摘  要  水驅砂巖氣藏型地下儲氣庫的滲流機理具有特殊性及復雜性，并客觀上決定了地下儲氣庫多周期運行的注采效果。為此，針對其儲層特征，開展了多輪次氣、水互驅物理模擬實驗，研究了儲氣庫儲層氣、水二相滲流特征，分析了儲氣庫儲層孔隙空間可利用率的變化規(guī)律，并揭示了該類儲氣庫建設及運行的主要影響因素。研究表明：①該類儲氣庫經(jīng)長期注采運行，水相滲流能力相應增強，導致邊水運移越發(fā)活躍，儲層孔隙空間出現(xiàn)大量殘余氣、束縛水，氣相滲流阻力相應增加，氣庫擴容及注采效果受到影響；②儲氣庫運行中邊水往復運移造成儲層空間形成大量死氣區(qū)，導致儲層孔隙空間利用效果變差，庫容可利用率降低，儲層孔隙空間可利用率介于40％～70％；③該類儲氣庫建設及運行過程中應重視儲層含水量的變化，并采取相應措施以降低水侵對儲氣庫運行效果的影響。

關鍵詞  水驅砂巖氣藏  地下儲氣庫  滲流機理  注采循環(huán)  儲層孔隙空間可利用率  氣、水互驅物理模擬

水驅砂巖氣藏內(nèi)部及周邊存在一定規(guī)模的邊、底水，因此，在水驅砂巖氣藏型地下儲氣庫的設計中，充分認識氣庫建設及運行中的氣、水二相滲流機理是很重要的^[1]。氣庫運行中邊水侵入儲層可造成儲層傷害，導致注氣損失、庫容動用效果變差等，致使氣庫運行指標難以預測^[2-6]。由于水驅砂巖氣藏型儲層巖石的親水性，多周期運行過后孔隙喉道壁面易形成水膜，造成氣相滲流阻力，影響氣庫擴容及注采能力^[7-17]。

根據(jù)水驅砂巖氣藏型地下儲氣庫儲層及運行特征，設計了氣、水互驅模擬實驗系統(tǒng)，開展多輪次氣、水互驅實驗，針對水驅砂巖氣藏型儲氣庫運行過程中氣、水二相滲流機理及庫容可動空間變化特征，分析了氣庫儲層孔隙空間可利用程度變化規(guī)律，并揭示了該類儲氣庫建設及運行的主要影響因素。

1氣、水互驅物理模擬實驗

根據(jù)水驅砂巖氣藏型儲氣庫建設及運行特征，設計了室內(nèi)氣、水互驅物理模擬實驗系統(tǒng)(圖1)。

1．1實驗樣品

實驗樣品選取某水驅砂巖氣藏型儲氣庫儲層巖心，代表地下儲氣庫高、中、低各類滲透率級別的儲層，樣品基礎參數(shù)見表l。

1．2氣、水互驅實驗流程

高、中、低滲透率的小巖心樣品分別連續(xù)完成3組氣、水互驅實驗。實驗環(huán)境為標準狀態(tài)，實驗過程中記錄時間、流量、壓力，并繪制氣、水相對滲透率與含水飽和度的關系曲線。具體實驗流程如下：

1)用模擬地層水飽和巖心樣品。

2)氣驅水，記錄各時間點氣、水流量及壓力等實驗數(shù)據(jù)，繪制氣、水相對滲透率曲線，氣驅結束計算束縛水飽和度及束縛水下氣相相對滲透率。

3)水驅氣，記錄各流量及壓力等實驗數(shù)據(jù)，水驅結束后記錄殘余氣飽和度及殘余氣下水相相對滲透率。

4)如此往復3次，實驗結束后稱取巖心質量以驗證實驗精度。

2實驗結果及分析

針對各類儲層巖心的3輪氣、水互驅結果(表2)，分析水驅砂巖氣藏型儲層氣、水二相的滲流特征及兩相流動區(qū)間的變化規(guī)律。

2．1氣、水二相滲流特征

圖2為3輪氣、水互驅相對滲透率曲線的對比效果圖。

隨著氣、水互驅輪次的增加，氣、水兩相區(qū)間收窄，氣相滲流等滲點下移。表明氣庫經(jīng)長期運行，儲層受邊水運移影響孔隙空間可利用程度逐步降低，氣相滲流阻力逐步增加，影響氣庫擴容及注采效果。

