深層火山巖油氣藏滑脫效應(yīng)及啟動(dòng)壓力梯度研究

何學(xué)文,楊勝來,唐 嘉

(1.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué),北京 102249; 2.中油新疆油田分公司,新疆 克拉瑪依 834000)

深層火山巖油氣藏滑脫效應(yīng)及啟動(dòng)壓力梯度研究

何學(xué)文1,楊勝來1,唐 嘉2

(1.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué),北京 102249; 2.中油新疆油田分公司,新疆 克拉瑪依 834000)

以不同深層火山巖氣藏巖心滲流特征實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),在不同溫度、不同氣體的情況下,測(cè)定壓力平方差與流量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明,深層火山巖氣藏氣體滲流存在滑脫效應(yīng)和啟動(dòng)壓力梯度現(xiàn)象;氣體的滑脫效應(yīng)與氣體的性質(zhì)有關(guān),氣體的分子質(zhì)量越小,滑脫效應(yīng)越嚴(yán)重;測(cè)定了不同巖心類型的氣體啟動(dòng)壓力梯度值,認(rèn)為巖心的滲透率大小、溫度以及氣體的性質(zhì)是影響氣體啟動(dòng)壓力梯度值的主要因素。

深層火山巖;滑脫效應(yīng);啟動(dòng)壓力梯度;氣體性質(zhì)

引 言

中國東部許多含油氣盆地諸如渤海灣盆地、松遼盆地、江漢盆地等在早期發(fā)育階段往往伴隨火山作用,形成大量火成巖。這些火成巖分布于盆地深層,與生烴層廣泛接觸,儲(chǔ)集空間多不受壓實(shí)影響,是深層油氣藏的重要領(lǐng)域[1-2]。

目前,深層火山巖油氣藏開發(fā)仍是世界級(jí)難題[3]?；鹕綆r發(fā)育受巖漿性質(zhì)、噴發(fā)活動(dòng)和模式影響,巖性、巖相類型多變,后期經(jīng)歷多期構(gòu)造和成巖作用,儲(chǔ)集空間類型和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜[4-5]。以長深氣藏和徐深氣藏的全直徑巖心實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),分析其滑脫效應(yīng)及啟動(dòng)壓力梯度特征。

1 實(shí)驗(yàn)過程及原理

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用長深氣藏和徐深氣藏的全直徑巖心,巖樣的滲透率低,空氣滲透率為 0.006×10-3～0.572×10-3μm2(表 1)。為保證實(shí)驗(yàn)的精度,采用長巖心 (梯度)流動(dòng)試驗(yàn)儀測(cè)定滑脫效應(yīng),然后進(jìn)一步測(cè)量巖心的啟動(dòng)壓力梯度。

表 1 巖樣基本數(shù)據(jù)

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 測(cè)定滑脫效應(yīng)

通過定圍壓變流壓及定流壓變圍壓的方式,對(duì)不同溫度、不同氣體的滲流特征進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[6]。

1.2.2 啟動(dòng)壓力梯度測(cè)定

(1)測(cè)定巖心的幾何尺寸。

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì),連接好實(shí)驗(yàn)裝置,裝入相應(yīng)測(cè)試巖樣(圖 1)。

圖 1 啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置

(3)打開高壓氣源開關(guān),調(diào)節(jié)入口壓力,測(cè)量不同氣源壓力下巖心的滲透率Kg。

(4)實(shí)驗(yàn)測(cè)定流壓為:0.1、0.15、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5 MPa。每個(gè)流壓穩(wěn)定30～40 min,記錄氣體流量Q和此時(shí)壓力表所對(duì)應(yīng)的實(shí)際流壓數(shù)值p,測(cè)量 3次,流量誤差小于 4%為合格。

(5)改變巖心覆壓,重復(fù)步驟 (3)、(4),測(cè)量不同覆壓下的啟動(dòng)壓力梯度。

實(shí)驗(yàn)氣體選用氮?dú)?、天然氣、二氧化碳。?shí)驗(yàn)分析不同巖心類型、不同氣體驅(qū)替、不同溫度下的啟動(dòng)壓力梯度[7-9]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 滑脫效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

對(duì)于不同巖心和氣體,采用不同的平均壓力測(cè)量時(shí)所得的氣測(cè)滲透率不同;對(duì)于同一巖心,在同一平均壓力下,采用不同的氣體測(cè)出的滲透率也不同。原因是由于氣測(cè)滲透率時(shí)發(fā)生氣體滑動(dòng)效應(yīng),也即克氏效應(yīng)。

表 2 實(shí)驗(yàn)克氏滲透率統(tǒng)計(jì)

表 2為實(shí)驗(yàn)克氏滲透率的統(tǒng)計(jì)值。可以看出,氣體的滑脫效應(yīng)與氣體的性質(zhì)有關(guān),氣體的分子質(zhì)量越小,滑脫效應(yīng)越嚴(yán)重。

2.2 啟動(dòng)壓力梯度結(jié)果討論

2.2.1 各巖心啟動(dòng)壓力梯度值

圖 2和圖 3分別給出了各巖心流量與壓力平方差梯度關(guān)系曲線。可以看出,在壓力平方差梯度較低時(shí),擬合曲線不經(jīng)過原點(diǎn),截距為負(fù),都存在啟動(dòng)壓力梯度。

