周克明 李 農(nóng) 劉婷芝 何家歡 余華潔 鄒夢(mèng)文

1. 中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

0 引言

自2011年起，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)石油）在四川盆地中部高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈影組和寒武系龍王廟組相繼獲得重大勘探發(fā)現(xiàn)[1-4]，天然氣探明儲(chǔ)量接近1×1012m3，并且儲(chǔ)量規(guī)模還在不斷增長(zhǎng)[5]，目前已建成年產(chǎn)天然氣170×108m3的生產(chǎn)能力。近期X-1井和Y-1井分別在德陽(yáng)—安岳裂陷東側(cè)震旦系燈影組二段測(cè)試，日產(chǎn)氣量相繼超過(guò)100×104m3。2012年，在四川盆地西北部中二疊統(tǒng)棲霞組又獲得重大勘探突破[6-10]，部署的S-1井測(cè)試獲氣87.6×104m3/d。2020年，在四川盆地西南部部署的P-1井在棲霞組獲氣66.9×104m3/d。S-1井和P-1井的發(fā)現(xiàn)，充分展示出四川盆地棲霞組儲(chǔ)層巨大的勘探開發(fā)潛力[11-16]，目前已在四川盆地西北部建成年產(chǎn)天然氣10×108m3的生產(chǎn)能力，累計(jì)產(chǎn)氣量已超過(guò)10×108m3。

安岳氣田高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈影組氣藏埋深達(dá)5 600 m，孔隙壓力超過(guò)55 MPa，地層溫度超過(guò)150 ℃，屬于古老深層碳酸鹽巖氣藏[17-20]，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，氣水關(guān)系復(fù)雜，地層水活躍，氣藏整體高效開發(fā)面臨著巨大挑戰(zhàn)[21-23]；四川盆地西北部下二疊統(tǒng)棲霞組氣藏埋深更是深達(dá)8 000 m，孔隙壓力達(dá)100 MPa，地層溫度達(dá)160 ℃。上述氣藏具有埋藏深、上覆地層壓力大、地層溫度和孔隙壓力高、基質(zhì)孔隙致密并且縫洞發(fā)育、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。在投入開發(fā)后，隨著孔隙壓力逐漸下降，引起裂縫閉合、喉道收縮，儲(chǔ)層產(chǎn)生不可逆的滲透率應(yīng)力敏感性，進(jìn)而影響氣井產(chǎn)能。然而，對(duì)于高溫高壓條件下氣井產(chǎn)量隨壓力降的變化規(guī)律及氣體流動(dòng)特征尚不清楚，同時(shí)國(guó)內(nèi)也缺乏成熟的、商業(yè)性的高溫高壓（地層溫度超過(guò)160 ℃、孔隙壓力超過(guò)100 MPa）氣井產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

為了預(yù)測(cè)高溫高壓氣藏單井氣產(chǎn)量，同時(shí)研究高溫高壓條件下氣體的流動(dòng)特征，筆者建立高溫高壓氣井產(chǎn)能模擬的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，利用鉆井取心樣品開展配套實(shí)驗(yàn)研究，以期為四川盆地高溫高壓氣藏的勘探開發(fā)和單井氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供技術(shù)支撐。

1 產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)流程

產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)基本原理是在地層溫度和地層孔隙壓力條件下，在實(shí)驗(yàn)巖心兩端建立不同的驅(qū)替壓差，將不同壓差下獲得的氣體流量轉(zhuǎn)換為地層徑向流條件下的天然氣產(chǎn)量。在實(shí)驗(yàn)室中，允許氣體通過(guò)巖心的滲流面積是一個(gè)圓，而在地層中，不論直井、斜井還是水平井，氣體滲流面是一個(gè)圓柱面，將其展開后為一個(gè)矩形。氣體流量轉(zhuǎn)換的理想約束條件為：巖心端面上的孔隙度、滲透率、在一定壓差下的氣體流速，與地層中直井、斜井或水平井在徑向滲流面上的孔隙度、滲透率、氣體流速相等，地層條件下與實(shí)驗(yàn)室條件下的氣產(chǎn)量滿足式（1），即

式中qF表示地層條件下氣產(chǎn)量，104m3/d；qL表示實(shí)驗(yàn)室條件下氣產(chǎn)量，m3/d；AL表示實(shí)驗(yàn)巖心樣品滲流面積，cm2；AF表示產(chǎn)氣層完全打開時(shí)的滲流面積，cm2。

