馬 飛,楊逸,宋燕高,付育武

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000）

新場氣田低品質(zhì)儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度影響因素

馬 飛,楊逸,宋燕高,付育武

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000）

川西新場氣田JS21、JS23儲(chǔ)層品質(zhì)差,儲(chǔ)層改造中水鎖傷害嚴(yán)重,儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力的變化能夠反應(yīng)儲(chǔ)層水鎖傷害的大小。在地質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上,通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法測定了新場氣田低品質(zhì)儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力梯度值。對影響儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力的因素,如巖心滲透率、含水飽和度、界面張力、外來液體的入侵深度和性質(zhì)進(jìn)行了定量分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),滲透率降低導(dǎo)致啟動(dòng)壓力的增加,啟動(dòng)壓力隨含水飽和度上升而增加,界面張力越小啟動(dòng)壓力越小,破膠液的濾失是造成儲(chǔ)層水鎖傷害的主要原因。

低品質(zhì)儲(chǔ)量;啟動(dòng)壓力;水鎖傷害;新場氣田

川西新場氣田沙溪廟JS21、JS23氣藏,面臨著儲(chǔ)層品質(zhì)差、地層能量不足、壓裂改造中的水鎖傷害嚴(yán)重的問題。本文結(jié)合新場氣田低品質(zhì)儲(chǔ)層地質(zhì)特征,并對儲(chǔ)層改造施工過程中影響儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力的因素進(jìn)行了定量分析,得出了啟動(dòng)壓力梯度特征,來降低儲(chǔ)層的水鎖效應(yīng),提高壓裂液的返排率。

1 低品質(zhì)儲(chǔ)層地質(zhì)特征

新場JS21、JS23氣藏儲(chǔ)層品質(zhì)差[1],具有很強(qiáng)的非均值性和較差的儲(chǔ)層物性,構(gòu)成了儲(chǔ)量難動(dòng)用的地質(zhì)因素。

新場JS21、JS23儲(chǔ)層喉道細(xì),孔滲相關(guān)性差。從表1可以看出:由于JS21次生溶蝕孔隙中粒間溶蝕擴(kuò)大孔相對不發(fā)育,以粒內(nèi)溶孔為主,在次生孔隙中占56.9%,孔、滲相關(guān)性僅為0.46。JS23與JS21相似,粒內(nèi)溶孔在次生孔隙中占50.2%,孔滲相關(guān)性也較差,相關(guān)系數(shù)為0.52。此類儲(chǔ)層壓裂改造時(shí)由于毛細(xì)管效應(yīng),很容易造成儲(chǔ)層水鎖傷害。

表1 砂體孔隙類型組合特征

JS21儲(chǔ)層雜基含量最高,達(dá)7.5%,巖屑成分以沉積巖巖屑較多,且含碳酸鹽巖巖屑;JS23儲(chǔ)層雜基和膠結(jié)物的總含量達(dá)到21.2%。碎屑粒度較細(xì),其成份中巖屑含量及綠泥石含量較高,阻礙了喉道的連通,既影響孔隙度亦影響砂巖的滲透性,尤其是對砂巖的滲透性有較大的破壞作用。

新場JS21、JS23儲(chǔ)層具有明顯的低孔低滲特征(表2)。水鎖效應(yīng)對低滲氣層所產(chǎn)生的傷害程度較大,即使是在含水飽和度較低的情況下,其滲透率損害率都在70%以上。新場JS21、JS23儲(chǔ)層的初始平均含水飽和度較高,在50%～52%左右,對生產(chǎn)能力的影響很大。

表2 新場氣田JS21、JS23儲(chǔ)層物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 室內(nèi)測定啟動(dòng)壓力梯度

有文獻(xiàn)研究表明低滲透氣藏中氣體滲流存在的啟動(dòng)壓力梯度和束縛水飽和度之間存在一定的變化關(guān)系[2]。新場JS21、JS23低滲透儲(chǔ)層是高束縛水飽和度儲(chǔ)層,同時(shí)由于儲(chǔ)層巖石比表面大,毛細(xì)管力強(qiáng),勢必造成氣體滲流存在一個(gè)“啟動(dòng)壓力梯度”。氣體滲流滿足以下關(guān)系式[3-4]:

式中:v——?dú)怏w通過巖心的流速,cm/s;Q——?dú)怏w通過巖心的流量,cm3/s;A——巖心橫截面積,cm2;K——巖心滲透率 ,μm2;p1——巖心上流壓力,MPa;p0——試驗(yàn)條件下的大氣壓力 ,MPa;μ——空氣粘度,mPa·s;L——巖心長度,cm。

