蘇里格氣田儲層滲流特征研究

陳存良，張 林，唐 婧

（ 1.中國石油長慶油田分公司氣田開發處，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

本次通過對蘇里格氣田x 區儲層滲流特征的研究，明確了低滲儲層巖石孔隙中水的賦存狀態、氣水滲流特征及其對開發的影響，并以此為基礎，結合生產動態，為氣井的合理井距提出建議。從產水氣井影響范圍來看，蘇里格東區產水井已呈大面積分布形勢，目前產水井占井數的65.8 %，占產量的33.5 %。

1 低滲儲層孔隙中水的賦存狀態

低滲儲層孔隙中水以可動水和殘余水兩種形式存在， 氣體流動過程中其賦存狀態會發生改變。 孔滲越小，則孔隙中可動水越少，小孔隙中水主要以殘余水形式存在。 隨著氣驅壓力增大， 大孔隙中的水逐漸被驅出，小孔隙中的部分水也將被驅出。殘余水主要是由于卡斷和繞流形成的，賦存在喉道、盲孔和細小喉道包圍的孔隙中，可動水主要存在于大孔隙喉道中，大孔隙越多，滲透率越高則可動水越多。

1.1 核磁共振技術

核磁共振測試可很好地分析多孔介質的孔隙結構及其中流體的流動特征[1-3]。 其原理是當含油或水的樣品處于均勻靜磁場中時，流體中所含的氫核H1就會被磁場極化，宏觀上表現出一個磁化矢量。此時對樣品施加一定頻率（ 拉莫頻率）的射頻場就會產生核磁共振，隨后撤掉射頻場， 可接收到一個幅度隨著時間以指數函數衰減的信號， 可用兩個參數描述該信號衰減的快慢：縱向馳豫時間T1和橫向馳豫時間T2。 在巖石核磁共振測量中，一般采用T2測量法。 根據核磁共振理論分析，T1和T2均反映巖石孔隙比表面的大小，即：

式中：T2-單個孔隙內流體的核磁共振T2弛豫時間，ρ-巖石表面弛豫強度常數，S/V-單個孔隙的比表面。

巖石多孔介質是由不同大小孔隙組成的， 存在多種指數衰減信號，總的核磁弛豫信號S（ t）是不同大小孔隙的核磁弛豫信號的疊加：

式中：T2i-第i 類孔隙的T2弛豫時間，Ai-弛豫時間為T2i的孔隙所占的比例，對應于巖石多孔介質內在的孔隙比表面（ S/V）或孔隙半徑（ r）的分布比例。

在獲取T2衰減疊加曲線后， 采用數學反演技術，可以計算出不同弛豫時間（ T2）的流體所占的份額，即所謂的T2弛豫時間譜（ T2譜）。 由上述公式可知，T2譜實際上代表了巖石內的孔隙半徑分布情況，即T2值越大，代表的孔隙也越大。 從油層物理學中可知，當孔隙半徑小到某一程度后， 孔隙中的流體將被毛管力或粘滯力等所束縛而無法流動。 因此在T2譜上就存在一個界限，當孔隙流體的T2弛豫時間大于某一值時，流體為可動流體，反之為不可動流體，這個T2弛豫時間界限，常被稱為可動流體T2截止值。

根據上述原理可知， 采用核磁共振技術能夠準確地測量得到巖樣中的可動流體含量和殘余水飽和度等參數。 采用核磁共振測試了蘇里格氣田x 區不同物性的巖心，根據大量的實驗研究，可動水和殘余水在T2譜上的截止值在12 ms～16 ms。

圖1 蘇里格氣田x 區儲層巖心核磁共振測試結果

圖2 可動水飽和度與大喉道比例關系圖

圖3 可動水飽和度與滲透率關系

圖4 兩塊巖心毛管壓力曲線對比

當喉道半徑大于0.1 μm 的比例從21.55 %增至53.17 %時， 巖心孔隙中可動水飽和度從7.5 %增至23.3 %， 巖心滲透率從0.009 4 mD 增至1.45 mD 時，可動水飽和度從7.5 %增至23.3 %。 從圖3 來看，滲透率為0.1 mD 和0.358 mD 的巖心可動水飽和度反常，滲透率為0.358 mD 的巖心可動水飽和度比滲透率為0.1 mD 的巖心可動水飽和度小，通過毛管壓力曲線對這兩塊巖樣的孔隙結構進行了深入分析， 分析發現滲透率為0.1 mD 的巖心毛管壓力曲線在低進汞飽和度下的曲線比滲透率為0.358 mD 的曲線低（ 見圖4），這說明它的大孔隙比0.358 mD 的多，所以其可動水飽和度高一些，所以巖心孔隙中可動水飽和度、殘余水飽和度是與巖心自身孔隙結構直接相關的一個參數， 是制定開發方案時需要考慮的一個重要參數。 綜合測試統計蘇里格氣田東區儲層巖心可動水飽和度5 %～25 %，殘余水飽和度較高60 %～80 %。