對比各輪氣、水互驅結束的束縛水、殘余氣飽和度。隨著氣、水互驅輪次的增加，儲層束縛水飽和度及殘余氣飽和度相應增加。其中，由于低滲透率層孔喉發(fā)育差，氣驅水效果較差，孔隙水動用效果不佳，導致束縛水飽和度較高；而高滲透率層孔喉發(fā)育均質性較差，水驅氣過程中容易產(chǎn)生繞流封閉氣，儲層空間出現(xiàn)大量死氣區(qū)致使殘余氣飽和度較高。

2．2儲層孔隙空間可利用率

為描述水驅砂巖氣藏型儲氣庫儲層孔隙空間的動用效果，提出孔隙空間可利用率的概念，用來表示氣庫運行中儲層孔隙空間的可動用程度，下面給出具體算法：

式中S_wc為束縛水飽和度；S_gc為殘余氣飽和度。

利用各輪氣、水互驅的束縛水、殘余氣飽和度，計算各類儲層巖心孔隙空間可利用率，結果見圖3。經(jīng)3輪氣、水互驅，各類儲層孔隙空間可利用率的差距較為明顯，高、中、低滲率層孔隙空間可利用率分別為46.5％、56.0％、74.0％，并且隨著氣、水互驅輪次的增加，儲層孔隙空間可利用率表現(xiàn)為下降趨勢。其中低滲透率層孔隙空間可利用率下降幅度較大，表明由于孔喉發(fā)育較差，低滲透率儲層孔隙空間動用能力受水驅效果影響更加明顯。

3水驅砂巖氣藏型儲氣庫運行影響因素

水驅砂巖氣藏型儲氣庫運行過程中，隨著采氣循環(huán)，庫內(nèi)壓力迅速下降，為緩沖庫內(nèi)壓力變化，邊水侵入儲層孔隙空間，由于高滲透率儲層孔喉發(fā)育非均質性較強，邊水選擇優(yōu)勢通道流動，而臨近較細孔喉空間無法有效動用，形成大量封閉氣死空間，導致殘余氣飽和度較高，儲層孔隙空間可利用率較低，影響庫容可動用率。

地下儲氣庫運行過程屬于高速注采過程，在細孔喉的減切作用下，孔隙空間出現(xiàn)氣、水互鎖現(xiàn)象。水驅砂巖氣藏型儲氣庫經(jīng)長期運行，儲層孔隙空間氣、水二相分布趨于復雜，出現(xiàn)大量殘余氣及束縛水，氣庫擴容及注采能力受到影響。因此，針對水驅砂巖氣藏儲氣庫的建設及運行，要特別重視儲層含水狀況，將邊水運移控制在一定范圍之內(nèi)，以降低氣庫運行中的水侵傷害。

4  結論

1)自主設計研發(fā)了水驅砂巖氣藏型地下儲氣庫運行物理模擬實驗系統(tǒng)，并通過氣、水互驅實驗進一步揭示了氣庫運行氣、水二相滲流規(guī)律。

2)水驅砂巖氣藏型地下儲氣庫經(jīng)長期注采運行，水相滲流能力相應增強，導致邊水運移越發(fā)活躍，儲層孔隙空間出現(xiàn)大量殘余氣、束縛水，氣相滲流阻力相應增加，氣庫擴容及注采效果受到影響。

3)由于氣庫運行中邊水往復運移造成了儲層傷害，導致庫容可動用率降低，儲層孔隙空間可利用率介于40％～70％。儲氣庫實際運行中應重視儲層含水的變化，采取措施以降低水侵對氣庫運行效果的影響。

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本文作者：石磊   廖廣志  熊偉   高樹生   耿彤

作者單位：中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院  中國石油勘探與生產(chǎn)分公司  中國科學院滲流流體力學研究所  中國石油華北油田公司采油工藝研究院