儲層滲透率對天然氣開采的影響

李東峰，趙 宇，馮帥帥，胡俊濤，劉鵬飛

（長慶油田天然氣評價項目部，甘肅慶陽 745000）

天然氣資源屬于社會發(fā)展過程中的重要能源，在環(huán)保問題逐漸得到重視以及其他能源發(fā)展難度相對較高的前提下，大力發(fā)展天然氣能源十分關(guān)鍵。經(jīng)多年的勘探研究發(fā)現(xiàn)，我國天然氣能源的儲量相對較高，但是對于天然氣資源的儲層而言，相對較為致密，儲層的厚度較薄，儲層的分布較為分散，由于儲層的非均質(zhì)性較強，因此，單井的開采量較低[1]。

1 我國某天然氣氣田概況分析

1.1 地質(zhì)特征概況

某氣田處于我國某盆地的邊緣區(qū)域，目前已經(jīng)進(jìn)行勘探作業(yè)的面積超過了四萬平方公里，已經(jīng)探明的天然氣儲量超過了五千億方，其屬于我國特大型氣田的重要組成部分。該氣田的地表主要以沙漠為主，在該氣田的南北方向存在較多的河流以及三角洲地形，氣藏主要受該種砂體帶的影響，其屬于一種十分典型的巖性圈閉氣藏。通過對氣層進(jìn)行多方面研究發(fā)現(xiàn)，其主要由多個單砂體構(gòu)成，單砂體之間復(fù)合疊置。該氣田屬于低孔、低滲透率氣田，氣田的產(chǎn)量和豐度也相對較低。在對該氣田進(jìn)行研究的過程中，由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜，建立三維地質(zhì)模型的難度較大，因此，需要對三維地質(zhì)模型進(jìn)行簡化。在進(jìn)行三維地質(zhì)建模的過程中，將儲層劃分為七種類型，對于儲層1而言，儲層孔隙度設(shè)定為7.82%，儲層滲透率設(shè)定為0.244 8MD，儲層含水飽和度設(shè)定為63%，儲層厚度設(shè)定為4.56m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層2而言，儲層孔隙度設(shè)定為14.11%，儲層滲透率設(shè)定為0.382 8MD，儲層含水飽和度設(shè)定為40%，儲層厚度設(shè)定為8.65m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層3而言，儲層孔隙度設(shè)定為12.82%，儲層滲透率設(shè)定為0.164 0MD，儲層含水飽和度設(shè)定為49%，儲層厚度設(shè)定為5.02m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層4而言，儲層孔隙度設(shè)定為9.05%，儲層滲透率設(shè)定為0.121 5MD，儲層含水飽和度設(shè)定為54%，儲層厚度設(shè)定為2.47m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層5而言，儲層孔隙度設(shè)定為8.76%，儲層滲透率設(shè)定為0.181 5MD，儲層含水飽和度設(shè)定為61%，儲層厚度設(shè)定為4.38m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層6而言，儲層孔隙度設(shè)定為11.88%，儲層滲透率設(shè)定為0.194 0MD，儲層含水飽和度設(shè)定為46%，儲層厚度設(shè)定為3.07m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m；對于儲層7而言，儲層孔隙度設(shè)定為11.12%，儲層滲透率設(shè)定為0.286 6MD，儲層含水飽和度設(shè)定為48%，儲層厚度設(shè)定為3.82m，儲層的頂深設(shè)定為3 200m。