1.2 滲流臨界流動壓力梯度

1.2.1 測試方法 選擇巖心基本參數（ 見表1）。 巖心分為兩組，每組巖心滲透率都很接近，第一組巖心滲透率分別為0.094 mD，0.095 mD，0.096 mD， 第二組巖心滲透率分別為0.659 mD，0.675 mD，0.873 mD， 第三組巖心滲透率分別為1.39 mD，1.6 mD，1.6 mD。

實驗方法主要采用逐級增壓氣驅實驗。

第一組巖心為例說明逐級增壓氣驅實驗方法和步驟：

第一步：將巖心放置在烘箱中完全烘干。

第二步： 選擇巖心蘇東x（ 4-37/72）（ 巖心長度6.581 cm），裝入巖心夾持器中，加圍壓至40 MPa（ 模擬地層原始壓力條件）[4]。

第三步：設置氣驅壓力從低壓（ 0.1 MPa）開始進行逐級增壓氣驅（ 最大壓力7.0 MPa），每個壓力點氣驅至少0.5 h，氣驅初始可動點（ P0）驅替1 h 以上直至穩定，采用皂沫流量計測試流量， 高精度壓力傳感器記錄壓力，計算氣相滲透率。

第四步：對第一塊巖心蘇東x（ 4-37/72）測試完畢后，不用取出巖心，在這基礎上直接將巖心蘇東x（ 3-51/75）裝入這一巖心夾持器中，這樣巖心長度就增加了1 倍（ 巖心長度達13.126 cm），加圍壓至40 MPa，重復第三步測試過程。測試完畢后再將召w 井（ 3-24/29）裝入巖心夾持器巖心長度達19.691 cm，再次重復第三步測試。

第五步：第四步結束后，將圍壓降為10 MPa，再次重復第三步。 整個實驗結束。

1.2.2 測試結果 對蘇東x（ 4-37/72）巖心進行氣驅，氣驅壓力為0.14 MPa、0.32 MPa、0.53 MPa…5.02 MPa，共計11 個氣驅壓力點， 每個壓力點至少氣驅30 min以上，結果表明：對于該巖心，氣驅壓力大于1.2 MPa時出口端才測到氣流量， 說明氣體通過該巖心時需要大于一定的臨界流動壓力才能有效流動； 采用同樣的方法，將巖心加長后再進行氣驅，當對蘇東x（ 4-37/72+3-51/75）兩塊巖心組合后進行氣驅實驗發現，此時氣驅壓力大于2 MPa 后巖心出口端才檢測到氣體流量，當對蘇東x（ 4-37/72+3-51/75）+召x（ 3-24/29）三塊巖心組合后進行氣驅實驗發現，此時氣驅壓力大于4 MPa后巖心出口端才檢測到氣體流量，這說明巖心加長后，氣體通過時需要的臨界流動壓力也在增加， 表現為臨界流動壓力梯度。

第三組巖心在圍壓為40 MPa 下巖心滲透率為0.38 mD。 改組巖心增壓氣驅結果表明，即使三塊巖心組合在一起， 在0.1 MPa 氣驅壓力下出口端就會檢測到氣流量。 但氣流量和氣驅壓力之間表現出非線性關系，特別是在低壓氣驅階段比較明顯。 通過回歸發現，當流量為零時，氣驅壓力大于零，說明這種非線性應該是由于臨界流動壓力造成。

為了進一步證實氣藏開發過程中氣體臨界流動壓力的存在，對含水巖心采用增壓氣驅，對第二組三塊巖心進行了實驗。

表1 巖心基本參數

將三塊巖心組合并完全飽和水， 然后氣驅壓力從0.1 MPa 開始逐級提高進行氣驅， 建立不同含水飽和度， 在不同含水飽和度下對巖心飽和氣約等于氣藏原始儲層壓力（ 28 MPa）。