針對(duì)四川盆地棲霞組和燈影組超深層碳酸鹽巖氣藏的地層溫度和孔隙壓力條件，所建的產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)裝置要求實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到160 ℃，孔隙壓力達(dá)到100 MPa。如圖1所示，通過(guò)氣體增壓泵將高壓氣瓶中的氣體增壓至100 MPa，用于模擬氣藏孔隙壓力；通過(guò)250 MPa的圍壓泵模擬上覆地層壓力，通過(guò)100 MPa的回壓泵模擬井底流動(dòng)壓力；通過(guò)數(shù)字式氣體質(zhì)量流量計(jì)和高精度電子天平實(shí)現(xiàn)氣體和液體流量的自動(dòng)采集與計(jì)量。

2 高溫高壓條件下氮?dú)怵ざ扔?jì)算

美國(guó)Core Lab公司和《巖心分析方法：GB/T 29172—2012》給出了溫度在25 ℃左右及壓力小于25 MPa條件下的氮?dú)怵ざ扔?jì)算公式[24-25]，而此次實(shí)驗(yàn)溫度和巖心孔隙壓力將達(dá)到160 ℃和100 MPa，氮?dú)怵ざ扔?jì)算式為：

3 高溫高壓條件下產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

氣藏開發(fā)過(guò)程是孔隙壓力逐漸下降的過(guò)程，而傳統(tǒng)的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)方法或覆壓滲透率測(cè)定方法沒有考慮這一過(guò)程，同時(shí)也沒有考慮地層溫度和孔隙壓力條件。

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

高溫高壓產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)步驟如下：①根據(jù)氣藏埋深和測(cè)試資料確定產(chǎn)能模擬的實(shí)驗(yàn)溫度和孔隙壓力。如四川盆地西北部棲霞組氣藏地層溫度約160 ℃，孔隙壓力約100 MPa，上覆地層壓力約200 MPa；四川盆地中部震旦系燈影組氣藏地層溫度約155 ℃，孔隙壓力約60 MPa，上覆地層壓力約150 MPa。②將實(shí)驗(yàn)巖心樣品裝入巖心夾持器后，預(yù)先給樣品施加一個(gè)較低的上覆地層壓力，然后再給樣品兩端建立驅(qū)替壓差，等壓力穩(wěn)定后測(cè)定樣品的常規(guī)滲透率和克氏滲透率。③將樣品升溫到地層溫度條件，再同步逐級(jí)提高上覆地層壓力和樣品兩端的驅(qū)替壓差，直至孔隙壓力條件。④等待溫度和壓力穩(wěn)定后，測(cè)定地層條件下的樣品滲透率和克氏滲透率。⑤在地層溫度和地層孔隙壓力條件下進(jìn)行產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，考慮以下4種壓力變化方式：方式A保持有效凈圍壓不變（即上覆地層壓力和孔隙壓力之差不變），逐漸升高上覆地層壓力和孔隙壓力，模擬單井氣產(chǎn)量隨孔隙壓力的變化關(guān)系；方式B保持上覆地層壓力不變，將孔隙壓力從大氣壓力逐漸增加到地層孔隙壓力，模擬單井氣產(chǎn)量隨孔隙壓力的變化關(guān)系；方式C保持上覆地層壓力和地層孔隙壓力不變，將樣品出口端壓力從孔隙壓力逐漸下降至廢棄壓力，模擬單井氣產(chǎn)量隨井底壓力下降的變化關(guān)系；方式D保持上覆地層壓力不變，樣品進(jìn)口端無(wú)能量供給，模擬氣藏自然衰竭過(guò)程中單井氣產(chǎn)量與孔隙壓力之間的變化關(guān)系。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 四川盆地西北部棲霞組氣藏

