致密氣藏巖石滲透率應(yīng)力敏感對(duì)氣水兩相流動(dòng)影響實(shí)驗(yàn)研究

鄭小敏，成志剛，林偉川，董國(guó)敏，楊智新

（中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司，陜西 西安710077）

0 引 言

致密氣藏孔隙結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，孔喉細(xì)小、毛細(xì)管壓力高、滲透率低、儲(chǔ)氣層高含水飽和度等特點(diǎn)，使得致密儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，導(dǎo)致氣水兩相滲流特征極其復(fù)雜，影響致密氣藏的開(kāi)發(fā)效果和超低滲透率氣井的產(chǎn)能，給儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)一定的難度。針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì)致密氣儲(chǔ)層在巖石應(yīng)力敏感條件下復(fù)雜的氣水賦存和流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究，對(duì)氣藏產(chǎn)能的確定和評(píng)價(jià)具有重要的意義。

石玉江、孫良田等［1－6］從不同的角度對(duì)低滲透率儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了應(yīng)力敏感分析，但缺乏致密氣藏巖石滲透率在0.3mD＊＊非法定計(jì)量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同以下與0.3mD以上的應(yīng)力敏感對(duì)比研究，特別是在產(chǎn)能預(yù)測(cè)相結(jié)合的研究方面。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，基于長(zhǎng)慶油田致密氣藏儲(chǔ)層P1s、P2h巖心，開(kāi)展了不同應(yīng)力敏感條件下氣水兩相相對(duì)滲透率曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析致密氣儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感對(duì)儲(chǔ)層氣水兩相流動(dòng)及產(chǎn)能的影響。

1 巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)

氣水兩相相對(duì)滲透率應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)儀器主要分為巖心部分、注入部分、采出部分。實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 氣水兩相滲透率應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)流程圖

實(shí)驗(yàn)方法為圍壓模擬地層巖心所承受上覆巖石壓力、內(nèi)壓模擬氣藏孔隙流體壓力、采用變圍壓方式進(jìn)行氣水相對(duì)滲透率的巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)測(cè)試。變圍壓方法測(cè)試時(shí)圍壓分別設(shè)定為30、20、10MPa進(jìn)行應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)定不同有效應(yīng)力下的滲透率變化，分析升降圍壓對(duì)兩相滲流的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定方法采用非穩(wěn)態(tài)法。

2 巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，從不同圍壓下氣水相對(duì)滲透率變化趨勢(shì)和不同滲透率下變圍壓氣水相滲特征2個(gè)方面對(duì)巖心的應(yīng)力敏感性進(jìn)行分析。

2.1 不同圍壓下氣水相對(duì)滲透率變化趨勢(shì)

圖2 不同圍壓條件下相滲變化分析

應(yīng)力敏感測(cè)試實(shí)驗(yàn)選取了P1s、P2h儲(chǔ)層巖樣共12塊，選取的巖心滲透率范圍為（0.129～0.887）×10－3μm2，孔隙度為5.61%～14.94%，屬于典型的超低滲透率低孔隙度儲(chǔ)層。圖2為實(shí)驗(yàn)中具有代表性的滲透率分別為0.887、0.421、0.208mD 和0.134mD這4塊巖心的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果圖。

從圖2可見(jiàn)，對(duì)于4塊巖心，隨著滲透率降低（0.887mD→0.421mD→0.208mD→0.134mD），氣水兩相共滲區(qū)從35.49%降低到21.73%，殘余水飽和度下的氣相滲透率從0.193mD降低到0.015mD，共滲區(qū)范圍明顯減小，氣相相對(duì)滲透率明顯降低，表明隨著巖心滲透率降低，氣水兩相流動(dòng)變得更加困難，氣體更不容易采出。

對(duì)于每塊巖心，隨著圍壓的增加，整個(gè)相滲曲線向右下角移動(dòng)，巖心的水相相對(duì)滲透率下降速度增大，同時(shí)氣相相對(duì)滲透率也降低；殘余水飽和度增大，兩相滲流區(qū)變小，等滲點(diǎn)含水飽和度增加，氣驅(qū)水效率也隨著降低。這些都說(shuō)明圍壓增加，巖心的喉道和較大孔隙受到壓縮而發(fā)生變形，甚至閉合，導(dǎo)致氣水相對(duì)滲透率值整體下降。

2.2 不同滲透率下變圍壓氣水相滲特征分析

將所測(cè)巖心按照氣測(cè)滲透率0.3×10－3μm2分為2類，即滲透率高于0.3×10－3μm2（4塊）和低于0.3×10－3μm2（8塊）。將氣驅(qū)水相滲曲線歸一化處理，得到有代表性的氣驅(qū)水相滲曲線及歸一化相滲曲線特征參數(shù)（見(jiàn)圖3、表1）。

圖3 氣水相滲歸一化曲線

表1 歸一化氣驅(qū)水相滲曲線特征參數(shù)

