齊桂雪，李中超，劉平，鄧瑞健，王燕麗，高志飛，陳華，景洪信

（1.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；2.中國石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001；3.中國石化中原油田分公司濮東采油廠，河南 濮陽 457000；4.中國石化中原油田分公司油氣加工技術(shù)服務(wù)中心，河南 濮陽 457000）

0 引言

受限于早期前蘇聯(lián)凝析氣藏的開發(fā)思路和國內(nèi)工藝技術(shù)水平，凝析氣藏在投產(chǎn)初期采用衰竭式開采，造成近井區(qū)域反凝析污染[1-4]，嚴重影響產(chǎn)能，而且這種污染在低滲、特低滲儲層更為嚴重[5-7]。油氣田專家和現(xiàn)場工作者根據(jù)各自的礦場情況，普遍采用壓裂等增產(chǎn)方法[8-10]，雖有一定效果，但尚未從根本上改變這種困境。國內(nèi)外調(diào)研表明，注氣保壓可以緩解反凝析進程、恢復(fù)氣井產(chǎn)能[11-15]，但是，目前的非均質(zhì)性研究主要集中于層間干擾，低滲儲層人工壓裂形成近井儲層高滲條帶對氣驅(qū)保壓效果影響尚不清楚。針對平面非均質(zhì)性氣驅(qū)模型的研究較少、多側(cè)重于層間非均質(zhì)性的問題[16-25]，本文采用自制凝析氣藏天然氣驅(qū)二維物理模型，克服了一維氣驅(qū)模型難以有效反映近井狀況的局限性，評價層內(nèi)平面非均質(zhì)性對氣體舌進與氣竄的影響，直觀描述氣驅(qū)過程二維滲流場變化，論證了凝析氣藏注氣解堵和氣驅(qū)效果，為進一步開展研究工作奠定實驗基礎(chǔ)。

1 氣驅(qū)二維物理填砂模型

1.1 模型系統(tǒng)及參數(shù)

基于注入系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、分離計量等設(shè)備，研制氣驅(qū)二維模型本體及檢測系統(tǒng)、采出系統(tǒng)，用于提高采收率的氣驅(qū)研究。高壓氣驅(qū)二維模型的實驗裝置采用模塊化形式，主要由圖1所示的多個模塊組合構(gòu)成。該模型主要由模型主體、模型壓板、高強度螺栓、油水飽和度電極、聲波檢測氣液飽和度、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、恒溫保溫套、模型井網(wǎng)、模型移動支架等組成。

圖1 二維氣驅(qū)模型的系統(tǒng)原理示意

模型有效空間為400 mm×400 mm×40 mm，耐溫120℃，耐壓30 MPa，井網(wǎng)布置四點、五點、七點、九點井網(wǎng)、水平井等，主體可以前后180°電動翻轉(zhuǎn)，具有檢測油水飽和度、聲波檢測氣液飽和度、進行“云圖”或“圖形”顯示等功能，模型活塞具有壓實功能。

1.2 二維填砂模型標定及測試

1.2.1 填砂孔滲標定及測試

為保證填砂模型的準確性，通過一維標定模型開展了單一目數(shù)的石英砂的孔、滲研究，測定不同圍壓條件下分別填充 200～220，400～420，500～520及 800目石英砂的孔、滲參數(shù)，實驗結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同目數(shù)填砂模型孔隙度與凈圍壓的關(guān)系

圖3 不同目數(shù)填砂模型滲透率與凈圍壓的關(guān)系

實驗研究表明，不同目數(shù)填砂模型的孔隙度隨凈圍壓的變化規(guī)律具有一致性。隨著凈圍壓的增加，孔隙度的變化很小，總體上呈現(xiàn)略微降低的趨勢，這是由于凈圍壓增加，模型壓實，孔隙度降低。填砂模型滲透率測試結(jié)果表明：凈圍壓、填砂目數(shù)不同，填砂模型的滲透率不同。填砂模型的目數(shù)越大，凈圍壓壓力越大，模型的滲透率越小。目數(shù)越小，凈圍壓壓力大小對模型滲透率影響越大。例如：200～220目砂子填充的一維模型，凈圍壓由2.95 MPa增加到14.99 MPa，模型的滲透率降幅68.04%，但當填砂目數(shù)增大到500～520目，相同凈圍壓增加范圍，滲透率降幅72.13%。

