利用相渗曲线研究低渗气藏水锁效应的新方法_吕渐江

P1, P2 — 岩心进出口压力 , MPa; ΔP— 驱替压差 , MPa;
(1) (2) (3)
ΔGi— 驱替压气增量 , cm3 ;
作者简介 吕渐江 , 男 , 1983年出生 ;现西南石油大学油气田开发工程在读硕 士研究生 , 主要从 事油气藏工 程研究 。 地址 :(610500)四川 省成都市新都区西南石油大学 。 电话 :028 -83033895, 13518129851。 E-mail:datalwdrill@yahoo.com.cn
9 3.2 6
3.16
0.32 6
7 0.3 0
7 5.3 9
0.80
0.32 7
7 4.2 4
71
1.19
0.42 3
7 9.2 7
7 9.5 5
f 133 3 70
9.12 6.53 4.52
0.72
0.19 2
7 9.7 1
5 5.1
1.42
0.51 5
8 3.7 7
9 2.8 7
0.80
0.49 1
8 1.0 1
8 9.8 5
参考文献
1 张 琰 , 崔 迎春 .低渗气藏主要 损害机理及保护方 法的研 究 [ J] .地质与勘探 , 2000 , 36(5):76 -78.
2 游利军 .含水饱和度和有效应力对致密砂岩有效渗 透率 的影响 [ J] .天然气工 业 , 2004, 24(12):105 ～ 107.
(7) (8) (9)
对 (5)式 、(6)式两边取对数得到 :
LgK＊ rw =aLgS＊ w LgK＊ rg =bLg(1 -S＊ w )
(1 0) (1 1)
同时 , 改写 (7)式 ～ (9)式 , 得 :
Krw =K＊ rw· Krw(Sgr) Krg =K＊ rg· Krg(Swi)
(1 2) (1 3)
5 3.4 5
8 4.5 5
0.78
0.11 8
5 3.9 7
9 5.0 6
62 d 36
104 e 16
9 28
9.73 7.74 5.43 7.02 7.97 5.56
0.75
0.28 4
5 5.4 7
3 2.5 9
1.95
0.77 2
6 3.4 9
7 7.8 1
0.65
0.26 9
6 6.3 7
关键词 低渗气藏 水锁效应 相渗曲线
0 引言
低渗气藏在钻完井 、修井 、压裂酸化作业时 , 工 作液在毛细管压力作用下 [ 1] , 渗吸入近井地层 , 孔 隙吼道中形成一层水膜 , 地层含水饱和度升高 , 气 相流动的通道变窄 , 地层渗透率下降 , 形成水锁效 应 [ 2] 。许多学者对水锁侵入深度 、排水时含水饱和 度的变化规律 、排液时间 、水锁对井产量的影响等 方面进行了理论 推导[ 3 ～ 5] , 并利用毛管自吸法 、反 向作用法等方法研究了含水饱和度对气相渗透率 的影响 [ 6 ～ 7] 。但目前尚未见利用 完整的相渗曲线 对水锁效应进行探讨的论述 。
本文利用低渗气藏的真实岩心 , 通过开展气水 两相渗流实验 , 模拟了气井生产时含水饱和度下降 至束缚水饱和度的 过程 , 总结出一 些规律性 的认 识 , 以期能对低渗气藏的有效开发有所启示 。
1 气水两相渗流实验
1.1 实验装置及实验步骤 本次气水相对渗透率测试实验采用如图 1 所
示的装置 , 实验步骤如下 : ①岩心抽真空饱和模拟地层水 , 并在饱和液中
· 50·
表 1 126号岩心归一化 相渗曲线数据表
S＊ w
K＊ rw
K＊ rg
Sw
Krw
Krg
0
0
1
48.0 0.000 0.239
0.1 0.006 0.789 53.2 0.001 0.189
0.2 0.027 0.605 58.4 0.005 0.145
0.3 0.067 0.448 63.6 0.012 0.107
Swi— 束缚水饱和度 , 小数 ;
Sgr— 残余气饱和度 , 小数 ;
S＊ w — 标准 化含水饱和度 , 小数 ; a, b— 取决于孔隙结构和润湿性的常数 。
2 利用相渗曲线研究水锁效应
