陳存良，張 林，唐 婧

（ 1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司氣田開(kāi)發(fā)處，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

本次通過(guò)對(duì)蘇里格氣田x 區(qū)儲(chǔ)層滲流特征的研究，明確了低滲儲(chǔ)層巖石孔隙中水的賦存狀態(tài)、氣水滲流特征及其對(duì)開(kāi)發(fā)的影響，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，為氣井的合理井距提出建議。從產(chǎn)水氣井影響范圍來(lái)看，蘇里格東區(qū)產(chǎn)水井已呈大面積分布形勢(shì)，目前產(chǎn)水井占井?dāng)?shù)的65.8 %，占產(chǎn)量的33.5 %。

1 低滲儲(chǔ)層孔隙中水的賦存狀態(tài)

低滲儲(chǔ)層孔隙中水以可動(dòng)水和殘余水兩種形式存在， 氣體流動(dòng)過(guò)程中其賦存狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。 孔滲越小，則孔隙中可動(dòng)水越少，小孔隙中水主要以殘余水形式存在。 隨著氣驅(qū)壓力增大， 大孔隙中的水逐漸被驅(qū)出，小孔隙中的部分水也將被驅(qū)出。殘余水主要是由于卡斷和繞流形成的，賦存在喉道、盲孔和細(xì)小喉道包圍的孔隙中，可動(dòng)水主要存在于大孔隙喉道中，大孔隙越多，滲透率越高則可動(dòng)水越多。

1.1 核磁共振技術(shù)

核磁共振測(cè)試可很好地分析多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)及其中流體的流動(dòng)特征[1-3]。 其原理是當(dāng)含油或水的樣品處于均勻靜磁場(chǎng)中時(shí)，流體中所含的氫核H1就會(huì)被磁場(chǎng)極化，宏觀上表現(xiàn)出一個(gè)磁化矢量。此時(shí)對(duì)樣品施加一定頻率（ 拉莫頻率）的射頻場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生核磁共振，隨后撤掉射頻場(chǎng)， 可接收到一個(gè)幅度隨著時(shí)間以指數(shù)函數(shù)衰減的信號(hào)， 可用兩個(gè)參數(shù)描述該信號(hào)衰減的快慢：縱向馳豫時(shí)間T1和橫向馳豫時(shí)間T2。 在巖石核磁共振測(cè)量中，一般采用T2測(cè)量法。 根據(jù)核磁共振理論分析，T1和T2均反映巖石孔隙比表面的大小，即：

式中：T2-單個(gè)孔隙內(nèi)流體的核磁共振T2弛豫時(shí)間，ρ-巖石表面弛豫強(qiáng)度常數(shù)，S/V-單個(gè)孔隙的比表面。

巖石多孔介質(zhì)是由不同大小孔隙組成的， 存在多種指數(shù)衰減信號(hào)，總的核磁弛豫信號(hào)S（ t）是不同大小孔隙的核磁弛豫信號(hào)的疊加：

式中：T2i-第i 類(lèi)孔隙的T2弛豫時(shí)間，Ai-弛豫時(shí)間為T(mén)2i的孔隙所占的比例，對(duì)應(yīng)于巖石多孔介質(zhì)內(nèi)在的孔隙比表面（ S/V）或孔隙半徑（ r）的分布比例。

在獲取T2衰減疊加曲線后， 采用數(shù)學(xué)反演技術(shù)，可以計(jì)算出不同弛豫時(shí)間（ T2）的流體所占的份額，即所謂的T2弛豫時(shí)間譜（ T2譜）。 由上述公式可知，T2譜實(shí)際上代表了巖石內(nèi)的孔隙半徑分布情況，即T2值越大，代表的孔隙也越大。 從油層物理學(xué)中可知，當(dāng)孔隙半徑小到某一程度后， 孔隙中的流體將被毛管力或粘滯力等所束縛而無(wú)法流動(dòng)。 因此在T2譜上就存在一個(gè)界限，當(dāng)孔隙流體的T2弛豫時(shí)間大于某一值時(shí)，流體為可動(dòng)流體，反之為不可動(dòng)流體，這個(gè)T2弛豫時(shí)間界限，常被稱(chēng)為可動(dòng)流體T2截止值。

