廣安氣田須六段氣藏低滲透高含水砂巖儲(chǔ)層單相氣體滲流特征

摘 要

摘要：廣安氣田須六段氣藏的砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)出典型的高含水、低滲透特征，氣藏滲透率為0.1mD的巖樣占60%，且平均孔隙度僅有8.97%，平均含水飽和度達(dá)55%，與常規(guī)氣藏相比較，該氣藏儲(chǔ)層的氣
摘要：廣安氣田須六段氣藏的砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)出典型的高含水、低滲透特征，氣藏滲透率為0.1mD的巖樣占60%，且平均孔隙度僅有8.97%，平均含水飽和度達(dá)55%，與常規(guī)氣藏相比較，該氣藏儲(chǔ)層的氣體滲流特征具有特殊性。為了深入認(rèn)識(shí)該氣藏滲流特征和關(guān)鍵性的影響因素，掌握其生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，需用巖心開展針對(duì)性的滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)，應(yīng)用滲流效應(yīng)系統(tǒng)分析方法診斷該氣藏存在的特殊滲流形式。研究表明：廣安氣田須六段氣藏巖樣隨著壓力梯度增大單相氣體滲流存在閾壓效應(yīng)、滑脫效應(yīng)、達(dá)西滲流效應(yīng)及高速非達(dá)西滲流效應(yīng)4種滲流形式；物性越差、含水飽和度越高的巖樣非線性滲流效應(yīng)越明顯。該研究成果不僅為認(rèn)識(shí)該氣藏的滲流特征提供了直接理論依據(jù)，而且也有利于掌握其生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的特殊規(guī)律。
關(guān)鍵詞：低滲透油氣藏；滲流特征含水飽和度；單相；非達(dá)西流；實(shí)驗(yàn)
1 須六段氣藏地質(zhì)開發(fā)特征
    廣安氣田須六段氣藏儲(chǔ)層以長石巖屑砂巖為主，次為巖屑砂巖，通過巖心觀察和薄片鑒定分析，以中砂巖為主，顆粒粒徑為0.25～0.8mm，分選中等?？紫抖绕骄禐?.97%，主要介于6%～12%，滲透率主要分布在0.01～5.0mD之間，平均0.238mD，屬低滲透-特低滲透儲(chǔ)層。
   儲(chǔ)層含水飽和度主要分布在30%～90%，平均達(dá)55%。同時(shí)，據(jù)束縛水飽和度實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層的束縛水飽和度平均為39.96%。
    廣安氣田須六段氣藏普遍存在氣相滲流占主導(dǎo)地位、但在低滲透和高含水雙重因素作用下產(chǎn)生特殊滲流效應(yīng)的現(xiàn)象。這些特殊的滲流效應(yīng)不同于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)范疇的氣水兩相滲流機(jī)理。
2 低滲透儲(chǔ)層特殊滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)
    此次研究選取廣安107、廣安108及廣安110井須六段巖樣共計(jì)21塊，其中垂直樣7塊、水平樣11塊、全直徑樣3塊，對(duì)飽和地層水巖心進(jìn)行了巖樣滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)共計(jì)46樣次，實(shí)驗(yàn)流程見圖1[1]。目的是通過實(shí)驗(yàn)研究，明確廣安須六段氣藏低滲透高含水儲(chǔ)層存在的非線性滲流機(jī)理。
 

    國內(nèi)外長期的滲流實(shí)驗(yàn)研究確認(rèn)了氣體特殊滲流效應(yīng)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述關(guān)系式[2～4]。2008年馮曦等根據(jù)單相氣體不同滲流運(yùn)動(dòng)方程建立了對(duì)應(yīng)的滲流效應(yīng)診斷方法，提高了診斷精度[5～6]。筆者以上述方法為基礎(chǔ)，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)樣品的滲流機(jī)理進(jìn)行診斷分析。
    通過46組束縛水條件下氣體滲流實(shí)驗(yàn)，分析在低速段表現(xiàn)出的氣體滲流效應(yīng)差異，總體表現(xiàn)出以下兩類特征：①低速滲流段閾壓效應(yīng)、滑脫效應(yīng)分別占主導(dǎo)地位；②低速滲流段滑脫效應(yīng)占主導(dǎo)地位。第一類診斷結(jié)果見圖2，第二類除了在低速段未見到明顯閾壓滲流效應(yīng)外，其他滲流效應(yīng)對(duì)應(yīng)的曲線特征與第一類類似。
 