鉆井、測(cè)試資料顯示，四川盆地西北部棲霞組氣藏產(chǎn)層中部溫度為154.25 ℃，產(chǎn)層中部孔隙壓力為95.74 MPa，屬于高溫高壓氣藏。棲霞組氣藏儲(chǔ)層巖石主要以白云巖為主、其次是顆粒（砂屑、生屑）灰?guī)r，儲(chǔ)層孔洞縫發(fā)育。以S-1井9個(gè)巖心樣品為例，根據(jù)鉆井、測(cè)試資料，考慮模擬氣藏孔隙壓力為100 MPa，模擬地層溫度為160 ℃，按前述產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)步驟的第④步測(cè)定巖心在地層條件下的克氏滲透率，再按照第⑤步的方式B進(jìn)行產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)。在井眼半徑為0.08 m且井眼完全打開的條件下，得到單井氣產(chǎn)量與氣藏壓力、有效儲(chǔ)層厚度之間的關(guān)系。當(dāng)孔隙壓力為100 MPa時(shí)，9個(gè)巖心樣品的產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，不同孔隙壓力、有效儲(chǔ)層厚度條件下單井氣產(chǎn)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。儲(chǔ)層滲透率隨孔隙壓力的變化而變化，而滲透率的變化又將影響單井氣產(chǎn)量。無(wú)論是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還是在實(shí)驗(yàn)?zāi)M過(guò)程中，壓力變化可以直接監(jiān)測(cè)和采集，而滲透率需通過(guò)氣體流量和氣體壓力進(jìn)行計(jì)算?；诋a(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，得到四川盆地西北部棲霞組氣藏S-1井在地層條件下克氏滲透率為0.022 mD時(shí)，單井氣產(chǎn)量與氣藏孔隙壓力之間的關(guān)系式為：

表2 不同孔隙壓力、有效儲(chǔ)層厚度下單井氣產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

式中q表示單井氣產(chǎn)量，104m3/d；p表示孔隙壓力，MPa。

3.2.2 四川盆地中部震旦系燈影組氣藏

四川盆地中部震旦系燈影組氣藏X-1井產(chǎn)層中部溫度為160.21 ℃，產(chǎn)層中部壓力為57.60 MPa，儲(chǔ)層巖石主要以灰色白云巖、灰褐色溶孔白云巖為主。根據(jù)鉆井、測(cè)試資料，考慮模擬氣藏孔隙壓力為58 MPa，模擬地層溫度為160 ℃，選取X-1井、Y-1井兩口井巖心樣品進(jìn)行產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，其物性參數(shù)如表3所示。

表3 X-1井、Y-1井巖心樣品物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)《巖心分析方法：GB/T 29172—2012》，在地面條件下測(cè)定巖心樣品的常規(guī)孔隙度和滲透率后，分別按前述產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)步驟，完成8個(gè)樣品的產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)。以地面條件和地層條件下克氏滲透率為基礎(chǔ)，分別得到不同滲透率下單井氣產(chǎn)量。以X-1井4個(gè)巖心樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，在孔隙壓力58 MPa、地層溫度160 ℃條件下，假設(shè)井眼半徑為0.08 m，儲(chǔ)層有效產(chǎn)氣長(zhǎng)度為130 m，且井眼完全打開，得到不同壓力變化方式下單井氣產(chǎn)量—地面或地層條件下克氏滲透率關(guān)系曲線。如圖2所示，不論是地面條件還是地層條件下的克氏滲透率，在壓力變化方式A下（有效凈圍壓恒定）得到的單井氣產(chǎn)量明顯大于其他3種壓力變化方式下的單井氣產(chǎn)量。有效凈圍壓恒定的產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程是將巖心樣品逐漸恢復(fù)到地層條件的過(guò)程，而其他3種壓力變化方式下的實(shí)驗(yàn)過(guò)程均是在樣品恢復(fù)到地層條件下進(jìn)行的，而地層條件下滲透率遠(yuǎn)小于地面條件下滲透率。在巖心樣品恢復(fù)到地層條件后，在3種壓力變化方式下（方式B、C、D）通過(guò)產(chǎn)能實(shí)驗(yàn)?zāi)M得到的單井氣產(chǎn)量—克氏滲透率變化曲線基本重合。由此可見，進(jìn)行產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)必須將巖心樣品恢復(fù)至地層條件，然后選擇這3種壓力變化方式中任意一種即可。通過(guò)產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，Y-1井的氣產(chǎn)量—克氏滲透率關(guān)系曲線的變化規(guī)律與X-1井相似。根據(jù)產(chǎn)能模擬曲線（圖2），可得到不同壓力變化方式下單井氣產(chǎn)量與地面或地層克氏滲透率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

在壓力變化方式A下，有

式中q地面表示以地面條件下克氏滲透率為基礎(chǔ)的單井氣產(chǎn)量，104m3/d；K地面表示地面條件下克氏滲透率，mD；q地下表示以地層條件下克氏滲透率為基礎(chǔ)的單井氣產(chǎn)量，104m3/d；K地下表示地層條件下克氏滲透率，mD。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料的對(duì)比與分析