圖5 第一組巖心實驗結果

為了保證實驗的真實性和有效性，在這組實驗中，每個氣驅壓力下保持較長氣驅時間（ 幾個小時至十幾個小時）。巖心完全飽和水（ Sw=100 %）時逐級增壓氣驅實驗結果（ 見圖7）。 分析可以得出：在完全飽和水的狀態下，在氣驅壓力為2.92 MPa 進行氣驅580 min，出口檢測不到氣流量， 當氣驅壓力提高至3.54 MPa 時，氣驅502 min 內在巖心出口端檢測到了氣體流量， 說明在這種狀態氣體臨界流動壓力在2.92 MPa～3.54 MPa，該組氣驅實驗在氣驅壓力為6.15 MPa，氣驅進行280 min后結束，結束時的巖心含水飽和度為72.5 %。

將巖心從巖心夾持器中取出， 使巖心孔隙中的氣釋放出來， 然后再裝入巖心夾持器使巖心處于相同的實驗條件，再次從低壓到高壓進行增壓氣驅，實驗結果（ 見圖8）。 分析可以得出：在含水飽和度為72.5 %時，在氣驅壓力為1.82 MPa 進行氣驅1 280 min， 出口檢測不到氣流量，當氣驅壓力提高至2.01 MPa 時，氣驅480 min 內在巖心出口端檢測到了氣體流量，說明在這種狀態氣體臨界流動壓力在1.82 MPa～2.01 MPa， 該組氣驅實驗在氣驅壓力為6.02 MPa 下氣驅進行210 min 后結束，結束時的巖心含水飽和度為64.4%。

圖6 第三組巖心實驗結果

圖7 巖心含水飽和度Sw=100 %時逐級增壓氣驅實驗結果

再次將巖心從巖心夾持器中取出， 使巖心孔隙中的氣釋放出來， 然后再裝入巖心夾持器使巖心處于相同的實驗條件，再次從低壓到高壓進行增壓氣驅，實驗結果（ 見圖9）。分析可以得出：在含水飽和度為64.4 %時，在氣驅壓力為0.99 MPa 進行氣驅720 min，出口檢測不到氣流量，當氣驅壓力提高至1.21 MPa 時，氣驅360 min 內在巖心出口端檢測到了氣體流量，說明在這種狀態氣體臨界流動壓力在0.99 MPa～1.21 MPa，該組氣驅實驗在氣驅壓力為1.49 MPa 下氣驅進行1 020 min后結束，結束時的巖心含水飽和度為62.3 %。

1.3 臨界流動壓力梯度對氣田開發的影響

1.3.1 臨界流動壓力梯度 綜合上述臨界流動壓力[5-7]的影響因素，選取滲透率為1.3 mD，含水飽和度48.9 %的巖心，在上覆壓力為40 MPa 時，計算出臨界流動壓力梯度為0.007 6 MPa/m。

1.3.2 單井控制范圍 根據氣體滲流理論， 穩定滲流時的地層中任一點的壓力梯度為：

圖8 巖心含水飽和度Sw=72.5 %時逐級增壓氣驅實驗結果

若要求取供給邊緣處的壓力梯度值，此時p=pe，r=re，代入上式，可得到邊緣處的壓力梯度值。 實際氣藏開發中， 隨著井底壓力降低到某一程度而不能滿足井口輸氣壓力時，即為最小井底流壓，此時即可求得最大的供給半徑和相應的邊緣壓力梯度。

當已知pe、pwfmin、rw和臨界流動壓力梯度時， 通過上式即可求出氣井的最大供給邊緣半徑re，將re乘2，即可得到最大井距值。 根據實驗得出臨界流動壓力梯度為dp/dr=0.007 6 MPa，取邊界壓力為28 MPa，取最小井底流壓為2.0 MPa、井筒半徑值為0.1 m，則可算出該區單井最大控制半徑為236 m 左右。

圖9 巖心含水飽和度Sw=64.4 %時逐級增壓氣驅實驗結果

2 結論

（ 1）蘇里格氣田東區以可動水和殘余水兩種形式存在， 核磁共振表明，可動水飽和度5 %～25 %，殘余水飽和度較高60 %～80 %。

（ 2）通過巖心驅替實驗，初步確定該區儲層臨界流動壓力梯度為0.007 6 MPa/m。

（ 3）結合氣體滲流機理，初步計算該區單井最大控制半徑為236 m，井距為472 m，說明目前該區采用的600 m 井距還有一定的加密空間。

（ 4）該方法是在室內試驗的基礎上得出的，對現場井網確定有一定指導意義， 但還需在地質砂體精細解剖、干擾試井等工作的基礎上合理確定開發井網。

圖10 臨界流動壓力與巖心長度關系圖

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