表 1、图 2为某低渗气藏 126号岩心归一化相 对渗透率曲线计算结果 , 其中 , 岩心束缚水饱和度为 48.0%;残余气饱和度为 7.8%;气相相对渗透率曲
0.9 0.789 0.006 94.8 0.142 0.001
1
1
0
100.0 0.180 0.000
图 2 126号岩心归一化 相对渗透率曲线
线为凹陷型 ;水锁损害率 Dk为 76.1%。 表 2为某低渗气藏 16块岩心相对渗透率曲线
束缚水饱和度及水锁损害率数据表 ;图 3为水锁损 害率与束缚水饱和度之间的关系图 ;图 4为 6组含 水饱和度区间相近的岩心气相相对渗透率曲线比较 图 。 从表 2、图 3、图 4综合得出以下观点 :
Sw =S＊ w (1 -Swi -Sgr)+Swi
(1 4)
式中 :
K＊ rw, K＊ rg — 水 、气的标准化相对渗透率 , 小数 ; Krw(Sgr)— 残余气饱和度下水的相对渗透率 , 小数 ; Krg(Swi)— 束缚水饱和度下气的相对渗透率 , 小数 ;
Sw— 含水饱 和度 , 小数 ;
3 结论
(1)低渗气藏岩心束缚水饱和度较高 , Krg曲线 多为凹陷型 , 水锁损害严重 。在 Swi ～ Sgr区间段 , Krg 曲线弯曲度越大或越接近含水饱和度轴 , 水锁损害 程度越严重 。
(2)束缚水饱和度越高 , 岩心 内部形成单一气 相流动的含气饱和度越低 , 对应的两相共渗区越窄 , 水锁效应越强 。
a 108 110
7.45 7.03
0.58
0.18 6
2 0.9 8
2 1.6 5
0.52
0.20 4
2 1.Hale Waihona Puke Baidu 1
5 0.4 6
b 20 101
8.50 5.70
2.19
0.41 2
3 5.3 3
8 1.8 9
1.01
0.38
4 1.5 7
8 3.5 4
18 c 83
8.78 8.66
7.49
0.49 9
=WW32
-W1 -W1
×100%
Krg =AKtΔ2PμΔgLt(PP2 Δ1 G+iP2 ) Krw =AμKwtLΔΔPWΔit
式中 :
Sw— 岩心含 水饱和度 , %; W , W — 岩心饱和 地层水前 、后的重量 , g;
12
W3 — 相渗实验中某一时刻 的岩心重量 , g; Krg— 气相相对渗透率 , 小数 ; Krw— 水相相对渗透率 , 小数 ; μg— 氮气粘度 , mPa· s; μw — 地层水粘度 , mPa· s; L— 岩心长度 , cm;
浸泡 48小时以上 ; ②在恒压下用氮气驱替 , 并不断计量出口端的
气水流量 , 计算含水饱和度及该饱和度下的气相渗 透率 , 至出口端无可流动水产出时 , 结束相渗测定 。
图 1 气水相渗实验装置
1.2 相对渗透率曲线计算方法
(1)式 ～ (3)式是相对 渗透率曲 线的计 算公 式 [ 8] 。
Sw
0.4 0.127 0.316 68.8 0.023 0.076
0.5 0.210 0.210 74.0 0.038 0.050
0.6 0.317 0.127 79.2 0.057 0.030
0.7 0.448 0.066 84.4 0.081 0.016
0.8 0.605 0.027 89.6 0.109 0.006
6 游利军 , 康毅力 , 陈一健 .致密砂岩含水饱和度 建立新方 法 — 毛管自吸法 [ J] .西南 石油学 院学报 , 2005, 27(1): 28 -31.
7 赖南君 .川西致密 气藏水 锁损害 室内 实验 研究 [ J] .油 气地质与采收率 , 2004, 11(6):76 -77.
8 孙良田 .油 层 物理 实 验 [ M] .北京 :石油 工 业出 版 社 , 19 92.
3 贺承祖 , 华明琪 .水锁机理的定量研究 [ J] .钻井液 与完 井液 , 2000, 17(3):1 -4.
4 贺承祖 , 华明琪 .水锁 效应 研究 [ J] .钻井 液与 完井液 , 1996, 13(6):16 -15.
