95 ℃時(shí)滲吸效率隨溫度升高增大較快；溫度高于95 ℃時(shí)滲吸效率增大相對(duì)較慢，溫度從95 ℃上升到103 ℃時(shí)滲吸效率僅增加0.40 百分點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)溫度高于地層溫度時(shí)，溫度上升對(duì)滲吸效率影響較?。粚?shí)驗(yàn)溫度低于地層溫度時(shí)，溫度對(duì)滲吸效率的影響較大，溫度越低，對(duì)滲吸效率影響越大。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏原油黏度-溫度關(guān)系曲線如圖3 所示。由圖3 可知，溫度對(duì)地層原油黏度影響較大，隨著溫度升高，原油黏度逐漸降低，當(dāng)溫度高于80 ℃時(shí)，溫度對(duì)原油黏度的影響變?。粶囟葟?0 ℃逐漸升高到87，95，103 和110 ℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的滲吸效率分別為11.30%，13.40%，13.80%和14.10%（見(jiàn)表1），即隨著溫度上升，滲吸效率逐漸升高，但升高的幅度逐漸減緩，這與原油黏度隨溫度的變化規(guī)律相似。

圖3 地層原油的黏度-溫度關(guān)系曲線Fig.3 Relation curve between viscosity and temperature of crude oil

從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度分析認(rèn)為，隨著溫度的升高，原油吸收的熱能轉(zhuǎn)化為分子間動(dòng)能，分子間活躍性增強(qiáng)，宏觀表現(xiàn)為黏度降低，結(jié)果為地層原油的流動(dòng)性變好，流動(dòng)阻力降低，提高了地層原油的流動(dòng)能力，從而促進(jìn)滲吸的發(fā)生；從熱膨脹的角度分析認(rèn)為，隨著溫度升高，巖心基質(zhì)受熱膨脹導(dǎo)致巖心孔隙變小，滲吸過(guò)程中作為主要?jiǎng)恿Φ拿?xì)管力和巖心的彈性能量增大，且?guī)r心中飽和的地層原油受熱膨脹，在巖心的擠壓下開始向外流動(dòng)，促進(jìn)原油析出。

實(shí)驗(yàn)研究了不同溫度下的單位面積滲吸油量與單位面積飽和油量，結(jié)果如表2 所示。由表2 可知，巖心單位面積滲吸油量與單位面積飽和油量呈正相關(guān)關(guān)系，單位面積飽和油量越大，發(fā)生滲吸的油量越大。

表2 不同溫度條件下單位面積滲吸油量與單位面積飽和油量的關(guān)系Table 2 Relationship between the imbibition amount and the saturated oil mass per unit area at different temperature conditions

3.3 溫度對(duì)滲吸時(shí)間的影響

選取4 塊物性相近的巖心，分別在溫度65 和110 ℃條件下進(jìn)行不同滲吸時(shí)間的巖心滲吸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3 所示。

表3 不同時(shí)間不同溫度下的巖心滲吸效率Table 3 Imbibition efficiencies at different time and temperature conditions of core

從表3 可以看出，溫度65 ℃時(shí)，滲吸288.20 h的滲吸效率明顯高于滲吸144.50 h 的滲吸效率，說(shuō)明滲吸6 d 后滲吸過(guò)程還未結(jié)束，仍有較大的滲吸潛力；溫度110 ℃時(shí)，巖心滲吸71.20 h 和144.24 h的滲吸效率比較接近，表明滲吸3 d 已基本完成滲吸過(guò)程。此外，從表3 還可以看出，溫度110 ℃時(shí)的滲吸完成時(shí)間明顯小于65 ℃時(shí)的滲吸完成時(shí)間。分析認(rèn)為，隨著溫度升高，原油黏度降低，導(dǎo)致滲吸阻力減小，巖心滲吸速度在毛細(xì)管力的作用下變快，能在更短時(shí)間內(nèi)完成滲吸過(guò)程。

綜上所述，由于不同溫度下分子間作用力、分子黏度變化及原油膨脹的影響，地層原油的流動(dòng)性發(fā)生改變，導(dǎo)致溫度對(duì)滲吸效率和滲吸時(shí)間有明顯影響，主要表現(xiàn)在滲吸效率隨溫度升高而升高，滲吸所需時(shí)間大大縮短。

4 結(jié)論與建議

1）利用吉木薩爾凹陷蘆草溝組天然致密油藏巖心、地層原油和滲吸液，采用高溫高壓滲吸實(shí)驗(yàn)裝置開展了燜井滲吸實(shí)驗(yàn)，分析了不同溫度條件下的滲吸驅(qū)油機(jī)理，定量評(píng)價(jià)了溫度對(duì)滲吸驅(qū)油效果的影響。結(jié)果表明，溫度對(duì)致密油藏滲吸效率有顯著影響，為體積壓裂后優(yōu)化燜井開發(fā)方式提供了理論依據(jù)。

2）大液量密切割體積壓裂過(guò)程中，應(yīng)考慮壓裂液溫度與地層溫度的差別，盡可能降低壓裂液對(duì)地層造成的冷傷害，以優(yōu)化壓裂開發(fā)效果，提高壓裂后燜井驅(qū)油效率。

3）本文采用吉木薩爾致密油藏巖心進(jìn)行燜井過(guò)程中的滲吸模擬實(shí)驗(yàn)，未考慮壓裂過(guò)程中壓裂液造成的冷傷害及儲(chǔ)層壓力的變化等因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定局限性。

4）可參照本文技術(shù)思路與方法，進(jìn)一步探索不同滲吸液體系、不同地層壓力條件下的滲吸驅(qū)油機(jī)理，為大液量密切割體積壓裂開發(fā)方案設(shè)計(jì)和施工參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。