火山巖氣藏氣水兩相滲流特征分析

章星，楊勝來，李芳芳，陳浩，聶向榮，丁景臣

（中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京 102249）

0 引言

火山巖作為一種重要的儲層，在世界上20多個國家、300多個盆地或地區(qū)中被廣泛發(fā)現(xiàn)［1-3］。吉林油田火山巖氣藏巖石類型多、巖性復雜、巖相變化快、儲層微裂縫發(fā)育，具有物性差、非均質性強等特點［4-6］。由于該類氣藏存在底水，且發(fā)育高角度裂縫，易發(fā)生底水過早錐進。當邊底水進入儲層后，氣相滲透率將大幅降低。一旦發(fā)生水淹后，將產(chǎn)生較強的水鎖現(xiàn)象，影響氣藏開發(fā)效果［7-9］；此時，要想使封閉氣解封，需要很大的生產(chǎn)壓差［10-12］。

氣水相滲曲線是氣田開發(fā)計算、預測分析的一項重要基礎資料，可用于多孔介質微觀多相滲流動態(tài)描述及氣藏邊底水運動和氣井產(chǎn)水規(guī)律研究［13-15］。為此，應在控制采氣速度的同時，研究氣水兩相滲流特征，為合理高效開發(fā)火山巖氣藏提供技術依據(jù)。本文通過開展巖心流動實驗，以水驅氣相滲實驗模擬水侵入氣藏的滲流過程，對水-氣兩相滲流特征和機理進行了探討；以氣驅水相滲實驗模擬水鎖后封閉氣解封的過程，分析了溫度和壓力對火山巖巖心氣-水兩相相滲曲線的影響。

1 實驗裝置與材料

巖心流動實驗的主體設備為美國Core Lab公司生產(chǎn)的CFS-200多功能驅替綜合系統(tǒng)（見圖1），具有計算機控制實驗過程和數(shù)據(jù)采集等功能，可以進行地層條件下的多種驅替實驗。該系統(tǒng)最高驅替壓力和圍壓均為70 MPa，最高實驗溫度為150℃，驅替泵流量可控范圍為0.001～40.000 mL/min。附屬的氣體流量計為美國生產(chǎn)的RUSKA 2331-801雙活塞體積式流量計（2 000，1 000 mL），精度為0.2%。實驗中采用的火山巖巖心參數(shù)見表1。

圖1 相對滲透率測定實驗裝置示意

表1 火山巖巖心參數(shù)

2 實驗方法與結果討論

2.1 水驅氣相滲實驗

2.1.1 實驗方法

采用1號和2號巖心進行水驅氣相滲實驗，具體步驟如下：1）將巖心清洗、烘干，稱取干重；2）將巖心抽真空，飽和地層水，稱取濕重；3）將巖心裝入夾持器，加載實驗圍壓（高于驅替壓力2 MPa），進行氣驅水；4）氣驅至不產(chǎn)水時，測定氣相滲透率；5）停止驅替，取出巖心稱重，計算殘余水飽和度；6）再裝入巖心，水驅氣并測定氣、水兩相滲透率Krg，Krw值，直至不再產(chǎn)出氣體；7）取出巖心稱重，計算殘余氣飽和度。

2.1.2 結果分析與討論

圖2為實驗得到的水-氣相滲曲線，可以看出：在水、氣、巖心系統(tǒng)中，由于水為潤濕相，而氣體為非潤濕相，因此水-氣相滲曲線呈吸吮形態(tài)；不同滲透率巖心的水-氣相滲曲線形態(tài)大體相同，只是特征點的數(shù)值有所不同，這是由火山巖巖石本身的孔隙結構特征所決定的；巖心的滲透率越低，殘余氣飽和度也就越低，這是因為低滲巖心的孔隙小，毛細管力大，易產(chǎn)生滲吸現(xiàn)象，由此可見，滲透率越低越利于水驅氣。

