梅 丹，胡 勇，王 倩

(1.自然資源部 油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100034；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司 天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065007)

國(guó)內(nèi)外大量的研究成果表明[1-12]，裂縫是天然氣藏的有效儲(chǔ)集空間和重要滲流通道，對(duì)天然氣的運(yùn)移、儲(chǔ)集、產(chǎn)出發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國(guó)氣藏開發(fā)實(shí)踐表明，多數(shù)氣藏儲(chǔ)層均發(fā)育裂縫，如我國(guó)庫(kù)車深層碎屑巖、四川石炭系碳酸鹽巖以及威遠(yuǎn)震旦系等氣藏儲(chǔ)層裂縫均十分發(fā)育。裂縫系統(tǒng)的存在對(duì)于增加地層巖石滲透率十分重要，對(duì)氣藏高產(chǎn)的貢獻(xiàn)十分明顯，因此，裂縫研究是氣藏高效開發(fā)不可缺少的重要工作之一。

目前，關(guān)于儲(chǔ)層裂縫評(píng)價(jià)以及對(duì)氣井產(chǎn)能影響等方面的研究已有大量的報(bào)道[13-17]，主要通過氣藏工程以及試井分析等方法，在裂縫描述、裂縫儲(chǔ)層滲透率評(píng)價(jià)以及裂縫對(duì)氣藏產(chǎn)能的貢獻(xiàn)等方面均取得了較好認(rèn)識(shí)。但是，如何通過室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖心定量造縫并進(jìn)行滲透率測(cè)試，量化分析裂縫對(duì)氣藏儲(chǔ)層滲透率及氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)仍是科研工作者面臨的難題，也是氣藏科學(xué)開發(fā)工作必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文嘗試性地采用人工巖心定量造縫的方法，綜合考慮裂縫尺度(縫高、縫寬、裂縫貫通程度)，對(duì)造縫后的巖心模型開展氣測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分別研究了裂縫貫通和非貫通2種情景下對(duì)儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上，綜合考慮裂縫導(dǎo)流能力、裂縫溝通能力和基質(zhì)供氣能力三方面因素，建立了裂縫對(duì)巖石滲透率貢獻(xiàn)的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了裂縫對(duì)巖石滲透率貢獻(xiàn)的量化評(píng)價(jià)。研究成果對(duì)于認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)巖石滲透性具有一定的指導(dǎo)作用。

1 巖心實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用巖心為人造砂巖巖心，在巖心制作過程中實(shí)現(xiàn)定量造縫，然后分別測(cè)試基質(zhì)巖心和裂縫巖心的滲透率，評(píng)價(jià)裂縫對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)用巖心及裂縫形態(tài)特征見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與認(rèn)識(shí)

1.2.1 裂縫貫通程度對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)

以滲透率為3.76×10-3μm2的巖心基質(zhì)為例，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了裂縫貫通程度對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)(圖1)?？梢钥闯?，相對(duì)于巖心基質(zhì)來講，非貫通裂縫(貫通程度20%，40%，60%，80%)對(duì)儲(chǔ)層滲透率也存在一定的貢獻(xiàn)，可以改善儲(chǔ)層的整體滲透率，隨貫通程度增加對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)也增加，但對(duì)儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)有限，非貫通裂縫巖心滲透率是基質(zhì)滲透率的10倍以內(nèi)；當(dāng)巖心存在貫通裂縫(即貫通程度100%)時(shí)，其滲透率是基質(zhì)巖心的幾十上百倍，對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)一般在80%以上。

表1 實(shí)驗(yàn)用巖心及裂縫形態(tài)特征

Table 1 Cores used in experiments and fracture morphological characteristics

圖1 裂縫貫通程度對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)

1.2.2 貫通裂縫開度對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同貫通裂縫開度對(duì)儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)(圖2)。分析結(jié)果可以得出，儲(chǔ)層滲透率受貫通裂縫開度的影響較大，隨裂縫開度增加而增加，特別是開度大于0.007 cm2的裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)可達(dá)幾十到上百倍，且基質(zhì)滲透率越低，滲透率增幅越大。

