【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 研究的需要，首先從德陽(yáng)巖心庫(kù)選取了須二層、須四層的巖心樣品。為了選取有代表性的巖心樣品進(jìn)一步開(kāi)展應(yīng)力敏感、可動(dòng)水飽和度、以及反滲吸水鎖啟動(dòng)壓力等滲流物理特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究，對(duì)所取巖心進(jìn)行了孔隙度、滲透率等基礎(chǔ)儲(chǔ)滲特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究，主要包 括： 1）基質(zhì)巖樣制備及巖心共存水飽和度建立，孔隙度、滲透率等基本儲(chǔ)滲特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試； 2）基質(zhì)巖心氣驅(qū)水、水驅(qū)氣氣－水兩相相對(duì)滲透率曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)試； 實(shí)驗(yàn)儀器 1) 氦氣孔隙度儀 型 號(hào)： 3020—168 生產(chǎn)廠家：美國(guó) CORE LABORATORIES 公司 技術(shù)指標(biāo) 巖心尺寸： 1＂直徑 1 ＂ —3＂長(zhǎng)度 ＂直徑 ＂ —3＂長(zhǎng)度 工作介質(zhì)：氦氣、氮?dú)狻⒖諝? 溫 度：室溫 功 能：巖石孔隙度測(cè)定 2) 氣體滲透率儀 型 號(hào)： 3020—144 生產(chǎn)廠家：美國(guó) CORE LABORATORIES 公司 技術(shù)指標(biāo) 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 巖心尺寸： 1＂直徑 1 ＂ —3＂長(zhǎng)度 工作介質(zhì)：氦氣、氮?dú)?、空? 溫 度：室溫 功 能：巖石氣體滲透率測(cè)定 圖 氣體滲透率儀 測(cè)試步驟 1）氦氣孔隙度儀操作規(guī)程 氦氣孔隙度儀測(cè)試流程如圖 － 1 所示。測(cè)試操作規(guī)程如下： （ 1）首先將室溫調(diào)節(jié)到 20℃ 左右； （ 2）給儀器通電，并恒溫 30min 以上； （ 3）旋轉(zhuǎn)電位器旋鈕至 擋，顯示為 0 時(shí)，再將電位器旋鈕分別旋轉(zhuǎn)至READ 擋和 ，并分別用 FINE VOLT ADJ 旋鈕和 ZERO 旋鈕調(diào)零； （ 4）據(jù)巖心孔隙度的大小，選擇標(biāo)準(zhǔn)室體積，并安裝好標(biāo)準(zhǔn)室； （ 5）按程序校標(biāo)準(zhǔn)室體積； （ 6）巖心測(cè)試，在巖心測(cè)試過(guò)程當(dāng)中記錄顯示的電壓值、從巖心杯中取出的鋼盤體積、巖心的幾何尺寸； （ 7）實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉氣源閥、高壓氣瓶閥，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應(yīng)用研究 7 圖 巖石孔隙體積測(cè)定流程圖 2）氣體滲透率儀操作規(guī)程 氣體滲透率儀流程如圖 － 2 所示。 （ 1）打開(kāi)高壓氣瓶閥，用壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)圍壓 200psi，調(diào)節(jié)內(nèi)壓 100psi； （ 2）將巖心裝入巖心夾持器； （ 3）關(guān) EXHAUST 閥，開(kāi) HASSLER 閥施加圍壓； （ 4）開(kāi) GAS SOURCE 閥，根據(jù)巖心滲透率的大小，選擇高壓調(diào)節(jié)器或低壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)壓力； （ 5）選擇合適的節(jié)流器流量計(jì)安裝在 ORFICE 口處，測(cè)定流量； （ 6）待水柱壓差穩(wěn)定后，記錄上流壓力、節(jié)流器水柱壓差和節(jié)流器流量值； （ 7）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉氣源閥、高壓氣瓶閥，取出節(jié)流器流量計(jì)。 相滲曲線測(cè)試 實(shí)驗(yàn)儀器為美國(guó) Core Laboratory 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的氣 － 液相對(duì)滲透率測(cè)定儀，如圖 所示。實(shí)驗(yàn)所用氣 體為標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)?，粘?s，水樣為新場(chǎng)須四地層水，粘度為 s 以及須二地層水，粘度為 s。 分別挑選出滲透率為 10－ 3μm2， 10－ 3μm2， 10－ 3μm2和10－ 3μm2的四塊巖芯，分別進(jìn)行了氣驅(qū)水、水驅(qū)氣兩相相滲曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。