1.2 井網(wǎng)布局概況

為了對該氣田進(jìn)行合理的開發(fā)，對該氣田的井網(wǎng)進(jìn)行了合理布置，對于水平井而言，為了全面提高儲層的采出程度，對該種類型的氣井進(jìn)行了壓裂處理。為了開展?jié)B透率對天然氣開采的影響分析，在對水平井進(jìn)行壓裂模擬的過程中，采用了局部網(wǎng)格加密處理的方式。對于I方向的井網(wǎng)而言，網(wǎng)格劃分采用了1∶5的方式，對于J方向的井網(wǎng)而言，網(wǎng)格劃分采用了1∶10的方式。在進(jìn)行壓裂處理的過程中，裂縫的半長設(shè)定為250m，裂縫的寬度設(shè)定為5m，裂縫的頂深設(shè)定為3 213.21m，裂縫的底深設(shè)定為3 218.23m，裂縫的孔隙度設(shè)定為0.3，裂縫的滲透率設(shè)定為1 000mD，根據(jù)裂縫的導(dǎo)流能力計算公式：滲透率×裂縫寬度，可以確定裂縫的導(dǎo)流能力為500μm2·cm。

2 儲層滲流機理研究

在進(jìn)行天然氣開發(fā)過程中，其開發(fā)效果將與滲透率和應(yīng)力、應(yīng)變具有很強的聯(lián)系。在滲透率方面，國內(nèi)外的研究相對較多，通過進(jìn)行全面研究發(fā)現(xiàn)，通過逐漸改變地層中孔隙形狀的方式，可以使得地層中的滲透率逐漸增加，對于我國部分致密氣田而言，其滲透率相對較小。壓裂酸化是提高儲層滲透率的重要措施，國外學(xué)者在進(jìn)行滲透率研究的過程中，主要是通過對細(xì)砂和粗砂比例進(jìn)行合理的調(diào)整，使得沉積物的孔隙度逐漸得到改變，然后使用核磁共振的基本方法，可以得到沉積物的孔隙結(jié)構(gòu)信息，通過使用壓汞法的基本方式，可以對沉積物的孔隙度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，在引入Kozeny-Caman方程以后，采用方程中的SDR模型，可以對沉積物的滲透率進(jìn)行估算。另一方面，在天然氣儲層中還存在孔壓，在天然氣儲層的周圍還存在圍壓，在逐漸降低孔壓以及圍壓的前提下，儲層的滲透率幾乎不會出現(xiàn)變化，這種類型的規(guī)律滿足達(dá)西定律。不管是采用核磁共振的方法還是采用滲流實驗的方法，都可以得到儲層的滲透率數(shù)值，通過對兩種方法得到的滲透率數(shù)值進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，在沉積物細(xì)砂比例逐漸增加的前提下，兩種方法得到的儲層滲透率數(shù)值之間的差異將會增大，在沉積物完全為細(xì)砂的前提下，核磁共振方法得到的滲透率數(shù)值遠(yuǎn)大于滲流測試得到的滲透率數(shù)值，兩者之間的差距可以達(dá)到10倍左右。在應(yīng)用核磁共振波譜的過程中，通過進(jìn)行合理的技術(shù)轉(zhuǎn)換，可以得到分辨率較高的孔徑分布，通過對孔徑分布情況進(jìn)行合理分析，最終得到的滲透率數(shù)值與滲流實驗得到的滲透率數(shù)值相對較為接近。最終的研究結(jié)果顯示，在細(xì)砂比例逐漸增大的前提下，對于多孔介質(zhì)而言，其孔隙度將會呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，儲層的滲透率數(shù)值與儲層的孔隙度之間具有很強的聯(lián)系，因此，儲層的滲透率也會呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