2 儲(chǔ)層裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)

2.1 氣井模型

建立氣藏儲(chǔ)層存在貫通裂縫的直井模型(圖3)。

2.2 儲(chǔ)層裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)

對(duì)于裂縫儲(chǔ)層直井模型，氣井產(chǎn)能(Q)主要由基質(zhì)供氣(Qm)、裂縫供氣(Qf)、基質(zhì)向裂縫供氣(Qmf)3個(gè)部分組成，即：

圖2 貫通裂縫開度對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)

圖3 儲(chǔ)層有貫通裂縫連通氣井的直井模型

Q=Qm+Qf+Qmf

(1)

對(duì)于單向流直井模型，氣井總產(chǎn)能計(jì)算方法見公式(2)：

(2)

式中：Q為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的產(chǎn)氣量，m3/d；Ta為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，K；K為儲(chǔ)層綜合滲透率，10-3μm2；A為儲(chǔ)層向井筒的過氣面積，m2；Pe為邊界處的壓力，MPa；Pw為井底流壓，MPa。Z為氣體偏差系數(shù)；Pa為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力，MPa；Tf為氣層溫度，K；μ為氣體黏度，mPa·s；L為井控距離，m。

其中，基質(zhì)向井筒供氣見公式(3)：

(3)

式中：Qm為基質(zhì)供氣能力，m3/d；Km為基質(zhì)滲透率，10-3μm2；Am=2πrwH，為儲(chǔ)層基質(zhì)向井筒供氣面積，m2。

裂縫向井筒供氣見公式(4)：

(4)

式中：Qf為裂縫供氣能力，m3/d；Kf=K-Km，為裂縫滲透率，10-3μm2；Af=wfHfn，為裂縫向井筒供氣面積，m2；n為裂縫條數(shù)。

基質(zhì)向裂縫供氣見公式(5)：

(5)

式中：Qmf為基質(zhì)向裂縫供氣能力，m3/d；Amf=2LfHfn，為基質(zhì)向裂縫供氣面積，m2。

裂縫對(duì)氣井總產(chǎn)能的貢獻(xiàn)(γ)見公式(6)：

(6)

將公式(2)—(5)代入公式(6)得出公式(7)：

(7)

式中：γ為裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)，%。

3 實(shí)例計(jì)算

以A氣田為對(duì)象，對(duì)6口氣井開展裂縫產(chǎn)能貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)，氣井的基本參數(shù)見表2。

將表2中的參數(shù)代入公式(7)，計(jì)算結(jié)果見圖4，計(jì)算6口氣井儲(chǔ)層裂縫對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)在82.7%～99.1%之間，平均為94.5%，表明氣田儲(chǔ)層裂縫對(duì)氣井高產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

4 結(jié)論

(1)通過巖心人工定量造縫，實(shí)現(xiàn)了量化評(píng)價(jià)裂縫對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，裂縫對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)分為2種情形，一是儲(chǔ)層內(nèi)部存在非貫通裂縫時(shí)，相對(duì)于巖心基質(zhì)來講，非貫通裂縫(貫通程度20%，40%，60%，80%)對(duì)儲(chǔ)層滲透率也存在一定貢獻(xiàn)，可以改善儲(chǔ)層的整體滲透率，隨貫通程度增加，對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)也增加，但對(duì)儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)有限，非貫通裂縫巖心滲透率是基質(zhì)滲透率的10倍以內(nèi)；二是儲(chǔ)層存在貫通裂縫(即貫通程度100%)時(shí)，其滲透率是基質(zhì)巖心的幾十到上百倍，對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)一般在80%以上，與裂縫的開度關(guān)系密切。

表2 A氣田氣井基礎(chǔ)參數(shù)

圖4 裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)

(2)建立了儲(chǔ)層裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了裂縫對(duì)氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)的量化評(píng)價(jià)，并以A氣田為例進(jìn)行實(shí)際計(jì)算，6口氣井的儲(chǔ)層裂縫對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)在82.7%～99.1%之間，平均為94.5%，這表明氣田儲(chǔ)層裂縫對(duì)氣井高產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。