圖2 不同巖心的水-氣相滲曲線

隨著含水飽和度的增加，氣相相對滲透率急劇下降。這是因為水是潤濕相，水進入巖心后會優(yōu)先占據(jù)小孔道，然后逐漸向大孔道擴展，且使部分氣體殘留在孔喉和大孔道的中心部位，從而阻礙了氣體的流動。當水占據(jù)了主要孔道后，氣體所占的孔隙體積要比水小，使得水相的相對滲透率增加較快，而氣相相對滲透率的下降速度明顯減緩。然而，由于氣體以分散的形式存在，阻礙了水的流動，因此，水、氣系統(tǒng)中殘余氣飽和度下的水相相對滲透率較低。為此，在火山巖氣藏開發(fā)過程中，應合理控制生產(chǎn)壓差及單井產(chǎn)氣量，減緩底水上升速度，避免氣井過早水淹。

2.2 氣驅水相滲實驗

采用3號和4號巖心進行氣驅水相滲實驗，在上述水驅氣實驗步驟基礎上，在不同溫度及壓力條件下繼續(xù)進行氣驅水，測定氣相滲透率，直至不產(chǎn)水時停止驅替，取出巖心進行稱重，計算殘余水飽和度。

2.2.1 溫度的影響

采用3號巖心，在40 MPa壓力、不同溫度（60，100，140℃）條件下進行氣驅水實驗，研究溫度對氣-水相滲曲線的影響（見圖3）。

圖3 40 MPa壓力下溫度對氣-水相滲曲線的影響

由圖3可以看出，在火山巖巖心氣驅水過程中，隨著含水飽和度的降低，水相滲透率快速降低，氣相滲透率則逐漸升高。與砂巖巖心相比，火山巖巖心的孔隙度較小，水不易被驅出，且隨著實驗的進行，由于火山巖對水的束縛程度大于砂巖，束縛水飽和度較高，火山巖巖心中的氣水兩相流動會較早變?yōu)闅怏w單相流動，且氣相相對滲透率變化較小。

與此同時，溫度對氣相相對滲透率的影響較小，而對水相相對滲透率的影響較大；溫度越高，水相相滲曲線偏離坐標原點越遠，束縛水飽和度越小。實驗溫度為60，100，140℃時，束縛水飽和度分別為 52.47%，47.17%，42.98%，對應的氣相相對滲透率分別為0.35，0.40，0.45。 實驗表明，在 40 MPa 壓力下，隨著溫度的升高，氣水兩相滲流區(qū)間變寬，束縛水飽和度減小，有利于火山巖巖心氣驅水。

2.2.2 壓力的影響

采用4號巖心，在140℃溫度、不同壓力（5，10，40 MPa）條件下進行氣驅水實驗，研究壓力對氣-水相滲曲線的影響（見圖4）。

圖4 140℃溫度下壓力對氣-水相滲曲線的影響

由圖4可以看出：壓力對氣相相對滲透率的影響很小，而對水相相對滲透率的影響較大；壓力越高，水相相對滲透率曲線變化越平緩，束縛水飽和度越小。壓力為5，10，40 MPa時，束縛水飽和度分別為53.10%，50.22%和42.29%，對應的氣相相對滲透率為 0.31，0.35和0.45。隨著壓力的升高，氣水兩相滲流區(qū)域逐漸變寬，氣相相對滲透率的峰值增大。因此，在140℃條件下，壓力越大，束縛水飽和度下的氣相相對滲透率越大，越有利于火山巖巖心氣驅水。

3 結束語

通過高溫高壓條件下的水驅氣及氣驅水相滲實驗研究，獲得了火山巖氣藏滲流特征數(shù)據(jù)，為氣藏方案設計提供了技術依據(jù)，同時為指導氣田開發(fā)規(guī)劃提供了參考。基于水-氣相滲曲線呈吸吮形態(tài)，且?guī)r心滲透率越大，殘余氣飽和度越高，建議在火山巖氣藏開發(fā)過程中，合理控制生產(chǎn)壓差及單井產(chǎn)氣量，避免氣井過早水淹；基于溫度、壓力對氣-水相滲曲線的影響，可通過提高氣藏溫度或壓力，進一步提高氣藏采收率。

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