井筒積液對(duì)儲(chǔ)層傷害及產(chǎn)能的影響

田 巍，杜 利，王 明，韓加芳，朱維耀

(1.中國(guó)石化中原油田分公司，河南 濮陽(yáng) 457001；2.臺(tái)玻集團(tuán)天津玻璃有限公司，天津 301609；3.北京科技大學(xué)，北京 100083)

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井筒積液對(duì)儲(chǔ)層傷害及產(chǎn)能的影響

田 巍1，杜 利1，王 明1，韓加芳2，朱維耀3

(1.中國(guó)石化中原油田分公司，河南 濮陽(yáng) 457001；2.臺(tái)玻集團(tuán)天津玻璃有限公司，天津 301609；3.北京科技大學(xué)，北京 100083)

為了定量研究井筒積液對(duì)低滲透致密氣藏儲(chǔ)層傷害程度，設(shè)計(jì)了井筒積液傷害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)物理模擬方法，利用某氣田真實(shí)巖心開展了實(shí)驗(yàn)研究，并分析了井筒積液對(duì)產(chǎn)量的影響程度。結(jié)果表明：巖心在反向注入一定體積的工作液后，造成滲透率不同程度的降低，初期滲透率傷害率和最終滲透率傷害率分別為44.79%和28.69%；正向通氣后滲透率仍不能恢復(fù)到注液前的狀態(tài)，滲透率低的巖心受到傷害較嚴(yán)重；在較低的含水飽和度變化區(qū)間上，滲透率變化率下降的幅度較大；井筒積液污染儲(chǔ)層造成產(chǎn)能下降幅度達(dá)到31%。井筒積液的影響不可忽視，油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該制訂合理的開關(guān)井生產(chǎn)制度，這對(duì)于油氣田的持續(xù)高效開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

井筒積液；滲透率傷害率；滲透率可恢復(fù)率；含水飽和度；產(chǎn)能；低滲致密砂巖氣藏；吐哈盆地

0 引 言

井筒積液是由施工工作液、外來侵入流體、地層水、凝析水等無法被氣體攜帶排出而積聚在井筒內(nèi)的液體[1-8]，這些被聚集的液體在開關(guān)井、井筒回壓、巖石潤(rùn)濕性以及微孔隙毛管力等作用方式下對(duì)儲(chǔ)層的微毛管孔道產(chǎn)生反滲吸效應(yīng)，形成反滲吸水鎖，反滲吸的存在進(jìn)一步堵塞了氣體滲流的通道，降低氣體有效滲透率，加劇了儲(chǔ)層的傷害，對(duì)于低滲透凝析氣藏，該現(xiàn)象更為顯著[9-12]。目前對(duì)于水鎖效應(yīng)的研究有大量的文獻(xiàn)報(bào)道[12-16]，也有具體的測(cè)定表征方法，但對(duì)于反滲吸水鎖傷害的室內(nèi)研究報(bào)道很少[3]，對(duì)于反滲吸水鎖對(duì)儲(chǔ)層傷害的程度也一直不是很清晰。根據(jù)井筒積液產(chǎn)生的機(jī)理，設(shè)計(jì)出了一種室內(nèi)定量測(cè)定井筒積液反滲吸水鎖傷害的方法及表征方法，并分析了井筒積液傷害對(duì)產(chǎn)能的影響，為后續(xù)相關(guān)課題的研究提供參考。

