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        鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏啟動壓力梯度實驗研究

        2020-08-28 00:15:14白慧芳施里宇辛翠平王永科王少征
        非常規(guī)油氣 2020年3期
        關鍵詞:實驗

        白慧芳,施里宇,張 磊,辛翠平,王永科,王少征.

        (1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西西安 710065;2.承德石油高等??茖W校,河北承德 067000)

        延長氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部,B井區(qū)構造上為一西傾單斜,斷裂、背斜等構造不發(fā)育,僅在局部發(fā)育低幅度的鼻狀隆起。氣藏圈閉類型主要為海陸過渡相和河流—三角洲相沉積形成的巖性圈閉群[1-2]。氣藏橫向連續(xù)性差,呈準連續(xù)分布,天然氣的分布主要受儲層非均質性控制。儲層致密,非均質性強,礦物成分復雜,填隙物含量高,其孔隙度、滲透率、含氣飽和度均較小[3-4]。

        與常規(guī)天然氣藏相比較,本區(qū)致密砂巖儲層巖石孔隙結構復雜、儲層致密、流體呈現(xiàn)非線性(非達西)滲流特征[5-7],存在啟動壓力梯度。只有當驅動壓力大于某個附加壓力時,流體才能夠發(fā)生流動[8-10],該附加壓力梯就是啟動壓力梯度。從具體的物理模擬實驗著手,對啟動壓力梯度進行實驗研究,揭示致密氣藏的非線性滲流規(guī)律及其影響因素,這對于氣田開發(fā)具有重要的指導意義[11-13]。

        1 實驗原理

        當儲層不存在啟動壓力梯度時,氣體滲流滿足如下關系[14-15]:

        (1)

        (2)

        令v=0,則巖樣的啟動壓力為:

        (3)

        根據(jù)公式(3),巖樣的啟動壓力梯度為:

        (4)

        式中v——氣體通過巖心的流速,cm/s;

        q——氣體通過巖心的流量,cm3/s;

        A——巖心的橫截面積,cm2;

        K——巖心的滲透率,μm2;

        p1——巖心進口端的壓力,MPa;

        p0——實驗條件下的大氣壓力,MPa;

        pλ——啟動壓力,MPa;

        μ——氣體的黏度,mPa·s;

        L——巖心的長度,cm;

        a、b——直線系數(shù)的常數(shù)項;

        λ——啟動壓力梯度,MPa/cm。

        2 實驗材料與方法

        2.1 實驗材料

        實驗選取了延安氣田B井區(qū)上古生界盒8段、山1段、山2段、本溪組4個層位共20塊巖心,其物性情況見表1。

        表1 樣品物性參數(shù)表Table 1 Physical property parameters table of experimental core samples

        2.2 實驗方法

        本次實驗采用KS-VI型孔滲聯(lián)測儀,儀器由高壓巖心夾持器、巖心進樣、氣體調壓、溫度壓力測量、定容器、數(shù)據(jù)采集處理、支架面板等系統(tǒng)組成。整體設計科學合理,實現(xiàn)自動控制與采集,便于操作,準確性、穩(wěn)定性高。實驗裝置如圖1所示,流程如圖2所示。

        實驗采用與氣體滲透率測定類似的穩(wěn)態(tài)法[18-19],實驗溫度為20 ℃左右,實驗所用的驅替氣體為氮氣。測量不同驅替壓差下的流量,每塊巖心測量10~16組數(shù)據(jù),逐漸緩慢升高巖心入口端壓力,每個壓力點待流動穩(wěn)定后,測定各壓力下氣體的流量[20]。

        圖1 實驗裝置圖Fig.1 Experimental device diagram

        圖2 實驗流程圖Fig.2 Experimental flow diagram

        為保證含水致密巖樣中氣體的單相流動,需考慮巖樣含殘余水的情況,根據(jù)巖樣滲透率的不同,采用盡可能小的實驗壓差,控制其含水飽和度變化不超過3%。飽和流體為根據(jù)實際地層水分析資料所配的地層水樣。

        3 實驗結果及分析

        3.1 啟動壓力梯度計算

        從圖4和表2可以看出,當延安氣田上古生界巖心滲透率大于0.1 mD時,不存在啟動壓力梯度;當滲透率小于0.1 mD時,巖心存在啟動壓力梯度,其變化范圍在0.000 21~0.001 04 MPa/cm之間。對比4個層位啟動壓力梯度的平均值可知,山1段啟動壓力梯度最大,本溪組啟動壓力梯度最小。

        3.2 敏感性因素分析

        根據(jù)延安氣田B井區(qū)14塊巖樣的實驗數(shù)據(jù)及計算結果(表2),分析啟動壓力梯度與滲透率、含水飽和度之間的關系(圖5、圖6)。

        圖3 巖心克氏回歸曲線Fig.3 Core Klinkenberg regression curves

        表2 啟動壓力梯度計算結果Table 2 Calculation results of actuating pressure gradient

        圖4 不同層位的平均啟動壓力梯度Fig.4 Average actuating pressure gradient of different formations

        圖5 啟動壓力梯度隨滲透率的變化關系Fig.5 Relationship between actuating pressure gradient and core permeability

        滲透率增大,巖心的啟動壓力梯度隨之減小,這是由于致密儲層孔隙和喉道較為狹窄,流體在流動過程的滲流阻力要比常規(guī)儲層高得多,啟動壓力梯度也較大。擬合啟動壓力梯度與巖心滲透率關系曲線,發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)較好的冪指數(shù)關系,曲線擬合形式為Y=abx。從圖5的曲線上可以看出,當滲透率在0~0.04 mD范圍內時,隨著滲透率的增加,啟動壓力梯度急劇下降;在0.04~0.10 mD范圍時,隨滲透率增加,啟動壓力梯度下降較小。當滲透率大于0.10 mD以后,不存在啟動壓力梯度。

        圖6 啟動壓力梯度隨含水飽和度的變化關系Fig.6 Relationship between actuating pressure gradient and water saturation

        含水飽和度增大,巖心的啟動壓力梯度也隨之增大,這主要是由于液體的黏滯阻力大于氣體,阻礙了氣體的流動。同時在孔隙喉道中束縛水飽和度越大,氣水兩相毛管力越大,氣相的滲流阻力越大,導致啟動壓力梯度也增大。擬合啟動壓力梯度與巖心含水飽和度關系曲線,發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)很好的指數(shù)關系,曲線擬合形式為Y=abx。從圖6的曲線上可以看出,當含水飽和度小于45%時,隨飽和度的增加,啟動壓力梯度上升緩慢;當含水飽和度大于45%時,啟動壓力梯度迅速上升。

        4 結論

        (1)基于鄂爾多斯盆地延安氣田致密氣藏的特征,選取20塊延安氣田B井區(qū)上古生界巖心,采用穩(wěn)態(tài)法測量不同驅動壓差下的氣體流量,研究啟動壓力梯度與滲透率、含水飽和度的關系。

        (2)實驗結果顯示14塊巖樣滲透率小于0.1 mD,此時存在啟動壓力梯度,進一步研究發(fā)現(xiàn),山1段啟動壓力梯度最大,本溪組啟動壓力梯度最小。

        (3)啟動壓力梯度隨滲透率的增大而減小,兩者呈冪指數(shù)關系,當滲透率小于0.04 mD時,啟動壓力梯度急劇下降。啟動壓力梯度隨含水飽和度的增大而增大,兩者呈指數(shù)關系,當含水飽和度大于45%時,啟動壓力梯度迅速上升。

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