根據(jù)一維短巖心填充模型（直徑250 mm，長750 mm）的填砂及測試結(jié)果，形成了不同孔滲模型的填砂配料配方（見表1）。

表1 一維模型中填砂配料配方

通過稱重配比得出上述5個配方，目標區(qū)塊目的層位的滲透率在0.5×10-3～63.0×10-3μm2，實驗結(jié)果表明，以上配方可以滿足平面非均質(zhì)模型的建立。

1.2.2 上覆壓力對巖心孔隙度的影響

根據(jù)一維模型的標定結(jié)果，開始二維模型的制作。為了確?？刂泼姘寰鶆驂褐铺畛渖白樱Ｐ筒捎?2套高壓液壓活塞，如圖4所示。

圖4 二維填砂模型的液壓活塞實物

按照填砂配方3對模型進行填砂。為了確保模型受力均勻，采用液壓裝置改變模型的上覆壓力，壓力0～50 MPa。先后對模型進行壓力加載、壓力卸載、再次壓力加載，分別測試3個過程中不同上覆壓力條件下模型的孔隙度值，如圖5所示。隨著上覆壓力的增加，孔隙度降低。第1次壓力加載過程中，上覆壓力增加到50 MPa，孔隙度降幅18.90%。壓力卸載過程中，模型的孔隙度有所恢復(fù)，卸載的壓力越大，孔隙度恢復(fù)值越大，但是仍有6.03%的孔隙度損失，這說明壓力對模型孔隙度的影響是不可逆的。第2次壓力加載過程中，孔隙度的變化幅度減小，當上覆壓力加載到50 MPa時，孔隙度降幅11.93%。隨著加載的往復(fù)，模型的孔隙度變化趨于穩(wěn)定。測試結(jié)果表明：模型孔、滲參數(shù)接近于實際儲層；模擬了衰竭開采過程中孔隙度隨上覆壓力的變化而變化。

圖5 二維填砂模型巖心孔隙度與凈圍壓的關(guān)系

1.2.3 二維模型監(jiān)測及可視化系統(tǒng)

氣驅(qū)二維模型采用聲波收發(fā)裝置測定氣、液飽和度，利用飽和度電極測量裝置測定油、水飽和度，最終實現(xiàn)油、氣、水三相飽和度的確定。聲電系統(tǒng)檢測驅(qū)替，一體化設(shè)計，測試周期短，識別度高，實時呈現(xiàn)圖像；聲電參數(shù)聯(lián)合測試，聲電信號同步分析，共同識別含水、含油以及含氣飽和度。測試的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)侥Ｐ团涮椎臏y試軟件中，形成可視化實時監(jiān)測，并從軟件中可以直接觀測到參數(shù)的實時變化。模型中的含油飽和度采用穩(wěn)態(tài)法標定，探針如圖6所示。通過對不同標準礦化度下的探針測定電阻值的10次測量，得到了該探針測定電阻值的平均相對誤差為0.028 9，如圖7所示。說明探針穩(wěn)定性好，滿足實驗需求。

圖6 測定電阻值的探針實物

圖7 探針測試相對誤差

標準電極測的電阻值與探針的電阻值的相對誤差δi為

式中：Re為標準電極測得電阻值，Ω；Rc為探針測得電阻值，Ω。

在礦化度一定的條件下，通過測量不同含油飽和度的填砂模型的電阻值來標定電阻與含油飽和度的關(guān)系如圖8所示。探針測試的電阻與礦化度及含油飽和度相關(guān)，其隨礦化度增加、含油飽和度降低而降低，這與實際儲層的測試情況相吻合。

圖8 2種礦化度條件下電阻與含油飽和度的關(guān)系

2 注氣吞吐解堵及氣驅(qū)二維效果

2.1 注采填砂模型井網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)凝析氣藏的現(xiàn)狀和研究需要，分別研制了2種填砂模型：一種是相對均質(zhì)模型，另一種是在近井周圍具有高滲條帶（人工裂縫）的模型如圖9、圖10所示。在衰竭式開發(fā)的實驗過程中，1，2，3，4等4個井位作為氣源的連接點，目的是為衰竭開采提供穩(wěn)定的氣源，模擬無限大地層中一口衰竭開采井，穩(wěn)定氣源確保模型中近井地帶出現(xiàn)反凝析油，為后續(xù)吞吐、氣驅(qū)提供實驗基礎(chǔ)。

圖9 注采模型

圖10 帶高滲條帶的注采模型

利用5口模擬井，建立均質(zhì)模型和人工裂縫模型2種物理模型，開展了凝析氣藏衰竭實驗、注CO2吞吐和注氣驅(qū)替實驗。實驗采出程度利用密度、體積和質(zhì)量折算成質(zhì)量百分比來計算氣藏的采出程度。

