石 磊 王皆明 朱華銀 段 宇

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣地下儲庫工程重點實驗室3. 中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院

0 引言

國際上，近半個世紀(jì)前水侵氣藏開始建設(shè)儲氣庫，從氣藏工程的勘探與評價，到鉆井完井工程，已經(jīng)形成了一整套配套的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]，而20年前我國的建庫才開始起步，已建成的儲氣庫主要為水侵氣藏型儲氣庫[3-5]，在建設(shè)規(guī)模和技術(shù)儲備上存在缺陷。由于經(jīng)驗和理論的欠缺，導(dǎo)致建庫運行過程中一系列問題的出現(xiàn)，主要的技術(shù)問題之一是如何在氣水復(fù)雜滲流條件下,提高氣驅(qū)水的能力和效果,這也是優(yōu)化設(shè)計儲氣庫工作氣量和庫容等關(guān)鍵參數(shù)的宗旨[6-15]，目前針對以上問題的有效技術(shù)手段之一是室內(nèi)物理模擬研究[16-21]。

1 周期注采儲層微觀孔隙流體相滲分析

水侵氣藏儲氣庫在周期注采過程中，氣水界面始終處于排驅(qū)與侵入的交替變化狀態(tài),在建庫儲層中出現(xiàn)了水淹帶、氣水過渡帶、氣驅(qū)水純氣帶、建庫前純氣帶4個區(qū)帶（表1）。氣水過渡帶、氣驅(qū)水純氣帶在建庫與注采運行中受水體往復(fù)侵入的影響，通過氣水交互驅(qū)替相滲測試，研究儲氣庫在周期注采過程中孔隙流體相滲特征的變化規(guī)律。

國內(nèi)氣藏建庫儲層存在一定程度的物性差異。以典型水侵氣藏儲氣庫HT為例，測井解釋顯示發(fā)育I、II上下2個儲層段，對I、II層進(jìn)行樣品取心并對滲透率進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示I層的中值滲透率為110 mD、II層的中值滲透率為19.1 mD（圖 1）。

表1 水侵氣藏儲氣庫區(qū)帶描述表

圖1 建庫儲層巖心滲透率統(tǒng)計分析圖

1.1 實驗方法

針對水侵氣藏建庫及注采運行過程中的氣水界面往復(fù)運移特征，選取HT典型儲氣庫砂巖巖心作為實驗樣品（表2），開展天然巖心多周期連續(xù)氣水交互驅(qū)替穩(wěn)態(tài)相滲實驗，測試并計算交互驅(qū)替條件下不同飽和度下氣、水兩相相對滲透率，并繪制氣、水相滲曲線[22]。

表2 巖心樣品基礎(chǔ)參數(shù)表

1.2 實驗分析

由3輪氣水互驅(qū)相對滲透率曲線可見（圖2）,隨著氣水互驅(qū)輪次的增加，出現(xiàn)了顯著的相滲滯后作用。束縛水下氣相相對滲透率降低， H1降至80.4%，H2降至33.4%（圖2）；氣水兩相共滲區(qū)間變窄，H1降至62.4%，H2降至40.6%（圖3）。儲氣庫運行過程經(jīng)歷多周期循環(huán)注采，氣水界面往復(fù)運移，儲層巖石孔隙中出現(xiàn)殘余氣和束縛水，并隨注采周期增加而增多，氣水滲流阻力隨之增加,導(dǎo)致氣水滲流能力降低，滲流區(qū)間收窄,對應(yīng)儲氣庫表現(xiàn)為注入氣體的損失和注采氣能力的下降。

2 周期注采儲層孔隙空間流體核磁分析

圖2 多輪次氣水互驅(qū)相對滲透率曲線圖

圖3 多輪次氣水互驅(qū)相滲特征值對比曲線圖

水侵氣藏建庫及運行過程中，隨注采周期逐步增加，建庫儲層內(nèi)部流體滲流有效孔隙空間發(fā)生改變，多相流體滲流能力及分布也隨之變化。針對水侵氣藏儲氣庫多周期注采運行特征，設(shè)計注采模擬核磁共振實驗，選取HT儲氣庫儲層天然巖心作為實驗樣品，開展分區(qū)帶孔隙空間流體動用及滲流變化規(guī)律研究。

2.1 實驗方法

1) 成藏模擬：以恒定流量(1.6 ml/min)由巖心注采氣端口注氣，計量巖心出口端出水量及巖心內(nèi)部壓力，直至不出水關(guān)閉出口端，繼續(xù)注氣至注采端口壓力達(dá)30 MPa，關(guān)閉注采氣端口至巖心內(nèi)部壓力達(dá)到平衡。

2）衰竭采氣模擬：由巖心注采氣端口定流量采氣(2.9 mL/min)至16 MPa，關(guān)閉注采氣端口至巖心內(nèi)部壓力達(dá)平衡。

3) 注氣模擬：以恒定流量(16 mL/min)由巖心注采氣端口注氣，計量注氣量及巖心內(nèi)部壓力，直至巖心注采氣端口壓力達(dá)30 MPa，關(guān)閉注采氣端口至巖心內(nèi)部壓力達(dá)平衡。

4) 采氣模擬：以恒定流量(16 mL/min)由巖心注采氣端口采氣，計量采氣量及巖心內(nèi)部壓力，直至巖心注采氣端口壓力達(dá)16 MPa，關(guān)閉注采氣端口至巖心內(nèi)部壓力達(dá)平衡。

5) 周期注采模擬：按3）、4）連續(xù)完成6個注采循環(huán)周期。各注采周期結(jié)束，對巖心開展核磁共振在線掃描，并采集巖心內(nèi)流體分布特征參數(shù)。