圖 為實(shí)驗(yàn)流程圖。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 圖 氣水相對(duì)滲透率測(cè)定流程圖 依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5843－ 1997，非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定氣水相對(duì)滲透率是以一維兩相滲流理論（即貝克萊－列維爾 特前緣推進(jìn)理論）和氣體狀態(tài)方程為依據(jù)，利用非穩(wěn)態(tài)恒壓法進(jìn)行巖樣氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，把飽和地層水的巖芯，在一定圍壓下，以適當(dāng)?shù)膲翰睿猛獠框?qū)動(dòng)法，向巖芯注氣，記錄氣驅(qū)水過(guò)程中巖樣出口端各個(gè)時(shí)刻的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和兩端壓差等數(shù)據(jù)，用 法計(jì)算巖樣的氣、水相對(duì)滲透率和對(duì)應(yīng)的含水飽和度，并繪制氣驅(qū)水相對(duì)滲透率曲線。 同樣，在水驅(qū)氣實(shí)驗(yàn)中，把具有束縛水、飽和氣的巖芯，在一定圍壓下，以適當(dāng)?shù)膲翰?，用外部?qū)動(dòng)法，向巖芯注入地層水，在巖芯出口端按要求記錄累計(jì)的氣量、時(shí)間、累計(jì)水量和驅(qū)動(dòng)壓差以及巖芯的基本參數(shù)，同樣采用上 面的方法計(jì)算出氣、水相對(duì)滲透率和對(duì)應(yīng)的含水飽和度，并繪制水驅(qū)氣相對(duì)滲透率曲線。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應(yīng)用研究 9 3 非線性滲流特征實(shí)驗(yàn)研究 在一定的條件下，氣體通過(guò)低滲巖心滲流時(shí)，由于氣體分子的滑流和擴(kuò)散效應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)附加動(dòng)力，即滑脫效應(yīng)，在一定程度上表現(xiàn)出非達(dá)西滲流特征；而當(dāng)?shù)蜐B氣層含束縛水時(shí)，氣藏中氣體的滲流特征與油藏的滲流特征一樣存在 “啟動(dòng)壓差 ”和 “臨界壓力梯度 ”，巖樣滲流偏離達(dá)西定律。 低滲致密氣藏中，滑脫效應(yīng)與啟動(dòng)壓力梯度效應(yīng)哪一個(gè)占主導(dǎo)地位，取決于水在孔隙喉道處是否會(huì)形成堵塞而阻礙氣體流動(dòng)。低滲純氣藏的特殊滲流機(jī)理主要是滑脫效應(yīng)，而沒(méi)有啟動(dòng)壓力梯度效應(yīng)。低滲致密氣藏普遍含水飽和度較高，氣體滲流過(guò)程中受水影響產(chǎn)生啟動(dòng)壓力梯度效應(yīng)的可能性較大，一旦出現(xiàn)這種情況，滑脫效應(yīng)所產(chǎn)生的作用就可以大體忽略。因此含水飽和度對(duì)氣藏微觀滲流特征有明顯影響。 可動(dòng)水飽和度為地層中原始含水飽和度與束縛水飽和度之間的差值，表征開(kāi)采壓力下地層產(chǎn)水的潛力。低滲氣藏普遍具有高含水飽和度的特點(diǎn)，在氣井實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，地層可動(dòng)水的產(chǎn)出將影響氣井?dāng)y液能力和井底積液情況，從而存在水鎖的潛在威脅，因此有必要對(duì)可動(dòng)水飽和度進(jìn)行研究。 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 該巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn) 裝置由氮?dú)馄?，壓力?jì)、巖心夾持器、手動(dòng)壓力泵和流量計(jì)、計(jì)時(shí)器等儀器組成。氮?dú)馄孔鳛閷?shí)驗(yàn)用氣源，手動(dòng)壓力泵用于提供圍壓。測(cè)試裝置和流程圖如圖 、 所示。 圖 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 圖 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和步驟 首先將實(shí)驗(yàn)巖心飽和 100%的地層水，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程巖心夾持器出口端放空為一個(gè)大氣壓。打開(kāi)氮?dú)馄坎⒖刂圃陬A(yù)定的壓力值 1p 上，由氮?dú)怛?qū)替巖心中的地層水，直至不出水為止，計(jì)量出水量，可算出此驅(qū)替壓差下的 可動(dòng)水飽和度（初始含水飽和度與此點(diǎn)（ 1p ）含水飽和度的差值），也可測(cè)出在此點(diǎn)（ 1p ）含水飽和度下巖心的滲透率值。