5 朱国华等 .砂岩气藏 水锁 效应实 验研 究 [ J] .天然气 勘 探与开发 , 2003, 26(1):29 -36.
第 31卷 第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 开 发 试 采
利用相渗曲线研究低渗气藏水锁效应的新方法
吕渐江 唐 海 吕栋梁 黄小亮 余贝贝
(西南石油大学 )
摘 要 低渗气藏砂岩孔喉 半径小 、毛细管压力大 , 施工过程中工作液容易吸入 储集层 , 近井地层 含水饱和度 明显升高 , 天然气的流动能力明显降低 , 形成水锁效应 。 通过开展气水两相渗流实验 , 模拟气 井生产时 含水饱和度 下降至束缚水饱和度的 过程 , 提出了利用相渗曲线研究低渗气藏水锁效应的 新方法 。
③b组 101号岩心比 20号岩心孔隙度低 , 气相 相渗曲线更靠近含水饱和度轴 , 损害率 Dk比 20号 高 1.65%;
④c组 83 号 、18号 、62 号岩心水锁损 害率 Dk 依次减小 , 气相相渗曲线离含水饱和度轴依次变远 ;
⑤d组 ～ f组岩心反映了相同的规律 , 即气相相
渗曲线为凹陷型 , Swi ～ Sgr区间内 , 曲线越接近饱和 度轴 , 水锁损害程度越高 。
(12)式 ～ (14)式计算归 一化相对渗透 率曲线 , 其 中 , S＊ w 在 0 ～ 1取值 , 步长可取 0.1。
气水标准化相对渗透率定义为 :
K＊ rw =(S＊ w )a K＊ rg =(1 -S＊ w )b
(5) (6)
其中 :
K＊ rw =Krw /Krw(Sgr) K＊ rg =Krg /Krg(Swi) S＊ w =(Sw -Swi)/(1 -Swi -Sgr)
图 3 水锁损害率与束缚水饱和度关系图
①水锁损害率 Dk为 21.7% ～ 95.06%, 平均为 71%, 水锁损害严重 ;束缚水饱和度较高 , 在 21% ～ 83.8%之间 , 平均为 59.6%;两者之间的关系是 :束 缚水饱和度越高 , 水锁损害越严重 。
②a组岩心束缚水饱和度最低 , 平均为 21.4%,
图 4 相近含水饱和度变化区间 的岩心气相相对渗透率曲线比较图
· 51·
开 发 试 采 天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年 9月出版
表 2 相对渗透率曲线端点饱和度及水锁损害率数据表
分 岩样号
组
孔隙度 渗透率 Ka 渗透率 Kt 束缚水 损害率 Dk (%) (mD) (mD) 饱和度 (%) (%)
(4)式是水锁损害程度 (渗透率伤害率 )的计算 公式 :
Dk
=
Kt -Kg Kt
×10 0%
=(1
-Krg)×10 0%
式中 :
(4)
Dk— 束缚水饱和度时的水锁损害率 , %。
(5)式 ～ (14)式是相对渗透率曲线归一化处理 的步骤 [ 9] , 由 (10)式 、(11)式回归 得到 a、b值 , 由
第 31卷 第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 开 发 试 采
水锁损害程度最弱 , Dk平均为 36%;两块岩心孔喉 分布较均匀 , 气相相对 渗透率曲线形 态接近直线 ; 110号岩心气相 相对渗 透率曲 线较 108号 岩心的 低 , 即曲线更靠近饱和度轴 , 水锁损害程度较 108号 岩心大 ;
9 黄炳光 , 刘蜀 知 .实用 油藏 工程 与动 态分 析方 法 [ M] . 北京 :石油工业出版社 , 1998.
(收稿日期 2008 -04 -17编辑 周国英 )
(上接第 18页 )
中 , 非均质性较弱 , 油气相对富集 , 是勘探开发的重 点。
参考文献
1 于翠玲 , 林承焰 .储层非均质性研 究进展 [ J] .油 气地质 与采收率质 , 2007, 14(4):12 -22.
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开 发 试 采 天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年 9月出版
ΔWi— 驱替压水增量 , cm3 ; Δt— 驱替压时间增量 , s;
A— 驱替压岩心截面积 , cm2;
Kt— 驱替压干岩心 在相 同围 压 、驱 替压 差下 的 气测 绝 对渗透率值 , mD。