通過計(jì)算,滲透率偏大的巖心 (約為較小滲透率巖心數(shù)量級(jí)的 50倍)啟動(dòng)壓力梯度為 0.062 7 MPa/m;滲透率較小巖心的啟動(dòng)壓力梯度為0.518 1 MPa/m[10]。由于Ⅰ類巖心的滲透率大于Ⅱ類巖心,可以看出,啟動(dòng)壓力梯度隨滲透率的增加而減小。

圖 2 滲透率較大巖心流量與壓力平方差梯度關(guān)系曲線

圖 3 滲透率較小巖心流量與壓力平方差梯度關(guān)系曲線

2.2.2 溫度對(duì)啟動(dòng)壓力梯度的影響

圖 4為不同溫度下巖心流量與壓力平方差關(guān)系曲線。計(jì)算可知,50℃時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為 0.064 5 MPa/m;80℃時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為 0.062 MPa/m?？梢钥闯鰷囟壬?啟動(dòng)壓力梯度略有降低,差別不大。

2.2.3 不同測(cè)量氣體對(duì)啟動(dòng)壓力梯度的影響

圖 5為不同氣體驅(qū)替條件下巖心流量與壓力平方差關(guān)系曲線。天然氣驅(qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為0.069 8 MPa/m;二氧化碳驅(qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為0.094 8MPa/m,氮?dú)怛?qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為 0.055 5 MPa/m。通過對(duì)比看出,對(duì)于啟動(dòng)壓力梯度,二氧化碳驅(qū)時(shí)最高,氮?dú)怛?qū)時(shí)最低。

圖 4 不同溫度下巖心流量與壓力平方差梯度關(guān)系曲線

圖 5 不同氣體下巖心流量與壓力平方差梯度關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

(1)深層火山巖氣藏氣體滲流存在“滑脫效應(yīng)”和啟動(dòng)壓力梯度現(xiàn)象。氣體的滑脫效應(yīng)與氣體的性質(zhì)有關(guān),氣體的分子質(zhì)量越小,滑脫效應(yīng)越嚴(yán)重。流度隨平均壓力倒數(shù)的增加近似線性提高,即高壓下流度較低,壓力降低,流度升高。

(2)測(cè)定了不同巖心類型的氣體啟動(dòng)壓力梯度,滲透率較大巖心的啟動(dòng)壓力梯度為 0.062 7 MPa/m;滲透率較小巖心的啟動(dòng)壓力梯度為 0.518 1 MPa/m。

(3)對(duì)同種氣體而言,溫度升高,啟動(dòng)壓力梯度略有降低,差別不大,因此可以認(rèn)為溫度對(duì)啟動(dòng)壓力梯度影響不大。

(4)計(jì)算得到天然氣驅(qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為0.069 8 MPa/m;二氧化碳驅(qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為0.094 8MPa/m,氮?dú)怛?qū)時(shí)啟動(dòng)壓力梯度為 0.055 5 MPa/m。通過對(duì)比看出,對(duì)于啟動(dòng)壓力梯度,二氧化碳驅(qū)時(shí)最高,氮?dú)怛?qū)時(shí)最低。

(5)對(duì)于更深層位的其他類型巖心的類似研究也在進(jìn)行之中,后續(xù)研究準(zhǔn)備對(duì)不同層位、不同類型巖心進(jìn)行對(duì)比,得到更為全面的規(guī)律。

[1]袁士義,冉啟全,徐正順 .火山巖氣藏高效開發(fā)策略研究[J].石油學(xué)報(bào),2007,28(1):73-77.

[2]陳元春,吳昌志,武毅 .遼河盆地黃沙坨火山巖油藏開發(fā)實(shí)踐[J].新疆石油地質(zhì),2006,27(1):71-75.

[3]梁彬,李閩,曾繁華,等 .致密氣藏產(chǎn)能分析方法研究[J].斷塊油氣田,2005,12(1):30-33.

[4]任曉娟,等 .水相滯留對(duì)低滲氣層滲透率的損害分析[J].天然氣工業(yè),2004,24(11):106-108.

[5]向陽,等 .致密砂巖氣藏應(yīng)力敏感的全模擬試驗(yàn)研究[J].成都理工學(xué)院學(xué)報(bào),2002,29(6):617-619.

[6]楊勝來,等 .異常高壓氣藏巖石應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)與模型研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(2):107-109.

[7]楊勝來,等 .異常高壓氣藏儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性及其對(duì)容積法儲(chǔ)量計(jì)算精度的影響 [J].天然氣地球科學(xué), 2007,17(5):67-69.

[8]高旺來 .克拉 2異常高壓氣藏開采壓力變化對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].特種油氣藏,2002,9(4):69-71.

[9]岑芳,羅明高,姚鵬翔 .深埋藏火山巖高孔隙形成機(jī)制探討[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2005,27(3):8-11.

[10]李彥民,李艷麗,趙微林,等 .深層火山巖儲(chǔ)集層定量預(yù)測(cè)方法研究[J].石油地球物理勘探,2002,37(2): 175-179.

編輯 周丹妮

TE122.2

A

1006-6535(2010)05-0100-03

20100329;改回日期:20100528

國家自然科學(xué)基金“超深層油氣藏巖石物性垂向分布規(guī)律及滲流特征研究”(50874114)

何學(xué)文 (1985-),男,2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué) (北京)能源學(xué)院石油工程專業(yè),現(xiàn)為該校油氣田開發(fā)專業(yè)在讀碩士研究生,主要從事油氣田開發(fā)理論研究。