在進(jìn)行介質(zhì)開發(fā)作業(yè)的過程中，儲層的滲透率將會受到多種類型因素的聯(lián)合影響，例如應(yīng)力敏感性、堵塞效應(yīng)以及氣鎖傷害等。在應(yīng)力敏感性方面，儲層中的巖石類型不同，其應(yīng)力敏感性也將存在較大的差別，事實上，儲層中的孔隙可以分為多種結(jié)構(gòu)類型，滲透率主要與孔隙結(jié)構(gòu)有一定的聯(lián)系，對于應(yīng)力敏感性較強的儲層而言，在介質(zhì)逐漸被開采出地面以后，儲層中的有效應(yīng)力將逐漸增加，儲層中的微孔隙或者裂縫等結(jié)構(gòu)將逐漸壓縮，甚至這些結(jié)構(gòu)還會出現(xiàn)閉合問題，最終導(dǎo)致儲層的滲透率逐漸減小，儲層巖石的應(yīng)力敏感性可以使用滲透率損害率以及應(yīng)力敏感系數(shù)等參數(shù)表示，目前的研究結(jié)果顯示，對于大多數(shù)儲層而言，在儲層有效應(yīng)力逐漸增大的前提下，儲層的滲透率將逐漸減小，因此，在進(jìn)行氣田開發(fā)的過程中，可以采用一系列的措施維持儲層的有效應(yīng)力，防止其對開發(fā)效率產(chǎn)生影響。在堵塞效應(yīng)方面，在氣田開發(fā)的過程中，地層中的結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)一定的破壞，對于體積相對較小的固體顆粒而言，其可能會出現(xiàn)運移作用，在孔隙結(jié)構(gòu)中顆粒物含量逐漸增加的前提下，可能會出現(xiàn)堵塞效應(yīng)，簡單理解就是顆粒物堵塞了介質(zhì)的流通渠道，出現(xiàn)該種類型的主要原因在于介質(zhì)的開發(fā)速度過快或者介質(zhì)的開發(fā)速度存在較大的波動，因此，在進(jìn)行氣田開發(fā)的過程中，需要對開發(fā)速度進(jìn)行合理的控制，盡可能使得開發(fā)速度維持在正常區(qū)間范圍內(nèi)。氣鎖傷害主要是因為介質(zhì)的開發(fā)速度相對較快，井底的壓力快速降低，在壓力降低到某一數(shù)值以后，介質(zhì)產(chǎn)生了吸附作用，解吸作業(yè)的難度相對較大，針對該種類型的問題，也需要對介質(zhì)的開發(fā)速度進(jìn)行合理控制。

在進(jìn)行天然氣資源開發(fā)中發(fā)現(xiàn)，地層的滲透率與地層的有效應(yīng)力之間也具有一定的聯(lián)系，在對天然氣逐漸進(jìn)行開發(fā)以后，地層結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)一定的變化，地層中天然氣的儲量會逐漸降低，地層中的壓強也會逐漸降低，這會對儲層承受的應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響，甚至儲層中的某些結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)位移問題。在儲層應(yīng)力出現(xiàn)變化的前提下，儲層中的孔隙結(jié)構(gòu)必然會受到嚴(yán)重的影響，孔隙結(jié)構(gòu)可能會逐漸蓬松，也可能會逐漸緊縮，孔隙結(jié)構(gòu)的變化又會影響儲層的滲透率。另一方面，在儲層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變化的前提下，儲層中還可能會產(chǎn)生新的裂縫，這也是儲層滲透率出現(xiàn)改變的重要原因。為了防止在介質(zhì)開發(fā)過程中儲層壓強出現(xiàn)較大的降低問題，部分氣田引入了降壓開采方法，該種類型的開發(fā)方法可以有效提升儲層的應(yīng)力。同時，對于我國部分氣田而言，儲層中的巖石類型以石英砂為主，因此，部分學(xué)者對該種類型巖石的垂直滲透率進(jìn)行了研究，通過研究發(fā)現(xiàn)，在儲層有效正應(yīng)力逐漸增大的前提下，沉積物的滲透率以及孔隙度都將逐漸降低，在儲層的有效正應(yīng)力達(dá)到2MPa以后，沉積物的滲透率以及孔隙度都將會達(dá)到恒定數(shù)值。

