【正文】 典型井水鎖傷害分析 積液分析。 西南石油大學(xué)李閩教授 [42]研究最小攜液產(chǎn)氣量得出：很多氣井在實際生產(chǎn)過程中的產(chǎn)氣量在低于 Turner 模型最小攜液產(chǎn)量時，井筒中并不存在積 液現(xiàn)象 ； 大量的研究發(fā)現(xiàn)：由于液滴前后存在著壓差，因此液滴在氣流中運動時會呈現(xiàn)出橢球形態(tài)，則根據(jù)液滴的橢球形這一特征，在推倒后，得出以下的計算最小攜液產(chǎn)氣量公式： 圖 32 液滴模型圖 ? ? 412???????? ?? ?ggltV ? ??? (31) TZAVPq ttc ?? (32) 式中： Vt臨界流速 (攜液所需最小流速 )， m/s； qc臨界氣產(chǎn)量（攜液所需最小產(chǎn)氣量） ， 104m3/d； A 油 管截面積 ， m2； Pt油壓 ， MPa； T井口溫度 ， K； Z Pt、 T 條件下的氣體偏差系數(shù)； ?界面張力， mN/m；（采用相關(guān)式計算） ?l液體 Pt、 T 條件下 (油或水 )密度 ， kg/m3； ?g氣體 Pt、 T 條件下密度 ， kg/m3； ZTPgg ?? 310484 ?? g? 天然氣相對密度。 圖 31 井底積液過程 凝析氣井低產(chǎn)因素分析及增產(chǎn)對策研究 20 液滴模型法診斷 井筒中最小攜液流速指的是井筒中任意一點氣體可以攜帶液體的最小流速，如果井筒中氣體流速小于最小攜液流速，那么井筒中的液體不能有效攜帶至地面 。地層水一旦侵入到井底，井筒中即變?yōu)闅庖簝上嗔?；在氣井產(chǎn)氣量大于最小卸載流量時，氣井的生產(chǎn)方式為帶水采氣，井筒中流態(tài)為環(huán)霧流，井筒壁上存在一層液膜，該液膜在井筒中心氣體的帶動下逐漸上行，同時氣相中存在小液滴 ， 當(dāng)氣井井底的能量夠高、產(chǎn)氣量夠大時，井筒中的液體可以被全部帶出，不存在積液，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量小于最小卸載流量時，水向下滑落，之后又被攜帶上來，再回落，不斷的循環(huán)，井筒中的液體不能被氣體攜帶至地面，呈現(xiàn)出段塞流和攪拌流，如圖 31 所示。氣井實際生產(chǎn)過程中存在的啟動壓力梯度包括常規(guī)啟動壓力梯度和 反滲吸 水鎖啟動壓力梯度，其中 反滲吸 水鎖啟動壓力梯度指的是：氣井施工作業(yè)（壓裂酸化、修井和完井）液體在毛細管壓力作用下吸入儲層，以及氣井在生產(chǎn)過程中長期的井筒積液導(dǎo)致的反滲吸侵入近井地帶儲層后，氣井再次開井生產(chǎn)時需要的最小壓差。對一些活躍的邊底水氣藏，通過選取一個適當(dāng)?shù)牟蓺馑俣瓤山档退謴姸?，使地層水緩慢而均勻地推進，從而可提高氣藏的采出程度，因此為避免過早水竄或水錐，單井應(yīng)控制產(chǎn)量生產(chǎn)，氣藏采氣速度一般以 2%左右為宜。 5） 生產(chǎn)壓差 在氣井實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)壓差的大小決定著水體的推進速度，如果氣井生產(chǎn)壓差較大，那么氣水界面將會出現(xiàn)不規(guī)則性的推進，很容易出現(xiàn)“ 水竄”或者 “水錐”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致氣井過早水淹停產(chǎn)。 3） 氣水界面位置 氣水界面與氣井生產(chǎn)層段之間的距離決定著氣井的見水時間，氣水界 面離氣井射孔位置越近，邊底水水淹至井底所需時間久越短，氣井水淹更早。 