气层岩石流速敏感性评价实验的新方法_工程实践

摘要

摘要：气体通过体层演示流动的流速敏感性评价实验结果是确定气藏合理采气速度的重要依据。目前的气层岩石流速敏感性的评价方法均没有考虑气体通过岩石的滑动效应对渗透率的影

摘要：气体通过体层演示流动的流速敏感性评价实验结果是确定气藏合理采气速度的重要依据。目前的气层岩石流速敏感性的评价方法均没有考虑气体通过岩石的滑动效应对渗透率的影响。为此根据气体通过岩石孔道中的流动特性，提出了气体通过岩石流动的流速敏感性的理论，介绍了气层岩石流速敏感性评价实验的新方法，包括气层岩石流速敏感性评价实验的步骤以及临界流速和速敏损害程度的确定。该新方法考虑了气体通过岩石的滑动效应对渗透率的影响，利用气体在不同流速下流过岩石的渗透率的变化来直接评价岩石的流速敏感性，这避免了目前的气层岩石流速敏感性的评价方法的不足。选取平湖地区某凝析气藏的岩样进行流速敏感性的评价，其实验结果表明新方法是可行的。

关键词：气层；流动速度；临界速度；气体；地层损害；实验；评价；方法

0 引言

储层岩石的流速敏感性(流体流动速度的变化引起地层微粒运移、堵塞吼道，导致渗透率下降的现象)是合理开采油气藏的重要依据。实验室利用液体(煤油或地层水)作流动介质评价油层岩石敏感性的方法已有详细的介绍^[1]，且油层岩石液体流速敏感性评价实验结果已得到各油田的广泛应用^[2～3]。文献[4]、[5]介绍了将液体作流动介质测定岩石的临界速度转换为气体通过岩石流动临界速度的方法，文献[6]介绍了用气体作流动介质评价气层岩石流速敏感性的实验方法，这些方法均没有考虑气体通过岩石流动与液体通过岩石流动的差异，即气体通过岩石孔道的滑动效应对渗透率的影响，其实验结果与实际气层岩石的流速敏感性将存在一定的误差。因此，笔者根据气测渗透率的基本特性，解释了气体流速敏感性对气测渗透率影响的特征，从而提出了气体通过岩石流动的流速敏感性理论，在此基础上介绍了气层岩石流速敏感性评价实验的步骤和确定气体流速敏感性评价指标的方法，以达到正确评价气层岩石流速敏感性的目的。实际气层岩样的流速敏感性评价实验结果表明，所介绍的气层岩石流速敏感性评价实验新方法是可行的。

1 气体通过岩石流动的流速敏感性理论

1.1 气测渗透率的基本特性

气体通过无微粒运移的岩石流动时，由于气体的滑动效应的影响，使得用气体作介质测定的岩石的渗透率大于用液体测定的岩石的渗透率，且气体测定的岩石渗透率随平均压力的增大而减小。为了消除滑动效应引起的气测渗透率与液测渗透率的差距，文献介绍了气测渗透率与等价液体渗透率的计

Kg=K_∞(1+b/p^*) (1)

式中：K_g为平均压力p^*下气测岩石的渗透率，μm²；K_∞为岩石.的等价液体渗透率，μm²；b为与岩石孔道大小和气体分子平均自由程所决定的系数，小数；p^*为气体通过岩样的平均压力，p_*=(p₁+p₂)/2，p₁为岩样入口压力，p₂为岩样出口压力，MPa.

由式(1)知，用气体作介质测定无流速敏感性的岩石渗透率时，渗透率与平均压力的倒数成直线关系，如图1中的曲线1所示。

1.2 流速敏感性对气测渗透率的影响

实际储层岩石中，总是存在一些随气体流动而运移的微粒，当气体通过岩石流动的流速增大到某一值时，附着在岩石孔道表面的微粒或松散的微粒在气体的拖曳力作用下产生运移，微粒运移到细小的孔隙喉道处将堵塞气体的流动通道，减小了气体通过岩石流动的能力，在此流速下测得的气体渗透率将小于由公式(1)所确定的气体的渗透率；随着气体流速的增大，微粒运移堵塞愈严重，气体渗透率减小的程度愈大，气测渗透率与平均压力倒数的关系将出现图1中曲线2所示的特点。

国内外实验室用气体作流体介质测定岩石的渗透率时，岩石出口端压力p₂一般小于200mm水柱(2×10^-3MPa)。因此，由以上分析结果知道，实验室通过增大气体的流量，即岩石入口端压力p₁的增大，测定不同流量(与p^*对应)下的岩石的渗透率，能够根据气测渗透率的实验结果确定岩石中是否存在气体流速敏感性：若增大气体的流量时岩石中无微粒运移，即岩石无流速敏感性，则测定的K_g与1/p^*。的关系如图1中曲线1所示；若增大气体的流量时岩石中有微粒运移，即岩石有流速敏感性，则测定的K_g与1/p^*的关系如图1中曲线2(在小流量即大1/p^*下与曲线1重合)所示。