然后將氮?dú)馄繅毫φ{(diào)低至預(yù)定值 ap （ ap 一般為 0，對(duì)低滲透巖心，可適當(dāng)調(diào)大），根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)狀況，逐級(jí)增壓至原先的預(yù)定壓力值 1p ，記錄在此束縛水飽和度（即此點(diǎn) 1p 含水飽和度）下，不同驅(qū)動(dòng)壓差時(shí)的氣體流量，做完這組測(cè)試之后，將氮?dú)馄繅毫υ龃蟮搅硪粋€(gè)預(yù)定值 2p （ 2p 1p? ）。做下一個(gè)束縛水飽和度下的滲流實(shí)驗(yàn)，重復(fù)以上操作，直至一個(gè)足夠大的壓力值為止。 測(cè)試結(jié)果分析 驅(qū)替壓差對(duì)可動(dòng)水飽和度的影響 為了更利于發(fā)現(xiàn)可動(dòng)水飽和度和含水飽和度與驅(qū)替壓差（壓力平方梯度）的變化趨勢(shì)，我們將上表的數(shù)據(jù)繪成曲線圖，如下圖 所示。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應(yīng)用研究 11 0204060801000 2 4 6 8驅(qū)動(dòng)壓差，MPa飽和度，%38/1303剩 余含水飽和度 398/1301剩 余含水飽和度101/521剩 余含水飽和度 109/523剩 余含水飽和度38/1303累 計(jì)可動(dòng)水飽和度 398/1301累 計(jì)可動(dòng)水飽和度101/521累 計(jì)可動(dòng)水飽和度 109/523累 計(jì)可動(dòng)水飽和度 圖 剩余含水飽和度、累計(jì)可動(dòng)水飽和度與驅(qū)替壓差的關(guān)系圖 從圖 可以看到，隨著驅(qū)替壓差 (壓力平方梯度 )的增大， 4 塊巖心的剩余含水飽和度逐漸降低。對(duì)新場(chǎng) 21 井，在壓差 4MPa 的情況下，由于巖心 100%的飽和水，其剩余含水飽和度隨壓差增大其下降幅度逐漸增大，對(duì)應(yīng)的，累計(jì)可動(dòng)水飽和度隨驅(qū)動(dòng)壓差增大而明顯增大，說(shuō)明在驅(qū)替壓差作用下，此時(shí)可以很容易的將水驅(qū)出。這是因?yàn)橐婚_(kāi)始是較大孔道中的水先被驅(qū)出；相反隨著驅(qū)替壓差的增大到 4 MPa 以上時(shí)，剩余含水飽和度下降的幅度有所減緩，這是由于氣驅(qū)水已開(kāi)始發(fā) 生于孔徑相對(duì)較小的孔道中。特別的，在壓差 2 MPa 時(shí)，剩余含水飽和度下降并不是很急劇，但當(dāng)壓差 2 MPa 后，含水飽和度下降明顯。 對(duì)新場(chǎng) 11 井兩塊巖心，在較小壓差（ 2 MPa）情況下，其剩余含水飽和度下降幅度很大，說(shuō)明在很小驅(qū)替壓差作用下，可以很容易的將水驅(qū)出，且可驅(qū)出 20%以上的含水，但隨驅(qū)替壓差的增大（ 2 MPa），剩余含水飽和度下降幅度明顯變緩。這說(shuō)明相對(duì)新場(chǎng) 11 井的巖心而言，新場(chǎng) 21 井巖心大孔道相對(duì)較少，但中大孔道所占比例較大，孔隙均一性更好，故其絕對(duì)孔隙度也明顯大于新場(chǎng) 11 井巖心，但因新場(chǎng) 21 井巖心水敏較新場(chǎng) 11 井巖心嚴(yán)重，故其滲透率反而更低。 從圖中取 6MPa 的壓差點(diǎn)上觀測(cè)剩余含水飽和度的大小，得出結(jié)論：在相同壓差下，滲透率大的巖心（ 101/521 巖樣）其累計(jì)可動(dòng)水飽和度更大、束縛水飽和度更低，這是由于大滲透率的巖心，其巖石有效孔道半徑更大，邊界效應(yīng)更加不明顯，更利于水在孔道中的滲流。因此在天然氣采出過(guò)程中，物性好的地層即便發(fā)生水鎖或者水淹，地層可動(dòng)水可較容易的被氣流攜帶出井底，水體阻礙天然氣滲流的效應(yīng)不是那么明顯，換句話說(shuō)，高滲地層相對(duì)于低滲地層不那么容易發(fā)生水鎖效應(yīng)，即便發(fā) 生了，驅(qū)替可動(dòng)水至井筒的氣體壓力損失也不會(huì)那么大。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 不同束縛水飽和度下滲透率隨壓力平方梯度變化規(guī)律 為了更利于發(fā)現(xiàn)不同含水飽和度條件下滲透率隨壓力梯度的變化趨勢(shì)，我們也將滲透率隨壓力平方梯度的變化關(guān)系用曲線圖表示 ,如圖 、 所示。 00 2 4 6 8 10壓力平方梯度，MPa2/cm滲透率，103μm238/1303398/1301 圖 新場(chǎng) 21井巖樣滲透率 壓力平方梯度關(guān)系圖 00 2 4 6 8 10 12壓力平方梯度，MPa2/cm滲透率，103μm2101/521109/523 圖 新場(chǎng) 11 井 1號(hào)巖樣滲透率 壓力平方梯度關(guān)系圖 從圖 、 可以直觀的看到，隨著壓力平方梯度的變大，滲透率逐漸增大，這是和含水飽和度相關(guān)的。