氣體滲流啟動(dòng)壓力實(shí)驗(yàn)測(cè)試及應(yīng)用

摘 要

摘要：對(duì)于致密儲(chǔ)層氣體滲流是否存在啟動(dòng)壓力或啟動(dòng)壓力梯度以及對(duì)氣藏開發(fā)有何指導(dǎo)作用等問題，目前還存在較大爭(zhēng)議。為此，采用逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)和仿真物理模擬技術(shù)兩種實(shí)驗(yàn)方法
摘要：對(duì)于致密儲(chǔ)層氣體滲流是否存在啟動(dòng)壓力或啟動(dòng)壓力梯度以及對(duì)氣藏開發(fā)有何指導(dǎo)作用等問題，目前還存在較大爭(zhēng)議。為此，采用逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)和仿真物理模擬技術(shù)兩種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)上述問題進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：氣體在致密巖心中滲流時(shí)存在啟動(dòng)壓力，而且是巖心長(zhǎng)度的函數(shù)；利用啟動(dòng)壓力梯度可以計(jì)算單井最大控制泄流半徑，啟動(dòng)壓力與啟動(dòng)壓力梯度兩者結(jié)合可以計(jì)算定容氣藏不同井控范圍內(nèi)的理論最大可采程度。采用該理論對(duì)蘇里格氣田進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果為：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為474m，理論最大采出程度在15%以上；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為193m，理論最大采出程度在7%以上。
關(guān)鍵詞：致密儲(chǔ)層；氣體滲流；啟動(dòng)壓力；實(shí)驗(yàn)；測(cè)試；蘇里格氣田
    近年來，隨著致密氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，已經(jīng)成為常規(guī)氣資源重要的接替，其勘探開發(fā)越來越受到關(guān)注，科研工作逐步深入，特別是在滲流機(jī)理方面，已有較多研究成果報(bào)道[1～4]，但目前對(duì)氣體啟動(dòng)壓力或啟動(dòng)壓力梯度概念尚不明確。筆者認(rèn)為：致密砂巖氣滲流啟動(dòng)壓力是氣體有效流動(dòng)的門檻壓力，是計(jì)算采出程度、評(píng)價(jià)有效井控范圍的重要依據(jù)。因此，對(duì)致密砂巖氣滲流啟動(dòng)壓力的準(zhǔn)確測(cè)試分析具有重要意義。
1 實(shí)驗(yàn)方法
1.1 實(shí)驗(yàn)巖心
實(shí)驗(yàn)用巖心為氣藏砂巖，基本參數(shù)見表1。
 
1.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟
1.2.1逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)
    第一步：將巖心裝入巖心夾持器中，加圍壓至40MPa(模擬上覆巖層壓力)。
    第二步：連接氣源，采用調(diào)壓閥設(shè)置氣驅(qū)壓力從低壓(0.05MPa)開始逐級(jí)增壓(0.1MPa，0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa，0.5MPa，0.6MPa，…，5.0MPa)進(jìn)行氣驅(qū)，每個(gè)壓力點(diǎn)氣驅(qū)時(shí)間在1.0h以上直至氣流量穩(wěn)定，采用皂沫流量計(jì)或者高精度電子流量計(jì)測(cè)試氣體流量，高精度壓力傳感器記錄壓力。
    第三步：繪制流量與氣驅(qū)壓力關(guān)系曲線，分析相關(guān)參數(shù)。
1.2.2氣藏定容衰竭開采模擬實(shí)驗(yàn)[5～6]
    第一步：將巖心裝入巖心夾持器中，加圍壓至40MPa(模擬上覆巖層壓力)。
    第二步：連接氣源，向巖心飽和氣至壓力平衡在25MPa左右(模擬氣藏原始儲(chǔ)層壓力)，飽和氣完畢即關(guān)閉氣源。
    第三步：設(shè)置一定流量模擬氣藏進(jìn)行定容衰竭開采，記錄流量、邊界壓力、井底壓力、生產(chǎn)時(shí)間等參數(shù)，分析相關(guān)參數(shù)。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 氣體滲流啟動(dòng)壓力
2.1.1逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)確定啟動(dòng)壓力
    圖1是采用逐級(jí)增壓氣驅(qū)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作出氣驅(qū)壓力與實(shí)驗(yàn)流量的關(guān)系進(jìn)行函數(shù)擬合，得出擬合關(guān)系為：
    p=aQ2+bQ+c   (1)
式中p為氣驅(qū)壓力，MPa；Q為對(duì)應(yīng)氣驅(qū)壓力下的氣流量，mL/min；a、b、c分別為相關(guān)系數(shù)。
 