以四川盆地西北部棲霞組氣藏S-1井為例，在孔隙壓力98 MPa，地層溫度160 ℃，假設(shè)井眼半徑為0.08 m，當(dāng)儲(chǔ)層有效厚度為23 m并且井眼完全打開時(shí)，基于產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)得到的單井氣產(chǎn)量為133.18×104m3/d，該結(jié)果與王俊杰等[26]建立的理論模型計(jì)算結(jié)果（136.07×104m3/d）相比較，相對(duì)誤差為2.12%，兩者結(jié)果較一致。

以四川盆地中部震旦系燈影組氣藏為例，在孔隙壓力58 MPa、地層溫度160 ℃條件下，開展產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，得到不同滲透率巖心樣品在不同壓力變化方式、不同有效儲(chǔ)層厚度下單井氣產(chǎn)量，再根據(jù)氣井實(shí)鉆有效儲(chǔ)層厚度或有效產(chǎn)氣長(zhǎng)度計(jì)算單井實(shí)際氣產(chǎn)量（表4）；根據(jù)表4中數(shù)據(jù)建立單井氣產(chǎn)量與克氏滲透率的關(guān)系式；最后，根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)關(guān)系式，預(yù)測(cè)不同滲透率對(duì)應(yīng)的單井氣產(chǎn)量。基于X-1井巖心樣品，通過(guò)產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算得到不同滲透率對(duì)應(yīng)的單井氣產(chǎn)量（表5），以及在克氏滲透率10 mD、不同壓力變化方式下單井氣產(chǎn)量（圖3）。

表4 X-1井巖心樣品產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料表明，X-1井在地層孔隙壓力58 MPa以及地層溫度154 ℃條件下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試產(chǎn)量為71×104m3/d，無(wú)阻流量為123×104m3/d。通過(guò)有效凈圍壓恒定并且將巖心樣品恢復(fù)到地層條件后，在壓力變化方式B、C、D下分別開展產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)。如表5所示，以地面克氏滲透率10 mD為基礎(chǔ)，計(jì)算得到單井氣產(chǎn)量分別為83.44×104m3/d、81.37×104m3/d和80.66×104m3/d，該結(jié)果與測(cè)試產(chǎn)量較接近；以地層克氏滲透率10 mD為基礎(chǔ)，計(jì)算得到單井氣產(chǎn)量分別為124.12×104m3/d、119.47×104m3/d和118.40×104m3/d，該結(jié)果與無(wú)阻流量很接近。將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試產(chǎn)量、無(wú)阻流量與產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)得到的單井氣產(chǎn)量對(duì)比，可以確定X-1井經(jīng)過(guò)儲(chǔ)層改造后地層克氏滲透率約為10 mD。

表5 不同滲透率、不同壓力變化方式下單井氣產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

4 高溫高壓條件下氣體流動(dòng)特征

氣體流動(dòng)特征在宏觀上是通過(guò)單井氣產(chǎn)量和壓力的變化來(lái)反映，但實(shí)質(zhì)上是由儲(chǔ)層滲透性來(lái)決定的。因此，研究高溫高壓條件下的氣體流動(dòng)特征，就是研究單井氣產(chǎn)量與儲(chǔ)層巖石滲透率之間的關(guān)系。

4.1 滲透率的溫度敏感性和應(yīng)力敏感性

以四川盆地西北部棲霞組氣藏儲(chǔ)層巖心樣品為例，隨著實(shí)驗(yàn)溫度升高，巖石骨架膨脹，孔隙空間受到擠壓，滲流通道逐漸變小，巖石的平均滲透率和克氏滲透率逐漸降低。實(shí)驗(yàn)溫度從室溫升高到160 ℃時(shí)，溫度上升對(duì)平均滲透率的損害介于23.4%～67.6%，對(duì)克氏滲透率的損害介于27.2%～75.7%。當(dāng)滲透率介于0.010～1.000 mD時(shí)，溫度上升對(duì)平均滲透率的損害介于23.4%～34.0%，對(duì)克氏滲透率的損害介于22.0%～36.0%，滲透率的溫度敏感性屬于弱敏感；當(dāng)滲透率大于1.000 mD時(shí)，溫度上升引起巖石骨架發(fā)生熱膨脹，進(jìn)而對(duì)裂縫滲透率產(chǎn)生較大影響，對(duì)平均滲透率和克氏滲透率的損害均在70%左右，滲透率的溫度敏感性表現(xiàn)為中等—中等偏強(qiáng)；當(dāng)滲透率小于0.010 mD時(shí)，溫度上升對(duì)平均滲透率的損害在45%左右，對(duì)克氏滲透率的損害在60%左右，滲透率的溫度敏感性屬于中等敏感。

