儲層滲透率對天然氣開采的影響

李東峰，趙 宇，馮帥帥，胡俊濤，劉鵬飛

（長慶油田天然氣評價項目部，甘肅慶陽 745000）

天然氣資源屬于社會發展過程中的重要能源，在環保問題逐漸得到重視以及其他能源發展難度相對較高的前提下，大力發展天然氣能源十分關鍵。經多年的勘探研究發現，我國天然氣能源的儲量相對較高，但是對于天然氣資源的儲層而言，相對較為致密，儲層的厚度較薄，儲層的分布較為分散，由于儲層的非均質性較強，因此，單井的開采量較低[1]。

1 我國某天然氣氣田概況分析

1.1 地質特征概況

某氣田處于我國某盆地的邊緣區域，目前已經進行勘探作業的面積超過了四萬平方公里，已經探明的天然氣儲量超過了五千億方，其屬于我國特大型氣田的重要組成部分。該氣田的地表主要以沙漠為主，在該氣田的南北方向存在較多的河流以及三角洲地形，氣藏主要受該種砂體帶的影響，其屬于一種十分典型的巖性圈閉氣藏。通過對氣層進行多方面研究發現，其主要由多個單砂體構成，單砂體之間復合疊置。該氣田屬于低孔、低滲透率氣田，氣田的產量和豐度也相對較低。在對該氣田進行研究的過程中，由于地質情況較為復雜，建立三維地質模型的難度較大，因此，需要對三維地質模型進行簡化。在進行三維地質建模的過程中，將儲層劃分為七種類型，對于儲層1而言，儲層孔隙度設定為7.82%，儲層滲透率設定為0.244 8MD，儲層含水飽和度設定為63%，儲層厚度設定為4.56m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層2而言，儲層孔隙度設定為14.11%，儲層滲透率設定為0.382 8MD，儲層含水飽和度設定為40%，儲層厚度設定為8.65m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層3而言，儲層孔隙度設定為12.82%，儲層滲透率設定為0.164 0MD，儲層含水飽和度設定為49%，儲層厚度設定為5.02m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層4而言，儲層孔隙度設定為9.05%，儲層滲透率設定為0.121 5MD，儲層含水飽和度設定為54%，儲層厚度設定為2.47m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層5而言，儲層孔隙度設定為8.76%，儲層滲透率設定為0.181 5MD，儲層含水飽和度設定為61%，儲層厚度設定為4.38m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層6而言，儲層孔隙度設定為11.88%，儲層滲透率設定為0.194 0MD，儲層含水飽和度設定為46%，儲層厚度設定為3.07m，儲層的頂深設定為3 200m；對于儲層7而言，儲層孔隙度設定為11.12%，儲層滲透率設定為0.286 6MD，儲層含水飽和度設定為48%，儲層厚度設定為3.82m，儲層的頂深設定為3 200m。

1.2 井網布局概況

為了對該氣田進行合理的開發，對該氣田的井網進行了合理布置，對于水平井而言，為了全面提高儲層的采出程度，對該種類型的氣井進行了壓裂處理。為了開展滲透率對天然氣開采的影響分析，在對水平井進行壓裂模擬的過程中，采用了局部網格加密處理的方式。對于I方向的井網而言，網格劃分采用了1∶5的方式，對于J方向的井網而言，網格劃分采用了1∶10的方式。在進行壓裂處理的過程中，裂縫的半長設定為250m，裂縫的寬度設定為5m，裂縫的頂深設定為3 213.21m，裂縫的底深設定為3 218.23m，裂縫的孔隙度設定為0.3，裂縫的滲透率設定為1 000mD，根據裂縫的導流能力計算公式：滲透率×裂縫寬度，可以確定裂縫的導流能力為500μm2·cm。