    依據(jù)式(1)，當(dāng)Q=0mL/min時(shí)對(duì)應(yīng)的氣驅(qū)壓力(p)即為啟動(dòng)壓力。對(duì)覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的巖心進(jìn)行測(cè)試擬合計(jì)算得出其啟動(dòng)壓力分別為：ps1=0.0062MPa，ps2=0.0092MPa，ps3=0.0131MPa。
    需要注意的是采用該方法進(jìn)行啟動(dòng)壓力測(cè)試時(shí)，初始?jí)毫υ降?，擬合結(jié)果越準(zhǔn)確。
2.1.2定容衰竭開采模擬實(shí)驗(yàn)確定啟動(dòng)壓力
    圖2是采用定容衰竭開采測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。作出邊界壓力與時(shí)間關(guān)系曲線，通過該曲線可以直觀看出在開采后期很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)邊界壓力保持不變，可以認(rèn)為是氣體滲流啟動(dòng)壓力。從圖2上可以直觀地讀出對(duì)覆壓40MPa下滲透率為0.015mD左右的巖心對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)壓力分別為：ps4=0.009MPa，ps5=0.017MPa，ps6=0.026MPa。
 

    采用該方法均可以簡(jiǎn)單直觀地對(duì)啟動(dòng)壓力進(jìn)行確定。
2.2 應(yīng)用實(shí)例
2.2.1計(jì)算啟動(dòng)壓力梯度
    從圖1和圖2均可以得出，啟動(dòng)壓力與巖心長(zhǎng)度之間存在函數(shù)關(guān)系，即
    p=fL+C    (2)
式中L為巖心長(zhǎng)度，m；f，c分別為常數(shù)。
對(duì)式(2)求導(dǎo)可以得出：
 
    計(jì)算得出的f值就是啟動(dòng)壓力梯度(圖3)。計(jì)算表明：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)巖心的啟動(dòng)壓力梯度為0.0527MPa/m；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD巖心的啟動(dòng)壓力梯度為0.1289MPa/m。

2.2.2計(jì)算井控泄流半徑
    根據(jù)式(2)，當(dāng)p等于原始儲(chǔ)層壓力時(shí)計(jì)算得出的L即為單井最大控制泄流半徑，不同原始地層壓力對(duì)應(yīng)的最大井控泄流半徑如圖4所示。
 

    對(duì)于蘇里格氣田而言，其原始地層壓力在25MPa左右，則覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為474m，覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為193m。
2.2.3估算定客氣藏理論最大可采程度
    對(duì)于定容氣藏，在開采過程中由于沒有外來能量補(bǔ)給，其地層壓力會(huì)不斷下降，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档綒怏w滲流啟動(dòng)壓力時(shí)，氣體無法流動(dòng)，此時(shí)計(jì)算出的采出程度即該氣藏理論上的最大采出程度。計(jì)算方法可以依據(jù)物質(zhì)平衡方程，采用壓降法折算。設(shè)地層壓力為po，儲(chǔ)層氣體滲流啟動(dòng)壓力為p，則理論上最大的采出程度為：。
    采用該方法對(duì)蘇里格氣田單井理論最大采出程度進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果見圖5。對(duì)于蘇里格氣田，其原始地層壓力在25MPa左右，則覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲(chǔ)層在井控泄流半徑400m范圍內(nèi)理論最大采出程度在15%以上，覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲(chǔ)層在井控泄流半徑200m范圍內(nèi)理論最大采出程度在7%以上。
 

3 結(jié)論
    1) 致密砂巖氣體滲流存在啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)壓力梯度兩個(gè)概念，啟動(dòng)壓力可以計(jì)算理論可采程度，啟動(dòng)壓力梯度可以計(jì)算最大井控泄流半徑。
    2) 利用啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)壓力梯度，對(duì)蘇里格氣田單井控制最大泄流半徑和理論采出程度進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果為：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為474m，理論最大采出程度在15%以上；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲(chǔ)層最大井控半徑約為193m，理論最大采出程度在7%以上。
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(本文作者：胡勇1，2 1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)