2） 地層非均質(zhì)性 隨著氣井的開采，氣井周圍壓力降低，當(dāng)壓降漏斗波及到水體后，水體開始推進，并且首先沿著滲透率大的滲流通道侵入。 氣井一旦見水，儲層中氣相相對滲透率減小，氣井產(chǎn)能降低，另外氣井井筒內(nèi)流體密度變大，回壓增大，儲層的實際生產(chǎn)壓差減小，隨著井筒積液的逐漸增加，當(dāng)氣井回壓與地層壓力相等的時候，生產(chǎn)壓差為 0，氣井水淹停產(chǎn) ， 在該情況下，氣井的控制儲量被氣井周圍的“水墻”封隔，即“水淹”，會嚴重影響氣井乃至氣藏的廢棄壓力和最終采收率。 通常氣井見水關(guān)井后，由于“續(xù)流”作用的存在，地層水會沿著滲流通道繼續(xù)侵入氣井。 當(dāng)氣藏邊底水與氣藏隸屬于一個壓力系統(tǒng)的時候，隨著氣井生產(chǎn)所帶來的壓降，在水體與氣井將會產(chǎn)生一個壓差，該壓差推動水體沿著滲流通道侵入氣井井底，即“水錐”現(xiàn)象 [48]。 凝析氣井水淹傷害 氣井水淹傷害機理 對于氣藏來說，水體既是作為氣藏開采的驅(qū)動能量，又會對氣井生產(chǎn)帶來巨大的威脅。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 17 7） 地層混合物中的重?zé)N含量 凝析氣組分中重?zé)N含量越大，其反凝析過程中析出的凝析油就越是偏于重質(zhì)組分，對儲層的傷害就越嚴重。因此，凝析油飽和度決定著反凝析污染程度。一般說來，凝析氣 井的井底壓力最低，反凝析污染最為嚴重。 4） 地層壓力分布 地層壓力的大小與反凝析密不可分。 儲層巖石表面對油氣吸附作用強度 主要取決于油氣水的組成和組分、狀態(tài)以及儲層孔隙結(jié)構(gòu)性質(zhì)。 3） 多孔介質(zhì)吸附作用 儲層巖石顆粒表面對油氣會產(chǎn)生吸附作用，使得孔隙介質(zhì)對凝析氣的相 態(tài)和凝析油飽和度的變化都存在顯著的影響。 2） 慣性效應(yīng) 慣性效應(yīng)是指油氣在儲層中高速流動下，氣相相對滲透率隨之降低的現(xiàn)象。 s； P? — 壓力梯度， MPa/m。 其中， Yc、 Xc和 Xcmax的關(guān)系如下 : cccc x xxy ? ?? 1max (215) 首先求得式中的各基礎(chǔ)參數(shù) (krg、 kro、μ g、μ o、 Bg、 Bo、ρ g、ρ og、ρ o、 Rs、 Zg、Psc、 Tsc)，再利用 RungeKutta 數(shù)值積分方法對上式 進行積分，則可以得到凝析氣井近井地帶儲層 反 凝析油飽和度和地層壓力之間的關(guān)系。 Xc— 析出凝析油的摩爾含量 。 Psc、 Tsc— 分別為標(biāo)準(zhǔn)壓力、標(biāo)準(zhǔn)溫度 。 So— 凝析油飽和度 。 ρ g，ρ og，ρ o， — 氣、油中溶解氣、油在常溫常壓下的密度 。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 15 μ g，μ o— 氣、油粘度 。阿巴索夫等人在研究反映凝析氣藏儲層中凝析氣反凝析過程的手段時，利用熱動力學(xué)原理對凝析氣井產(chǎn)出物進行分析后，推導(dǎo)出凝析氣藏油氣兩相滲流的二元模型，這是一種具有很強客觀性的模型 ， 根據(jù)該二元模型，可以建立凝析氣井近井地帶滲流過程中凝析油飽和度與壓力之間的關(guān)系。 ’Dell 和 、 、 和 以及 [40]的研究，地層中凝析油的堆積以及凝析油飽和度的增長過程對儲層孔隙空間的滲流能力有著重要的影響。 