【文章內(nèi)容簡介】 研究的需要，首先從德陽巖心庫選取了須二層、須四層的巖心樣品。為了選取有代表性的巖心樣品進一步開展應力敏感、可動水飽和度、以及反滲吸水鎖啟動壓力等滲流物理特性實驗測試研究，對所取巖心進行了孔隙度、滲透率等基礎(chǔ)儲滲特性實驗測試研究，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、滲透率等基本儲滲特性實驗測試； 2）基質(zhì)巖心氣驅(qū)水、水驅(qū)氣氣－水兩相相對滲透率曲線實驗測試； 實驗儀器 1) 氦氣孔隙度儀 型 號： 3020—168 生產(chǎn)廠家：美國 CORE LABORATORIES 公司 技術(shù)指標 巖心尺寸： 1＂直徑 1 ＂ —3＂長度 ＂直徑 ＂ —3＂長度 工作介質(zhì)：氦氣、氮氣、空氣 溫 度：室溫 功 能：巖石孔隙度測定 2) 氣體滲透率儀 型 號： 3020—144 生產(chǎn)廠家：美國 CORE LABORATORIES 公司 技術(shù)指標 西南石油大學本科畢業(yè)論文 6 巖心尺寸： 1＂直徑 1 ＂ —3＂長度 工作介質(zhì)：氦氣、氮氣、空氣 溫 度：室溫 功 能：巖石氣體滲透率測定 圖 氣體滲透率儀 測試步驟 1）氦氣孔隙度儀操作規(guī)程 氦氣孔隙度儀測試流程如圖 － 1 所示。測試操作規(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，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，選擇標準室體積，并安裝好標準室； （ 5）按程序校標準室體積； （ 6）巖心測試，在巖心測試過程當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）實驗完畢后，關(guān)閉氣源閥、高壓氣瓶閥，關(guān)閉電源開關(guān)。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應用研究 7 圖 巖石孔隙體積測定流程圖 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 HASSLER 閥施加圍壓； （ 4）開 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)流器流量計安裝在 ORFICE 口處，測定流量； （ 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）實驗結(jié)束后，關(guān)閉氣源閥、高壓氣瓶閥，取出節(jié)流器流量計。 相滲曲線測試 實驗儀器為美國 Core Laboratory 公司設(shè)計生產(chǎn)的氣 － 液相對滲透率測定儀，如圖 所示。實驗所用氣 體為標準氮氣，粘度 s，水樣為新場須四地層水，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，分別進行了氣驅(qū)水、水驅(qū)氣兩相相滲曲線實驗測試研究。圖 為實驗流程圖。 西南石油大學本科畢業(yè)論文 8 圖 氣水相對滲透率測定流程圖 依據(jù)行業(yè)標準 SY/T 5843－ 1997，非穩(wěn)態(tài)法測定氣水相對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)恒壓法進行巖樣氣驅(qū)水實驗。實驗中，把飽和地層水的巖芯，在一定圍壓下，以適當?shù)膲翰?，用外部?qū)動法，向巖芯注氣，記錄氣驅(qū)水過程中巖樣出口端各個時刻的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和兩端壓差等數(shù)據(jù)，用 法計算巖樣的氣、水相對滲透率和對應的含水飽和度，并繪制氣驅(qū)水相對滲透率曲線。 同樣，在水驅(qū)氣實驗中，把具有束縛水、飽和氣的巖芯，在一定圍壓下，以適當?shù)膲翰?，用外部?qū)動法，向巖芯注入地層水，在巖芯出口端按要求記錄累計的氣量、時間、累計水量和驅(qū)動壓差以及巖芯的基本參數(shù)，同樣采用上 面的方法計算出氣、水相對滲透率和對應的含水飽和度，并繪制水驅(qū)氣相對滲透率曲線。 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應用研究 9 3 非線性滲流特征實驗研究 在一定的條件下，氣體通過低滲巖心滲流時，由于氣體分子的滑流和擴散效應，產(chǎn)生一個附加動力，即滑脫效應，在一定程度上表現(xiàn)出非達西滲流特征；而當?shù)蜐B氣層含束縛水時，氣藏中氣體的滲流特征與油藏的滲流特征一樣存在 “啟動壓差 ”和 “臨界壓力梯度 ”，巖樣滲流偏離達西定律。 低滲致密氣藏中，滑脫效應與啟動壓力梯度效應哪一個占主導地位，取決于水在孔隙喉道處是否會形成堵塞而阻礙氣體流動。低滲純氣藏的特殊滲流機理主要是滑脫效應，而沒有啟動壓力梯度效應。低滲致密氣藏普遍含水飽和度較高，氣體滲流過程中受水影響產(chǎn)生啟動壓力梯度效應的可能性較大，一旦出現(xiàn)這種情況，滑脫效應所產(chǎn)生的作用就可以大體忽略。因此含水飽和度對氣藏微觀滲流特征有明顯影響。 可動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，在氣井實際生產(chǎn)過程中，地層可動水的產(chǎn)出將影響氣井攜液能力和井底積液情況，從而存在水鎖的潛在威脅，因此有必要對可動水飽和度進行研究。 實驗儀器設(shè)備 該巖心流動實驗 裝置由氮氣瓶，壓力計、巖心夾持器、手動壓力泵和流量計、計時器等儀器組成。氮氣瓶作為實驗用氣源，手動壓力泵用于提供圍壓。測試裝置和流程圖如圖 、 所示。 圖 巖心流動實驗測試裝置 西南石油大學本科畢業(yè)論文 10 圖 巖心流動實驗測試流程 實驗測試方法和步驟 首先將實驗巖心飽和 100%的地層水，整個實驗過程巖心夾持器出口端放空為一個大氣壓。打開氮氣瓶并控制在預定的壓力值 1p 上，由氮氣驅(qū)替巖心中的地層水，直至不出水為止，計量出水量，可算出此驅(qū)替壓差下的 可動水飽和度（初始含水飽和度與此點（ 1p ）含水飽和度的差值），也可測出在此點（ 1p ）含水飽和度下巖心的滲透率值。