低滲氣藏入井液損害實驗評價的產(chǎn)能指數(shù)法

游利軍，陳楊，康毅力，閆霄鵬，王藝鈞

（西南石油大學“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室，成都 610500）

0 引言

低滲氣藏資源量巨大，極具勘探開發(fā)前景[1]，是目前和未來我國天然氣勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)的主力。但儲層基塊孔喉細小，滲透率低，原地條件下小于1 mD[2-4]，存在儲層基塊、天然裂縫、水力裂縫等多尺度孔縫系統(tǒng)[5-7]。當入井液侵入時，極易造成如固相侵入、流體敏感等損害[8]；低滲氣藏局部存在超低含水飽和度，在毛管力作用下，水相圈閉效應顯著[9，10]，一旦入井液液相侵入，氣相滲透率急劇下降，嚴重影響氣藏采收率[11，12]。因此準確高效地防治低滲氣藏入井液損害具有重要意義，而建立模擬現(xiàn)場生產(chǎn)實際、客觀評價儲層損害的方法是入井液損害防治的基礎[13，14]。

現(xiàn)有入井液損害評價實驗是依據(jù)行業(yè)標準SY/T—6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評方法》和SY/T—5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》[15]，即在穩(wěn)定狀態(tài)下測定待評價入井液循環(huán)前后巖心滲透率的變化幅度，評價損害程度[16]。在行業(yè)標準的基礎上，學者對巖樣的制備方法、實驗設備、實驗條件及實驗步驟進行了優(yōu)化改進，使得方法適用面更廣[17]。但是恒壓穩(wěn)態(tài)驅(qū)替獲取數(shù)據(jù)點少，測試時間較長，并且作為評價指標的滲透率受多參數(shù)影響，并非直接反映現(xiàn)場產(chǎn)能，不利于確定預防/解除損害措施，因此需對行業(yè)標準法進行優(yōu)化完善。

筆者提出以產(chǎn)能指數(shù)保持率為評價指標的低滲氣藏入井液損害評價新方法——產(chǎn)能指數(shù)法[18]，并選取低滲氣藏巖樣開展入井液損害實驗評價，分析產(chǎn)能指數(shù)法存在的優(yōu)勢與不足，為保護儲層工作液以及低滲氣藏的損害防治與高效開發(fā)提供基礎。

1 入井液損害評價新方法

1.1 產(chǎn)能指數(shù)法的提出

在現(xiàn)場作業(yè)中，對氣藏儲層最直觀的測試方式是通過變壓差生產(chǎn)測試，獲取有效氣層資料，包括生產(chǎn)壓差、產(chǎn)量、流體性質(zhì)等一系列數(shù)據(jù)[19]，并根據(jù)產(chǎn)能評價入井液損害程度，為氣藏的高效開發(fā)打下基礎。但行業(yè)標準法采用滲透率恢復率作為評價指標，未直接反映氣井產(chǎn)能，且不同評價尺度與時間效應都將對滲透率產(chǎn)生很大的影響，導致室內(nèi)評價結果與實際儲層損害情況存在偏差[20]。

行業(yè)標準SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》旨在動態(tài)或靜態(tài)評價鉆井完井液對常規(guī)油層的損害程度，其使用液體作為測試流體較難模擬氣藏實際情況。低滲氣藏與常規(guī)儲層相比，孔隙連通性差，黏土礦物質(zhì)量分數(shù)較高，儲層性質(zhì)不穩(wěn)定[21]，驅(qū)替時巖心壓力傳遞速率慢，測試困難，因此需采用高驅(qū)替壓差，但高壓差無法代表井下的驅(qū)替條件，流體也可能沿巖樣側面流動，影響損害評價[22]。實際生產(chǎn)中，巖心中油氣流動末端即油嘴存在回壓，而行業(yè)標準法評價時巖心夾持器出口端一般與大氣連通，出口端孔隙壓力幾乎為零，并且采用恒壓穩(wěn)態(tài)測試，獲取數(shù)據(jù)點少，易發(fā)生應力敏感，增大實驗誤差[23]。故行業(yè)標準法適用于滲透率大于1 mD 的碎屑巖巖樣[24]。

因此，低滲氣藏入井液損害評價需要考慮氣井作業(yè)后試采或投產(chǎn)的井底壓力，將產(chǎn)能數(shù)據(jù)作為入井液損害實驗評價的評價指標，搭建低滲氣藏入井液損害室內(nèi)評價與礦場評價的橋梁，反映氣井的生產(chǎn)實際。該文通過改進評價指標、驅(qū)替方式以及實驗條件，提出了入井液損害評價的產(chǎn)能指數(shù)法（圖1）。該方法模擬變生產(chǎn)壓差測試，在巖心出口端施加回壓，模擬井下氣體產(chǎn)出狀態(tài)，使出口端附近流體超前受壓，壓力分布均勻化，增加壓力傳遞效率，溝通非回壓實驗條件下不連通的孔隙，減少滑脫效應對實驗結果的影響[25]，增加測試精度，并且采用壓力衰竭式驅(qū)替巖心，獲取動態(tài)實驗數(shù)據(jù)。