凝析氣井低產(chǎn)因素分析及增產(chǎn)對策研究 14 兩相區(qū)I 區(qū)：可動氣和可動油II 區(qū)：可動氣和不可動油III 區(qū)：可動氣凝析氣井凝析油凝析氣臨界凝析油飽和度兩相區(qū)區(qū)：可動氣和可動油區(qū)：可動氣和不可動油區(qū)：可動氣凝析氣井凝析油凝析氣兩相區(qū)區(qū)：可動氣和可動油區(qū)：可動氣和不可動油區(qū)：可動氣凝析氣井凝析油凝析氣臨界凝析油飽和度 圖 24凝析氣藏反凝析液分布圖 凝析氣一旦出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象后，凝析油就會占據(jù)儲層孔隙空間中的滲流通道，加大滲流阻力，大幅度降低儲層的滲流能力，即減小了儲層的滲透率，特別是在兩相流動下，減小了氣相的相對滲透率，對氣體的流動產(chǎn)生一個附加的阻力，即凝析表皮系數(shù)，長時間的影響氣井產(chǎn)能。并且隨著氣井的壓降漏斗從近井地帶向遠處延伸，從凝析氣井井底從地層遠處會出現(xiàn)三個流動區(qū)域，見圖 24： 1 區(qū)：井底附近 — 凝析油、氣兩相流動區(qū) 2 區(qū)：中間部分 — 凝析油不流動，凝析氣流動區(qū) 3 區(qū)：遠離近井帶 — 單相凝析氣 流動區(qū) 正常情況下，最先凝析氣是以單相在地層中流動的，一旦氣井井底壓力下降至露點壓力之下，凝析油便會在近井地帶析出，并形成一定的反凝析油飽和度 ； 在反凝析油飽和度達到凝析油臨界流動飽和度之前，近井地帶儲層中仍然為凝析氣單相流動狀態(tài)。因此，高溫對于清除水鎖有著姣好的效果。 9） 巖石潤濕性和界面張 目前大多數(shù)的氣藏都是水濕的，并且原始含水飽和度一般都小于束縛水飽和度，因此，在鉆完井或壓裂過程中，外來流體在毛管壓力作用下，會自吸浸入儲層，形成水鎖效應(yīng)，堵塞滲流通道 ； 張振華等人認為，界面張力 σ 、儲層滲透率 k 和含水飽和度是影響水鎖程度的重要因素 ， 其中界面張力 σ 對水鎖傷害程度的影響是較為顯著的。如果生產(chǎn)壓降較大情況下，毛細管的末端效應(yīng)是會減小到 最低。 從上式可以看出，反滲吸侵入深度和滲透率及接觸時間成正比，也就是說對于低滲西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 13 透率儲層，接觸時間越長，反滲吸水鎖傷害就越是嚴重。 7） 水鎖侵入深度 一般假設(shè)巖心中水驅(qū)氣的過程滿足毛管束多孔介質(zhì)模型，我們根據(jù)滲流力學(xué)的理論，參照 Poiseuille公式 [27]，在驅(qū)替壓差 ()wf g c cp p p p p? ? ? ? ?的作用下，對于毛細管半徑為 r 的毛管中的反滲吸液體流量 q 等于： 凝析氣井低產(chǎn)因素分析及增產(chǎn)對策研究 12 4 ()8 cr p pq l? ???? (27) 式中： ? 是液相粘度， mPaS? ； l 是毛細管長度， cm ； cp 是毛管壓力， MPa。 s； L— 液柱長度， m； P— 驅(qū)替壓力， Pa 如果把上式轉(zhuǎn)換為線速度，則變?yōu)椋? L rPrdTdL ???8c o s24 ?????? ?? (25) 將上式積分，則得到從半徑大小為 r 的毛管中排出長度為 L 的液柱量所需要的時間為： ??? c os2Pr 42 2?? Lt (26) 從上式可以看出，排出液體時間 t 與 毛細管半徑 r 關(guān)系密切，并且 r 越小，液體排出時間 t 越大。特別是外來流體與儲層接觸后，很容易發(fā)生嚴重的侵入，引起水鎖傷害。 5） 毛細管自吸 低滲透儲層中，儲層的原始含水飽和度 Swi 小于儲層束縛水飽和度的現(xiàn)象是非常常見的。 