2.2 實驗分析

繪制建庫前純氣帶、氣驅(qū)水純氣帶、氣水過渡帶核磁共振曲線與注采周期的對應(yīng)關(guān)系曲線 (圖4)。通過核磁共振T2譜描述建庫儲層巖心不同尺度孔隙空間流體分布的變化特征，通過核磁共振1D譜描述建庫儲層巖心垂直方向各位置孔隙空間流體分布的變化特征。

圖4 周期注采核磁共振特征譜圖

由周期注采核磁共振特征譜可見（圖4），建庫儲層各區(qū)帶在不同水侵狀況下流體動用差異較大。隨注采周期增加，建庫前純氣帶不同位置、各尺度孔隙中含水相對穩(wěn)定；氣驅(qū)水純氣帶不同位置含水逐步下降，且近注采端口及高滲大尺度孔隙中含水下降顯著；氣水過渡帶不同位置含水逐步增加，其中近水體及小尺度孔隙增幅明顯。以上結(jié)果表明，水侵氣藏型儲氣庫多周期高速注采過程中，建庫前純氣帶無邊底水進(jìn)入，不受水侵影響；氣驅(qū)水純氣帶抽提作用顯著，含水逐步降低，氣相滲透率也隨之升高；氣水過渡帶氣水往復(fù)運移，相滲滯后作用下氣相滲透率逐步降低。以上現(xiàn)象與水侵氣藏儲氣庫實際運行中各區(qū)帶注采能力差異及變化特征表現(xiàn)一致。

同時，建庫儲層物性也是影響各區(qū)帶孔隙空間流體動用的一項重要因素。6個注采周期過后，建庫前純氣帶Ⅰ層含氣飽和度為83%，Ⅱ?qū)雍瑲怙柡投葹?6%，與第一注采周期相比變化率為1%；氣驅(qū)水純氣帶Ⅰ層含氣飽和度為75%，Ⅱ?qū)雍瑲怙柡投葹?4%，與第一注采周期相比分別增幅25%和21%；氣水過渡帶層Ⅰ含氣飽和度為54%，Ⅱ?qū)雍瑲怙柡投葹?2%，與第一注采周期相比分別降幅8%和17%。以上結(jié)果表明，氣驅(qū)水純氣帶是建庫儲層有效動用孔隙空間增加的主要區(qū)帶，且高滲大孔隙空間動用效果較好，為空間流體動用有利區(qū)，而氣水過渡帶為儲層有效動用孔隙空間減小的主要區(qū)帶，且低滲微細(xì)孔隙空間流體動用較差，為空間流體動用不利區(qū)(圖5)。

圖5 區(qū)帶周期注采空間流體動用曲線圖

3 水侵氣藏型儲氣庫氣水微觀滲流規(guī)律

建庫儲層物性存在不同程度非均質(zhì)性，水侵氣藏型儲氣庫高速注采運行過程中，儲氣空間出現(xiàn)了水淹帶、氣水過渡帶、氣驅(qū)水純氣帶、建庫前純氣帶四個區(qū)帶。以水侵氣藏型儲氣庫HT注采模擬結(jié)果為例，在儲層發(fā)育、反復(fù)水侵、高速大壓差注采等多因素影響下，各區(qū)帶出現(xiàn)微觀孔隙空間滲流及動用差異特征如下所述。

1）建庫前純氣帶：高速注采條件下，不同儲層巖石物性孔隙空間流體的動用程度差異顯著。多周期注采過后，物性較高的儲層仍有部分孔隙空間流體無法動用，動用率分布在76%～83%之間。

2）氣驅(qū)水純氣帶：隨注采周期增加，在高速流循環(huán)抽提作用下殘余水減少，空間流體動用逐步增加，動用率分布在64%～75%之間。

3）氣水過渡帶：周期注采多輪氣水交互驅(qū)替，相滲滯后作用顯著，導(dǎo)致氣相滲透率逐步降低，氣水滲流區(qū)間收窄，可動孔隙空間逐步減小，動用率分布在42%～54%之間。

4 結(jié)論

1) 周期注采儲層流體相滲分析表明，水侵氣藏型儲氣庫建庫儲層排驅(qū)水體階段氣水相對滲透率與水體侵入階段差異明顯，經(jīng)多輪氣水交互驅(qū)替，氣相滲流能力逐步降低，氣水兩相滲流區(qū)間逐步收窄。

2) 周期注采儲層孔隙流體核磁分析表明，區(qū)帶水侵狀況是影響空間流體動用的重要因素，經(jīng)多周期注采，氣水過渡帶含氣空間逐步減小，氣驅(qū)水純氣帶變化趨勢與之相反，其內(nèi)在機制為氣水交互驅(qū)替相滲滯后效應(yīng)與高速注采循環(huán)抽提作用，同時建庫儲層物性的非均質(zhì)程度也決定了空間流體動用的差異性，這與水侵氣藏儲氣庫注采能力的分區(qū)差異表現(xiàn)一致。

3) 基于水侵氣藏儲氣庫微觀滲流研究結(jié)果，應(yīng)將水體運移動態(tài)監(jiān)測作為工作重點，合理控制水體運移波及范圍，以降低往復(fù)水侵對建庫儲層的損害，同時針對儲層物性分區(qū)優(yōu)化調(diào)整注采井網(wǎng)，以提高建庫儲層孔隙空間流體的動用水平，實現(xiàn)儲氣庫快速擴(kuò)容達(dá)產(chǎn)及高效運行。