因?yàn)轵?qū)替 壓差的增大過(guò)程中，從巖心中不斷的驅(qū)替出可動(dòng)水，導(dǎo)致剩余含水飽和度的減小，氣相滲透率隨剩余含水飽和度的減小而逐漸增大。并且滲透率隨壓力平方梯度增大而增加的這個(gè)過(guò)程，均經(jīng)歷了急劇增大隨后增長(zhǎng)放緩，持續(xù)增加的階段，這說(shuō)明含水飽和度減小使?jié)B透率增大，其對(duì)滲透率的影響也是先大后逐漸變小的。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應(yīng)用研究 13 4 反滲吸水鎖效應(yīng)及解除水鎖啟動(dòng)壓差實(shí)驗(yàn)測(cè)試 本章是在巖心內(nèi)平衡共存水飽和度條件下，模擬井筒積液反滲吸水鎖效應(yīng)，測(cè)定反滲吸水鎖效應(yīng)驅(qū)動(dòng)壓差及滲透率變化，為 新場(chǎng)須二、須四 低滲 氣藏氣井合理配產(chǎn)及改善難動(dòng)用儲(chǔ)量有效動(dòng)用技術(shù)對(duì)策研究提供更 全面的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。 針對(duì)新場(chǎng)須二、須四低滲氣藏難動(dòng)用儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)與開(kāi)采技術(shù)對(duì)策研究的需要，本次研究在長(zhǎng)巖心中開(kāi)展了反滲吸水鎖啟動(dòng)壓差等與低滲氣藏難動(dòng)用儲(chǔ)量開(kāi)采密切相關(guān)的反滲吸水鎖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試及解除水鎖啟動(dòng)壓差實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程 須二、須四低滲氣藏氣井反滲吸水鎖啟動(dòng)壓差實(shí)驗(yàn)是在加拿大 Hycal 長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置上完成的，實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖 － 1。長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)有一個(gè) 1 米長(zhǎng)的三軸長(zhǎng)巖心夾持器。長(zhǎng)巖心夾持器是長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置中的關(guān)鍵部分，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 － 2。三軸長(zhǎng)巖心夾持器主要由長(zhǎng)巖心外筒 、膠皮套和軸向連接器組成。 圖 美國(guó)產(chǎn) RUSKA長(zhǎng)巖心驅(qū)替設(shè)備 長(zhǎng)巖心驅(qū)替設(shè)備包括驅(qū)替泵，長(zhǎng)巖心夾持器，烘箱，觀察窗，回壓閥，中間容器等主要部件構(gòu)成。能滿足長(zhǎng)度為 5～ 100cm 的巖心的常規(guī)驅(qū)替、水鎖啟動(dòng)壓差測(cè)試、注氣驅(qū)、注醇及活性水吞吐實(shí)驗(yàn)測(cè)試等研究工作。此外，還包括用于對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水相、氣相組分分析的美國(guó) HP、日本島津產(chǎn)氣相、油相色譜儀，以及進(jìn)口的密度測(cè)試儀。 整套流程主要由注入泵系統(tǒng)、長(zhǎng)巖心夾持器、回壓調(diào)節(jié)器、壓差表、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計(jì)和氣相色譜儀組成。該套裝置中，巖心中的 凝析氣衰竭速度由出口端壓降速度控制，出口端壓降速度由回壓調(diào)節(jié)器的壓降速度控制，回壓調(diào)節(jié)器的壓降速度由控制回壓的泵的退泵速度控制，所以在以后的論述中均采用泵速（ ccm = ml/minute）來(lái)表征巖心中凝析氣的衰竭速度。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 回壓閥 進(jìn)口 環(huán)壓表 出口 破膠液 壓裂液 地層水 天然氣 ① ② ③ ④ 回壓閥 氣量計(jì) 三相分離 ⑤ ①巖心夾持器 ②膠皮筒 ③巖心 ④壓力表 ⑤ RUSKA 驅(qū)動(dòng)泵 ⑥中間容器 ⑦帶毛細(xì)管的觀察窗 ⑧恒溫箱 吞方向 吐方向 觀察窗 ⑥ ⑦ 進(jìn)口壓力表 出口壓力表 回壓表 ⑧ 圖 水鎖啟動(dòng)壓差實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程圖 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應(yīng)用研究 15 長(zhǎng)巖心的排列方式 對(duì)于長(zhǎng)巖心驅(qū)替，如果要采用 1 米