然后將氮氣瓶壓力調(diào)低至預定值 ap （ ap 一般為 0，對低滲透巖心，可適當調(diào)大），根據(jù)實際的實驗狀況，逐級增壓至原先的預定壓力值 1p ，記錄在此束縛水飽和度（即此點 1p 含水飽和度）下，不同驅(qū)動壓差時的氣體流量，做完這組測試之后，將氮氣瓶壓力增大到另一個預定值 2p （ 2p 1p? ）。做下一個束縛水飽和度下的滲流實驗，重復以上操作，直至一個足夠大的壓力值為止。 測試結(jié)果分析 驅(qū)替壓差對可動水飽和度的影響 為了更利于發(fā)現(xiàn)可動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，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用研究 11 0204060801000 2 4 6 8驅(qū)動壓差，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 計可動水飽和度 398/1301累 計可動水飽和度101/521累 計可動水飽和度 109/523累 計可動水飽和度 圖 剩余含水飽和度、累計可動水飽和度與驅(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。對新場 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，對應的，累計可動水飽和度隨驅(qū)動壓差增大而明顯增大，說明在驅(qū)替壓差作用下，此時可以很容易的將水驅(qū)出。這是因為一開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，剩余含水飽和度下降的幅度有所減緩，這是由于氣驅(qū)水已開始發(fā) 生于孔徑相對較小的孔道中。特別的，在壓差 2 MPa 時，剩余含水飽和度下降并不是很急劇，但當壓差 2 MPa 后，含水飽和度下降明顯。 對新場 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。這說明相對新場 11 井的巖心而言，新場 21 井巖心大孔道相對較少，但中大孔道所占比例較大，孔隙均一性更好，故其絕對孔隙度也明顯大于新場 11 井巖心，但因新場 21 井巖心水敏較新場 11 井巖心嚴重，故其滲透率反而更低。 從圖中取 6MPa 的壓差點上觀測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）其累計可動水飽和度更大、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程中，物性好的地層即便發(fā)生水鎖或者水淹，地層可動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不是那么明顯，換句話說，高滲地層相對于低滲地層不那么容易發(fā)生水鎖效應，即便發(fā) 生了，驅(qū)替可動水至井筒的氣體壓力損失也不會那么大。 西南石油大學本科畢業(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，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 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 11 井 1號巖樣滲透率 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。因為驅(qū)替 壓差的增大過程中，從巖心中不斷的驅(qū)替出可動水，導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過程，均經(jīng)歷了急劇增大隨后增長放緩，持續(xù)增加的階段，這說明含水飽和度減小使?jié)B透率增大，其對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用研究 13 4 反滲吸水鎖效應及解除水鎖啟動壓差實驗測試 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，測定反滲吸水鎖效應驅(qū)動壓差及滲透率變化，為 新場須二、須四 低滲 氣藏氣井合理配產(chǎn)及改善難動用儲量有效動用技術(shù)對策研究提供更 全面的實驗評價基礎(chǔ)。 針對新場須二、須四低滲氣藏難動用儲量開發(fā)與開采技術(shù)對策研究的需要，本次研究在長巖心中開展了反滲吸水鎖啟動壓差等與低滲氣藏難動用儲量開采密切相關(guān)的反滲吸水鎖效應實驗測試及解除水鎖啟動壓差實驗測試研究。 實驗設(shè)備及流程 須二、須四低滲氣藏氣井反滲吸水鎖啟動壓差實驗是在加拿大 Hycal 長巖心驅(qū)替裝置上完成的，實驗裝置見圖 － 1。長巖心驅(qū)替實驗裝置內(nèi)有一個 1 米長的三軸長巖心夾持器。長巖心夾持器是長巖心驅(qū)替裝置中的關(guān)鍵部分，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖 － 2。三軸長巖心夾持器主要由長巖心外筒 、膠皮套和軸向連接器組成。 圖 美國產(chǎn) RUSKA長巖心驅(qū)替設(shè)備 長巖心驅(qū)替設(shè)備包括驅(qū)替泵，長巖心夾持器，烘箱，觀察窗，回壓閥，中間容器等主要部件構(gòu)成。能滿足長度為 5～ 100cm 的巖心的常規(guī)驅(qū)替、水鎖啟動壓差測試、注氣驅(qū)、注醇及活性水吞吐實驗測試等研究工作。此外，還包括用于對實驗過程中的水相、氣相組分分析的美國 HP、日本島津產(chǎn)氣相、油相色譜儀，以及進口的密度測試儀。 整套流程主要由注入泵系統(tǒng)、長巖心夾持器、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）來表征巖心中凝析氣的衰竭速度。 西南石油大學本科畢業(yè)論文 14 回壓閥 進口 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 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)動泵 ⑥中間容器 ⑦帶毛細管的觀察窗 ⑧恒溫箱 吞方向 吐方向 觀察窗 ⑥ ⑦ 進口壓力表 出口壓力表 回壓表 ⑧ 圖 水鎖啟動壓差實驗測試流程圖 低滲透氣藏氣水兩相滲流物理特征及應用研究 15 長巖心的排列方式 對于長巖心驅(qū)替，如果要采用 1 米