低滲透氣藏相對(duì)滲透率影響因素的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型

摘 要

摘要：實(shí)驗(yàn)測(cè)量相對(duì)滲透率受許多條件的限制，為了在保持其他控制參數(shù)不變的條件下研究某一變量對(duì)相對(duì)滲透率的影響，采用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型模擬的方法.以蘇里格氣田盒8段儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)
摘要：實(shí)驗(yàn)測(cè)量相對(duì)滲透率受許多條件的限制，為了在保持其他控制參數(shù)不變的條件下研究某一變量對(duì)相對(duì)滲透率的影響，采用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型模擬的方法.以蘇里格氣田盒8段儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)為參照，構(gòu)造了喉道半徑為0.05～2.50μm的孔隙網(wǎng)絡(luò)；研究了孔喉比、潤(rùn)濕性、初始含水飽和度和殘余水飽和度對(duì)氣相相對(duì)滲透率的影響。結(jié)果表明：①孔喉比對(duì)氣相相對(duì)滲透率的影響明顯，隨著孔喉比增大，相同水飽和度下的氣相相對(duì)滲透率降低；②當(dāng)水飽和度大于0.4時(shí)，氣體的相對(duì)滲透率按照水濕→弱水濕→弱氣濕→氣濕的順序依次增加，但當(dāng)水飽和度小于0.4時(shí)，相對(duì)滲透率增加的次序性被打亂，在弱水濕情況下表現(xiàn)為最??；③隨著初始含水飽和度增加，氣相相對(duì)滲透率總體呈下降趨勢(shì)；④殘余水飽和度越大，氣相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)越陡，下降越快。這對(duì)用改變巖石潤(rùn)濕性的方法來(lái)提高油氣呆收率時(shí)具有指導(dǎo)
意義。
關(guān)鍵詞：低滲透油氣藏；孔隙；相對(duì)滲透率；潤(rùn)濕性；含水飽和度；束縛水飽和度；模型
    在低滲透氣藏的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，相對(duì)滲透率是最重要的基礎(chǔ)資料之一，它既受儲(chǔ)層靜態(tài)參數(shù)(如孔隙結(jié)構(gòu)、均質(zhì)性等)的控制，又受動(dòng)態(tài)滲流參數(shù)(如毛細(xì)管數(shù)、流體飽和度及流體黏度比等)的影響。周克明[1]、張鳳東[2]等進(jìn)行了理論計(jì)算，吳曉東[3]、Narahara[4]、Macallister[5]等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量?？傮w上看，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分散，一是由于存在著滑脫效應(yīng)、啟動(dòng)壓差等眾多影響機(jī)理，二是由于實(shí)驗(yàn)樣品千差萬(wàn)別，許多不容易控制的因素?fù)诫s其中?；谖⒂^物理統(tǒng)計(jì)和逾滲理論的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，可以在保持其他控制參數(shù)不變的條件下，研究某一變量對(duì)相對(duì)滲透率的影響，筆者利用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)低滲透氣藏影響相對(duì)滲透率的因素進(jìn)行研究。
1 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的建立
    孔隙網(wǎng)絡(luò)模型由喉道及其相連的孔隙體構(gòu)成，喉道代表滲流通道，孔隙體代表喉道交接處相對(duì)較大的孔隙空間。孔隙體和喉道被設(shè)定為一些理想的幾何形狀，并具有相應(yīng)的幾何參數(shù)，與一個(gè)孔隙體連通的喉道數(shù)目用配位數(shù)表示。
    所使用的模型是由實(shí)際Berea砂巖切片進(jìn)行=三維圖像重構(gòu)建立的，由英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的Suicmez博士提供，可以根據(jù)需要產(chǎn)生由三角形、方形和圓形組成的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)。該模型基于孔隙滲流規(guī)律，能夠進(jìn)行相滲曲線(xiàn)計(jì)算。
    通過(guò)控制喉道半徑、喉道長(zhǎng)度及孔喉比等參數(shù)，可以產(chǎn)生不同孔隙度和絕對(duì)滲透率的網(wǎng)絡(luò)模型。根據(jù)楊勇等學(xué)者[6～7]的研究成果及低滲透氣藏的儲(chǔ)層特征，筆者取平均喉道半徑為0.05～2.50μm。產(chǎn)生一個(gè)3×3×3mm3立方模型，包含12167個(gè)孔隙和29827個(gè)喉道，其中方形單元占10%、圓形單元占5%，其余的為不規(guī)則三角形。絕對(duì)滲透率控制在0.5～3.0mD的范圍內(nèi)。
    相對(duì)滲透率的計(jì)算采用Blunt[8]等提出的方法。
2 計(jì)算結(jié)果與分析
2.1 孔隙結(jié)構(gòu)的影響
    在孔隙結(jié)構(gòu)中，平均喉道半徑對(duì)滲透率的影響最大，這方面已經(jīng)有許多研究成果。這里主要討論孔喉比(孔隙半徑和與之連通的喉道半徑之比)對(duì)滲透率的影響。在模型中，保持其他條件不變，使孔喉比在2～7間變化，計(jì)算得到的氣相相對(duì)滲透率(Krg)與含水飽和度(Sw)的關(guān)系如圖1所示。
 

