利用MDT壓降流度求取低滲氣藏氣相滲透率的方法

鹿克峰 簡 潔 朱文娟 付焱鑫 薛 皓 單理軍 馬 戀

（中海石油（中國）有限公司上海分公司勘探開發(fā)研究院 上海 200030）

鹿克峰，簡潔，朱文娟，等.利用MDT壓降流度求取低滲氣藏氣相滲透率的方法［J］.中國海上油氣，2015，27（6）：53-56.

目前MDT測井技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海上油氣田，而采用該項(xiàng)技術(shù)評價(jià)儲層物性和產(chǎn)能也相應(yīng)地取得了一定的進(jìn)展。劉堂晏 等［1］指出 MDT測取的通常是鉆井液濾液流度，可通過鉆井液濾液黏度轉(zhuǎn)化為儲層滲透率；袁云福 等［2］明確了MDT解釋滲透率是多相流體在儲層條件下的有效滲透率；張聰慧 等［3］提出在油水黏度比較為接近的情況下，MDT解釋滲透率與油相滲透率相當(dāng)。由此可見，業(yè)界對MDT測試條件與原始地層的差異有了較為一致的認(rèn)識，而且文獻(xiàn)［1］中也提出了將MDT解釋滲透率轉(zhuǎn)化為測試條件下滲透率的方法。值得注意的是，與氣藏產(chǎn)能直接相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)是原始地層條件下的氣相滲透率，但已有文獻(xiàn)對此并未提及。本文在調(diào)研低滲氣藏鉆井液濾液侵入機(jī)理的基礎(chǔ)上，選用穩(wěn)態(tài)法水氣相對滲透率曲線導(dǎo)出了氣相滲透率與MDT壓降流度的理論關(guān)系式，并以東海地區(qū)低滲氣田實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了地區(qū)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，為海上氣田探井隨鉆過程中氣藏產(chǎn)能評估提供了一種新的途徑和方法。

1 原理與方法

有關(guān)文獻(xiàn)［4-6］表明，低滲氣藏地層損害過程不同于常規(guī)氣藏，低滲氣藏儲層存在較大的潛在的毛細(xì)管能量，水基液體與地層接觸時(shí)在井筒與地層之間產(chǎn)生的親水吸入趨勢將水吸入儲層中，導(dǎo)致鉆井后MDT探測范圍中的地層流體為束縛水、侵入的鉆井液濾液以及殘余氣，此時(shí)可流動相為鉆井液濾液；而在鉆井前原始地層中流體是由天然氣和束縛水組成，此時(shí)可流動相為天然氣。本文研究的目的是將MDT測試條件下的鉆井液濾液流度轉(zhuǎn)化為原始地層條件下的氣相有效滲透率。

由液相與殘余氣共存時(shí)的鉆井液濾液流度表達(dá)式M=Kw（1-Sgr）／μw及液相有效滲透率定義式Kw（1-Sgr）=KKrw（1-Sgr），可導(dǎo)出絕對滲透率表達(dá)式為

式（1）中：M為鉆井液濾液流度，m D／（mPa·s）；μw為鉆井液濾液黏度，mPa·s；K為絕對滲透率，mD；Krw（1-Sgr）為穩(wěn)態(tài)法水氣相滲實(shí)驗(yàn)中殘余氣時(shí)水相相對滲透率，f。

又由氣相有效滲透率定義，束縛水與天然氣共存時(shí)的氣相有效滲透率表達(dá)式Kg（Swi）=KKrg（Swi）與式（1）聯(lián)立，得出采用MDT壓降流度和相對滲透率端點(diǎn)值計(jì)算原始地層條件下氣相有效滲透率的關(guān)系式為

式（2）中：Kg（Swi）為束縛水時(shí)氣相滲透率，mD；Krg（Swi）為束縛水時(shí)氣相相對滲透率，f。

式（2）中，MDT壓降流度為現(xiàn)場實(shí)測值，鉆井液濾液黏度依據(jù)劉堂晏 等［1］提供的方法確定（東海地區(qū)變化范圍為0.42～0.57 mPa·s，平均約為0.5 mPa·s）。在MDT壓降流度測量點(diǎn)對應(yīng)的砂層段取心并測取相對滲透率曲線時(shí)，即可直接采用式（2）計(jì)算最大氣相有效滲透率。但探井MDT測井時(shí)間通常早于相對滲透率曲線，甚至早于儲層巖心絕對滲透率的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，這就需要借助區(qū)域已有的相對滲透率曲線建立預(yù)測關(guān)系式，確定流度測點(diǎn)的相對滲透率端點(diǎn)值。

