氣層巖石流速敏感性評價實驗的新方法

摘 要

摘要：氣體通過體層演示流動的流速敏感性評價實驗結(jié)果是確定氣藏合理采氣速度的重要依據(jù)。目前的氣層巖石流速敏感性的評價方法均沒有考慮氣體通過巖石的滑動效應(yīng)對滲透率的影
摘要：氣體通過體層演示流動的流速敏感性評價實驗結(jié)果是確定氣藏合理采氣速度的重要依據(jù)。目前的氣層巖石流速敏感性的評價方法均沒有考慮氣體通過巖石的滑動效應(yīng)對滲透率的影響。為此根據(jù)氣體通過巖石孔道中的流動特性，提出了氣體通過巖石流動的流速敏感性的理論，介紹了氣層巖石流速敏感性評價實驗的新方法，包括氣層巖石流速敏感性評價實驗的步驟以及臨界流速和速敏損害程度的確定。該新方法考慮了氣體通過巖石的滑動效應(yīng)對滲透率的影響，利用氣體在不同流速下流過巖石的滲透率的變化來直接評價巖石的流速敏感性，這避免了目前的氣層巖石流速敏感性的評價方法的不足。選取平湖地區(qū)某凝析氣藏的巖樣進行流速敏感性的評價，其實驗結(jié)果表明新方法是可行的。
關(guān)鍵詞：氣層；流動速度；臨界速度；氣體；地層損害；實驗；評價；方法
0 引言
    儲層巖石的流速敏感性(流體流動速度的變化引起地層微粒運移、堵塞吼道，導(dǎo)致滲透率下降的現(xiàn)象)是合理開采油氣藏的重要依據(jù)。實驗室利用液體(煤油或地層水)作流動介質(zhì)評價油層巖石敏感性的方法已有詳細的介紹[1]，且油層巖石液體流速敏感性評價實驗結(jié)果已得到各油田的廣泛應(yīng)用[2～3]。文獻[4]、[5]介紹了將液體作流動介質(zhì)測定巖石的臨界速度轉(zhuǎn)換為氣體通過巖石流動臨界速度的方法，文獻[6]介紹了用氣體作流動介質(zhì)評價氣層巖石流速敏感性的實驗方法，這些方法均沒有考慮氣體通過巖石流動與液體通過巖石流動的差異，即氣體通過巖石孔道的滑動效應(yīng)對滲透率的影響，其實驗結(jié)果與實際氣層巖石的流速敏感性將存在一定的誤差。因此，筆者根據(jù)氣測滲透率的基本特性，解釋了氣體流速敏感性對氣測滲透率影響的特征，從而提出了氣體通過巖石流動的流速敏感性理論，在此基礎(chǔ)上介紹了氣層巖石流速敏感性評價實驗的步驟和確定氣體流速敏感性評價指標的方法，以達到正確評價氣層巖石流速敏感性的目的。實際氣層巖樣的流速敏感性評價實驗結(jié)果表明，所介紹的氣層巖石流速敏感性評價實驗新方法是可行的。
1 氣體通過巖石流動的流速敏感性理論
1.1 氣測滲透率的基本特性
    氣體通過無微粒運移的巖石流動時，由于氣體的滑動效應(yīng)的影響，使得用氣體作介質(zhì)測定的巖石的滲透率大于用液體測定的巖石的滲透率，且氣體測定的巖石滲透率隨平均壓力的增大而減小。為了消除滑動效應(yīng)引起的氣測滲透率與液測滲透率的差距，文獻介紹了氣測滲透率與等價液體滲透率的計
    Kg=K∞(1+b/p*)    (1)
式中：Kg為平均壓力p*下氣測巖石的滲透率，μm2；K∞為巖石.的等價液體滲透率，μm2；b為與巖石孔道大小和氣體分子平均自由程所決定的系數(shù)，小數(shù)；p*為氣體通過巖樣的平均壓力，p*=(p1+p2)/2，p1為巖樣入口壓力，p2為巖樣出口壓力，MPa.
由式(1)知，用氣體作介質(zhì)測定無流速敏感性的巖石滲透率時，滲透率與平均壓力的倒數(shù)成直線關(guān)系，如圖1中的曲線1所示。
 