由相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及歸一化數(shù)據(jù)分析可得到以下結(jié)論。

（1）氣驅(qū)殘余水飽和度及等滲點(diǎn)飽和度總體偏高，殘余水飽和度高于69.10%，等滲點(diǎn)含水飽和度高于81.21%，反映P1s、P2h儲(chǔ)層巖石強(qiáng)親水特性。

（2）殘余水飽和度下氣相相對(duì)滲透率較低，平均值為0.052 3×10－3μm2；兩相共滲區(qū)范圍較小，平均值為28.17%；氣驅(qū)水效率較低，平均氣驅(qū)水效率為28.17%。

（3）孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)氣驅(qū)水效果影響明顯：當(dāng)K＞0.3mD時(shí)，共滲區(qū)范圍更大、殘余水下氣相相對(duì)滲透率更大，氣驅(qū)水效率更好。這表明氣驅(qū)過(guò)程中，孔隙結(jié)構(gòu)越好，氣驅(qū)水過(guò)程中，氣水兩相滲流能力越強(qiáng)，越有利于氣水共滲。

（4）對(duì)于K＜0.3mD（或者K＞0.3mD）相同滲透率級(jí)別的情況下，不同圍壓對(duì)氣水相滲有一定的影響：隨著圍壓的增加，巖心的水相相對(duì)滲透率下降速度增大，氣相相對(duì)滲透率降低；殘余水飽和度增大，兩相滲流區(qū)變小，等滲點(diǎn)含水飽和度增加，故氣驅(qū)水效率降低。

根據(jù)氣水相滲歸一化曲線，可得到氣相相對(duì)滲透率與含氣率相關(guān)性曲線（見(jiàn)圖4）。將曲線擬直線部分反向延長(zhǎng)并交于橫坐標(biāo)軸，其交點(diǎn)即為巖心擬最小可采含水飽和度（見(jiàn)表2）。

圖4 巖心氣相相對(duì)滲透率與含氣率相關(guān)性

表2 不同圍壓下巖心擬最小可采含氣飽和度

由圖4和表2可知，隨著圍壓的不斷升高，巖心擬最小可采含氣飽和度變小，說(shuō)明應(yīng)力敏感影響了巖心的產(chǎn)氣效率，使得采出程度降低；在同樣的圍壓下，滲透率較高的巖心，其擬最小可采含氣飽和度更低，說(shuō)明應(yīng)力敏感對(duì)低滲透巖心在滲透率相對(duì)較大時(shí)的影響較大一些。

同時(shí)，對(duì)不同滲透率不同圍壓下氣水分流曲線進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖5 氣驅(qū)水分流曲線

表3 不同圍壓下，氣驅(qū)前緣含氣飽和度、前緣兩相流區(qū)平均含氣飽和度

由幾何方法求得歸一化巖心氣驅(qū)水前緣含氣飽和度、前緣兩相流區(qū)平均含氣飽和度（見(jiàn)表3）。由此得知，圍壓越大，氣驅(qū)前緣含氣飽和度以及前緣后兩相流區(qū)平均含氣飽和度越小，含氣上升速度越快，氣驅(qū)水過(guò)程中見(jiàn)水氣間越早，氣驅(qū)水效果越差，產(chǎn)能越低。同時(shí)，滲透率越高，氣驅(qū)前緣含氣飽和度以及前緣后兩相流區(qū)平均含氣飽和度越大，含氣上升速度越慢，氣驅(qū)水過(guò)程中見(jiàn)水氣間越晚，氣驅(qū)水效果越好，產(chǎn)能較高。

3 結(jié) 論

（1）致密氣儲(chǔ)層P2h、P1s層為典型的超低滲透率儲(chǔ)層，表現(xiàn)為強(qiáng)親水特性。在相同滲透率條件下，不同圍壓下的應(yīng)力作用對(duì)氣水相滲有一定的影響，圍壓增加巖心的喉道和較大孔隙受到壓縮而發(fā)生變形，導(dǎo)致氣水相對(duì)滲透率值整體下降。

（2）在相同應(yīng)力條件下，孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)氣驅(qū)水效果影響明顯。氣驅(qū)過(guò)程中孔隙結(jié)構(gòu)越好，氣驅(qū)水過(guò)程中氣水兩相滲流能力越強(qiáng)，越有利于氣水共滲。

（3）氣驅(qū)水分流曲線表明，圍壓越大氣驅(qū)水過(guò)程見(jiàn)水越早，氣驅(qū)水效果越差；相同圍壓下，滲透率越高氣驅(qū)水過(guò)程見(jiàn)水越晚，氣驅(qū)水效果越好。

（4）對(duì)于致密氣藏，應(yīng)力敏感產(chǎn)生的絕對(duì)變化值不大，但是相對(duì)變化值較大，對(duì)致密儲(chǔ)層滲透率以及氣水兩相流動(dòng)的影響較大，從而對(duì)產(chǎn)能的影響不容忽視。

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