2 儲層滲流機理研究

在進行天然氣開發過程中，其開發效果將與滲透率和應力、應變具有很強的聯系。在滲透率方面，國內外的研究相對較多，通過進行全面研究發現，通過逐漸改變地層中孔隙形狀的方式，可以使得地層中的滲透率逐漸增加，對于我國部分致密氣田而言，其滲透率相對較小。壓裂酸化是提高儲層滲透率的重要措施，國外學者在進行滲透率研究的過程中，主要是通過對細砂和粗砂比例進行合理的調整，使得沉積物的孔隙度逐漸得到改變，然后使用核磁共振的基本方法，可以得到沉積物的孔隙結構信息，通過使用壓汞法的基本方式，可以對沉積物的孔隙度進行準確測量，在引入Kozeny-Caman方程以后，采用方程中的SDR模型，可以對沉積物的滲透率進行估算。另一方面，在天然氣儲層中還存在孔壓，在天然氣儲層的周圍還存在圍壓，在逐漸降低孔壓以及圍壓的前提下，儲層的滲透率幾乎不會出現變化，這種類型的規律滿足達西定律。不管是采用核磁共振的方法還是采用滲流實驗的方法，都可以得到儲層的滲透率數值，通過對兩種方法得到的滲透率數值進行對比發現，在沉積物細砂比例逐漸增加的前提下，兩種方法得到的儲層滲透率數值之間的差異將會增大，在沉積物完全為細砂的前提下，核磁共振方法得到的滲透率數值遠大于滲流測試得到的滲透率數值，兩者之間的差距可以達到10倍左右。在應用核磁共振波譜的過程中，通過進行合理的技術轉換，可以得到分辨率較高的孔徑分布，通過對孔徑分布情況進行合理分析，最終得到的滲透率數值與滲流實驗得到的滲透率數值相對較為接近。最終的研究結果顯示，在細砂比例逐漸增大的前提下，對于多孔介質而言，其孔隙度將會呈現先減小后增大的趨勢，儲層的滲透率數值與儲層的孔隙度之間具有很強的聯系，因此，儲層的滲透率也會呈現先減小后增大的趨勢。

在進行介質開發作業的過程中，儲層的滲透率將會受到多種類型因素的聯合影響，例如應力敏感性、堵塞效應以及氣鎖傷害等。在應力敏感性方面，儲層中的巖石類型不同，其應力敏感性也將存在較大的差別，事實上，儲層中的孔隙可以分為多種結構類型，滲透率主要與孔隙結構有一定的聯系，對于應力敏感性較強的儲層而言，在介質逐漸被開采出地面以后，儲層中的有效應力將逐漸增加，儲層中的微孔隙或者裂縫等結構將逐漸壓縮，甚至這些結構還會出現閉合問題，最終導致儲層的滲透率逐漸減小，儲層巖石的應力敏感性可以使用滲透率損害率以及應力敏感系數等參數表示，目前的研究結果顯示，對于大多數儲層而言，在儲層有效應力逐漸增大的前提下，儲層的滲透率將逐漸減小，因此，在進行氣田開發的過程中，可以采用一系列的措施維持儲層的有效應力，防止其對開發效率產生影響。在堵塞效應方面，在氣田開發的過程中，地層中的結構可能會出現一定的破壞，對于體積相對較小的固體顆粒而言，其可能會出現運移作用，在孔隙結構中顆粒物含量逐漸增加的前提下，可能會出現堵塞效應，簡單理解就是顆粒物堵塞了介質的流通渠道，出現該種類型的主要原因在于介質的開發速度過快或者介質的開發速度存在較大的波動，因此，在進行氣田開發的過程中，需要對開發速度進行合理的控制，盡可能使得開發速度維持在正常區間范圍內。氣鎖傷害主要是因為介質的開發速度相對較快，井底的壓力快速降低，在壓力降低到某一數值以后，介質產生了吸附作用，解吸作業的難度相對較大，針對該種類型的問題，也需要對介質的開發速度進行合理控制。

在進行天然氣資源開發中發現，地層的滲透率與地層的有效應力之間也具有一定的聯系，在對天然氣逐漸進行開發以后，地層結構將會出現一定的變化，地層中天然氣的儲量會逐漸降低，地層中的壓強也會逐漸降低，這會對儲層承受的應力產生一定的影響，甚至儲層中的某些結構可能會出現位移問題。在儲層應力出現變化的前提下，儲層中的孔隙結構必然會受到嚴重的影響，孔隙結構可能會逐漸蓬松，也可能會逐漸緊縮，孔隙結構的變化又會影響儲層的滲透率。另一方面，在儲層結構出現較大變化的前提下，儲層中還可能會產生新的裂縫，這也是儲層滲透率出現改變的重要原因。為了防止在介質開發過程中儲層壓強出現較大的降低問題，部分氣田引入了降壓開采方法，該種類型的開發方法可以有效提升儲層的應力。同時，對于我國部分氣田而言，儲層中的巖石類型以石英砂為主，因此，部分學者對該種類型巖石的垂直滲透率進行了研究，通過研究發現，在儲層有效正應力逐漸增大的前提下，沉積物的滲透率以及孔隙度都將逐漸降低，在儲層的有效正應力達到2MPa以后，沉積物的滲透率以及孔隙度都將會達到恒定數值。