根據(jù)上述原理可知， 采用核磁共振技術(shù)能夠準(zhǔn)確地測(cè)量得到巖樣中的可動(dòng)流體含量和殘余水飽和度等參數(shù)。 采用核磁共振測(cè)試了蘇里格氣田x 區(qū)不同物性的巖心，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究，可動(dòng)水和殘余水在T2譜上的截止值在12 ms～16 ms。

圖1 蘇里格氣田x 區(qū)儲(chǔ)層巖心核磁共振測(cè)試結(jié)果

圖2 可動(dòng)水飽和度與大喉道比例關(guān)系圖

圖3 可動(dòng)水飽和度與滲透率關(guān)系

圖4 兩塊巖心毛管壓力曲線對(duì)比

當(dāng)喉道半徑大于0.1 μm 的比例從21.55 %增至53.17 %時(shí)， 巖心孔隙中可動(dòng)水飽和度從7.5 %增至23.3 %， 巖心滲透率從0.009 4 mD 增至1.45 mD 時(shí)，可動(dòng)水飽和度從7.5 %增至23.3 %。 從圖3 來(lái)看，滲透率為0.1 mD 和0.358 mD 的巖心可動(dòng)水飽和度反常，滲透率為0.358 mD 的巖心可動(dòng)水飽和度比滲透率為0.1 mD 的巖心可動(dòng)水飽和度小，通過(guò)毛管壓力曲線對(duì)這兩塊巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析， 分析發(fā)現(xiàn)滲透率為0.1 mD 的巖心毛管壓力曲線在低進(jìn)汞飽和度下的曲線比滲透率為0.358 mD 的曲線低（ 見(jiàn)圖4），這說(shuō)明它的大孔隙比0.358 mD 的多，所以其可動(dòng)水飽和度高一些，所以巖心孔隙中可動(dòng)水飽和度、殘余水飽和度是與巖心自身孔隙結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的一個(gè)參數(shù)， 是制定開(kāi)發(fā)方案時(shí)需要考慮的一個(gè)重要參數(shù)。 綜合測(cè)試統(tǒng)計(jì)蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層巖心可動(dòng)水飽和度5 %～25 %，殘余水飽和度較高60 %～80 %。

1.2 滲流臨界流動(dòng)壓力梯度

1.2.1 測(cè)試方法 選擇巖心基本參數(shù)（ 見(jiàn)表1）。 巖心分為兩組，每組巖心滲透率都很接近，第一組巖心滲透率分別為0.094 mD，0.095 mD，0.096 mD， 第二組巖心滲透率分別為0.659 mD，0.675 mD，0.873 mD， 第三組巖心滲透率分別為1.39 mD，1.6 mD，1.6 mD。

實(shí)驗(yàn)方法主要采用逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)。

第一組巖心為例說(shuō)明逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)方法和步驟：

第一步：將巖心放置在烘箱中完全烘干。

第二步： 選擇巖心蘇東x（ 4-37/72）（ 巖心長(zhǎng)度6.581 cm），裝入巖心夾持器中，加圍壓至40 MPa（ 模擬地層原始?jí)毫l件）[4]。

第三步：設(shè)置氣驅(qū)壓力從低壓（ 0.1 MPa）開(kāi)始進(jìn)行逐級(jí)增壓氣驅(qū)（ 最大壓力7.0 MPa），每個(gè)壓力點(diǎn)氣驅(qū)至少0.5 h，氣驅(qū)初始可動(dòng)點(diǎn)（ P0）驅(qū)替1 h 以上直至穩(wěn)定，采用皂沫流量計(jì)測(cè)試流量， 高精度壓力傳感器記錄壓力，計(jì)算氣相滲透率。

第四步：對(duì)第一塊巖心蘇東x（ 4-37/72）測(cè)試完畢后，不用取出巖心，在這基礎(chǔ)上直接將巖心蘇東x（ 3-51/75）裝入這一巖心夾持器中，這樣巖心長(zhǎng)度就增加了1 倍（ 巖心長(zhǎng)度達(dá)13.126 cm），加圍壓至40 MPa，重復(fù)第三步測(cè)試過(guò)程。測(cè)試完畢后再將召w 井（ 3-24/29）裝入巖心夾持器巖心長(zhǎng)度達(dá)19.691 cm，再次重復(fù)第三步測(cè)試。