圖1 產(chǎn)能指數(shù)法示意圖

1.2 實驗方法與評價指標

產(chǎn)能指數(shù)法開展低滲氣藏入井液損害實驗評價主要分為以下6 個步驟[18]：①將實驗巖樣建立含水飽和度并在6 MPa 以上圍壓下進行加壓處理一段時間，以消除應力敏感影響[26]；②以一定的初始壓差進行壓力衰竭式驅(qū)替，測定巖樣的動態(tài)流量和壓差，計算產(chǎn)能指數(shù)JA以及初始滲透率；③使用待評價的入井液在一定溫度壓力條件下于巖樣端面反向循環(huán)一段時間，并計量不同時間的濾失量；④以一定壓差恒壓正向返排，直至流量穩(wěn)定；⑤以與步驟②中相同的條件進行壓力衰竭式驅(qū)替，測定循環(huán)后巖樣動態(tài)流量、壓差以及產(chǎn)能指數(shù)JB；⑥計算產(chǎn)能指數(shù)保持率RJt0；⑦根據(jù)產(chǎn)能指數(shù)法評價指標（表1）評價入井液損害程度。

產(chǎn)能指數(shù)Jt0及產(chǎn)能指數(shù)保持率RJt0計算公式如下：

式中，Jt0為t0時刻的產(chǎn)能指數(shù)，cm3/（s·MPa）；qt0為t0時刻出口端氣體流量，cm3/s；Pt0a為t0時刻中間容器內(nèi)的壓力，MPa；Pt0b為t0時刻巖心夾持器下端的壓力，MPa；RJt0為t0時刻的產(chǎn)能指數(shù)保持率；JA為入井液作用前t0時刻的初始產(chǎn)能指數(shù)，cm3/（s·MPa）；JB為入井液作用后t0時刻的產(chǎn)能指數(shù)，cm3/（s·MPa）。

表1 入井液損害程度評價指標

產(chǎn)能指數(shù)法選用的實驗裝置主要由氮氣瓶、巖心夾持器、回壓閥、流量計、壓力傳感器等構成，即為常規(guī)的入井液損害評價實驗裝置，搭建與操作簡易，可同時滿足產(chǎn)能指數(shù)法以及行業(yè)標準法進行損害實驗評價的需求。

2 方法驗證與結果分析

選取某區(qū)塊低滲氣藏儲層柱塞巖樣作為測試對象，根據(jù)產(chǎn)能指數(shù)法評價步驟以及行業(yè)標準法開展入井液損害實驗評價，驗證產(chǎn)能指數(shù)法是否適用低滲氣藏入井液損害評價。共選取10 塊低滲巖樣開展實驗，因低滲氣藏裂縫發(fā)育，開發(fā)過程中極易產(chǎn)生應力敏感損害[27]，因此，將其中6 塊巖樣采用人工造縫獲得平行于巖心軸線的單條裂縫，物性參數(shù)見表2。實驗流體為4 種不同配方的現(xiàn)場用聚磺水基鉆開液1#、2#、3 和4#，根據(jù)現(xiàn)場實驗結果，4 種鉆開液儲層保護能力依次增強。測試過程中，將驅(qū)替壓力設置為3.5 MPa，循環(huán)溫度設置為70 ℃，模擬儲層實際條件，并對損害后的巖樣以恒壓3.5 MPa 返排，直至流量恒定，模擬氣體產(chǎn)出過程中自然解除損害過程，保證實驗結果穩(wěn)定。

表2 巖樣物性參數(shù)表

通過對實驗過程的動態(tài)實驗數(shù)據(jù)進行收集、整理、分析，可知因施加回壓，模擬實際壓力條件，增加了壓力傳遞速率，入井液循環(huán)前后巖樣壓差和流量都呈現(xiàn)出明顯的線性正相關。并且循環(huán)后的壓差和流量的線性相關性更強，即在壓力衰減式驅(qū)替過程中，其間的滲流通道因微粒運移等作用不斷地改變，最終趨于穩(wěn)定，而循環(huán)后的巖樣由于經(jīng)歷了長時間的恒壓驅(qū)替返排，巖樣基塊中已形成優(yōu)勢滲流通道，因此壓差與流量的相關性更優(yōu)于循環(huán)前。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪制出基塊與裂縫低滲巖樣產(chǎn)能指數(shù)保持率與時間的關系曲線（見圖2），可見評價時間的選取對產(chǎn)能指數(shù)保持率存在影響。低滲氣藏滲流困難，壓力衰減速度慢，為避免評價時間過長，選取入井液循環(huán)后壓力衰減至初始壓力2/3的時間作為評價時間t0，各組實驗中t0時刻的產(chǎn)能指數(shù)保持率較平均產(chǎn)能指數(shù)保持率偏差小于3%，因此該評價時間的選取能夠代表產(chǎn)能指數(shù)保持率的總體變化規(guī)律。而采用行業(yè)標準法開展損害評價，即在不同生產(chǎn)壓差條件下驅(qū)替循環(huán)前后的低滲巖樣并測定流量，為對比驗證產(chǎn)能指數(shù)法，生產(chǎn)壓差最大值為3.5 MPa，壓差降低步長為0.2 MPa，降低至最大值的2/3，以此計算平均滲透率恢復率。對比2 種方法，得到低滲氣藏入井液損害程度評價結果（見表3），該結果與現(xiàn)場實驗效果接近，表現(xiàn)為隨著入井液儲層保護能力提升，損害程度隨之降低。并且由于低滲氣藏孔喉細小，入井液進入基塊孔喉難度較大，裂縫巖樣損害程度大于基塊巖樣。