由公式(1)可以看出,當(dāng)氣體滲流符合達(dá)西定律時(shí),v～(p12-p02)為通過原點(diǎn)的線性關(guān)系。然而當(dāng)氣藏存在啟動(dòng)壓力梯度時(shí),即氣體表現(xiàn)為非達(dá)西滲流,v～(p12- p02)不滿足通過原點(diǎn)的線性關(guān)系,其表現(xiàn)形式為:

其中,a、b——與巖心滲透率有關(guān)的系數(shù)。

令 v=0,可得啟動(dòng)壓力為:

則啟動(dòng)壓力梯度為:

其中,λ——啟動(dòng)壓力梯度,MPa/m。

為了準(zhǔn)確測定啟動(dòng)壓力梯度值,本文采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行。首先根據(jù)初始含水飽合度建立方法建立實(shí)驗(yàn)巖心初始含水飽合度,再用氮?dú)鈿怛?qū)測定初始含水飽合度下巖心的啟動(dòng)壓力梯度。實(shí)驗(yàn)測得以新場JS21氣藏為代表的 IIIb類難動(dòng)用氣藏的啟動(dòng)壓力梯度為0.22～0.30MPa/cm,平均為0.257MPa/cm、IIIc類的啟動(dòng)壓力梯度為0.10～0.4MPa/cm,平均為 0.26MPa/cm(表 3)。

表3 新場JS21氣藏 IIIb、IIIc巖心啟動(dòng)壓力特征

3 啟動(dòng)壓力影響因素

3.1 巖心滲透率對啟動(dòng)壓力影響

本次實(shí)驗(yàn)主要通過測試流量與驅(qū)替壓差關(guān)系來分析滲透率的變化對川西地區(qū)難動(dòng)用儲(chǔ)量水鎖效應(yīng)的影響。通過新場JS21、JS24不同巖心流量與驅(qū)替壓差關(guān)系圖(圖1)可以看出,滲透率降低導(dǎo)致啟動(dòng)壓力的增加,JS21巖心(K=0.0214×10-3μm2)流動(dòng)曲線的直線段的延長線與橫軸坐標(biāo)的交點(diǎn)即啟動(dòng)壓力明顯大于JS24巖心(K=0.251×10-3μm2),表明巖心致密的JS21氣藏解除水鎖的難度相對更大。

3.2 含水飽和度對啟動(dòng)壓力影響

對于滲透率基本相同的巖心,變換不同的含水飽和度測試流量與驅(qū)替壓差的關(guān)系,可以研究含水飽和度對啟動(dòng)壓力的影響。圖2表明,啟動(dòng)壓力隨含水飽和度上升而增加,加大了液體返排的難度。

3.3 界面張力對啟動(dòng)壓力的影響

外來液的氣水界面張力是毛管壓力的一個(gè)直接函數(shù)。在相同含水飽和度條件下,界面張力越小,毛管壓力越小,氣體流動(dòng)所需克服的啟動(dòng)壓力越小(見表4),入侵外來液造成的水鎖傷害越易解除。

圖1 不同滲透率條件下流量與驅(qū)替壓差關(guān)系(Sw=70%)

圖2 不同含水飽和度條件下流量與驅(qū)替壓差關(guān)系(k=0.02×10-3μm2)

表4 表面張力對啟動(dòng)壓力的影響

3.4 入侵液對啟動(dòng)壓力的影響

在束縛水條件下,從長巖心端口分別注入0.1、0.2、0.3PV(孔隙體積)新場氣田地層水或現(xiàn)場所使用的壓裂液,模擬形成地層近井帶的水鎖效應(yīng),然后利用干氣進(jìn)行氣驅(qū)水,結(jié)果如表5所示:對于JS21、JS23低滲氣藏,隨著氣井近井地層巖心中反滲吸水鎖量的增加,使其恢復(fù)流動(dòng)所需的啟動(dòng)壓差也相應(yīng)提高,其中常規(guī)壓裂液的水鎖啟動(dòng)壓差最大?？梢娨后w的入侵深度和外來液的性質(zhì)都是導(dǎo)致啟動(dòng)壓力變化的影響因素。

表5 水鎖結(jié)果綜合測試結(jié)果

壓裂過程中,在作業(yè)壓差作用下,儲(chǔ)層基質(zhì)巖心的濾失傷害過程是初期凍膠在裂縫壁面的失水濾失傷害,同時(shí)形成濾餅凍膠;然后是破膠液濾液通過濾餅進(jìn)入儲(chǔ)層,使得儲(chǔ)層入侵液污染帶的含水飽和度增加,從而降低氣體流動(dòng)的氣體滲透率,同時(shí)增加氣體啟動(dòng)壓力梯度。因此,傷害后啟動(dòng)壓力梯度增量和滲透率變化都能反映外來液不同性質(zhì)對儲(chǔ)層水鎖傷害的大小。