3 滲透率對天然氣開采的影響

在壓差作用下，地層中巖石允許介質(zhì)通過的能力被稱為滲透性，事實上，儲層的滲透性可以使用滲透率參數(shù)表示。從理論上分析可以發(fā)現(xiàn)，通過提高儲層滲透率的方式，可以大幅提升氣藏的采收率。為了進(jìn)行儲層滲透率對天然氣開采的影響研究，共設(shè)置了六種形式的研究方案，在進(jìn)行方案設(shè)計的過程中，假定單井的產(chǎn)氣量為30萬方，其中avg表示地層中各個儲層滲透率的平均數(shù)值，儲層的孔隙度、儲層非均質(zhì)系數(shù)、儲層厚度以及地層含氣飽和度均為最初數(shù)值。對于方案一而言，假定儲層的滲透率為0.1avg；對于方案二而言，假定儲層的滲透率為0.5avg；對于方案三而言，假定儲層的滲透率為1avg；對于方案四而言，假定儲層的滲透率為3avg；對于方案五而言，假定儲層的滲透率為6avg；對于方案六而言，假定儲層的滲透率為10avg。

通過研究發(fā)現(xiàn)，在滲透率為0.1avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了26個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了2.138億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了19.664%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了6.259億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了57.571%；在滲透率為0.5avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了52個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了4.268億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了39.253%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了6.646億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了79.518%，開發(fā)階段采收率的增值為21.947%；在滲透率為1avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了66個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了5.42億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了49.853%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了9.42億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了86.643%，開發(fā)階段采收率的增值為7.125%；在滲透率為3avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了87個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了7.153億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了65.79%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了10.17億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了93.508%，開發(fā)階段采收率的增值為6.865%；在滲透率為6avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了95個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了7.805億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了71.783%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了10.39億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了95.521%，開發(fā)階段采收率的增值為2.013%；在滲透率為10avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到了99個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了8.138億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的儲層采收率達(dá)到了74.854%，開發(fā)階段的累計產(chǎn)氣量達(dá)到了10.48億方，開發(fā)階段的采收率達(dá)到了96.534%，開發(fā)階段采收率的增值為0.914%。

通過對不同滲透率前提下的模擬結(jié)果進(jìn)行全面對比可以發(fā)現(xiàn)，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間與儲層滲透率之間具有很強的聯(lián)系。隨著儲層滲透率的逐漸增加，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間也將逐漸增加，當(dāng)儲層的滲透率達(dá)到10avg時，氣井的穩(wěn)產(chǎn)時間達(dá)到最大，穩(wěn)產(chǎn)時間可以達(dá)到99個月，穩(wěn)產(chǎn)階段的產(chǎn)量可以達(dá)到8.138億方，穩(wěn)產(chǎn)階段的采收率可以達(dá)到74.854%。另一方面，儲層的采收率與儲層的滲透率之間也具有很強的聯(lián)系，隨著儲層滲透率的逐漸提升，儲層的采收率也將逐漸提高，在儲層的滲透率達(dá)到10avg時，氣井的累計采收率可以達(dá)到最大數(shù)值。

通過對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行全面分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著儲層滲透率的逐漸提升，累計采收率的增值將逐漸減小，累計采收率的增值將會逐漸趨向于0，這說明在進(jìn)行氣田開發(fā)作業(yè)的過程中，隨著儲層滲透率的逐漸增加，儲層采收率的增幅將逐漸減小，此時采收率將逐漸趨向于極值，這說明在儲層滲透率達(dá)到一定數(shù)值以后，再次增加儲層的滲透率并不會發(fā)揮提高采收率的效果。

4 結(jié)論

在進(jìn)行天然氣開發(fā)作業(yè)的過程中，儲層的滲透率將會對開發(fā)效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。隨著滲透率的逐漸增加，氣田的穩(wěn)產(chǎn)時間以及采收率都將會大幅提升，但是在滲透率相對較大的前提下，滲透率的變化將會對采收率的增值產(chǎn)生較小的影響。未來在進(jìn)行氣田開發(fā)的過程中，需要采取合理的措施，使儲層的滲透率得到改善，全面提高開發(fā)效率以及開發(fā)效果。