致密砂岩气藏渗流机理研究现状及展望

伴随着全球对油气资源需求的持续增长以及 油气勘探开发的不断深入， 致密气作为具有较大资 源潜力的非常规油气受到了各个国家和石油公司 的越来越多的重视。 致密气是指赋存于低孔低渗 （ 渗透率小于 0. 1 × 10
－3
影响， 应力敏感实验方法和评价方式进行了大量的 研究
［16 有很强的压敏性， 随着应力敏感系数的 气 田 的 废 弃 压 力 越 大， 气藏采收率越低 增大，
［3 ］
。茹婷认为低渗砂岩气藏在降压开
［27 ］
。因此对气体在致密储集层中渗流机理的
采的过程 中， 气相渗透率随有效压力的增加而减 小， 且减小幅度越来越缓慢 。 杨波建立了以原始 储层有效压力为初始有效压力起点的压力敏感评 认为压敏效应对气井产能影响明显并存在 价方法， 影响分段现象， 对高压气井产能的影响大于对低压 气井产能的影响
［29 —31 ］
岩石渗透率随有效应力的增加而下降的现象 应力敏感对低渗油气田的开发影响很大
。
［7 —15 ］
。多
年来学者们对储层应力敏感的特性， 及其对产能的
2012 年 7 月 20 日收到 国家科技重大专项基金 （ 2011ZX05013002 ） 资助 第一作者简介： 杨朝蓬（ 1983 —） ， 男， 汉族， 河北沧州人， 中国科学院 博士研究生， 研究方向： 油气渗流机理与油气藏工程。 Email： yangzhaopeng2006@ 126． com。
［4 ］
含气饱 μm ） 的储集层中，
［1 ， 2 ］
2
。
和度低， 一般要经过特殊作业才有开采价值
。
刘鹏程对塔里木盆地低渗气藏的压敏特性进行了 分析， 认 为 压 敏 影 响 低 渗 气 井 产 能。 生 产 压 差 越 大， 压敏越强
［26 ］
不同于常规天然气藏， 致密气储集体的孔喉系统为 纳米级， 储层物性差， 开采难度大， 对开发的技术要 求高
第 12 卷 第 32 期 2012 年 11 月 1671 — 1815 （ 2012 ） 32-8606-08
科
学
技
术
与
工
程
Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 32 Nov． 2012 2012 Sci. Tech. Engrg.
石油技术
致密砂岩气藏渗流机理研究现状及展望
杨朝蓬
1
高树生
1， 2
刘广道
3
熊
伟
1， 2
胡志明
1， 2
叶礼友
1， 2
杨发荣
4
（ 中国科学院渗流流体力学研究所1 ， 廊坊 065007 ； 中国石油勘探开发研究院廊坊分院2 ， 廊坊 065007 ； 松原 138000 ； 大港油田勘探开发研究院实验中心4 ， 天津 300280 ） 大庆钻探钻井四公司3 ，
［28 ］
研究尤为重要。 国外比如美国对致密气的大规模 一般通过压裂施工来提高气井产 开发起步 较 早， 能， 而国内对致密气的研究尚处于起步阶段 。
1
致密气应力敏感性研究
应力敏感属于渗流力学中变形介质的范畴 ， 指
［4 —6 ］
。 李传亮提出本体有效应力公
式： σ eff = σ － φp ， 认为越致密的储层应力敏感程度 越低， 对于低渗致密储层， 应采用本体有效应力来 评价应力敏感性， 传统的 Terzaghi 有效应力会高估 岩石的应力敏感性质， 同时认为通过增加外压的岩 心应力敏感测试方法不能体现由内压降低造成的 储 层 应 力 敏 感， 因为二者的应力敏感机制不 同
。郑荣臣、 刘忠群分别对大牛地和鄂北低渗
致密气储层进行了应力敏感性实验， 认为不同的实 建议采用符 验方法和评价方法评价结果差异很大， 合实际采气条件的定围压变内压评价方法更具合
32 期
杨朝蓬， 等： 致密砂岩气藏渗流机理研究现状及展望
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理性
［32 ， 33 ］
。罗瑞兰根据目前国内对油气储层的应
力敏感评价方法及标准存在的争议， 通过对国内外 在大量实验 曾提出的应力敏感评价标准进行研究， 数据分析 的 基 础 上， 定义了新的应力敏感评价指 标，用二重乘幂函数式可以方便地表征任意初始渗 透率随有效覆压变化的关系
［34 ， 35 ］
。
综上所述， 近年来学者对低渗致密气藏应力敏 感的实验方法和评价方法得到的共识为 ： 应力敏感 实验应将围压与内压分别设置为储层原始上覆压 力和地层压力， 保持围压恒定， 改变内压的方式来 进行。对于应力敏感性的评价， 笔者认为罗瑞兰提 出的双重乘幂的方法可以解决对非均质储层应力 敏感评价的问题， 更为先进。 而对于低渗致密储层 应力敏感性的强弱， 前人的研究还存在争议。 因此， 笔者对致密气藏开展了定围压变内压的 应力敏感性实验。 根据致密岩样所在的储层深度， 将围压设置为 50 MPa。根据原始地层压力， 将孔隙 保证 压力设置为 30 MPa。在向岩心加压的过程中， 围压大于孔隙压力 5 MPa， 缓慢同步增加围压和孔 隙压力， 直至孔隙压力增大至 30 MPa， 再增大围压 至 50 MPa。实验过程中， 保持围压 50 MPa 不变， 以 2 MPa 为步长降低孔隙压力来模拟储层中的应力变 出口加回压不 化情况。为了消除滑脱效应的影响， 低于 6 MPa。为了消除高速非达西流的影响， 进出 口保持一定的压差。 使用质量流量计来记录出口 流量， 流动达到稳定后记录压力和流量。 围压与孔 隙压力的差为净围压， 以孔隙压力为 30 MPa 时的净 围压值和渗透率值为初始值， 对实验数据进行归一 化处理， 得出无因次净围压与无因次渗透率的关系 曲线实验结果如图 1 —图 3 所示。 由图 1 —图 3 可以看出， 三块致密岩样在实验 中均表现出了较强的应力敏感性。 随着孔隙压力 的降低， 净围压增加， 渗透率降低。 对实验曲线进 S p 为应力敏感系数， S p 越大， 行乘幂拟合， 应力敏感 性越强
摘
要
致密砂岩气藏渗流机理是开发致密气的理论基础 。 通过对致密砂岩气藏渗流机理研究进展进行调研， 总结了目前
致密气渗流机理的研究现状 。并对苏里格致密砂岩气田的岩样进行应力敏感性实验研究 。 结合目前低渗砂岩气藏的研究现 状， 提出了致密砂岩气藏渗流机理研究的展望 。致密气的有效应力表达式 、 压裂气井的高速非达西渗流 、 含水致密气藏的启 动压力梯度和水膜厚度对气藏开采的影响， 致密气的储层物性分析是今后研究的方向 。 关键词 致密砂岩气藏 TE372 ； 有效应力 滑脱效应 A 高速非达西 启动压力梯度 水膜厚度 中图法分类号 文献标志码