以低傷害壓裂液水鎖傷害實(shí)驗(yàn)為例,傷害后啟動(dòng)壓力梯度增加倍數(shù)(表6):凍膠<凍膠+破膠液<破膠液。返排后24小時(shí)滲透率恢復(fù)率(表7):凍膠>凍膠+破膠液>破膠液。

表6 不同情況下的啟動(dòng)壓力梯度變化情況

表7 返排24小時(shí)后的滲透率恢復(fù)率

總體來說,凍膠傷害是最小的,凍膠+破膠液為中等,破膠液傷害最大。通過對破膠液的粒度分析表明:破膠液中含有一定數(shù)量斷鏈的聚合物(尺寸微小的殘?jiān)?,其粒度與巖樣孔喉大小相當(dāng),在壓差作用下會(huì)進(jìn)入巖樣,堵塞孔喉,難以清除,從而引起巖樣啟動(dòng)壓力梯度高,滲透率恢復(fù)率較低。對于凍膠+破膠液對儲(chǔ)層的傷害,凍膠首先在壓差作用下在巖石表面產(chǎn)生濾失,從而形成一層濃縮的高分子濾膜,這層膜會(huì)對破膠液起到過濾作用,能在一定程度減弱直接用破膠液傷害巖樣產(chǎn)生的微小殘?jiān)鼈Α?/p>

由于凍膠對基質(zhì)巖心的失水傷害小,而破膠液對巖心的水鎖傷害影響最大,所以,破膠液的濾失是造成儲(chǔ)層水鎖傷害嚴(yán)重程度的主要原因。因此,優(yōu)化壓裂液配方,提高破膠液返排性能和質(zhì)量,是降低儲(chǔ)層水鎖傷害程度的關(guān)鍵措施。

4 結(jié)論

(1)新場JS21、JS23氣藏儲(chǔ)層儲(chǔ)層喉道細(xì),孔滲相關(guān)性差,綠泥石含量較高,有明顯的低孔低滲特征,很容易造成儲(chǔ)層水鎖傷害。

(2)新場JS21、JS23低滲透儲(chǔ)層是高束縛水飽和度儲(chǔ)層,同時(shí)由于儲(chǔ)層巖石比表面大,毛細(xì)管力強(qiáng),氣體滲流存在“啟動(dòng)壓力梯度”,經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定,平均啟動(dòng)壓力梯度在0.25～0.26MPa/cm左右。

(3)滲透率降低導(dǎo)致啟動(dòng)壓力的增加,巖心致密的氣藏解除水鎖的難度相對更大;啟動(dòng)壓力隨含水飽和度增加而增加,加大了液體返排的難度;界面張力越小,毛管壓力越小,氣體流動(dòng)所需克服的啟動(dòng)壓力越小。

(4)外來液體的入侵深度和性質(zhì)都是導(dǎo)致啟動(dòng)壓力變化的影響因素,增效壓裂液傷害后啟動(dòng)壓力梯度增加倍數(shù)為:凍膠<凍膠+破膠液<破膠液。返排后24小時(shí)滲透率恢復(fù)率為:凍膠>凍膠+破膠液>破膠液。破膠液的濾失是造成儲(chǔ)層水鎖傷害嚴(yán)重程度的主要原因。

[1] 孫勇,任山,熊昕東.川西低滲致密氣藏難動(dòng)用儲(chǔ)量壓裂關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鉆采工藝,2008,31(4):68-70.

[2] 孟小海,李四川.氣層水鎖效應(yīng)與含水飽和度關(guān)系[J].大慶地質(zhì)與開發(fā),2003,22(6):48-49.

[3] 李凡華,劉慈群.含啟動(dòng)壓力梯度的不定常滲流的壓力動(dòng)態(tài)分析[J].油氣井測試,1997,6(1):1-4.

[4] 鄧英爾,劉慈群.具有啟動(dòng)壓力梯度的油水兩相滲流理論與開發(fā)指標(biāo)計(jì)算方法[J].石油勘探與開發(fā),1998,25(6):36-39.

TE313

A

1673-8217(2011)02-0072-04

2010-09-10

馬飛,工程師,碩士研究生,1981年生,2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué),現(xiàn)從事油氣田增產(chǎn)技術(shù)研究。

國家重大專項(xiàng)《大型油氣田及煤層氣開發(fā)》2008ZX05002,二級(jí)專題《四川盆地低滲氣藏儲(chǔ)層改造工藝技術(shù)研究》。

編輯:彭剛