許詩婧,王長權,曾思佳

(1.長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100;2.油氣鉆采工程湖北省重點實驗室(長江大學),湖北 武漢 430100)

引 言

致密砂巖氣藏孔隙結(jié)構(gòu)較常規(guī)儲層更為復雜,滲透率和孔隙度極低,孔喉細小,氣、水兩相在儲層中的滲流更為復雜。相對滲透率是決定油氣藏模擬效果的關鍵因素,可以通過孔隙之間的相互影響,確定滲透率、潤濕性、非均質(zhì)性、飽和度以及飽和歷史。雖然對于氣液兩相相對滲透率的實驗室測量技術已經(jīng)成熟,但困難和不確定性依然存在。穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法相對滲透率測定是目前最常用的兩種方法,非穩(wěn)態(tài)法由于其測量方便而被大多采用。非穩(wěn)態(tài)法主要采用JBN方法計算相對滲透率,但值得注意的是,JBN方法考慮的因素較少,計算值與實際有較大偏差。為了修正實驗計算過程的誤差,大量學者作了相關的影響因素以及改進計算方法的研究。Fei Mo[1]等考慮了兩相流動過程的賈敏效應以及流體黏滯力,提出了氣水相對滲透率計算模型;Milad Farahani[2]等研究了非穩(wěn)態(tài)氣水相對滲透率測定實驗中壓差、末端效應、滑脫效應以及礦物溶解等因素的影響;Kewen Li[3]等通過測定不同平均孔隙壓力下的氣相相對滲透率,計算不同含水飽和度下的氣體滑脫系數(shù),校準氣體相對滲透率;Huimin Wang[4]等利用分形理論建立了一種改進氣水相對滲透率的模型,模型考慮了孔隙結(jié)構(gòu)的復雜性、幾何校正系數(shù)、水膜和實際氣體等因素;趙振峰[5]等、栗孝政[6]等建立了考慮動態(tài)啟動壓力梯度和應力敏感效應的致密氣藏兩相滲流計算方法并進行了實例驗證;羅沛[7]等建立了基于儲層孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)和生產(chǎn)水氣比歷史擬合相結(jié)合的氣水相對滲透率計算方法;Sheng Peng[8]等采用自吸的方式進行氣水相滲的測定,并采用改進的B-C方程修正氣體相對滲透率的計算;張濤[9]等結(jié)合分形理論,建立了致密砂巖儲層氣水相對滲透率模型,模型考慮了氣體滑脫效應、孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)、含水飽和度分布。

氣體和液體在多孔介質(zhì)中的流動存在顯著的差異,尤其是低滲致密的儲層中。在非穩(wěn)態(tài)法氣水相對滲透率測定實驗中,為了消除巖心末端效應,因此驅(qū)替壓力不能過低,而采用較高的壓差,盡管克服了末端效應,但由于氣體滑脫效應的存在,在含水飽和度接近束縛水狀態(tài)下,氣體相對滲透率也會顯著大于1[10-11]。也有許多學者[12-13]研究發(fā)現(xiàn)氣體在低滲致密巖心中的流動不完全符合Klinkenberg線性方程,繼續(xù)應用這種線性關系會導致儲層的滲透率偏大,因此采用克林肯伯格公式進行簡單的校準缺乏準確性。

本文在對非穩(wěn)態(tài)法氣水相對滲透率實驗結(jié)果采用JBN方法進行初步處理的基礎上,考慮氣體滑脫效應的影響,建立滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)的關系,將不同含氣飽和度下的氣體滲透率轉(zhuǎn)化為等飽和度下液體滲透率進行相滲計算,消除氣體滑脫影響,以獲得更準確、符合實際情況的相滲曲線,指導氣藏開發(fā)。

1 儲層物性特征

目標區(qū)塊博孜9井位于塔里木盆地庫車坳陷北部,屬巴什基奇克組,巖性以褐色中砂巖、細砂巖為主,埋深7 500 m以深,屬超深井,儲層巖心孔隙度6%～13%,滲透率主要為(0.5～50.0)×10-3μm2,表現(xiàn)出低孔、低滲特征,且孔隙度和滲透率相關性較差,部分樣品滲透率明顯偏高,這些樣品可能是受構(gòu)造擠壓作用,發(fā)育有裂縫。儲層儲集空間以原生粒間孔為主,其次為粒間溶孔,顆粒呈點-線接觸,粒緣片狀喉道發(fā)育,部分被黏土礦物充填,孔喉連通性較好,粗巖性、弱壓實、低應力使得7 500 m深處以優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育[14]。

