付新 汪周華 鐘兵 馮曦 李寧

1.西南石油大學研究生部 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

廣安氣田須六段氣藏低滲透高含水砂巖儲層單相氣體滲流特征

付新1汪周華1鐘兵2馮曦2李寧2

1.西南石油大學研究生部 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

廣安氣田須六段氣藏的砂巖儲層表現(xiàn)出典型的高含水、低滲透特征,氣藏滲透率為0.1 mD的巖樣占60%,且平均孔隙度僅有8.97%,平均含水飽和度達55%,與常規(guī)氣藏相比較,該氣藏儲層的氣體滲流特征具有特殊性。為了深入認識該氣藏滲流特征和關(guān)鍵性的影響因素,掌握其生產(chǎn)動態(tài)特征,需用巖心開展針對性的滲流機理實驗研究,同時,應用滲流效應系統(tǒng)分析方法診斷該氣藏存在的特殊滲流形式。研究表明:廣安氣田須六段氣藏巖樣隨著壓力梯度增大單相氣體滲流存在閾壓效應、滑脫效應、達西滲流效應及高速非達西滲流效應4種滲流形式;物性越差、含水飽和度越高的巖樣非線性滲流效應越明顯。該研究成果不僅為認識該氣藏的滲流特征提供了直接理論依據(jù),而且也有利于掌握其生產(chǎn)動態(tài)的特殊規(guī)律。

低滲透油氣藏 滲流特征 含水飽和度 單相 非達西流 實驗

1 須六段氣藏地質(zhì)開發(fā)特征

廣安氣田須六段氣藏儲層以長石巖屑砂巖為主,次為巖屑砂巖,通過巖心觀察和薄片鑒定分析,以中砂巖為主,顆粒粒徑為0.25～0.8 mm,分選中等?？紫抖绕骄禐?.97%,主要介于6%～12%,滲透率主要分布在0.01～5.0 mD之間,平均0.238 mD,屬低滲透—特低滲透儲層。

儲層含水飽和度主要分布在30%～90%,平均達55%。同時,據(jù)束縛水飽和度實驗統(tǒng)計,儲層的束縛水飽和度平均為39.96%。

廣安氣田須六段氣藏普遍存在氣相滲流占主導地位、但在低滲透和高含水雙重因素作用下產(chǎn)生特殊滲流效應的現(xiàn)象。這些特殊的滲流效應不同于傳統(tǒng)認識范疇的氣水兩相滲流機理。

2 低滲透儲層特殊滲流機理實驗

此次研究選取廣安107、廣安108及廣安110井須六段巖樣共計21塊,其中垂直樣7塊、水平樣11塊、全直徑樣3塊,對飽和地層水巖心進行了巖樣滲流機理實驗共計46樣次,實驗流程見圖1[1]。目的是通過實驗研究,明確廣安須六段氣藏低滲透高含水儲層存在的非線性滲流機理。

圖1 低滲透巖樣氣體滲流實驗流程示意圖

國內(nèi)外長期的滲流實驗研究確認了氣體特殊滲流效應對應的實驗現(xiàn)象,并根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)建立了相應的數(shù)學描述關(guān)系式[2-4]。2008年馮曦等根據(jù)單相氣體不同滲流運動方程建立了對應的滲流效應診斷方法,提高了診斷精度[5-6]。筆者以上述方法為基礎,對所有實驗樣品的滲流機理進行診斷分析。

通過46組束縛水條件下氣體滲流實驗,分析在低速段表現(xiàn)出的氣體滲流效應差異,總體表現(xiàn)出以下兩類特征:①低速滲流段閾壓效應、滑脫效應分別占主導地位;②低速滲流段滑脫效應占主導地位。第一類診斷結(jié)果見圖2,第二類除了在低速段未見到明顯閾壓滲流效應外,其他滲流效應對應的曲線特征與第一類類似。

圖2 廣安108井50號巖樣氣體滲流特征圖(S wi=48.4%、φ=9.76%、K=0.101 mD)