四川盆地西北部棲霞組儲(chǔ)層埋深達(dá)8 000 m，假設(shè)巖石密度取2.60 g/cm3，上覆地層壓力將超過(guò)200 MPa。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在保持巖心樣品孔隙壓力不變的條件下逐漸增加上覆地層壓力，應(yīng)力敏感性對(duì)滲透率的影響主要發(fā)生在低于20 MPa的范圍。當(dāng)上覆地層壓力達(dá)到120 MPa時(shí)，滲透率損害幾乎達(dá)到100%；當(dāng)上覆地層壓力從120 MPa逐漸降低到大氣壓力時(shí)，滲透率最高能恢復(fù)19.7%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，保持孔隙壓力不變條件下，增加上覆地層壓力得到的滲透率應(yīng)力敏感性測(cè)定結(jié)果[27-28]不能直接用于氣藏工程評(píng)價(jià)。正確的滲透率應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)該是：首先，將巖心樣品恢復(fù)到地層條件并進(jìn)行老化；然后，在保持上覆地層壓力不變的條件下，模擬孔隙壓力或井底壓力逐漸衰竭過(guò)程中滲透率的變化情況。

4.2 有效凈圍壓保持不變條件下氣體流動(dòng)特征

以四川盆地中部震旦系燈影組氣藏儲(chǔ)層巖心樣品為例，在保持有效凈圍壓不變的條件下，同步將上覆地層壓力和孔隙壓力恢復(fù)到地層條件，得到X-1井和Y-1井巖心樣品在地層條件下的克氏滲透率損害分別介于75.3%～93.9%和78.2%～94.5%，平均損害分別為87.8%和84.1%，顯示出儲(chǔ)層巖石滲透率具有極強(qiáng)的應(yīng)力敏感性特征。由于這種壓力變化方式與氣藏的衰竭開發(fā)過(guò)程不一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能直接用于氣藏工程評(píng)價(jià)，典型的滲透率—孔隙壓力變化曲線如圖4所示。

4.3 孔隙壓力增加條件下氣體流動(dòng)特征

以四川盆地中部震旦系燈影組氣藏儲(chǔ)層巖心樣品為例，在保持上覆地層壓力不變，逐漸增加孔隙壓力條件下，得到X-1井和Y-1井的克氏滲透率損害分別介于25.4%～47.5%和11.2%～53.9%，平均損害分別為39.6%和34.6%，均表現(xiàn)出中等偏弱的應(yīng)力敏感性特征。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中巖心樣品已經(jīng)恢復(fù)到地層條件，符合氣藏實(shí)際情況，典型的滲透率—孔隙壓力變化曲線如圖5所示 。

4.4 井底壓力下降過(guò)程中氣體流動(dòng)特征

以四川盆地中部震旦系燈影組氣藏儲(chǔ)層巖心樣品為例，在保持上覆地層壓力和孔隙壓力不變條件下，模擬井底壓力從地層孔隙壓力逐漸下降到接近大氣壓力，得到X-1井和Y-1井的克氏滲透率損害分別介于20.5%～75.7%和9.1%～45.9%，平均損害分別為48.3%和26.3%，均表現(xiàn)出中等或中等偏弱的應(yīng)力敏感性特征。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中巖心樣品已經(jīng)恢復(fù)到地層條件，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程與氣藏開發(fā)過(guò)程一致，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合氣藏開發(fā)實(shí)際，典型的滲透率—井底壓力變化曲線如圖6所示。

4.5 孔隙壓力自然衰竭過(guò)程中氣體流動(dòng)特征

以四川盆地中部震旦系燈影組氣藏儲(chǔ)層巖心樣品為例，在保持上覆地層壓力不變的條件下，模擬氣藏孔隙壓力自然衰竭的過(guò)程，將孔隙壓力逐漸衰竭到廢棄壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著孔隙壓力逐漸降低，巖心樣品的滲透率逐漸增加。為什么出現(xiàn)了這種反?，F(xiàn)象？通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)孔隙壓力的自然衰竭過(guò)程是一個(gè)不穩(wěn)定過(guò)程。在不穩(wěn)定過(guò)程中采集的實(shí)驗(yàn)壓力和氣體流量不滿足達(dá)西定律的穩(wěn)態(tài)滲流條件，因此不能用穩(wěn)態(tài)達(dá)西公式來(lái)計(jì)算巖石滲透率，也就是說(shuō)，利用孔隙壓力自然衰竭過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算氣體滲透率是錯(cuò)誤的。四川盆地中部燈影組氣藏X-1井和Y-1井巖心樣品在模擬孔隙壓力自然衰竭過(guò)程中，典型的錯(cuò)誤滲透率曲線如圖7所示。

