裂縫對氣藏儲層滲透率及氣井產能的貢獻

梅 丹，胡 勇，王 倩

(1.自然資源部 油氣資源戰略研究中心，北京 100034；2.中國石油勘探開發研究院，北京100083；3.中國石油天然氣集團公司 天然氣成藏與開發重點實驗室，河北 廊坊 065007)

國內外大量的研究成果表明[1-12]，裂縫是天然氣藏的有效儲集空間和重要滲流通道，對天然氣的運移、儲集、產出發揮著舉足輕重的作用。我國氣藏開發實踐表明，多數氣藏儲層均發育裂縫，如我國庫車深層碎屑巖、四川石炭系碳酸鹽巖以及威遠震旦系等氣藏儲層裂縫均十分發育。裂縫系統的存在對于增加地層巖石滲透率十分重要，對氣藏高產的貢獻十分明顯，因此，裂縫研究是氣藏高效開發不可缺少的重要工作之一。

目前，關于儲層裂縫評價以及對氣井產能影響等方面的研究已有大量的報道[13-17]，主要通過氣藏工程以及試井分析等方法，在裂縫描述、裂縫儲層滲透率評價以及裂縫對氣藏產能的貢獻等方面均取得了較好認識。但是，如何通過室內巖心實驗實現對巖心定量造縫并進行滲透率測試，量化分析裂縫對氣藏儲層滲透率及氣井產能貢獻仍是科研工作者面臨的難題，也是氣藏科學開發工作必須要解決的關鍵技術問題。本文嘗試性地采用人工巖心定量造縫的方法，綜合考慮裂縫尺度(縫高、縫寬、裂縫貫通程度)，對造縫后的巖心模型開展氣測滲透率實驗測試，分別研究了裂縫貫通和非貫通2種情景下對儲層滲透率的貢獻。在實驗測試的基礎上，綜合考慮裂縫導流能力、裂縫溝通能力和基質供氣能力三方面因素，建立了裂縫對巖石滲透率貢獻的數學評價模型，實現了裂縫對巖石滲透率貢獻的量化評價。研究成果對于認識和評價巖石滲透性具有一定的指導作用。

1 巖心實驗

1.1 實驗方法

實驗所用巖心為人造砂巖巖心，在巖心制作過程中實現定量造縫，然后分別測試基質巖心和裂縫巖心的滲透率，評價裂縫對巖心滲透率的貢獻。實驗用巖心及裂縫形態特征見表1。

1.2 實驗結果與認識

1.2.1 裂縫貫通程度對巖心滲透率的貢獻

以滲透率為3.76×10-3μm2的巖心基質為例，實驗測試了裂縫貫通程度對巖心滲透率的貢獻(圖1)。可以看出，相對于巖心基質來講，非貫通裂縫(貫通程度20%，40%，60%，80%)對儲層滲透率也存在一定的貢獻，可以改善儲層的整體滲透率，隨貫通程度增加對滲透率的貢獻也增加，但對儲層滲透率的貢獻有限，非貫通裂縫巖心滲透率是基質滲透率的10倍以內；當巖心存在貫通裂縫(即貫通程度100%)時，其滲透率是基質巖心的幾十上百倍，對儲層滲透率貢獻一般在80%以上。

表1 實驗用巖心及裂縫形態特征

Table 1 Cores used in experiments and fracture morphological characteristics

圖1 裂縫貫通程度對巖心滲透率的貢獻

1.2.2 貫通裂縫開度對巖心滲透率的貢獻

實驗測試了不同貫通裂縫開度對儲層滲透率的貢獻(圖2)。分析結果可以得出，儲層滲透率受貫通裂縫開度的影響較大，隨裂縫開度增加而增加，特別是開度大于0.007 cm2的裂縫對儲層滲透率貢獻可達幾十到上百倍，且基質滲透率越低，滲透率增幅越大。

2 儲層裂縫對氣井產能的貢獻

2.1 氣井模型

建立氣藏儲層存在貫通裂縫的直井模型(圖3)。

2.2 儲層裂縫對氣井產能的貢獻

對于裂縫儲層直井模型，氣井產能(Q)主要由基質供氣(Qm)、裂縫供氣(Qf)、基質向裂縫供氣(Qmf)3個部分組成，即：

圖2 貫通裂縫開度對巖心滲透率的貢獻

圖3 儲層有貫通裂縫連通氣井的直井模型

Q=Qm+Qf+Qmf

(1)

對于單向流直井模型，氣井總產能計算方法見公式(2)：

(2)

式中：Q為標準狀態下的產氣量，m3/d；Ta為標準狀態下溫度，K；K為儲層綜合滲透率，10-3μm2；A為儲層向井筒的過氣面積，m2；Pe為邊界處的壓力，MPa；Pw為井底流壓，MPa。Z為氣體偏差系數；Pa為標準狀態下壓力，MPa；Tf為氣層溫度，K；μ為氣體黏度，mPa·s；L為井控距離，m。

其中，基質向井筒供氣見公式(3)：

(3)

式中：Qm為基質供氣能力，m3/d；Km為基質滲透率，10-3μm2；Am=2πrwH，為儲層基質向井筒供氣面積，m2。

裂縫向井筒供氣見公式(4)：

(4)

式中：Qf為裂縫供氣能力，m3/d；Kf=K-Km，為裂縫滲透率，10-3μm2；Af=wfHfn，為裂縫向井筒供氣面積，m2；n為裂縫條數。

基質向裂縫供氣見公式(5)：

(5)

式中：Qmf為基質向裂縫供氣能力，m3/d；Amf=2LfHfn，為基質向裂縫供氣面積，m2。

裂縫對氣井總產能的貢獻(γ)見公式(6)：

(6)

將公式(2)—(5)代入公式(6)得出公式(7)：

(7)

式中：γ為裂縫對氣井產能的貢獻，%。

3 實例計算

以A氣田為對象，對6口氣井開展裂縫產能貢獻評價，氣井的基本參數見表2。

將表2中的參數代入公式(7)，計算結果見圖4，計算6口氣井儲層裂縫對產能的貢獻在82.7%～99.1%之間，平均為94.5%，表明氣田儲層裂縫對氣井高產發揮了重要作用。

4 結論

(1)通過巖心人工定量造縫，實現了量化評價裂縫對巖心滲透率的貢獻。實驗結果表明，裂縫對巖心滲透率的貢獻分為2種情形，一是儲層內部存在非貫通裂縫時，相對于巖心基質來講，非貫通裂縫(貫通程度20%，40%，60%，80%)對儲層滲透率也存在一定貢獻，可以改善儲層的整體滲透率，隨貫通程度增加，對滲透率的貢獻也增加，但對儲層滲透率的貢獻有限，非貫通裂縫巖心滲透率是基質滲透率的10倍以內；二是儲層存在貫通裂縫(即貫通程度100%)時，其滲透率是基質巖心的幾十到上百倍，對儲層滲透率貢獻一般在80%以上，與裂縫的開度關系密切。

表2 A氣田氣井基礎參數

圖4 裂縫對氣井產能貢獻評價

(2)建立了儲層裂縫對氣井產能貢獻的數學模型，實現了裂縫對氣井產能貢獻的量化評價，并以A氣田為例進行實際計算，6口氣井的儲層裂縫對產能的貢獻在82.7%～99.1%之間，平均為94.5%，這表明氣田儲層裂縫對氣井高產發揮了重要的作用。