實(shí)驗(yàn)室測定水氣兩相相對滲透率的方法有穩(wěn)態(tài)法與非穩(wěn)態(tài)法，圖1為利用2種方法測定的東海地區(qū)水氣相對滲透率曲線，實(shí)驗(yàn)樣品取自同一氣藏巖性物性相近的巖心。從圖1可以看出，原始地層條件下2種方法測定的氣相相對滲透率差異不大（左端點(diǎn)），但殘余氣飽和度與最大水相相對滲透率差異較大，穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法所測得的殘余氣飽和度分別為30.7%和13.63%，最大水相相對滲透率分別為0.091 3和0.241 5。顯然，2種實(shí)驗(yàn)方法均表明了液相侵入對地層滲透性的傷害（通常指的水鎖或液鎖），但穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的傷害程度更高。分析原因認(rèn)為：穩(wěn)態(tài)法采用恒速注入兩相流體的方式，實(shí)驗(yàn)測定中達(dá)到了毛管力平衡；而非穩(wěn)態(tài)法采用恒壓驅(qū)替的方式，驅(qū)替壓差較大（低滲巖心一般為1.00～10.00 MPa），毛管力處于非平衡狀態(tài)［7］；另外，在近平衡或欠平衡鉆井中，鉆井液濾液主要依靠毛管力自吸作用侵入地層，且最終的飽和度分布處于毛管壓力平衡狀態(tài)［4］，因此MDT測試條件更接近穩(wěn)態(tài)法水氣相滲實(shí)驗(yàn)條件，在選擇相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)需要注意！

圖1 穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法測定的東海地區(qū)水氣相對滲透率曲線Fig.1 Water gas relative permeability curves of East China Sea measured by steady state method and non-steady state method

東海地區(qū)穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)測得的水氣相對滲透率曲線共計(jì)9條，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)最大水相相對滲透率與絕對滲透率之間以及端點(diǎn)相對滲透率比值與絕對滲透率之間均存在較好的相關(guān)性（圖2、3）。

圖2 東海地區(qū)穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)最大水相相對滲透率與絕對滲透率統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig.2 Stastical relationship between maximum water relative permeability and absolute permeability of East China Sea measured by steady state method

圖3 東海地區(qū)穩(wěn)態(tài)法實(shí)驗(yàn)端點(diǎn)相對滲透率比值與絕對滲透率統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig.3 Stastical relationship between the ratio relative permeability of gas and water at end points and absolute permeability of East China Sea measured by steady state method

應(yīng)注意到，MDT壓降流度測點(diǎn)的巖石絕對滲透率也是未知的，需要將圖2中的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式與式（1）聯(lián)立，得出計(jì)算絕對滲透率的關(guān)系式為

式（3）為隱式，可迭代求解出絕對滲透率，進(jìn)而代入圖3中的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式后求出端點(diǎn)相對滲透率比值，即可通過式（2）求出原始地層氣相滲透率，用于氣藏的產(chǎn)能評價(jià)。

從整個(gè)求解過程看，在建立起區(qū)域的穩(wěn)態(tài)法相對滲透率端點(diǎn)值的相關(guān)關(guān)系式后，僅根據(jù)MDT測點(diǎn)壓降流度即可計(jì)算測點(diǎn)氣相滲透率，絕對滲透率僅是中間值，不需要測定。在探井隨鉆跟蹤過程中，直接的巖心物性分析資料往往是缺乏的，且MDT壓降流度是在地層條件下測量的，其結(jié)果反映的是井筒周圍一定范圍內(nèi)的滲流能力，相對于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)物性分析更具代表性。