對目標區(qū)塊同一層位取得的19塊巖心進行孔隙度和滲透率測定,其結(jié)果如表1所示。從結(jié)果中可以看出,該儲層屬低孔、低滲儲層,少部分巖心由于存在微裂縫,氣測滲透率值偏高。將19塊巖心氣測滲透率與孔隙度進行相關性擬合,兩者之間存在一定的冪函數(shù)關系,但相關性較差(圖1),氣測滲透率與儲層品質(zhì)指數(shù)之間具有較好的冪指數(shù)關系(圖2),即

(1)

式中,Kg為巖心氣相滲透率,10-3μm2;φg為巖心孔隙度,%。儲層品質(zhì)指數(shù)能綜合反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征,說明滲透率主要與孔隙半徑的大小有關。

圖1 巖心氣測滲透率與孔隙度的關系Fig.1 Relationship between gas permeability and porosity of cores

表1 儲層巖心物性測定結(jié)果Tab.1 Experimental results of physical property of cores

圖2 巖心氣測滲透率與儲層品質(zhì)指數(shù)的關系Fig.2 Relationship between gas permeability of cores and reservoir quality index

2 氣水相對滲透率實驗

利用非穩(wěn)態(tài)恒壓法進行巖樣氣驅(qū)水實驗,壓差根據(jù)巖心氣測滲透率和測定初始液相滲透率的壓差確定,以保證克服末端效應及不產(chǎn)生紊流。實驗過程記錄氣驅(qū)水過程中巖樣出口端各個時刻的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和兩端壓差等數(shù)據(jù),用“JBN”方法計算巖樣的氣、水相對滲透率和對應的含氣飽和度,繪制氣水相對滲透率曲線。氣水相對滲透率測定實驗參考行業(yè)標準GBT 28912-2012《巖石中兩相流體相對滲透率測定方法》進行。實驗流程如圖3所示。

對19塊巖心進行氣水相對滲透率實驗,并采用JBN方法對實驗過程中獲得的不同時刻的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和壓差進行數(shù)據(jù)處理。結(jié)果顯示,采用JBN方法計算所得的氣水相對滲透率曲線均出現(xiàn)相同的形態(tài)及變化趨勢,取其中2塊巖心的數(shù)據(jù)進行進一步的說明。實驗曲線如圖4、圖5所示。從圖中可以看出,兩相共滲區(qū)較窄,殘余水飽和度含量較高,均高于50%,等滲點含氣飽和度較低,且等滲點處相對滲透率也較低;水相相對滲透率隨含氣飽和度的增大快速下降,氣相相對滲透率隨含氣飽和度的增大快速增高,且端點值普遍偏高,均高于1,這主要是由于在含水飽和度接近束縛水狀態(tài)時,氣體的流動會出現(xiàn)滑脫效應,導致氣相滲透率偏高。因此,需考慮低滲致密氣藏氣水兩相流動過程中氣體滑脫效應,進一步改進JBN計算方法,建立符合實際氣藏開發(fā)的兩相流動規(guī)律。

圖4 CJ-1號巖心氣水相對滲透率曲線Fig.4 Experimental curve of gas-water relative permeability of core CJ-1

圖5 CJ-9號巖心氣水相對滲透率曲線Fig.5 Experimental curve of gas-water relative permeability of core CJ-9

3 氣水相對滲透率計算方法改進

氣體在多孔介質(zhì)中的滲流會產(chǎn)生滑脫效應,孔隙半徑大小對滑脫效應影響很大,一般情況下,巖石越致密,滲流半徑越小,氣相滑脫效應越明顯。根據(jù)克林肯貝格公式

(2)

(3)