2.2 注氣吞吐解堵和氣驅(qū)效果

2.2.1 實驗過程

1）采用PVT分析儀配制凝析氣藏地層流體，開展流體相態(tài)分析，確定露點壓力，為23.5 MPa。

2）在實驗溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，采用N2為氣體介質(zhì)二維模型建束縛水。

3）在實驗溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，飽和凝析氣，建立原始流體模型，通過氣相色譜及井點的壓力監(jiān)測和實時密度場分布，判斷流體模型的合理性。

4）衰竭開采。中心1口衰竭井，周圍4口同步降壓的氣源，保障遠端凝析氣的供應(yīng)。

5）壓力衰竭至15 MPa，關(guān)閉氣源供應(yīng)，中心采出井轉(zhuǎn)注CO2，注入0.15 PV后，燜井至壓力平衡，開井衰竭至15 MPa。

6）采用一注四采方式，開展天然氣驅(qū)保壓開發(fā)（保壓 24 MPa）。

7）建立帶高滲條帶填砂模型，重復(fù)上述步驟。

2.2.2 流體模型

在實驗溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，通過PVT分析儀（型號：HBPVT300）配制凝析氣藏地層流體，從二維模型的第一排注入接口均勻地注入配制的凝析氣，在出口一排進行氣體取樣監(jiān)測。為了更好地飽和凝析氣，采用N2作為建立流體模型的一種氣體指示氣和對比氣體，通過氣相色譜監(jiān)測及井點的壓力控制建立凝析氣藏流體模型如圖11、圖12所示。

圖11 凝析氣藏流體模型

圖12 高滲條帶凝析氣藏流體模型

2.2.3 衰竭式開采

為了更好地模擬凝析氣藏的開發(fā)過程，設(shè)計了一組衰竭式開發(fā)實驗，包括均質(zhì)模型和層內(nèi)帶高滲條帶（裂縫）的非均質(zhì)模型，2個模型壓力分別由原始30 MPa緩慢衰竭至15 MPa，實驗結(jié)果如圖13、圖14所示。可以看出，井筒周圍及沿氣源的主流線方向的流體密度增加。結(jié)合PVT測試的流體密度和氣體純組分密度，井筒周圍的近井地帶出現(xiàn)反凝析油，井筒周圍及沿氣源方向的主流線上凝析油聚集明顯。衰竭開采過程中形成的壓降漏斗，相當于一個凝析氣藏組分的分離裝置，在壓力降落到露點附近，重質(zhì)組分析出以液態(tài)形式流動，輕質(zhì)組分繼續(xù)快速運移。在壓力漏斗、多孔介質(zhì)、組分分離、兩相運移差異、氣源供氣充足并向井口匯聚等多因素并存條件下，反凝析油在近井地帶形成一種聚集，甚至堵塞孔道，影響流體運移到井底。為了保證低滲儲層凝析油的開采，現(xiàn)場一般采取人工壓裂的方式，通過增加近井儲層的導(dǎo)流能力，促進凝析油流動到井底。存在高滲條帶的衰竭模型確實存在這種促進作用，流體在壓力降落過程中重質(zhì)組分匯聚的范圍更廣，近井及沿裂縫周圍的高滲條帶流體密度均有增加。由于高滲條帶的存在，流體的導(dǎo)流能力增加，近井匯聚流體的密度低于均質(zhì)模型，可見裂縫的存在有利于反凝析油的開采。受充填模型的均勻度及裂縫條帶的影響，流體密度雖然有沿高滲條帶匯聚的趨勢，但并未形成一種完全對稱的分布情況。