第五步：第四步結(jié)束后，將圍壓降為10 MPa，再次重復(fù)第三步。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.2.2 測(cè)試結(jié)果 對(duì)蘇東x（ 4-37/72）巖心進(jìn)行氣驅(qū)，氣驅(qū)壓力為0.14 MPa、0.32 MPa、0.53 MPa…5.02 MPa，共計(jì)11 個(gè)氣驅(qū)壓力點(diǎn)， 每個(gè)壓力點(diǎn)至少氣驅(qū)30 min以上，結(jié)果表明：對(duì)于該巖心，氣驅(qū)壓力大于1.2 MPa時(shí)出口端才測(cè)到氣流量， 說(shuō)明氣體通過(guò)該巖心時(shí)需要大于一定的臨界流動(dòng)壓力才能有效流動(dòng)； 采用同樣的方法，將巖心加長(zhǎng)后再進(jìn)行氣驅(qū)，當(dāng)對(duì)蘇東x（ 4-37/72+3-51/75）兩塊巖心組合后進(jìn)行氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)氣驅(qū)壓力大于2 MPa 后巖心出口端才檢測(cè)到氣體流量，當(dāng)對(duì)蘇東x（ 4-37/72+3-51/75）+召x（ 3-24/29）三塊巖心組合后進(jìn)行氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)氣驅(qū)壓力大于4 MPa后巖心出口端才檢測(cè)到氣體流量，這說(shuō)明巖心加長(zhǎng)后，氣體通過(guò)時(shí)需要的臨界流動(dòng)壓力也在增加， 表現(xiàn)為臨界流動(dòng)壓力梯度。

第三組巖心在圍壓為40 MPa 下巖心滲透率為0.38 mD。 改組巖心增壓氣驅(qū)結(jié)果表明，即使三塊巖心組合在一起， 在0.1 MPa 氣驅(qū)壓力下出口端就會(huì)檢測(cè)到氣流量。 但氣流量和氣驅(qū)壓力之間表現(xiàn)出非線性關(guān)系，特別是在低壓氣驅(qū)階段比較明顯。 通過(guò)回歸發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量為零時(shí)，氣驅(qū)壓力大于零，說(shuō)明這種非線性應(yīng)該是由于臨界流動(dòng)壓力造成。

為了進(jìn)一步證實(shí)氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中氣體臨界流動(dòng)壓力的存在，對(duì)含水巖心采用增壓氣驅(qū)，對(duì)第二組三塊巖心進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

表1 巖心基本參數(shù)

將三塊巖心組合并完全飽和水， 然后氣驅(qū)壓力從0.1 MPa 開(kāi)始逐級(jí)提高進(jìn)行氣驅(qū)， 建立不同含水飽和度， 在不同含水飽和度下對(duì)巖心飽和氣約等于氣藏原始儲(chǔ)層壓力（ 28 MPa）。

圖5 第一組巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了保證實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和有效性，在這組實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)氣驅(qū)壓力下保持較長(zhǎng)氣驅(qū)時(shí)間（ 幾個(gè)小時(shí)至十幾個(gè)小時(shí)）。巖心完全飽和水（ Sw=100 %）時(shí)逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（ 見(jiàn)圖7）。 分析可以得出：在完全飽和水的狀態(tài)下，在氣驅(qū)壓力為2.92 MPa 進(jìn)行氣驅(qū)580 min，出口檢測(cè)不到氣流量， 當(dāng)氣驅(qū)壓力提高至3.54 MPa 時(shí)，氣驅(qū)502 min 內(nèi)在巖心出口端檢測(cè)到了氣體流量， 說(shuō)明在這種狀態(tài)氣體臨界流動(dòng)壓力在2.92 MPa～3.54 MPa，該組氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)在氣驅(qū)壓力為6.15 MPa，氣驅(qū)進(jìn)行280 min后結(jié)束，結(jié)束時(shí)的巖心含水飽和度為72.5 %。

將巖心從巖心夾持器中取出， 使巖心孔隙中的氣釋放出來(lái)， 然后再裝入巖心夾持器使巖心處于相同的實(shí)驗(yàn)條件，再次從低壓到高壓進(jìn)行增壓氣驅(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（ 見(jiàn)圖8）。 分析可以得出：在含水飽和度為72.5 %時(shí)，在氣驅(qū)壓力為1.82 MPa 進(jìn)行氣驅(qū)1 280 min， 出口檢測(cè)不到氣流量，當(dāng)氣驅(qū)壓力提高至2.01 MPa 時(shí)，氣驅(qū)480 min 內(nèi)在巖心出口端檢測(cè)到了氣體流量，說(shuō)明在這種狀態(tài)氣體臨界流動(dòng)壓力在1.82 MPa～2.01 MPa， 該組氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)在氣驅(qū)壓力為6.02 MPa 下氣驅(qū)進(jìn)行210 min 后結(jié)束，結(jié)束時(shí)的巖心含水飽和度為64.4%。