圖2 產(chǎn)能指數(shù)保持率動態(tài)數(shù)據(jù)

表3 低滲氣藏入井液損害程度評價結果

繪制基塊和裂縫巖樣產(chǎn)能指數(shù)保持率與滲透率恢復率的關系曲線（見圖3），可知無論是基塊巖樣還是裂縫巖樣的2 種評價結果均具有良好線性相關性，表明產(chǎn)能指數(shù)法能夠反映入井液循環(huán)前后巖樣滲流能力的變化特征。實驗結果中產(chǎn)能指數(shù)保持率較滲透率恢復率偏大，這與室內(nèi)實驗評價的滲透率恢復率過低而實際現(xiàn)場氣井生產(chǎn)時仍有產(chǎn)能的常見現(xiàn)象相對應。并且產(chǎn)能指數(shù)法能夠從時間、壓力等角度對實驗結果進行多方面的評價，明確壓差和時間對損害程度的影響，消除氣體滑脫效應，評價結果更為可靠。

圖3 基塊和裂縫巖樣產(chǎn)能指數(shù)保持率與滲透率恢復率關系曲線

綜上所述，本文建立的產(chǎn)能指數(shù)法能夠獲取動態(tài)實驗數(shù)據(jù)，綜合評價入井液對低滲氣藏的損害過程，并且加強了室內(nèi)損害實驗評價與礦場評價的聯(lián)系。但是該方法仍存在局限性，當待評價巖心過于致密而無法測試流量，或因流量過小，在蒸發(fā)作用等因素影響下導致流量測試準確性差時，產(chǎn)能指數(shù)法的評價結果也會受到影響甚至難以評價；而當待評價巖心滲透率過高時，壓力衰減過快則會增加測試難度，降低損害實驗評價的精確度。

基于上述實驗結果以及產(chǎn)能指數(shù)法、壓力衰減法和行業(yè)標準法的對比，為擴大入井液損害實驗評價范圍，對各滲透率級別儲層巖心適用的損害實驗評價方法進行了劃分（見表4），即產(chǎn)能指數(shù)法適用于滲透率較低，流量測試較慢的情況，獲取動態(tài)壓力和流量數(shù)據(jù)構建產(chǎn)能指數(shù)保持率進行損害實驗評價，而對于滲透率極低，難以測試流量的巖心，則建議采用壓力衰減法測試壓力半衰期或者壓力衰減指數(shù)進行評價，因產(chǎn)能指數(shù)法亦采用壓力衰竭式驅(qū)替，故可在不改變實驗流程的情況下進行損害實驗評價；而對于滲透率較高，可較快測量壓力和流量數(shù)據(jù)，則建議仍采用恒壓穩(wěn)態(tài)法驅(qū)替巖心，但選取產(chǎn)能指數(shù)保持率作為評價指標，增強行業(yè)標準法與現(xiàn)場產(chǎn)能的聯(lián)系。

建立適用于不同滲透率級別巖心的入井液損害實驗評價方法體系能夠為后續(xù)室內(nèi)損害實驗評價提供指導，提升入井液損害評價的精確性，并且將產(chǎn)能指數(shù)保持率與其他損害實驗評價方法相結合，能夠增強室內(nèi)損害實驗評價體系與礦場評價的聯(lián)系，為后續(xù)損害實驗評價方法的完善提供新思路。

表4 入井液損害實驗評價方法對比

3 結論

行業(yè)標準法采用恒壓穩(wěn)態(tài)測試，以滲透率恢復率作為評價指標。提出的產(chǎn)能指數(shù)法在巖心出口端施加回壓模擬井底壓力與壓力衰竭式驅(qū)替巖心，以產(chǎn)能指數(shù)保持率作為評價低滲氣藏入井液損害的指標，搭建了入井液損害室內(nèi)評價與礦場評價的橋梁。