1.2 流速敏感性對氣測滲透率的影響
    實際儲層巖石中，總是存在一些隨氣體流動而運移的微粒，當氣體通過巖石流動的流速增大到某一值時，附著在巖石孔道表面的微?；蛩缮⒌奈⒘Ｔ跉怏w的拖曳力作用下產(chǎn)生運移，微粒運移到細小的孔隙喉道處將堵塞氣體的流動通道，減小了氣體通過巖石流動的能力，在此流速下測得的氣體滲透率將小于由公式(1)所確定的氣體的滲透率；隨著氣體流速的增大，微粒運移堵塞愈嚴重，氣體滲透率減小的程度愈大，氣測滲透率與平均壓力倒數(shù)的關(guān)系將出現(xiàn)圖1中曲線2所示的特點。
    國內(nèi)外實驗室用氣體作流體介質(zhì)測定巖石的滲透率時，巖石出口端壓力p2一般小于200mm水柱(2×10-3MPa)。因此，由以上分析結(jié)果知道，實驗室通過增大氣體的流量，即巖石入口端壓力p1的增大，測定不同流量(與p*對應(yīng))下的巖石的滲透率，能夠根據(jù)氣測滲透率的實驗結(jié)果確定巖石中是否存在氣體流速敏感性：若增大氣體的流量時巖石中無微粒運移，即巖石無流速敏感性，則測定的Kg與1/p*。的關(guān)系如圖1中曲線1所示；若增大氣體的流量時巖石中有微粒運移，即巖石有流速敏感性，則測定的Kg與1/p*的關(guān)系如圖1中曲線2(在小流量即大1/p*下與曲線1重合)所示。
2 氣體流速敏感性評價實驗方法
2.1 流速敏感性評價實驗步驟
    氣層巖石流速敏感性評價實驗主要步驟是：將洗油烘干的巖樣放入巖心夾持器中，實驗中保持巖心夾持器環(huán)壓大于巖樣進口壓力的2～3MPa，以氮氣為流體介質(zhì)，將氣體以5mL/min的流速通過巖樣，當巖樣入口端和出口端壓力以及巖樣出口流量穩(wěn)定時，記錄巖樣入口端和出口端壓力以及氣體的流量值，計算平均壓力倒數(shù)和滲透率；依次將氣體以每分鐘12.5mL、25mL、37.5mL、50mL、75mL、100mL、200mL、300mL、400mL、500mL、600mL的流量通過巖樣，計算出各個氣體流量下的平均壓力倒數(shù)(1/p*)和巖樣的滲透率(Kgsi)；繪出實測氣體滲透率與平均壓力的倒數(shù)的關(guān)系曲線(圖1中曲線2)。
2.2 流速敏感性評價指標的確定
2.2.1臨界流速
作實測氣體滲透率與平均壓力的倒數(shù)的關(guān)系曲線直線段的延長線(圖1中曲線1所示)，在延長線中讀取各平均壓力倒數(shù)下的滲透率(Kgli)；計算各平均壓力倒數(shù)下的△Kgi值(△Kgi=Kgli-Kgsi)；根據(jù)文獻[2]介紹的臨界流速的確定方法，即△Kgi/Kgli≥10%的氣體流量Q(對應(yīng)的平均壓力倒數(shù))為實驗溫度和壓力下的臨界氣體流量，由下式可以確定氣層溫度和壓力下巖石的臨界氣體流量：
 