含水巖樣由于孔隙度、滲透率以及束縛水飽和度差異,氣體滲流表現(xiàn)為不同的滲流效應。兩者差異主要表現(xiàn)在低速段:對于如圖2所示巖樣,氣體首先必須克服由于水相在孔隙喉道處堵塞引起的附加壓力才能流動,即存在明顯閾壓效應;隨著實驗壓差增大,表現(xiàn)為滑脫效應占主導地位的滲流段;其后依次逐漸過渡為達西滲流、高速非達西滲流效應占主導地位的階段。結(jié)合前人研究成果,判斷氣體滲流形式與巖樣儲層物性、孔喉大小、含水飽和度以及水膜厚度大小有關(guān)。

3 實驗結(jié)果分析

滲流機理實驗研究表明,儲層物性參數(shù)、實驗壓差條件不同,氣體滲流表現(xiàn)為不同的特征形式。分析實驗結(jié)果,影響氣體滲流特征的內(nèi)在因素包括兩個方面:①儲層物性參數(shù);②儲層含水飽和度。為了便于分析,引入氣相有效滲透率和氣相有效孔隙度參數(shù),綜合分析儲層物性參數(shù)及含水飽和度對氣體滲流特征的影響。氣相有效滲透率指的是含水巖樣達西滲流時對應的氣相滲透率;氣相有效孔隙度指的是含水巖樣氣相占據(jù)有效孔隙體積百分比。物性越差、含水飽和度越高的儲層,氣相有效滲透率(Kg)和氣相有效孔隙度(φg)越小。

圖3 巖樣物性參數(shù)對紊流系數(shù)影響分析圖

高速非達西滲流特征是多孔介質(zhì)中氣體滲流普遍存在的特殊滲流現(xiàn)象。不同的物性參數(shù)條件下高速非達西滲流效應對氣體滲流的影響程度不同,紊流系數(shù)(β)的大小直觀反映了高速非達西對氣體滲流的影響程度。物性參數(shù)與紊流系數(shù)關(guān)系實驗結(jié)果見圖3?？傮w而言,隨著氣相有效孔隙度及氣相有效滲透率增加,紊流系數(shù)逐漸減小,表明儲層物性越差高速非達西滲流效應越明顯。

滑脫效應強弱程度可采用滑脫因子描述,滑脫因子(b)越大對氣體滲流影響越大,反之越小;不同物性參數(shù)條件下氣體滑脫效應現(xiàn)象程度強弱不一樣。研究表明:隨著氣相有效孔隙度、有效滲透率增加,滑脫效應影響程度相應減弱(圖4)。對于廣安氣田須六段氣藏,含水巖樣滑脫因子介于0.063～0.675 MPa之間。

圖4 巖樣物性參數(shù)對滑脫效應影響分析圖

滲流機理實驗研究表明:低滲透儲層的孔隙度、滲透率及含水飽和度達到一定程度時,普遍存在著閾壓效應。閾壓效應的典型特征是當壓力梯度達到一定程度時,氣相才能保持連續(xù)流動狀態(tài),該壓力梯度稱為臨界壓力梯度。臨界壓力梯度值越大,閾壓效應越明顯,反之越小。不同巖樣物性參數(shù)條件下,臨界壓力梯度值不同。圖5為閾壓效應、臨界壓力梯度(G)與物性參數(shù)的關(guān)系曲線?？梢钥闯?隨著氣相有效孔隙度、有效滲透率增加,對應的臨界壓力梯度逐漸降低;臨界壓力梯度與物性參數(shù)存在較好冪函數(shù)關(guān)系。

4 結(jié)論及建議

1)廣安氣田須六段氣藏屬于典型的低滲透高含水砂巖氣藏,其滲流特征與常規(guī)氣藏的滲流特征相比較存在較大差異。

2)實驗表明廣安氣田須六段氣藏存在明顯高速非達西滲流效應,因此對于低滲透氣藏氣井產(chǎn)能評價和動態(tài)分析應考慮高速非達西滲流的影響。

圖5 巖樣物性參數(shù)對閾壓效應影響分析圖

3)隨著巖樣兩端壓力梯度增大,單相氣體滲流存在閾壓效應、滑脫效應、達西滲流效應及高速非達西滲流效應。

4)引入氣相有效孔隙度、氣相有效滲透率兩個參數(shù)綜合描述物性參數(shù)及含水飽和度對氣相滲流的影響。物性越差、含水飽和度越高的巖樣非線性滲流效應越明顯;高含水飽和度是導致該氣藏存在非線性滲流效應的重要因素之一。