1 儲(chǔ)層物性特征

研究?jī)?chǔ)層為吐哈盆地某低滲致密砂巖氣藏儲(chǔ)層，儲(chǔ)層巖性是以伊利石為主的灰色中粗砂巖及巨粗砂巖，粒徑分布疏密不均，膠結(jié)類型以壓嵌型為主，以孔隙型、孔隙型—壓嵌型為輔。儲(chǔ)集空間類型主要為溶蝕粒內(nèi)孔、剩余粒間孔及微裂縫?？紫栋霃街饕獮?～150 μm，分布范圍較大；喉道極其細(xì)小，喉道半徑平均為0.477 μm，分布范圍較窄，平均喉道半徑主要為0.100～0.600 μm，主流喉道半徑為0.119～0.814 μm，平均毛管半徑為0.119～0.384 μm；顆粒分選以中等為主，接觸方式以線接觸為主。巖心滲透率為0.010 0×10-3～1.000 0×10-3μm2，孔隙度平均為4.531%，滲透率平均為0.051 0×10-3μm2，滲流能力差，開發(fā)難度大，屬于較差的儲(chǔ)集層。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)文獻(xiàn)資料[1-8]，井筒積液反滲吸儲(chǔ)層傷害通常影響的是近井地帶儲(chǔ)層滲透率。由于井筒積液傷害儲(chǔ)層主要是通過回壓、關(guān)井等引起，實(shí)驗(yàn)通過反向注入一定體積工作液的方法模擬積液反向滲吸的過程。選取0.3倍孔隙體積的反向注液，靜置一段時(shí)間后，測(cè)定開始正向通氣時(shí)氣體有效滲透率作為傷害后的初始滲透率，正向通氣后直至巖心質(zhì)量不再減少為止，將此時(shí)儲(chǔ)層傷害穩(wěn)定的滲透率作為最終滲透率，通過上述測(cè)得的2個(gè)有效滲透率與原始?xì)鉁y(cè)滲透率進(jìn)行比較求得2個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的滲透率傷害率，以最終滲透率傷害率作為井筒積液反滲吸儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)的參考值。

2.2 儀器設(shè)備

滲流裝置選用Auto-floodTM(AFS300TM)驅(qū)替評(píng)價(jià)系統(tǒng)；使用三軸向巖心夾持器；注入驅(qū)替泵流量為0.01～50.00 mL/min(壓力不大于70 MPa)；流速精度為±0.3%(最大密封泄漏為0.25 μL/min)，顯示最小值為0.01 μL/min，恒壓模式下能達(dá)到1.00 μL/min。

圍壓系統(tǒng)和回壓系統(tǒng)使用高精度多級(jí)柱塞驅(qū)替泵(Teledyne isco100-DX)控制；回壓采用美國(guó)巖心公司生產(chǎn)的BP-100空氣彈簧回壓閥；采用DXD高精度數(shù)字壓力傳感器采集壓力，在30～100 ℃條件下，測(cè)試精度為±0.02%；采用高線性壓差傳感器(型號(hào)為validyne)精確采集巖心兩端的壓力差，系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并完成相應(yīng)數(shù)據(jù)分析。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

按照實(shí)驗(yàn)方案的要求，設(shè)計(jì)測(cè)定步驟：①將巖心在107 ℃烘干12 h，而后測(cè)定巖心長(zhǎng)度、直徑、滲透率、孔隙度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②將巖心裝入夾持器，加上圍壓、回壓，檢查系統(tǒng)封閉性，檢漏無問題后，升溫至實(shí)驗(yàn)溫度，通氮?dú)鉁y(cè)定初始滲透率；③將巖心反向注入0.3倍孔隙體積的工作液，靜置2 h；④測(cè)定巖心含液初始正向滲透率，繼續(xù)通氮?dú)猓蟾粢欢螘r(shí)間稱量巖心質(zhì)量，待巖心質(zhì)量不再變化時(shí)，測(cè)定此時(shí)的正向滲透率，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)選用標(biāo)準(zhǔn)鹽水作為模擬地層水，鹽水礦化度為80 000 mg/L，使用氮?dú)庾鳛轵?qū)替氣體。選取長(zhǎng)度約為7.0 cm、直徑為2.5 cm的同一層位巖心開展實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖1。研究表明：在反向注入0.3倍孔隙體積工作液后，巖心正向滲透率出現(xiàn)了不同程度的降低，在正向通氣體的過程中，巖心滲透率會(huì)逐漸恢復(fù)，但不可能恢復(fù)到注液前的狀態(tài)?？梢姡聪蜃⒁耗軐?dǎo)致巖心正向滲透率降低，即井筒積液反滲吸會(huì)對(duì)近井儲(chǔ)層造成不同程度的傷害。