式中：Qcr為氣層溫度和壓力下的臨界氣體流量，mL/min；Qcl為實驗溫度和壓力下的臨界氣體流量，mL/min；Z為氣層的氣體壓縮因子，小數(shù)；p1*、pr*分別為實驗平均壓力和氣層平均壓力，MPa；T1、Tr分別為實驗溫度和氣層溫度，K。
    由下式可以計算氣體的臨界流速：
    vcr=14.4Qcr/(Aφ)    (3)
式中：vcr為氣層巖石的臨界線性速度，m/d；A為巖石的截面積，cm2；φ為巖石的孔隙度，%。
2.2.2速敏損害程度
    流速敏感性引起的儲層損害程度由滲透率損害率的大小來確定，即：
    Dk=(△Kgi)max/Ki    (4)
式中：Dk為流速敏感性導(dǎo)致的滲透率損害率，小數(shù)；(△Kgi)max為大于臨界流速的某一氣體流速下最大的△Kgi值，μm2；Ki為(△Kgi)max所對應(yīng)的Kgli，μm2。
    根據(jù)文獻[1]提出的流速敏感性損害程度的確定方法，由表1可以確定氣層巖石速敏損害程度[1]。
表1 氣層巖石速敏損害評價指標表
滲透率損害率
損害程度
＜0.05
無速敏
0.06～0.30
弱速敏
0.31～0.50
中等偏弱速敏
0.51～0.70
中等偏強速敏
＞0.71
強速敏
3 氣層巖石流速敏感性評價實例
    選取平湖地區(qū)某凝析氣藏J巖樣，利用上述實驗方法，在溫度為25℃下用氮氣作流體介質(zhì)，實測該巖樣氣體滲透率與平均壓力的倒數(shù)的關(guān)系，曲線見圖2中曲線1，作圖2中曲線1直線段的延長線(即圖2中曲線2)。由圖2可知，當平均壓力倒數(shù)為0.41(平均壓力為0.245MPa,對應(yīng)的氣體流量為400mL/min)時，曲線1所對應(yīng)的滲透率(J巖樣實
測氣體滲透率)為12.5×10-3μm2，曲線2所對應(yīng)的滲透率(J巖樣無速敏影響的理論氣體滲透率)為14.1×10-3μm2，理論氣體滲透率與實測氣體滲透率的差值與理論氣體滲透率的比值等于11.34%，大于10%，由此可知J巖樣實驗室溫度和壓力下的臨界氣體流量為400mL/min；當平均壓力倒數(shù)為0.33(平均壓力為3.0MPa，對應(yīng)的氣體流量為600mL/min)時，J巖樣實測氣體滲透率為10.7×10-3μm2，理論氣體滲透率為13.7×10-3μm2，滲透率損害率等于21.89%。因此可知J巖樣氣體的速敏損害程度為弱速敏損害。
 
4 結(jié)論
    1) 綜合考慮了氣體通過巖石的滑動效應(yīng)以及氣體流速敏感性對巖石滲透率的影響，提出了用氣體作流動介質(zhì)評價氣層巖石流速敏感性的實驗新方法。
    2) 氣層巖石流速敏感性評價實例結(jié)果表明，筆者介紹的新方法是可行的。
參考文獻
[1] 宋向程.油氣田開發(fā)標準[M].合訂本Ⅱ.北京：石油工業(yè)出版社，1996.
[2] 宋漢華，王尤富，江厚順，等.中原油田濮67塊沙三中低滲透油藏儲層敏感性實驗研究[J].新疆石油學院學報，2004，16(3)：37-39.
[3] 李克向.保護油氣層鉆井完井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.
[4] 李如金.氣體合理天然氣流量的確定方法——氣體流速敏感性實驗[J].天然氣工業(yè)，2000，20(6)：106-107.
[5] 李治平，趙必榮，張敏渝.氣藏巖石速敏實驗數(shù)據(jù)分析方法及應(yīng)用研究[J].鉆采工藝，1998，21(6)：39-40.
[6] 陶紅，曹珍，梁愛武.氣藏巖心氣速敏實驗方法與應(yīng)用初探[J].鉆采工藝，2003，26(4)：91-92.
[7] 洪世鐸.油藏物理基礎(chǔ)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1985.
 
(本文作者：王尤富 樂濤濤 長江大學石油工程學院)