摘要：由于低滲透、特低滲透砂巖氣藏儲層孔隙結構的特殊性，其單相氣體的滲流特征與中高滲透儲層相比存在很大的差別，有必要對其滲流特征進行研究。通過對數(shù)十塊低滲透、特低滲透砂巖巖心不同驅替壓力下單相氣體滲流特征的實驗研究，結果表明，一般情況下特低滲透砂巖儲層(小于0.1×10^-3μm²)的滲流特征符合克氏滲流曲線特征，但是在孔隙壓力很低的情況下會表現(xiàn)出由于強滑脫效應而引起的非線性滲流特征；對于低滲透率儲層(大于0.1×10^-3μm²)，氣體的滲流特征在低驅替壓力下符合克氏滲流曲線特征，但是在較高驅替壓力下會表現(xiàn)出明顯的高速非線性滲流特征。對于特低滲透砂巖儲層而言，氣體滲流一般不可能發(fā)生高速非線性流效應；而對于低滲透儲層，就要考慮高速非線性效應對低滲透砂巖氣藏氣體滲流規(guī)律的影響。

關鍵詞：低滲透油氣藏；砂巖；滲流；高速；非達西流；特征；滑脫效應；實驗

    低滲透、特低滲砂巖氣藏儲層由于具有特殊的孔隙結構，其單相氣體的滲流特征也比中、高滲儲層更為復雜^[1。2]。有必要弄清低滲、特低滲砂巖氣藏氣體的滲流特征，這對于低滲砂巖儲層氣體滲流規(guī)律的正確描述，建立完善的氣體滲流數(shù)學模型，進行正確的單井產(chǎn)能計算和動態(tài)預測具有重要意義^[3]。

   選取上三疊統(tǒng)須家河組低滲氣藏儲層50塊巖心進行單相氣體滲流特征實驗研究，實驗巖心滲透率分布范圍在(0.001～2)×10^-3μm²之間。表1列出了其中24塊巖心的物性參數(shù)。

實驗詳細研究了不同滲透率級別儲層巖心的單相氣體滲流特征，并且對每一種滲流特征進行了分析、總結，研究結果對于正確認識低滲氣藏開發(fā)過程中的氣體滲流規(guī)律，準確模擬氣藏動態(tài)開發(fā)過程具有重要指導意義。

圖1、2是不同滲透率儲層單相氣體滲流典型特征曲線。圖1是特低滲透率(K＜0.1×10^-3μm²)儲層巖心克氏曲線的綜合表現(xiàn)，氣體的滲流特征基本符合克氏滲流曲線特征，克氏滲流規(guī)律表達式為^[4～5]：

 

式中：K_g為氣測視滲透率，10^-3μm²；K_e為克氏滲透率，10^-3μm²；為巖心進出口平均壓力，MPa；b為滑脫因子。

    特低滲儲層多巖心克氏滲流曲線規(guī)律表明，在儲層滲透率小于0.1×10^-3μm²的情況下，低壓氣體滲流基本符合克氏曲線特征，只有個別巖心在孔隙壓力極低的情況下，氣體滲流會出現(xiàn)強滑脫現(xiàn)象，即氣體的滲流規(guī)律表現(xiàn)出低壓非線性流現(xiàn)象。

圖2是滲透率較高(K＞0.1×10^-3μm²)的低滲透儲層的氣體克氏滲流規(guī)律曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)其與特低滲儲層的氣體滲流特征存在很大差別。在低孔隙壓力下氣體滲流符合克氏滲流曲線特征，隨孔隙壓力增加到一定值以后，氣體視滲透率開始急劇降低，而且滲透率越高的巖心其視滲透率下降越大。這一結果是由于氣體的高速非線性流動引起的，具體表達式為：

 

式中：K_a為高速非達西流下的氣測滲透率，10^-3μm²；β為非達西紊流因子；v為氣體滲流速度，cm/s；ρ為氣體密度，g/cm³；μ為氣體黏度，mPa·s。

    可以發(fā)現(xiàn)滲流速度越大，氣體的高速非達西流效應就越明顯，低滲巖心的氣體視滲透率就會越低。

    由此可知，在實驗條件下，低滲、特低滲砂巖氣藏儲層氣體的滲流特征明顯。滲透率小于0.1×10^-3μm²的儲層氣體滲流特征可以用克氏曲線的滲流特征來描述，也就是式(1)；而滲透率大于0.1×10^-3μm²的儲層氣體滲流特征可以用高速非達西流效應和克氏滲流效應來共同描述，即式(2)。