010 1含水飽和度，小數(shù)毛細管壓力，MPak=5000mD,Swirr10% k=500mD,Swirr20%k=10mD,Swirr35% k=,Swirr50%k=,Swirr70% k=,Swirr80% 圖 22束縛水飽和度對巖樣滲透率和毛細管幾何形狀變化的關(guān)系 3） 氣水相滲曲線 對于侵入流體的低飽和度區(qū)間，氣水相對滲透率曲線受到了多孔介質(zhì)中不混相流體的多相流體干擾作用，曲線變化趨勢越是陡峭，說明含水飽和度的增加對氣相滲透率下降的影響作用越是明顯 ； 另一方面，巖石的孔滲性質(zhì)也影響氣水相對滲透率曲線的形態(tài)，巖石越是致密，曲線變化形態(tài)就越是陡峭，即水鎖傷害的程度越嚴重 ，如下圖 23。 2） 含水飽和度 一般說來，氣井儲層的原始含水飽和度都比束縛水飽和度要小，之間存在一個差值，如果這個差值較大，那么地層水侵入儲層后，含水飽和度上升幅度較大，相應(yīng)的對氣相不利的相對滲透率影響越是顯著，水相引起的滲透率傷害潛力就越大。 iai SKA P T ??? (22) 影響水鎖傷害的影響因素 水鎖傷害是導(dǎo)致低滲凝析氣井產(chǎn)能降低的其中一個主要因素，目前業(yè)界內(nèi)普遍認為水鎖傷害的主要影響因素為：儲層滲透率、原始含水飽和度、界面張力大小、水鎖傷害深度、水鎖流體粘度、驅(qū)動壓力、孔喉結(jié)構(gòu)、巖石的礦物類型及含量 [28]。 Bennion 提出的評價水鎖傷害程度的公式如式 (2)，從式中可知儲層滲透率和儲層原始含水飽和度為水鎖效應(yīng)大小的主要因素。 2） 從毛細管力和液鎖指數(shù)上分析水鎖機理 由 Laplace 方程（ 1）式可知，毛管壓力的大小和毛細管孔徑成反比關(guān)系，即 較小孔徑大小的儲層毛管壓力較大；同時大部分氣藏地層為水濕，氣水的潤濕性差別較大，毛管壓力是氣相驅(qū)替水相的阻力，那么反滲吸進入儲層中的水就很不容易拍出來，所以低滲氣井的水鎖傷害就更為嚴重 [23]。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 9 水鎖形成后，從微觀上分析，孔徑較小的毛管產(chǎn)生的毛管壓力越大，流體吸入深度越大，需要的排除時間就越長，因此，小毛管的水鎖效應(yīng)解除難度更大，傷害程度更大，所以一旦地層水通過高滲透帶水淹至井底，低滲區(qū)域的氣體就更難采出了，要想使低滲氣體流致井底，就必須可能較大的毛管壓力和流動阻力，在天然能量下，這是很難的。 圖 21 孔隙結(jié)構(gòu)微觀水鎖示意 1） 從宏觀微觀上分析傷害機理 從宏觀上來分析“水鎖傷害”，對于低滲凝析氣藏，在水平方向和垂直方向上都存在著很強的非均質(zhì)性，即氣藏的滲流能力在空間上是不均勻的 ， 因此，當(dāng)?shù)貙铀秩雰雍?，首先會順著高滲透通道流入氣井井底，高滲區(qū)域的滲流通道被液體占據(jù)后使得氣相滲流阻力增大，氣相滲透率嚴重降低，同時低滲透區(qū)域的氣體無法匯流致高滲透通道，致使低滲區(qū)域中的氣體無法開采出來。因此，深刻研究水鎖傷害機理及其解除方法，對于低孔低滲凝析氣井的開發(fā)具有很重要的意義。可見土酸的注入在解除 反滲吸水鎖，恢復(fù)儲層滲流能力，效果明顯 ； 4） 對 AT114 井 高滲透層長巖心分別開展 “乳化油堵水”和“高溫凍膠堵水” 堵水效果實驗評價研究，實驗結(jié)果表明高溫凍膠的堵水效果好得多； 凝膠堵水的最終滲透率為 103μ m2，乳化油堵水的最終滲透率為 103μ m2，可見從滲透率來看，凝膠的堵水效果好很多；凝膠堵水的最終封堵率為 %，乳化油堵水的最終封堵率為 %，可見從封堵率參數(shù)來看，凝膠的耐沖刷性能更好；高溫凍膠堵水 后，再注入