圖13 衰竭式開采效果（均質(zhì)模型）

圖14 衰竭式開采效果（非均質(zhì)模型）

2.2.4 注氣吞吐

在衰竭開采的流體模型中，按照五點法的方式，中間1口生產(chǎn)井，周圍4口井作為氣源井，保證模型中氣源的供應(yīng)，如圖9、圖10所示。2個衰竭開采模型建立后，關(guān)閉 1，2，3，4 氣源，分別在 5（生產(chǎn)井）注入 0.15 PV的CO2，進行注氣吞吐實驗，實驗結(jié)果如圖15、圖16所示。相比衰竭式開采到15 MPa的實驗結(jié)果，經(jīng)過一個周期CO2吞吐后，在相同壓力條件下，井筒周圍的流體密度降低，凝析油明顯減少。實驗結(jié)果表明，注氣解堵具有一定的范圍，井筒附近的效果最好，在距離井筒的一定范圍內(nèi)存在一個密度為0.5 g/cm3左右的環(huán)狀分布。與衰竭開采相比較，整個模型在CO2吞吐后密度場發(fā)生變化，可見，雖然解堵具有一定的范圍，但是吞吐的影響可以覆蓋全模型。在高滲條帶的模型中，受高滲條帶的影響，吞吐解堵的范圍更廣，原氣源井點附近存在點狀的相對高密度流體的分布。分析認為，是井點的填砂及吞吐解堵的范圍造成這種整體環(huán)狀、局部點狀的流體密度分布。這也說明，裂縫的存在影響CO2吞吐解堵的整體效果。整體而言，CO2吞吐有利于凝析油的采出，其中，均質(zhì)模型吞吐后凝析油主要沿井筒周圍分布，而高滲條帶模型因為高滲條帶的導(dǎo)流能力較強，吞吐后裂縫周圍凝析油均有分布，因此凝析油分布規(guī)律性不強，主要分布于井點及裂縫拓展的高滲條帶附近。

圖15 注CO2吞吐效果（均質(zhì)模型）

圖16 注CO2吞吐效果（非均質(zhì)模型）

2.2.5 天然氣驅(qū)

據(jù)注氣吞吐的經(jīng)驗，一般注氣吞吐的早期效果最好，后期繼續(xù)吞吐效果逐漸變差，注氣吞吐僅采出了凝析氣藏近井地帶附近的凝析油氣。為了更好地描述注氣保壓開發(fā)效果，對注氣吞吐后的模型開展天然氣驅(qū)實驗。根據(jù)圖9、圖10中井點的設(shè)計，5井轉(zhuǎn)注天然氣，1，2，3，4井作為生產(chǎn)井，開展天然氣驅(qū)實驗。為了更好控制實驗進程和表征氣驅(qū)的效果，天然氣驅(qū)過程中實時檢測產(chǎn)出氣組分，當產(chǎn)出氣與注入氣組分相近時停止實驗。均質(zhì)模型和高滲條帶模型的天然氣驅(qū)實驗結(jié)果如圖17、圖18所示。均質(zhì)模型氣驅(qū)后流體的密度明顯低于高滲條帶模型，受吞吐解堵后流體分布的影響，存在3個點狀的高密度分布區(qū)，整體的氣驅(qū)效果比較好。非均質(zhì)模型中，在注氣井附近氣驅(qū)效果較好，高滲條帶增加了流體的導(dǎo)流能力，沿裂縫方向的1，4井流體流動速度較快，部分凝析油沿主流線流動，但由于裂縫作用下發(fā)生氣竄，生產(chǎn)井的井筒周圍出現(xiàn)了部分凝析油的聚集。

圖17 天然氣驅(qū)效果（均質(zhì)模型）

圖18 天然氣驅(qū)效果（非均質(zhì)模型）

3 結(jié)論

1）根據(jù)凝析氣藏開發(fā)實驗需求，建立二維可視化氣驅(qū)模型，包含多個模塊系統(tǒng)。結(jié)合電極、聲波雙檢測，實現(xiàn)油、水、氣飽和度的量化和密度場的“云圖”或“圖形”顯示。通過一維填砂模型填砂配料比的標定，建立了二維均質(zhì)填砂模型和高滲條帶的非均質(zhì)填砂模型。

2）二維可視化模擬實驗研究表明，衰竭式開發(fā)過程中近井地帶反凝析油聚集，甚至發(fā)生堵塞孔道，影響流體運移到井底。非均質(zhì)模型衰竭過程中，高滲條帶確實促進了流體的導(dǎo)流能力的增加，近井匯聚流體的密度低于均質(zhì)模型，裂縫的存在有利于反凝析油的開采。

3）注氣解堵在井筒附近的效果最好，雖然解堵效果具有一定的范圍，但是吞吐的影響可以覆蓋全模型。受高滲條帶導(dǎo)流能力的影響，吞吐解堵的范圍更廣，凝析油分布規(guī)律性不強，主要分布于井點及裂縫拓展的高滲條帶附近。

4）天然氣驅(qū)能夠進一步提高吞吐解堵后模型的采收率。均質(zhì)模型氣驅(qū)后流體的密度明顯低于高滲條帶的模型，受吞吐解堵后流體分布的影響，存在局部點狀的高密度分布區(qū)，整體的氣驅(qū)效果比較好。非均質(zhì)模型中，氣竄影響氣驅(qū)效果，在注氣井附近及裂縫氣驅(qū)效果較好。