由于氣體滑脫效應的影響使得同一巖心中氣體測得的巖石滲透率比液體要高,而在氣體相對滲透率計算中,是以初始液相滲透率作為基準滲透率進行無因次化,同時氣體的滲流與液體的滲流均與巖石的孔隙結(jié)構(gòu)有關。因此,轉(zhuǎn)換思路,考慮氣體滑脫的影響,基于液體滲透率和氣體滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)的關系,將不同含氣飽和度下的氣相滲透率轉(zhuǎn)化為同樣含氣飽和度下的液體滲透率進行相滲計算,可有效地避免滑脫效應的影響,以更準確地掌握致密砂巖氣藏氣水相滲變化規(guī)律?；贘BN方法對氣體相對滲透率計算方法繼續(xù)改進如下：

①根據(jù)JBN公式計算所得氣體相對滲透率值與殘余水狀態(tài)下的氣相滲透率值,計算得到不同含氣飽和度下的氣相滲透率,即

(4)

式中：Kgi為不同含氣飽和度下的氣相滲透率,10-3μm2;Krgi為不同含氣飽和度下的氣體相對滲透率;Krg(swi)為束縛水飽和度下的氣體相對滲透率;Kg(Swi)為束縛水飽和度下的氣相滲透率,10-3μm2。

②根據(jù)含氣飽和度,用式

φgi=φg×Sgi÷100

(5)

計算不同含氣飽和度下的孔隙度,式中,φgi為不同含氣飽和度下的孔隙度,%;φg為巖心孔隙度,%;Sgi為不同的含氣飽和度,%。

③根據(jù)高才尼卡爾曼公式(K-C方程)計算各含氣飽和度下的儲層品質(zhì)指數(shù),即

(6)

式中,RQIgi為不同含氣飽和度下的儲層品質(zhì)指數(shù)。

④根據(jù)該區(qū)塊巖心初始完全飽和水后的液測滲透率與儲層品質(zhì)指數(shù)的關系,計算各含氣飽和度下的液體滲透率,即

(7)

式中,Kwi為不同含氣飽和度下的液相滲透率,10-3μm2;a為擬合的一個參數(shù);b為擬合的另一個參數(shù)。

⑤用式

(8)

修正氣體相對滲透率,式中,Kwi為不同含氣飽和度下的液測滲透率,10-3μm2;Kw為巖心完全飽和水時的液測滲透率,10-3μm2。

該區(qū)塊巖心初始液相滲透率實驗結(jié)果如表1所示,其與儲層品質(zhì)指數(shù)的關系如圖6所示,關系式為

(9)

根據(jù)以上方法對JBN方法計算所得的氣水相對滲透率實驗結(jié)果進行改進,獲得改進后的氣水相對滲透率實驗曲線如圖7—圖8所示。從圖中可以看出,使用改進后的方法計算所得氣相相對滲透率降低明顯,氣相相對滲透率隨含氣飽和度的增大上升緩慢,且與JBN計算所得結(jié)果對比,等滲點右移,等滲點含氣飽和度增加,等滲點相對滲透率降低。

圖6 區(qū)塊巖心初始液相滲透率與儲層品質(zhì)指數(shù)的關系Fig.6 Relationship between permeability of initial liquid phase in core and reservoir quality index

圖7 改進后CJ-1號巖心氣水相對滲透率曲線Fig.7 Improved curve of gas-water relative permeability of core CJ-1

圖8 改進后CJ-9號巖心氣水相對滲透率曲線Fig.8 Improved curve of gas-water relative permeability of core CJ-9

4 結(jié) 論

(1)目標區(qū)塊巖心孔滲結(jié)果表明,該儲層屬低孔、低滲儲層,氣測滲透率與孔隙度相關性較差,與儲層品質(zhì)指數(shù)之間具有較好的冪指數(shù)關系,說明滲透率主要與孔隙半徑的大小有關。

(2)采用JBN方法對氣水相對滲透率實驗結(jié)果處理發(fā)現(xiàn)氣體相對滲透率隨含氣飽和度的增加增大明顯,氣體滑脫效應明顯,造成實驗結(jié)果偏大。

(3)采用改進后的計算方法處理所得的氣相相對滲透率端點值下降明顯,符合實際變化規(guī)律,且等滲點整體右移。