4.6 不同壓力變化方式下單井氣產(chǎn)量變化特征

如圖8所示，地層條件下產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單井氣產(chǎn)量不僅隨孔隙壓力的增加而增加，而且還與孔隙壓力的變化方式有關(guān)。保持有效凈圍壓不變、上覆地層壓力和孔隙壓力同步增加時(shí)，單井氣產(chǎn)量—孔隙壓力關(guān)系曲線呈下凹型，部分巖心樣品獲得了完整的滲流曲線，包括低速滲流段、線性滲流段和高速滲流段；保持上覆地層壓力不變、孔隙壓力增加時(shí)，單井氣產(chǎn)量—孔隙壓力關(guān)系曲線呈上凹型；保持上覆地層壓力不變、氣藏孔隙壓力自然衰竭時(shí)，單井氣產(chǎn)量—孔隙壓力關(guān)系曲線呈上凹型；保持上覆地層壓力不變、井底壓力下降時(shí)，單井氣產(chǎn)量—孔隙壓力關(guān)系曲線呈下凹型，該曲線即是典型的IPR曲線，可以用于氣井無(wú)阻流量的預(yù)測(cè)。如X-1井47號(hào)巖心樣品，當(dāng)?shù)貙訔l件下克氏滲透率為0.007 8 mD、有效產(chǎn)氣長(zhǎng)度為130 m、原始地層孔隙壓力為58 MPa時(shí)，氣井無(wú)阻流量約為35×104m3/d。

將巖心樣品的孔隙壓力和上覆地層壓力逐漸加載到原始地層條件，此時(shí)巖心經(jīng)歷了第一次應(yīng)力變化過(guò)程。隨后，將巖心孔隙壓力卸壓至大氣壓力，再逐漸將孔隙壓力加載到地層孔隙壓力，最后將孔隙壓力衰竭至廢棄壓力，此時(shí)的兩條單井氣產(chǎn)量—孔隙壓力關(guān)系曲線基本重合。如圖8所示，實(shí)驗(yàn)巖心在經(jīng)歷第一次壓力變化后已出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力敏感性效應(yīng)，隨后壓力加載過(guò)程對(duì)氣體流動(dòng)影響較小，因此，在進(jìn)行產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)（包括應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)）應(yīng)將巖心樣品恢復(fù)到地層原始條件。

5 結(jié)論

1）采用所建立的適用于160 ℃地層溫度、100 MPa孔隙壓力條件下的產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，預(yù)測(cè)四川盆地西北部棲霞組氣藏S-1井的無(wú)阻流量，與理論模型計(jì)算結(jié)果較一致，相對(duì)誤差僅為2.12%。

2）以地面克氏滲透率為基礎(chǔ)，由產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的單井氣產(chǎn)量與現(xiàn)場(chǎng)完井測(cè)試氣產(chǎn)量具有較好的一致性，而以地層克氏滲透率為基礎(chǔ)，由產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的單井氣產(chǎn)量結(jié)果與無(wú)阻流量具有較好的一致性。

3）地層溫度和孔隙壓力變化對(duì)巖石滲透率的影響顯著，并且滲透率的應(yīng)力敏感性明顯強(qiáng)于溫度敏感性。

4）進(jìn)行儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，需要將巖心樣品恢復(fù)到地層條件并且進(jìn)行老化，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果將具有強(qiáng)烈的應(yīng)力敏感性特征，不能直接用于氣藏工程評(píng)價(jià)。

5）利用鉆井取心樣品，通過(guò)開展產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高溫高壓井氣產(chǎn)量和無(wú)阻流量，同時(shí)，利用地面或地層克氏滲透率與單井氣產(chǎn)量的關(guān)系式，結(jié)合氣井測(cè)試數(shù)據(jù)，又可以評(píng)價(jià)地層克氏滲透率。