5)雖然現(xiàn)有成果已明確指出低滲透氣藏儲層存在不同非線性滲流效應,但是對于不同滲流效應的相互轉(zhuǎn)化條件,有待于進一步深入研究。

[1]DACUN L,SVEC R K,ENGLER TW,et al.Modeling and simulation of the wafer non-Darcy flow experiments[C]∥SPE Western Regional Meeting,26-30 March 2001, Bakersfield,California.SPE,2001:SPE 68822.

[2]葛家理.現(xiàn)代油藏滲流力學原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[3]高樹生,熊偉,劉先貴.低滲透砂巖氣藏氣體滲流機理實驗研究現(xiàn)狀及新認識[J].天然氣工業(yè),2010,30(1):52-55.

[4]閔琪,榮春龍.低滲透油氣田研究與實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[5]馮曦,鐘兵,劉曉旭.氣體非線性滲流效應診斷分析技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2008,28(4):127-129.

[6]葛家理,同登科.復雜滲流系統(tǒng)的非線性流體力學[M].東營:石油大學出版社,1998.

Characteristics of single phase gas seepage in sandstone gas reservoirs with low-permeability and high water saturation in the sixth member of the Xujiahe Formation,Guang’an Gas Field

Fu Xin1,Wang Zhouhua1,Zhong Bing2,Feng Xi2,Li Ning2
(1.Graduate School of Southw est Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China;2.Exp loration and Development Research Institute,PetroChina Southw est Oil&Gasfield Com pany,Chengdu,Sichuan 610051,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.39-41,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The gas reservoir in the sixth member of the Xujiahe Formation in the Guang’an Gas Field isa typical high-water-saturation and low-permeability sandstone gas reservoir,w ith an average permeability of 0.1 mD(accounting fo r 60%of the tested samples), an average porosity of only 8.97%and an average water saturation of 55%.The characteristics of gas seepage in this reservoir are different from that in the conventional gas reservoirs.In order to understand the seepage characteristicsand their key influencing facto rs,as well as the dynamic p roduction performance,an experimental study of seepage mechanism is perfo rmed on co res samp led f rom this gas reservoir.The unique seepage patterns of this gas reservoir are identified through a systematic analysis of seepage effects.A long w ith the increasing of p ressure gradient,single phase gas seepage in cores samp led from this gas reservoir show four kinds of effects,including threshold p ressure effect,slippage effect,Darcy seepage effect and high-speed non-Darcy seepage effect. The non-linear seepage effectof co re samp les gets stronger w ith the wo rsening of physical p roperties and the increasing of water saturation.These study results not only p rovide a direct theo retical basis for in-dep th understanding of seepage characteristics of this gas reservoir,but also help recognize the unique pattern of p roduction perfo rmance.

low permeability reservoir,seepage characteristics,high water saturation,single phase,non-Darcy seepage,experiment DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.010

付新,1978年生,博士研究生;主要從事油氣藏工程及數(shù)值模擬研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都區(qū)西南石油大學研究生部博士2008級。電話:15928053887。E-mail:chinanickey@163.com

付新等.廣安氣田須六段氣藏低滲透高含水砂巖儲層單相氣體滲流特征.天然氣工業(yè),2010,30(7):39-41.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.010

2010-05-01 編輯 韓曉渝)

Fu Xin,bo rn in 1978,is studying for a Ph.D degree and ismainly engaged in research of reservoir engineering and numerical simulation.

Add:Doctor Grade 2008,Graduate School,Southwest Petroleum University,Xindu District,Chengdu,Sichuan 610500,P.R.China

Tel:+86-15928053887E-mail:chinanickey@163.com