趙衍彬

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

注蒸汽熱采是稠油油藏開發(fā)的有效手段，但由于稠油油藏大部分儲層巖性疏松、黏土礦物含量偏高，熱采過程中速敏、水敏現(xiàn)象等問題嚴重影響稠油熱采的開發(fā)效果。眾多學者對稠油藏熱采過程中的儲層傷害因素進行了全面分析[1-2]，尤其對高溫加劇地層出砂[3-4]、顆粒遷移改變地層滲透率[5-7]、黏土礦物的轉化[8-12]等進行了深入研究，并建立了熱采過程中地層動態(tài)出砂的理論預測模型[13]。揭示了稠油熱采過程中地層滲透率的變化規(guī)律，可較為準確地表征儲層的傷害程度，為稠油熱采方案的編制提供理論支撐。然而，目前研究所取得的認識難以直接用于該類油藏基于復雜滲流環(huán)境及開發(fā)過程的生產動態(tài)分析和開發(fā)指標預測。例如，熱采可加劇地層出砂，但不同開采模式下，遷移顆?？捎偃貙佑绊懮a，也可擴徑提滲增加產能；同時，高溫狀態(tài)下新生的礦物成分也可能堵塞地層，影響地層顆粒的遷移行為及效果，并將顯著改變地層滲透率。缺乏對這類物理過程的定量評價，將增加稠油熱采方案的不確定性。

近年來，人們基于真實巖樣，包括原始地層巖心和滲流驅替實驗過程中的巖心，基于顯微CT掃描圖像，通過三維重構建立反映巖樣內部微觀孔道幾何結構特征的數(shù)字巖心，并利用孔道網絡流動模擬技術，判斷不同外部驅動壓力條件和內部流體分布環(huán)境下，實際參與流動的孔道的數(shù)量以及位置，并進一步計算這些流動孔道網絡所表現(xiàn)的巖樣實際有效滲透率。利用該方法，可以詳細描述不同滲流環(huán)境下巖石孔隙度及滲透率的變化規(guī)律及其內部微觀機理，進而揭示滲流環(huán)境的改變對地層流動能力的影響機制。

1 典型巖樣的數(shù)字巖心及孔道結構特征

某稠油油藏黏土含量較高，開發(fā)過程中具有顯著的地層顆粒遷移現(xiàn)象，需定量分析熱采對儲層的傷害程度，以確定采用防砂開采或者排砂開采。

目的層259樣次巖心孔隙度25%～38%，滲透率50～1 200 mD。按照參數(shù)分布范圍，分級、分段選取3塊典型巖樣，在巖心中部1 cm×1 cm×1 cm范圍內以1 μm精度進行CT掃描，在圖像后處理基礎上通過三維重構建立具有骨架和孔隙的三維數(shù)字巖心(圖1)。

圖1 典型巖樣CT掃描骨架-孔道分布三視圖

典型巖樣數(shù)字巖心孔徑分布及孔道體積分布如圖2所示。采用文獻[14-15]方法統(tǒng)計數(shù)字巖心孔道網絡的幾何特征及主要物性參數(shù)，結果如表1所示。

表1 典型巖樣孔道結構特征及主要物性參數(shù)

圖2 典型巖樣數(shù)字巖心孔徑分布及孔道體積分布

分析表明，儲層滲流能力的主控因素是孔道數(shù)量與孔徑大小，高滲的巖心大孔道數(shù)量較多、體積峰值孔徑較大，而低滲的巖心小孔道數(shù)量較多、體積峰值孔徑較小。

2 高溫及防砂模式對孔道結構和滲透率的影響

以巖樣粒徑分布及膠結物含量參數(shù)為基礎制作人造巖心，并從中選取孔徑分布、孔隙度、滲透率相似的巖心作為實驗巖心。實驗溫度分別設置為地層溫度和熱采高溫，出口端采用不同擋砂精度模擬防砂及排砂兩種開采模式。考慮到熱采及出砂過程中儲層傷害主要發(fā)生在近井帶，而徑向流條件下近井帶單位過流面積的流量較大。為了模擬礦場實際，結合實驗室條件，將最大驅替量設置為1 000 PV。實驗中發(fā)現(xiàn)，大部分巖心滲流能力在50 PV左右達到變化峰值，200～500 PV后趨于穩(wěn)定，最大在達到800 PV后不再變化。所有試樣完成1 000 PV后，對實驗巖樣段中部1 cm×1 cm×1 cm范圍內進行CT掃描及數(shù)字巖心建模，統(tǒng)計孔道結構變化特征，計算驅替后巖心滲透率，數(shù)據如表2所示。

表2中，不同滲流能力的人造巖心測試參數(shù)均值與典型巖樣對照參數(shù)基本一致，因此，針對人造巖心的系列驅替實驗與儲層典型巖樣的地下物性變化過程具有可比性。