圖1 滲透率傷害率隨滲透率的變化

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：初期滲透率傷害率平均值為44.79%，在氣驅(qū)至含水穩(wěn)定后的巖心滲透率傷害率平均值為28.69%，反向注液對(duì)滲透率傷害非常明顯。隨著滲透率的增加，初期滲透率傷害率與最終滲透率傷害率均表現(xiàn)為先急劇降低，而后逐漸趨于平緩(圖1)；以0.100 0×10-3μm2為分界點(diǎn)將整個(gè)滲透率傷害率變化曲線分為2段，滲透率范圍為0.010 0×10-3～0.1 000×10-3μm2時(shí)，滲透率傷害率隨滲透率變化而變化的幅度較大；滲透率范圍為0.100 0×10-3～1.000 0×10-3μm2時(shí)，滲透率傷害率隨滲透率變化而變化的幅度較為平緩；圖1中滲透率由0.031 2×10-3μm2增至0.095 7×10-3μm2、由0.261 1×10-3μm2增至0.963 8×10-3μm2，其初期滲透率傷害率降低的幅度分別為7.07%和5.01%，最終傷害率降低的幅度分別為6.75%和4.44%，滲透率低于0.100 0×10-3μm2范圍內(nèi)受的傷害較為嚴(yán)重，滲透率傷害率降低幅度相對(duì)較大。

將圖1中初期傷害率與最終傷害率的差值定義為滲透率可恢復(fù)率(即圖中2條曲線之間的部分)。圖1中巖心滲透率分別為0.062 5×10-3、0.261 1×10-3、0.963 8×10-3μm2，滲透率可恢復(fù)率分別為16.77%、15.79%、15.22%，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：隨著滲透率的增加，2條線的間距越來越小，即滲透率越高的巖心其滲透率可恢復(fù)率越小。這是因?yàn)闈B透率越高的巖心，其大孔喉數(shù)量相對(duì)較多，對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)也較大，因此，外界水侵入巖石后，首先進(jìn)入大孔喉，這部分水基本是可動(dòng)用的，只有少量水進(jìn)入與大孔喉相連通的毛管中，而這部分毛管對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)極小，當(dāng)正向通氣后較大毛管中的液體易被動(dòng)用排出，滲透率得到部分恢復(fù)，較小毛管中的液體即使很難排出，對(duì)滲透率影響也較?。粡臐B透率變化的數(shù)值來看，由于高滲透率巖心在傷害前的原始滲透率基數(shù)大，因此，高滲透率巖心可恢復(fù)的滲透率實(shí)際數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低滲透巖心可恢復(fù)的滲透率實(shí)際值。

圖2為正向通氣過程中滲透率恢復(fù)曲線。曲線端點(diǎn)為井筒積液儲(chǔ)層傷害的初始傷害率和最終傷害率，通氣后隨著氣體的滲流，巖心中的含水飽和度逐漸降低，使得滲透率逐漸恢復(fù)。由圖2可知，隨著含水飽和度的降低，滲透率變化率逐漸下降，且下降的幅度越來越大，滲透率逐漸得到恢復(fù)，滲透率為0.031 2×10-3μm2的巖心，在含水飽和度由29.12%降至26.25%再降至23.75%的過程中，其滲透率變化率下降幅度分別為3.34%和5.89%，在相差較小的含水飽和度下降區(qū)間內(nèi)，低含水飽和度區(qū)間的滲透率變化率降幅大于高含水飽和度區(qū)間；滲透率越高的巖心，含水穩(wěn)定時(shí)的含水飽和度越小，其滲透率變化率也越小，因此，滲透率越高的儲(chǔ)層受到井筒積液傷害的程度越小。

圖2 井筒積液傷害滲透率恢復(fù)曲線

該研究結(jié)果對(duì)低滲透儲(chǔ)層中氣井生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，在氣井生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)水氣井不要輕易關(guān)井，一旦關(guān)井，在很短時(shí)間內(nèi)由于反滲吸現(xiàn)象將導(dǎo)致近井地帶儲(chǔ)層含水飽和度急劇上升，在近井地帶形成反滲吸水鎖效應(yīng)，這對(duì)氣井產(chǎn)能將帶來較大影響。

4 產(chǎn)能影響分析

井筒積液污染儲(chǔ)層主要是指井筒附近近井儲(chǔ)層造成的表皮傷害，傷害深度一般都相對(duì)較淺，積液進(jìn)入儲(chǔ)層后隨著開采的進(jìn)行會(huì)有一部分被氣體攜帶滲流再次進(jìn)入井筒，儲(chǔ)層剩余液體一般很難排出，此時(shí)吸附在儲(chǔ)層中的液體便成為了儲(chǔ)層的一部分，儲(chǔ)層吸附侵入液引起的表皮效應(yīng)使?jié)B透率下降并最終穩(wěn)定，巖石的基礎(chǔ)物性參數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)等并沒有發(fā)生變化，只是儲(chǔ)層滲透率發(fā)生改變。因此，按照直井產(chǎn)能公式(1)分別計(jì)算儲(chǔ)層傷害前后產(chǎn)能的變化，不考慮表皮系數(shù)的影響，分析井筒積液對(duì)產(chǎn)能的影響，判斷積液對(duì)產(chǎn)能影響程度。