3 滲透率對天然氣開采的影響

在壓差作用下，地層中巖石允許介質通過的能力被稱為滲透性，事實上，儲層的滲透性可以使用滲透率參數表示。從理論上分析可以發現，通過提高儲層滲透率的方式，可以大幅提升氣藏的采收率。為了進行儲層滲透率對天然氣開采的影響研究，共設置了六種形式的研究方案，在進行方案設計的過程中，假定單井的產氣量為30萬方，其中avg表示地層中各個儲層滲透率的平均數值，儲層的孔隙度、儲層非均質系數、儲層厚度以及地層含氣飽和度均為最初數值。對于方案一而言，假定儲層的滲透率為0.1avg；對于方案二而言，假定儲層的滲透率為0.5avg；對于方案三而言，假定儲層的滲透率為1avg；對于方案四而言，假定儲層的滲透率為3avg；對于方案五而言，假定儲層的滲透率為6avg；對于方案六而言，假定儲層的滲透率為10avg。

通過研究發現，在滲透率為0.1avg時，氣井的穩產時間達到了26個月，穩產階段的累計產氣量達到了2.138億方，穩產階段的儲層采收率達到了19.664%，開發階段的累計產氣量達到了6.259億方，開發階段的采收率達到了57.571%；在滲透率為0.5avg時，氣井的穩產時間達到了52個月，穩產階段的累計產氣量達到了4.268億方，穩產階段的儲層采收率達到了39.253%，開發階段的累計產氣量達到了6.646億方，開發階段的采收率達到了79.518%，開發階段采收率的增值為21.947%；在滲透率為1avg時，氣井的穩產時間達到了66個月，穩產階段的累計產氣量達到了5.42億方，穩產階段的儲層采收率達到了49.853%，開發階段的累計產氣量達到了9.42億方，開發階段的采收率達到了86.643%，開發階段采收率的增值為7.125%；在滲透率為3avg時，氣井的穩產時間達到了87個月，穩產階段的累計產氣量達到了7.153億方，穩產階段的儲層采收率達到了65.79%，開發階段的累計產氣量達到了10.17億方，開發階段的采收率達到了93.508%，開發階段采收率的增值為6.865%；在滲透率為6avg時，氣井的穩產時間達到了95個月，穩產階段的累計產氣量達到了7.805億方，穩產階段的儲層采收率達到了71.783%，開發階段的累計產氣量達到了10.39億方，開發階段的采收率達到了95.521%，開發階段采收率的增值為2.013%；在滲透率為10avg時，氣井的穩產時間達到了99個月，穩產階段的累計產氣量達到了8.138億方，穩產階段的儲層采收率達到了74.854%，開發階段的累計產氣量達到了10.48億方，開發階段的采收率達到了96.534%，開發階段采收率的增值為0.914%。

通過對不同滲透率前提下的模擬結果進行全面對比可以發現，氣井的穩產時間與儲層滲透率之間具有很強的聯系。隨著儲層滲透率的逐漸增加，氣井的穩產時間也將逐漸增加，當儲層的滲透率達到10avg時，氣井的穩產時間達到最大，穩產時間可以達到99個月，穩產階段的產量可以達到8.138億方，穩產階段的采收率可以達到74.854%。另一方面，儲層的采收率與儲層的滲透率之間也具有很強的聯系，隨著儲層滲透率的逐漸提升，儲層的采收率也將逐漸提高，在儲層的滲透率達到10avg時，氣井的累計采收率可以達到最大數值。

通過對數值模擬結果進行全面分析可以發現，隨著儲層滲透率的逐漸提升，累計采收率的增值將逐漸減小，累計采收率的增值將會逐漸趨向于0，這說明在進行氣田開發作業的過程中，隨著儲層滲透率的逐漸增加，儲層采收率的增幅將逐漸減小，此時采收率將逐漸趨向于極值，這說明在儲層滲透率達到一定數值以后，再次增加儲層的滲透率并不會發揮提高采收率的效果。

4 結論

在進行天然氣開發作業的過程中，儲層的滲透率將會對開發效果產生嚴重影響。隨著滲透率的逐漸增加，氣田的穩產時間以及采收率都將會大幅提升，但是在滲透率相對較大的前提下，滲透率的變化將會對采收率的增值產生較小的影響。未來在進行氣田開發的過程中，需要采取合理的措施，使儲層的滲透率得到改善，全面提高開發效率以及開發效果。