氣體滲流啟動壓力實驗測試及應(yīng)用

摘 要

摘要：對于致密儲層氣體滲流是否存在啟動壓力或啟動壓力梯度以及對氣藏開發(fā)有何指導(dǎo)作用等問題，目前還存在較大爭議。為此，采用逐級增壓氣驅(qū)實驗和仿真物理模擬技術(shù)兩種實驗方法
摘要：對于致密儲層氣體滲流是否存在啟動壓力或啟動壓力梯度以及對氣藏開發(fā)有何指導(dǎo)作用等問題，目前還存在較大爭議。為此，采用逐級增壓氣驅(qū)實驗和仿真物理模擬技術(shù)兩種實驗方法對上述問題進行了研究。結(jié)果表明：氣體在致密巖心中滲流時存在啟動壓力，而且是巖心長度的函數(shù)；利用啟動壓力梯度可以計算單井最大控制泄流半徑，啟動壓力與啟動壓力梯度兩者結(jié)合可以計算定容氣藏不同井控范圍內(nèi)的理論最大可采程度。采用該理論對蘇里格氣田進行了計算，其結(jié)果為：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲層最大井控半徑約為474m，理論最大采出程度在15%以上；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲層最大井控半徑約為193m，理論最大采出程度在7%以上。
關(guān)鍵詞：致密儲層；氣體滲流；啟動壓力；實驗；測試；蘇里格氣田
    近年來，隨著致密氣儲量和產(chǎn)量快速增長，已經(jīng)成為常規(guī)氣資源重要的接替，其勘探開發(fā)越來越受到關(guān)注，科研工作逐步深入，特別是在滲流機理方面，已有較多研究成果報道[1～4]，但目前對氣體啟動壓力或啟動壓力梯度概念尚不明確。筆者認為：致密砂巖氣滲流啟動壓力是氣體有效流動的門檻壓力，是計算采出程度、評價有效井控范圍的重要依據(jù)。因此，對致密砂巖氣滲流啟動壓力的準(zhǔn)確測試分析具有重要意義。
1 實驗方法
1.1 實驗巖心
實驗用巖心為氣藏砂巖，基本參數(shù)見表1。
 
1.2 實驗方法及步驟
1.2.1逐級增壓氣驅(qū)實驗
    第一步：將巖心裝入巖心夾持器中，加圍壓至40MPa(模擬上覆巖層壓力)。
    第二步：連接氣源，采用調(diào)壓閥設(shè)置氣驅(qū)壓力從低壓(0.05MPa)開始逐級增壓(0.1MPa，0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa，0.5MPa，0.6MPa，…，5.0MPa)進行氣驅(qū)，每個壓力點氣驅(qū)時間在1.0h以上直至氣流量穩(wěn)定，采用皂沫流量計或者高精度電子流量計測試氣體流量，高精度壓力傳感器記錄壓力。
    第三步：繪制流量與氣驅(qū)壓力關(guān)系曲線，分析相關(guān)參數(shù)。
1.2.2氣藏定容衰竭開采模擬實驗[5～6]
    第一步：將巖心裝入巖心夾持器中，加圍壓至40MPa(模擬上覆巖層壓力)。
    第二步：連接氣源，向巖心飽和氣至壓力平衡在25MPa左右(模擬氣藏原始儲層壓力)，飽和氣完畢即關(guān)閉氣源。
    第三步：設(shè)置一定流量模擬氣藏進行定容衰竭開采，記錄流量、邊界壓力、井底壓力、生產(chǎn)時間等參數(shù)，分析相關(guān)參數(shù)。
2 實驗結(jié)果與分析
2.1 氣體滲流啟動壓力
2.1.1逐級增壓氣驅(qū)實驗確定啟動壓力
    圖1是采用逐級增壓氣驅(qū)得出的實驗結(jié)果，作出氣驅(qū)壓力與實驗流量的關(guān)系進行函數(shù)擬合，得出擬合關(guān)系為：
    p=aQ2+bQ+c   (1)
式中p為氣驅(qū)壓力，MPa；Q為對應(yīng)氣驅(qū)壓力下的氣流量，mL/min；a、b、c分別為相關(guān)系數(shù)。
 