(1)式中：K為氣層滲透率，10-3μm2；h為生產(chǎn)層有效厚度，m；Zsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體偏差因子；Tsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K；pR為地層壓力，MPa；pwf為井底流壓，MPa；μi為初始條件下的氣體黏度，mPa·s；Zi為初始條件下的氣體偏差因子；psc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的地面壓力，MPa；re為氣井泄氣半徑，m；rw為氣井井筒半徑，m；T為地層溫度，K。

研究?jī)?chǔ)層參數(shù)為：干氣層原始滲透率為0.051 0×10-3μm2，按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合求得傷害后滲透率為0.035 3×10-3μm2，pR為36.25 MPa，Tsc為293 K，地層溫度為350 K，標(biāo)準(zhǔn)狀況偏差因子為0.89，初始條件偏差因子為0.91，黏度為0.022 mPa·s，泄壓半徑為500 m，井筒半徑為0.1 m，有效厚度為10 m。按照上述參數(shù)計(jì)算的侵害前后日產(chǎn)量見表1。由表1可知，井底流壓較高時(shí)，井筒積液傷害引起的日產(chǎn)量變化較??；隨著井底流壓的降低，井筒積液傷害引起的日產(chǎn)量變化幅度越來越大，在井底流壓從原始地層壓力分別降低到31、21、11 MPa的情況下，日產(chǎn)量與未侵害前日產(chǎn)量相比分別降低了0.834×104、2.062×104、2.818×104m3/d，降低幅度達(dá)31%。分析認(rèn)為：在較高的井底流壓下，井筒壓力和井底流壓差值較大，流體經(jīng)井底流向井筒，近井附近高速流向井底的流體使得井筒積液很難反向滲入近井儲(chǔ)層中，因此，近井儲(chǔ)層受到的儲(chǔ)層傷害較?。划?dāng)井底流壓較小時(shí)，井底流壓和井筒壓力的差值變小，使得井筒積液相對(duì)較易通過井底反向滲入到近井儲(chǔ)層中去，導(dǎo)致產(chǎn)量與未侵害前相比下降較多。產(chǎn)水的氣井在關(guān)井一段時(shí)間后，井筒壓力和井底流壓差值更小，井筒積液更易反向滲吸而污染近井儲(chǔ)層，這對(duì)于開井生產(chǎn)后氣體產(chǎn)出很不利。

表1 儲(chǔ)層侵害前后日產(chǎn)量變化

5 結(jié)論及建議

(1) 對(duì)巖心反向注入一定體積工作液，會(huì)導(dǎo)致巖心滲透率不同程度的降低，初期滲透率傷害率和最終滲透率傷害率平均為44.79%和28.69%；正向通氣后巖心滲透率得到一定的恢復(fù)，但仍不能恢復(fù)到干巖心的狀態(tài)。

(2) 最終滲透率傷害率隨滲透率的增加先急劇降低，而后逐漸趨于平緩；滲透率可恢復(fù)率隨著滲透率的增加而減小，高滲透率巖心可恢復(fù)的滲透率實(shí)際數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低滲透巖心可恢復(fù)的滲透率實(shí)際值；隨著含水飽和度的降低，滲透率變化率逐漸下降，且下降的幅度越來越大，直至含水穩(wěn)定。

(3) 由井筒積液引起日產(chǎn)量下降幅度達(dá)到31%，井底流壓越低，井筒積液傷害引起的產(chǎn)量變化越明顯；建議產(chǎn)水的氣井不要輕易關(guān)井，盡量保持井底流壓比井筒壓力足夠大，以防止發(fā)生近井帶反滲吸水鎖，進(jìn)而影響氣體采出。

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編輯 王 昱

20150909；改回日期：20151115

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)“頁(yè)巖氣多場(chǎng)耦合非線性滲流理論研究”(2013CB228002)

田巍(1981-)，男，工程師，2005年畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)給水排水工程專業(yè)，2015年畢業(yè)于北京科技大學(xué)流體力學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)、三次采油技術(shù)和提高采收率滲流實(shí)驗(yàn)方面的研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.030

TE37

A

1006-6535(2016)02-0124-04