2 气体流速敏感性评价实验方法

2.1 流速敏感性评价实验步骤

气层岩石流速敏感性评价实验主要步骤是：将洗油烘干的岩样放入岩心夹持器中，实验中保持岩心夹持器环压大于岩样进口压力的2～3MPa，以氮气为流体介质，将气体以5mL/min的流速通过岩样，当岩样入口端和出口端压力以及岩样出口流量稳定时，记录岩样入口端和出口端压力以及气体的流量值，计算平均压力倒数和渗透率；依次将气体以每分钟12.5mL、25mL、37.5mL、50mL、75mL、100mL、200mL、300mL、400mL、500mL、600mL的流量通过岩样，计算出各个气体流量下的平均压力倒数(1/p^*)和岩样的渗透率(K_gsi)；绘出实测气体渗透率与平均压力的倒数的关系曲线(图1中曲线2)。

2.2 流速敏感性评价指标的确定

2.2.1临界流速

作实测气体渗透率与平均压力的倒数的关系曲线直线段的延长线(图1中曲线1所示)，在延长线中读取各平均压力倒数下的渗透率(K_gli)；计算各平均压力倒数下的△K_gi值(△K_gi=K_gli-K_gsi)；根据文献[2]介绍的临界流速的确定方法，即△K_gi/K_gli≥10%的气体流量Q(对应的平均压力倒数)为实验温度和压力下的临界气体流量，由下式可以确定气层温度和压力下岩石的临界气体流量：

式中：Q_cr为气层温度和压力下的临界气体流量，mL/min；Q_cl为实验温度和压力下的临界气体流量，mL/min；Z为气层的气体压缩因子，小数；p₁^*、p_r^*分别为实验平均压力和气层平均压力，MPa；T₁、T_r分别为实验温度和气层温度，K。

由下式可以计算气体的临界流速：

v_cr=14.4Q_cr/(Aφ) (3)

式中：v_cr为气层岩石的临界线性速度，m/d；A为岩石的截面积，cm²；φ为岩石的孔隙度，%。

2.2.2速敏损害程度

流速敏感性引起的储层损害程度由渗透率损害率的大小来确定，即：

D_k=(△K_gi)_max/K_i (4)

式中：D_k为流速敏感性导致的渗透率损害率，小数；(△K_gi)_max为大于临界流速的某一气体流速下最大的△K_gi值，μm²；K_i为(△K_gi)_max所对应的K_gli，μm²。

根据文献[1]提出的流速敏感性损害程度的确定方法，由表1可以确定气层岩石速敏损害程度^[1]。

表1 气层岩石速敏损害评价指标表

渗透率损害率	损害程度
＜0.05	无速敏
0.06～0.30	弱速敏
0.31～0.50	中等偏弱速敏
0.51～0.70	中等偏强速敏
＞0.71	强速敏

3 气层岩石流速敏感性评价实例

选取平湖地区某凝析气藏J岩样，利用上述实验方法，在温度为25℃下用氮气作流体介质，实测该岩样气体渗透率与平均压力的倒数的关系，曲线见图2中曲线1，作图2中曲线1直线段的延长线(即图2中曲线2)。由图2可知，当平均压力倒数为0.41(平均压力为0.245MPa,对应的气体流量为400mL/min)时，曲线1所对应的渗透率(J岩样实

测气体渗透率)为12.5×10^-3μm²，曲线2所对应的渗透率(J岩样无速敏影响的理论气体渗透率)为14.1×10^-3μm²，理论气体渗透率与实测气体渗透率的差值与理论气体渗透率的比值等于11.34%，大于10%，由此可知J岩样实验室温度和压力下的临界气体流量为400mL/min；当平均压力倒数为0.33(平均压力为3.0MPa，对应的气体流量为600mL/min)时，J岩样实测气体渗透率为10.7×10^-3μm²，理论气体渗透率为13.7×10^-3μm²，渗透率损害率等于21.89%。因此可知J岩样气体的速敏损害程度为弱速敏损害。

4 结论

1) 综合考虑了气体通过岩石的滑动效应以及气体流速敏感性对岩石渗透率的影响，提出了用气体作流动介质评价气层岩石流速敏感性的实验新方法。

2) 气层岩石流速敏感性评价实例结果表明，笔者介绍的新方法是可行的。

参考文献

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[2] 宋汉华，王尤富，江厚顺，等.中原油田濮67块沙三中低渗透油藏储层敏感性实验研究[J].新疆石油学院学报，2004，16(3)：37-39.

[3] 李克向.保护油气层钻井完井技术[M].北京：石油工业出版社，1996.

[4] 李如金.气体合理天然气流量的确定方法——气体流速敏感性实验[J].天然气工业，2000，20(6)：106-107.

[5] 李治平，赵必荣，张敏渝.气藏岩石速敏实验数据分析方法及应用研究[J].钻采工艺，1998，21(6)：39-40.

[6] 陶红，曹珍，梁爱武.气藏岩心气速敏实验方法与应用初探[J].钻采工艺，2003，26(4)：91-92.

[7] 洪世铎.油藏物理基础[M].北京：石油工业出版社，1985.

(本文作者：王尤富乐涛涛长江大学石油工程学院)