气体渗流启动压力实验测试及应用_工程实践

摘要

摘要：对于致密储层气体渗流是否存在启动压力或启动压力梯度以及对气藏开发有何指导作用等问题，目前还存在较大争议。为此，采用逐级增压气驱实验和仿真物理模拟技术两种实验方法

摘要：对于致密储层气体渗流是否存在启动压力或启动压力梯度以及对气藏开发有何指导作用等问题，目前还存在较大争议。为此，采用逐级增压气驱实验和仿真物理模拟技术两种实验方法对上述问题进行了研究。结果表明：气体在致密岩心中渗流时存在启动压力，而且是岩心长度的函数；利用启动压力梯度可以计算单井最大控制泄流半径，启动压力与启动压力梯度两者结合可以计算定容气藏不同井控范围内的理论最大可采程度。采用该理论对苏里格气田进行了计算，其结果为：覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水储层最大井控半径约为474m，理论最大采出程度在15%以上；覆压40MPa下渗透率为0.015mD的不含水储层最大井控半径约为193m，理论最大采出程度在7%以上。

关键词：致密储层；气体渗流；启动压力；实验；测试；苏里格气田

近年来，随着致密气储量和产量快速增长，已经成为常规气资源重要的接替，其勘探开发越来越受到关注，科研工作逐步深入，特别是在渗流机理方面，已有较多研究成果报道^[1～4]，但目前对气体启动压力或启动压力梯度概念尚不明确。笔者认为：致密砂岩气渗流启动压力是气体有效流动的门槛压力，是计算采出程度、评价有效井控范围的重要依据。因此，对致密砂岩气渗流启动压力的准确测试分析具有重要意义。

1 实验方法

1.1 实验岩心

实验用岩心为气藏砂岩，基本参数见表1。

1.2 实验方法及步骤

1.2.1逐级增压气驱实验

第一步：将岩心装入岩心夹持器中，加围压至40MPa(模拟上覆岩层压力)。

第二步：连接气源，采用调压阀设置气驱压力从低压(0.05MPa)开始逐级增压(0.1MPa，0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa，0.5MPa，0.6MPa，…，5.0MPa)进行气驱，每个压力点气驱时间在1.0h以上直至气流量稳定，采用皂沫流量计或者高精度电子流量计测试气体流量，高精度压力传感器记录压力。

第三步：绘制流量与气驱压力关系曲线，分析相关参数。

1.2.2气藏定容衰竭开采模拟实验^[5～6]

第一步：将岩心装入岩心夹持器中，加围压至40MPa(模拟上覆岩层压力)。

第二步：连接气源，向岩心饱和气至压力平衡在25MPa左右(模拟气藏原始储层压力)，饱和气完毕即关闭气源。

第三步：设置一定流量模拟气藏进行定容衰竭开采，记录流量、边界压力、井底压力、生产时间等参数，分析相关参数。

2 实验结果与分析

2.1 气体渗流启动压力

2.1.1逐级增压气驱实验确定启动压力

图1是采用逐级增压气驱得出的实验结果，作出气驱压力与实验流量的关系进行函数拟合，得出拟合关系为：

p=aQ²+bQ+c (1)

式中p为气驱压力，MPa；Q为对应气驱压力下的气流量，mL/min；a、b、c分别为相关系数。

依据式(1)，当Q=0mL/min时对应的气驱压力(p)即为启动压力。对覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的岩心进行测试拟合计算得出其启动压力分别为：p_s1=0.0062MPa，p_s2=0.0092MPa，p_s3=0.0131MPa。

需要注意的是采用该方法进行启动压力测试时，初始压力越低，拟合结果越准确。

2.1.2定容衰竭开采模拟实验确定启动压力

图2是采用定容衰竭开采测得的实验结果。作出边界压力与时间关系曲线，通过该曲线可以直观看出在开采后期很长时间内边界压力保持不变，可以认为是气体渗流启动压力。从图2上可以直观地读出对覆压40MPa下渗透率为0.015mD左右的岩心对应的启动压力分别为：p_s4=0.009MPa，p_s5=0.017MPa，p_s6=0.026MPa。

采用该方法均可以简单直观地对启动压力进行确定。

2.2 应用实例

2.2.1计算启动压力梯度

从图1和图2均可以得出，启动压力与岩心长度之间存在函数关系，即

p=fL+C (2)

式中L为岩心长度，m；f，c分别为常数。

对式(2)求导可以得出：

计算得出的f值就是启动压力梯度(图3)。计算表明：覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)岩心的启动压力梯度为0.0527MPa/m；覆压40MPa下渗透率为0.015mD岩心的启动压力梯度为0.1289MPa/m。

2.2.2计算井控泄流半径

根据式(2)，当p等于原始储层压力时计算得出的L即为单井最大控制泄流半径，不同原始地层压力对应的最大井控泄流半径如图4所示。

对于苏里格气田而言，其原始地层压力在25MPa左右，则覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水储层最大井控半径约为474m，覆压40MPa下渗透率为0.015mD的不含水储层最大井控半径约为193m。

2.2.3估算定客气藏理论最大可采程度

对于定容气藏，在开采过程中由于没有外来能量补给，其地层压力会不断下降，当地层压力下降到气体渗流启动压力时，气体无法流动，此时计算出的采出程度即该气藏理论上的最大采出程度。计算方法可以依据物质平衡方程，采用压降法折算。设地层压力为p_o，储层气体渗流启动压力为p，则理论上最大的采出程度为：

。

采用该方法对苏里格气田单井理论最大采出程度进行计算，其结果见图5。对于苏里格气田，其原始地层压力在25MPa左右，则覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水储层在井控泄流半径400m范围内理论最大采出程度在15%以上，覆压40MPa下渗透率为0.015mD的不含水储层在井控泄流半径200m范围内理论最大采出程度在7%以上。

3 结论

1) 致密砂岩气体渗流存在启动压力和启动压力梯度两个概念，启动压力可以计算理论可采程度，启动压力梯度可以计算最大井控泄流半径。

2) 利用启动压力和启动压力梯度，对苏里格气田单井控制最大泄流半径和理论采出程度进行了计算。结果为：覆压40MPa下渗透率为0.12～0.312mD(平均值0.24mD)的不含水储层最大井控半径约为474m，理论最大采出程度在15%以上；覆压40MPa下渗透率为0.015mD的不含水储层最大井控半径约为193m，理论最大采出程度在7%以上。

参考文献

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[4] 何英，杨正明，刘学伟，等.低渗透油田考虑启动压力梯度计算井网产量[J].西南石油大学学报：自然科学版.2009，31(3)：163-166.

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[6] 胡勇，朱华银.高低渗“串联”气层供气机理物理模拟研究[J].天然气地球科学，2007，18(3)：469-472.

(本文作者：胡勇^1，2 1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院；2.中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室)