    含水巖樣由于孔隙度、滲透率以及束縛水飽和度差異，氣體滲流表現(xiàn)為不同的滲流效應(yīng)。兩者差異主要表現(xiàn)在低速段：對(duì)于如圖2所示巖樣，氣體首先必須克服由于水相在孔隙喉道處堵塞引起的附加壓力才能流動(dòng)，即存在明顯閾壓效應(yīng)；隨著實(shí)驗(yàn)壓差增大，表現(xiàn)為滑脫效應(yīng)占主導(dǎo)地位的滲流段；其后依次逐漸過渡為達(dá)西滲流、高速非達(dá)西滲流效應(yīng)占主導(dǎo)地位的階段。結(jié)合前人研究成果，判斷氣體滲流形式與巖樣儲(chǔ)層物性、孔喉大小、含水飽和度以及水膜厚度大小有關(guān)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究表明，儲(chǔ)層物性參數(shù)、實(shí)驗(yàn)壓差條件不同，氣體滲流表現(xiàn)為不同的特征形式。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響氣體滲流特征的內(nèi)在因素包括兩個(gè)方面：①儲(chǔ)層物性參數(shù)；②儲(chǔ)層含水飽和度。為了便于分析，引入氣相有效滲透率和氣相有效孔隙度參數(shù)，綜合分析儲(chǔ)層物性參數(shù)及含水飽和度對(duì)氣體滲流特征的影響。氣相有效滲透率指的是含水巖樣達(dá)西滲流時(shí)對(duì)應(yīng)的氣相滲透率；氣相有效孔隙度指的是含水巖樣氣相占據(jù)有效孔隙體積百分比。物性越差、含水飽和度越高的儲(chǔ)層，氣相有效滲透率(Kg)和氣相有效孔隙度(φg)越小。
    高速非達(dá)西滲流特征是多孔介質(zhì)中氣體滲流普遍存在的特殊滲流現(xiàn)象。不同的物性參數(shù)條件下高速非達(dá)西滲流效應(yīng)對(duì)氣體滲流的影響程度不同，紊流系數(shù)(β)的大小直觀反映了高速非達(dá)西對(duì)氣體滲流的影響程度。物性參數(shù)與紊流系數(shù)關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。總體而言，隨著氣相有效孔隙度及氣相有效滲透率增加，紊流系數(shù)逐漸減小，表明儲(chǔ)層物性越差高速非達(dá)西滲流效應(yīng)越明顯。

滑脫效應(yīng)強(qiáng)弱程度可采用滑脫因子描述；滑脫因子(b)越大對(duì)氣體滲流影響越大，反之越小；不同物性參數(shù)條件下氣體滑脫效應(yīng)現(xiàn)象程度強(qiáng)弱不一樣。研究表明：隨著氣相有效孔隙度、有效滲透率增加，滑脫效應(yīng)影響程度相應(yīng)減弱(圖4)。對(duì)于廣安氣田須六段氣藏，含水巖樣滑脫因子介于0.063～0.675MPa之間。
 

滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究表明：低滲透儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率及含水飽和度達(dá)到一定程度時(shí)，普遍存在著閾壓效應(yīng)。閾壓效應(yīng)的典型特征是當(dāng)壓力梯度達(dá)到一定程度時(shí)，氣相才能保持連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，該壓力梯度稱為臨界壓力梯度。臨界壓力梯度值越大，閩壓效應(yīng)越明顯，反之越小。不同巖樣物性參數(shù)條件下，臨界壓力梯度值不同。圖5為閾壓效應(yīng)、臨界壓力梯度(G)與物性參數(shù)的關(guān)系曲線?？梢钥闯觯弘S著氣相有效孔隙度、有效滲透率增加，對(duì)應(yīng)的臨界壓力梯度逐漸降低；臨界壓力梯度與物性參數(shù)存在較好冪函數(shù)關(guān)系。
 

4 結(jié)論及建議
    1) 廣安氣田須六段氣藏屬于典型的低滲透高含水砂巖氣藏，其滲流特征與常規(guī)氣藏的滲流特征相比較存在較大差異。
    2) 實(shí)驗(yàn)表明廣安氣田須六段氣藏存在明顯高速非達(dá)西滲流效應(yīng)，因此對(duì)于低滲透氣藏氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)分析應(yīng)考慮高速非達(dá)西滲流的影響。
    3) 隨著巖樣兩端壓力梯度增大，單相氣體滲流存在閾壓效應(yīng)、滑脫效應(yīng)、達(dá)西滲流效應(yīng)及高速非達(dá)西滲流效應(yīng)。
    4) 引入氣相有效孔隙度、氣相有效滲透率兩個(gè)參數(shù)綜合描述物性參數(shù)及含水飽和度對(duì)氣相滲流的影響。物性越差、含水飽和度越高的巖樣非線性滲流效應(yīng)越明顯；高含水飽和度是導(dǎo)致該氣藏存在非線性滲流效應(yīng)的重要因素之一。
    5) 雖然現(xiàn)有成果已明確指出低滲透氣藏儲(chǔ)層存在不同非線性滲流效應(yīng)，但是對(duì)于不同滲流效應(yīng)的相互轉(zhuǎn)化條件，有待于進(jìn)一步深入研究。
參考文獻(xiàn)
[1] DACUN L，SVEC R K，ENGLER T W，et al.Modeling and simulation of the wafer non-Darcy flow experiments[C]∥SPE Western Regional Meeting，26-30 March 2001，Bakersfield，California.SPE，2001：SPE 68822.
[2] 葛家理.現(xiàn)代油藏滲流力學(xué)原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.
[3] 高樹生，熊偉，劉先貴.低滲透砂巖氣藏氣體滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀及新認(rèn)識(shí)[J].天然氣工業(yè)，2010，30(1)：52-55.
[4] 閔琪，榮春龍.低滲透油氣田研究與實(shí)踐[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.
[5] 馮曦，鐘兵，劉曉旭.氣體非線性滲流效應(yīng)診斷分析技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2008，28(4)：127-129.
[6] 葛家理，同登科.復(fù)雜滲流系統(tǒng)的非線性流體力學(xué)[M].東營：石油大學(xué)出版社，1998.
 
(本文作者：付新1 汪周華1 鐘兵2 馮曦2 李寧2 1.西南石油大學(xué)研究生部；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院)