    氣體的滑脫效應可以運用滑脫系數(shù)(6)來描述。根據(jù)式(1)，并利用低滲巖心實驗測試結果，可以求得氣體在低滲巖心滲流過程中的滑脫系數(shù)(6)，其具體表達式為：

不同低滲巖心氣體滑脫系數(shù)(6)在對應平均壓力下的計算結果見圖3。圖3-a中3塊巖心滲透率的分布范圍是(0.024～0.105)×10^-3μm²，屬于特低滲儲層范疇；圖3-b中巖心對應的滲透率為1.7×10^-3μm²，屬于低滲儲層范疇?？梢园l(fā)現(xiàn)不論是特低還是低滲透儲層，一般情況下氣體的滑脫系數(shù)都是一個定值，但是當巖石平均孔隙壓力增加到一定值時，一般在1MPa以上，巖石中氣體的滑脫系數(shù)就開始出現(xiàn)明顯降低的現(xiàn)象，而且滲透率大于0.1×10^-3μm²的巖心隨孔隙壓力增加，滑脫系數(shù)還會出現(xiàn)負值。

 

    由此可知，低滲巖心氣體滲流過程中滑脫效應并不是一定存在，而且滑脫系數(shù)也并不是一個常數(shù)，在低孔隙壓力條件下，滑脫系數(shù)可以認為是一個常數(shù)，但是隨孔隙壓力增加，滑脫系數(shù)開始減??；而且滲透率越大，滑脫系數(shù)越小，滑脫效應越不明顯；對于特低滲巖心，滑脫系數(shù)明顯偏大，而且在高孔隙壓力下滑脫系數(shù)雖有所減小，但是變化不是太大，一般不會變?yōu)樨撝怠Ｕf明氣體滑脫效應確實主要發(fā)生在低孔隙壓力下的低滲透巖石中。較高滲透巖石中雖然也存在滑脫效應，但是隨壓力增加，滑脫效應迅速減小直至可以忽略。

    目前得到的關于低滲氣藏氣體滲流特征的研究成果及認識都是基于室內(nèi)實驗條件研究的基礎上，與真實氣藏氣體的滲流過程相比，存在很大的局限性。在這一點上筆者比較贊同郭平教授的觀點：“氣體在多孔介質中的滑脫效應是在低壓下產(chǎn)生的現(xiàn)象，而實際低滲致密氣藏的廢棄壓力很高，在這一壓力范圍內(nèi)氣體在儲層中的滑脫效應很弱，完全可以忽略，因此在低滲氣藏的實際生產(chǎn)過程中沒有必要考慮滑脫效應的影響”^[6～8]。相反，由于低滲氣藏(大于0.1×10^-3μm²)生產(chǎn)過程中近井地帶的生產(chǎn)壓差很大，很容易導致氣體的高速非達西流效應的產(chǎn)生，因此在進行低滲氣藏產(chǎn)能計算和生產(chǎn)動態(tài)模擬過程中應該主要考慮高速非達西流效應的影響。

   1) 低滲砂巖氣藏滲透率小于0.1×10^-3μm²的儲層，單相氣體的滲流特征符合克氏曲線的滲流特征；而滲透率大于0.1×10^-3μm²的儲層，氣體滲流特征可以用高速非達西流效應和克氏滲流效應來共同描述。

    2) 在低滲氣藏生產(chǎn)動態(tài)模擬和產(chǎn)能計算的過程中應該主要考慮高速非達西流效應的影響，而滑脫效應的影響可以不予考慮。

    3) 低滲砂巖氣藏開發(fā)過程中存在一個臨界滲透率值0.1×10^-3μm²，以其為臨界點，其上下滲透率儲層的開發(fā)方式及開發(fā)難度都存在很大差別。

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(本文作者：熊偉^1，2 高樹生¹ 胡志明¹ 薛惠¹ 葉禮友^1，2 1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國科學院滲流流體力學研究所)