2 方法驗(yàn)證

首先將采用DST測試解釋所得的氣相滲透率與利用本文方法計(jì)算得到的氣相滲透率進(jìn)行對比和驗(yàn)證。為了盡量在同等條件下進(jìn)行對比，按照以下原則對東海地區(qū)低滲氣藏進(jìn)行篩選：①目標(biāo)氣藏DST測試獲取了穩(wěn)定的產(chǎn)量、流壓數(shù)據(jù)，壓力恢復(fù)出現(xiàn)了明顯的徑向流特征；②在縱向上和平面上砂層較均勻（東海地區(qū)通常以自然伽馬作為判斷儲層非均質(zhì)性的依據(jù)），MDT單點(diǎn)壓降流度具有代表性；③測試層為純氣層，不含可動水。對篩選出的6個(gè)符合條件的低滲氣藏進(jìn)行了對比（圖4），二者雖然無法完全吻合，但數(shù)據(jù)點(diǎn)基本位于對角線附近。

圖4 東海地區(qū)DST測試與本文方法計(jì)算氣相滲透率對比Fig.4 Comparison of gas permeability of East China Sea between DST test and the method proposed in this paper

然后選擇同樣的6個(gè)低滲氣藏，采用巖心分析并經(jīng)覆壓校正后的氣測滲透率值與本文方法計(jì)算得到的絕對滲透率值進(jìn)行了對比（圖5），二者差異相對于氣相滲透率有所增大，這與二者測量條件的差異有關(guān)，但基本處于同一數(shù)量級內(nèi)?？梢姡谔骄S鉆過程中采用MDT壓降流度估計(jì)氣相有效滲透率是可行的，在掌握了地層流體資料、供氣半徑等參數(shù)時(shí)，可將估計(jì)的氣相有效滲透率代入氣井產(chǎn)能方程進(jìn)一步估算產(chǎn)能。

圖5 東海地區(qū)巖心分析與本文方法計(jì)算絕對滲透率對比Fig.5 Comparison of absolute permeability of East China Sea between core analytical and the method proposed in this paper

3 結(jié)束語

在調(diào)研低滲氣藏鉆井液濾液侵入機(jī)理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了氣相滲透率與MDT壓降流度的理論關(guān)系式，并以東海地區(qū)低滲氣田穩(wěn)態(tài)法水氣相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了地區(qū)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式；通過與東海地區(qū)低滲氣藏DST測試結(jié)果和巖心分析結(jié)果的對比，驗(yàn)證了方法的正確性，從而為海上氣田探井隨鉆過程中氣藏產(chǎn)能評估提供了一種新的途徑和方法。

［1］劉堂晏，呂洪志，王紹民，等.用 MDT壓降流度計(jì)算地層滲透率的新方法［J］.中國海上油氣，2003，17（3）：211-214.Liu Tangyan，Lv Hongzhi，Wang Shaomin，et al.New calculation methods formation permeability from MDT mobility［J］.China Offshore Oil and Gas，2003，17（3）：211-214.

［2］袁云福，高楚橋.利用MDT和NMR資料確定儲層產(chǎn)能預(yù)測參數(shù)［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26（增刊1）：68-69.Yuan Yunfu，Gao Chuqiao.Determining productivity prediction parameters with MDT and NMR data［J］.Journal of Jianghan Petroleum Institute，2004，26（S1）：68-69.

［3］張聰慧，劉樹鞏，李義.利用電纜地層測試資料進(jìn)行低滲儲層流度計(jì)算和產(chǎn)能預(yù)測［J］.中國海上油氣，2013，25（1）：43-45.Zhang Conghui，Liu Shugong，Li Yi.A discussion on methods to determine reservoir mobility and productivity by using wireline formation test data［J］.China Offshore Oil and Gas，2013，25（1）：43-45.

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［5］BENNION D B，THOMAS F B，BIETZ R F.Low permeability gas reservoirs：problems，opportunities and solutions for drilling，completion，stimulation and production［C］.SPE 35577，1996.

［6］BENNION D B，THOMAS F B，MA T.Recent advances in laboratory test protocols to evaluate optimum drilling，completion and stimulation practices for low permeability gas reservoirs［C］.SPE 60324，2000.

［7］何更生，唐海.油層物理［M］.2版.北京：石油工業(yè)出版社，2011：314-318.