表2 不同滲流環(huán)境下人造巖心孔道結構特征及主要物性參數(shù)

不同滲流環(huán)境下的孔隙度變化規(guī)律如圖3所示。采用防砂方式開發(fā)使得遷移顆粒在地層內淤塞，導致孔隙度降低。由圖3可見：防砂時，相對低、中、高滲典型巖心的孔隙度在常溫下分別下降8.7%、11.1%和4.9%，平均降幅8.2%；而在熱采高溫環(huán)境下，孔隙度降幅分別為21.0%、15.9%和11.2%，平均降幅16.1%。高溫環(huán)境下孔隙度降幅顯著增大，主要是由于遷移顆粒淤塞和新生礦物孔道內堵塞的雙重效應所致。排砂開采能夠解除遷移顆粒的淤塞，常溫條件下能增加孔隙度，相對低、中、高滲典型巖心的孔隙度分別增加12.7%、4.8%和4.8%，平均增幅7.4%，但對于高溫環(huán)境，相對低滲巖樣的孔隙度只增加了4.7%，相對中滲和高滲巖樣排砂后的孔隙度仍然低于初值，說明高溫條件下新生礦物的孔道內充填較為嚴重。

圖3 不同滲流環(huán)境下的孔隙度

圖4為不同滲流環(huán)境下滲透率的變化規(guī)律。由圖4可見，在常溫排砂條件下，相對低、中、高滲典型巖心的滲透率分別增加了41.87%、20.4%和34.4%，平均增幅32.2%。但在熱采的高溫環(huán)境下，即使排砂也無法改變新生礦物充填孔道導致的孔道縮徑而降低滲透率的效應。熱采排砂開發(fā)方式下，相對低、中、高滲典型巖心的滲透率分別降低15.4%、37.8%和0.9%，平均降幅18%。而熱采與防砂對儲層的雙重傷害程度則更為嚴重，相對低、中、高滲典型巖心的滲透率降幅分別達到91.0%、81.6%和66.7%，平均降幅79.8%，超過常溫防砂條件下60.4%的平均降幅，更遠遠超過熱采排砂條件下18%的平均降幅。

圖4 不同滲流環(huán)境下的滲透率

圖5分別從孔徑和孔道數(shù)量兩方面揭示了滲流環(huán)境對孔滲影響規(guī)律的內在微觀機理。防砂導致地層淤塞，孔道縮徑，有效孔道數(shù)量減小。在高溫環(huán)境下，新生礦物的充填導致孔道進一步縮徑，但新生礦物之間的粒間孔、晶間孔將導致孔道總體數(shù)量增加。相對高滲的巖樣由于原始孔徑較大，因此細粒充填后其孔道數(shù)量增幅較其他巖樣大。排砂開采導致擴徑，但相對高滲巖樣在高溫環(huán)境下新生礦物的充填縮徑效果超過排砂的擴徑，總體仍然表現(xiàn)為縮徑。排砂和高溫環(huán)境均將增加孔道數(shù)量，因此高溫排砂孔道數(shù)量增幅最大，但由于高溫充填的縮徑效果，更增加了孔道結構的復雜性。

圖5 不同滲流環(huán)境下的中值孔徑和孔段密度

圖6將初始條件、地層溫度與熱采高溫、排砂與防砂等不同滲流環(huán)境下的孔滲關系進行了綜合比較。由圖6可見，孔滲關系基本保持一致。說明在這一系列過程中，盡管地層顆粒遷移和新生礦物充填改變了孔道網絡的空間結構，但孔道數(shù)量及孔徑大小對地層滲透率的控制機制并未改變。

圖6 不同滲流環(huán)境下的孔滲關系

3 結 論

a.基于目標儲層典型巖樣實驗測試的數(shù)字巖心模擬計算顯示，在地層溫度條件下，防砂導致孔隙度下降8.2%，滲透率下降60.4%，排砂則導致孔隙度增加7.4%，滲透率增加32.2%；但在熱采高溫環(huán)境下，防砂導致孔隙度下降16.1%，滲透率下降79.8%，排砂只能增加0.8%的孔隙度，滲透率仍然降低18%。

b.稠油熱采過程中，高溫產生的新生礦物將充填孔道，其縮小孔徑導致滲透率降低的效果將削弱熱采高溫降低黏度及排砂提高滲透率帶來的增產效果，因此需要在熱采方案制定或實施前，對目的層熱采增產的可行性條件和增產幅度進行綜合評價。

c.針對敏感性稠油油藏，實施防砂或排砂開采方式，在地層溫度或熱采高溫環(huán)境中，地層滲透率與孔徑和孔道數(shù)量之間的對應關系始終保持一致，并未因滲流條件的改變而發(fā)生顯著變化，因此，可利用目的層巖心孔滲關系曲線，預測孔道結構改變對地層滲透率的影響，并作為稠油熱采方案篩選的依據。