   由圖1可見(jiàn)，隨著孔喉比增大，相同水飽和度下的氣相相對(duì)滲透率降低。原因是：孔喉比越大，意味著和孔隙相連通的喉道半徑相比越小，孔隙和喉道間的毛細(xì)管力變化就越大，容易發(fā)生卡斷堵塞。對(duì)水濕情況，氣相將以孤立氣泡形式存在孔隙中，無(wú)法形成連續(xù)的氣體滲流通道，導(dǎo)致其滲透率下降。
2.2 潤(rùn)濕性的作用
   通過(guò)改變前進(jìn)接觸角范圍的辦法，對(duì)驅(qū)替和吸滲過(guò)程進(jìn)行了一系列模擬計(jì)算。所用的接觸角可反映水濕、弱水濕、弱氣濕和氣濕等系統(tǒng)的情況(表1)。
表1 反映不同潤(rùn)濕情況的接觸角表    (°)
潤(rùn)濕情況
水濕
弱水濕
弱氣濕
氣濕
前進(jìn)接觸角
45～62
70～93
100～115
125～136
圖2給出了不同潤(rùn)濕條件下的氣相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)。在每一飽和度下，水濕巖樣的氣相相對(duì)滲透率總比氣濕巖樣的氣相相對(duì)滲透率低很多，這給出了一個(gè)可在油田應(yīng)用的潛在方法：對(duì)致密氣藏，改變近井地帶的潤(rùn)濕性，使其由水濕變?yōu)闅鉂瘢梢栽黾託怏w的滲流能力，提高產(chǎn)量或注入量。值得注意的是，當(dāng)水飽和度大于0.4時(shí)，氣體的相對(duì)滲透率按照水濕→弱水濕→弱氣濕→氣濕的順序依次增加；但當(dāng)水飽和度小于0.4時(shí)，相對(duì)滲透率增加的次序性被打亂，在弱水濕情況下表現(xiàn)為最小。
 

2.3 初始含水飽和度的影響
   以蘇里格氣田為例，其初始含水飽和度(Swi)范圍為0.09～0.60。在模擬計(jì)算中，使用同一個(gè)孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但在驅(qū)替時(shí)，改變其初始含水飽和度范圍，取Swi=0.05～0.60，計(jì)算不同氣相相對(duì)滲透率。分別對(duì)水濕、混合濕和氣濕3種情況進(jìn)行了計(jì)算，但為了清楚地顯示曲線(xiàn)，圖3僅繪出水濕情況下Swi=0.05～0.40范圍內(nèi)的結(jié)果。
 

    由圖3可見(jiàn)，隨初始含水飽和度增加，氣相相對(duì)滲透率總體呈下降趨勢(shì)。這是可以理解的，初始含水飽和度越高，在毛細(xì)管壓力和界面張力等作用下，孔隙、喉道中吸附的水量就越多，氣體通過(guò)孔喉的滲流通道減小得越厲害，導(dǎo)致氣體有效滲流能力下降。
2.4 殘余水飽和度與相對(duì)滲透率的關(guān)系
用砂巖微觀孔隙模型所做的研究表明，殘余水飽和度(Swr)與滲透率二者之間具有較好的線(xiàn)性相關(guān)性[9]，但由于殘余水飽和度在實(shí)驗(yàn)中不容易控制，因此，低滲透氣藏殘余水飽和度與相對(duì)滲透率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)非常少。利用同一種孔隙網(wǎng)絡(luò)骨架，使殘余水飽和度在0.02～0.20之間改變，采用相同的驅(qū)替條件，得到了殘余水飽和度與相對(duì)滲透率的關(guān)系(圖4)。
 

    由圖4可見(jiàn)，殘余水飽和度對(duì)氣相相對(duì)滲透率有著明顯的影響，殘余水飽和度越大，氣相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)越陡，下降越快。
對(duì)氣藏，殘余水是在氣驅(qū)水的過(guò)程中形成的，其形式包括：孔隙角隅水、微細(xì)孔隙及其包圍的大孔隙中的殘余水和繞流形成的殘余水。殘余水飽和度越大，表明氣驅(qū)水過(guò)程結(jié)束得越早，在后續(xù)水驅(qū)氣的過(guò)程中水的影響就顯現(xiàn)得越早。在殘余水飽和度下，水是不流動(dòng)的，即水沒(méi)有形成連續(xù)相，但殘余水飽和度越大，水形成連續(xù)相就越容易，速度也越快，一旦水飽和度大于殘余水飽和度，水就形成連續(xù)相，使氣的滲流通道大大縮小，而且氣體滲流的阻力加大，導(dǎo)致氣相相對(duì)滲透率大幅度下降。
3 結(jié)論
1)孔喉比對(duì)氣相相對(duì)滲透率有明顯的影響，隨著孔喉比增大，相同水飽和度下的氣相相對(duì)滲透率降低。   
2) 當(dāng)水飽和度大于0.4時(shí)，氣體的相對(duì)滲透率按照水濕→弱水濕→弱氣濕→氣濕的順序依次增加；但當(dāng)水飽和度小于0.4時(shí)，相對(duì)滲透率增加的次序性被打亂，在望孌濕情況下表銎翼最小。
3) 初始含水飽和度對(duì)氣相相對(duì)滲透率有明顯的影響，隨著初始含水飽和度增加，氣相相對(duì)滲透率總體呈下降趨勢(shì)。
    4) 殘余水飽和度對(duì)氣相相對(duì)滲透率的影響表現(xiàn)為，殘余水飽和度越大，氣相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)越陡，下降越快。
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(本文作者：邵長(zhǎng)金1 李志航2 汪小宇2 楊振清1 盧貴武1 1.中國(guó)石油大學(xué) 北京；2.川慶鉆探工程公司工程技術(shù)研究院)