圖6 第三組巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7 巖心含水飽和度Sw=100 %時(shí)逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

再次將巖心從巖心夾持器中取出， 使巖心孔隙中的氣釋放出來(lái)， 然后再裝入巖心夾持器使巖心處于相同的實(shí)驗(yàn)條件，再次從低壓到高壓進(jìn)行增壓氣驅(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（ 見(jiàn)圖9）。分析可以得出：在含水飽和度為64.4 %時(shí)，在氣驅(qū)壓力為0.99 MPa 進(jìn)行氣驅(qū)720 min，出口檢測(cè)不到氣流量，當(dāng)氣驅(qū)壓力提高至1.21 MPa 時(shí)，氣驅(qū)360 min 內(nèi)在巖心出口端檢測(cè)到了氣體流量，說(shuō)明在這種狀態(tài)氣體臨界流動(dòng)壓力在0.99 MPa～1.21 MPa，該組氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)在氣驅(qū)壓力為1.49 MPa 下氣驅(qū)進(jìn)行1 020 min后結(jié)束，結(jié)束時(shí)的巖心含水飽和度為62.3 %。

1.3 臨界流動(dòng)壓力梯度對(duì)氣田開(kāi)發(fā)的影響

1.3.1 臨界流動(dòng)壓力梯度 綜合上述臨界流動(dòng)壓力[5-7]的影響因素，選取滲透率為1.3 mD，含水飽和度48.9 %的巖心，在上覆壓力為40 MPa 時(shí)，計(jì)算出臨界流動(dòng)壓力梯度為0.007 6 MPa/m。

1.3.2 單井控制范圍 根據(jù)氣體滲流理論， 穩(wěn)定滲流時(shí)的地層中任一點(diǎn)的壓力梯度為：

圖8 巖心含水飽和度Sw=72.5 %時(shí)逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

若要求取供給邊緣處的壓力梯度值，此時(shí)p=pe，r=re，代入上式，可得到邊緣處的壓力梯度值。 實(shí)際氣藏開(kāi)發(fā)中， 隨著井底壓力降低到某一程度而不能滿足井口輸氣壓力時(shí)，即為最小井底流壓，此時(shí)即可求得最大的供給半徑和相應(yīng)的邊緣壓力梯度。

當(dāng)已知pe、pwfmin、rw和臨界流動(dòng)壓力梯度時(shí)， 通過(guò)上式即可求出氣井的最大供給邊緣半徑re，將re乘2，即可得到最大井距值。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出臨界流動(dòng)壓力梯度為dp/dr=0.007 6 MPa，取邊界壓力為28 MPa，取最小井底流壓為2.0 MPa、井筒半徑值為0.1 m，則可算出該區(qū)單井最大控制半徑為236 m 左右。

圖9 巖心含水飽和度Sw=64.4 %時(shí)逐級(jí)增壓氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)論

（ 1）蘇里格氣田東區(qū)以可動(dòng)水和殘余水兩種形式存在， 核磁共振表明，可動(dòng)水飽和度5 %～25 %，殘余水飽和度較高60 %～80 %。

（ 2）通過(guò)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，初步確定該區(qū)儲(chǔ)層臨界流動(dòng)壓力梯度為0.007 6 MPa/m。

（ 3）結(jié)合氣體滲流機(jī)理，初步計(jì)算該區(qū)單井最大控制半徑為236 m，井距為472 m，說(shuō)明目前該區(qū)采用的600 m 井距還有一定的加密空間。

（ 4）該方法是在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井網(wǎng)確定有一定指導(dǎo)意義， 但還需在地質(zhì)砂體精細(xì)解剖、干擾試井等工作的基礎(chǔ)上合理確定開(kāi)發(fā)井網(wǎng)。

圖10 臨界流動(dòng)壓力與巖心長(zhǎng)度關(guān)系圖

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