    依據(jù)式(1)，當(dāng)Q=0mL/min時對應(yīng)的氣驅(qū)壓力(p)即為啟動壓力。對覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的巖心進行測試擬合計算得出其啟動壓力分別為：ps1=0.0062MPa，ps2=0.0092MPa，ps3=0.0131MPa。
    需要注意的是采用該方法進行啟動壓力測試時，初始壓力越低，擬合結(jié)果越準(zhǔn)確。
2.1.2定容衰竭開采模擬實驗確定啟動壓力
    圖2是采用定容衰竭開采測得的實驗結(jié)果。作出邊界壓力與時間關(guān)系曲線，通過該曲線可以直觀看出在開采后期很長時間內(nèi)邊界壓力保持不變，可以認為是氣體滲流啟動壓力。從圖2上可以直觀地讀出對覆壓40MPa下滲透率為0.015mD左右的巖心對應(yīng)的啟動壓力分別為：ps4=0.009MPa，ps5=0.017MPa，ps6=0.026MPa。
 

    采用該方法均可以簡單直觀地對啟動壓力進行確定。
2.2 應(yīng)用實例
2.2.1計算啟動壓力梯度
    從圖1和圖2均可以得出，啟動壓力與巖心長度之間存在函數(shù)關(guān)系，即
    p=fL+C    (2)
式中L為巖心長度，m；f，c分別為常數(shù)。
對式(2)求導(dǎo)可以得出：
 
    計算得出的f值就是啟動壓力梯度(圖3)。計算表明：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)巖心的啟動壓力梯度為0.0527MPa/m；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD巖心的啟動壓力梯度為0.1289MPa/m。

2.2.2計算井控泄流半徑
    根據(jù)式(2)，當(dāng)p等于原始儲層壓力時計算得出的L即為單井最大控制泄流半徑，不同原始地層壓力對應(yīng)的最大井控泄流半徑如圖4所示。
 

    對于蘇里格氣田而言，其原始地層壓力在25MPa左右，則覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲層最大井控半徑約為474m，覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲層最大井控半徑約為193m。
2.2.3估算定客氣藏理論最大可采程度
    對于定容氣藏，在開采過程中由于沒有外來能量補給，其地層壓力會不斷下降，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档綒怏w滲流啟動壓力時，氣體無法流動，此時計算出的采出程度即該氣藏理論上的最大采出程度。計算方法可以依據(jù)物質(zhì)平衡方程，采用壓降法折算。設(shè)地層壓力為po，儲層氣體滲流啟動壓力為p，則理論上最大的采出程度為：。
    采用該方法對蘇里格氣田單井理論最大采出程度進行計算，其結(jié)果見圖5。對于蘇里格氣田，其原始地層壓力在25MPa左右，則覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲層在井控泄流半徑400m范圍內(nèi)理論最大采出程度在15%以上，覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲層在井控泄流半徑200m范圍內(nèi)理論最大采出程度在7%以上。
 

3 結(jié)論
    1) 致密砂巖氣體滲流存在啟動壓力和啟動壓力梯度兩個概念，啟動壓力可以計算理論可采程度，啟動壓力梯度可以計算最大井控泄流半徑。
    2) 利用啟動壓力和啟動壓力梯度，對蘇里格氣田單井控制最大泄流半徑和理論采出程度進行了計算。結(jié)果為：覆壓40MPa下滲透率為0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水儲層最大井控半徑約為474m，理論最大采出程度在15%以上；覆壓40MPa下滲透率為0.015mD的不含水儲層最大井控半徑約為193m，理論最大采出程度在7%以上。
參考文獻
[1] 楊正明，姜漢橋，朱光亞，等.低滲透含水氣藏儲層評價參數(shù)研究[J].石油學(xué)報，2008，29(2)：252-254.
[2] KUUSKRAA V A，AMMER J.Tight gas sands development：how to dramatically improve recovery efficiency[J].Gas TIPS，2004，10(1)：15-20.
[3] 楊瓊，聶孟喜，宋付權(quán).低滲透砂巖滲流啟動壓力梯度[J].清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，44(12)：1650-1652.
[4] 何英，楊正明，劉學(xué)偉，等.低滲透油田考慮啟動壓力梯度計算井網(wǎng)產(chǎn)量[J].西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2009，31(3)：163-166.
[5] 胡勇，朱華銀，陳建軍，等.低滲區(qū)對氣藏產(chǎn)能貢獻能力及影響因素實驗研究[J].天然氣工業(yè)，2006，26(增刊1)：106-107.
[6] 胡勇，朱華銀.高低滲“串聯(lián)”氣層供氣機理物理模擬研究[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18(3)：469-472.
 
(本文作者：胡勇1，2 1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室)