胡 勇 王繼平 王 予 李少輝 周夢飛焦春艷 郭長敏 賈玉澤 江良冀

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油長慶油氣田公司 3. 中國科學院大學

0 引言

砂巖儲層氣相滲流通道大小是決定天然氣滲流能力的關鍵參數(shù)[1-5]，但受巖石儲集空間賦存水的影響，地層含水條件下真實氣相滲流通道大小與室內干燥巖心實驗測試結果往往存在較大差異，目前難以實現(xiàn)量化評價，氣藏開發(fā)評價時難以獲得可靠的參數(shù)。

關于含水飽和度對砂巖滲透率的影響，國內外學者對不同氣田物性條件下含水飽和度和有效應力對滲透率的影響，開展了大量工作，獲得了相應的成果和認識[6-26]。如李熙喆、盧德唐、羅瑞蘭等在2019年首次提出“主流通道指數(shù)”這一概念實現(xiàn)砂巖滲流通道類型定量劃分[27]；李熙喆、羅瑞蘭、胡勇于2020年進一步對孔隙型砂巖儲層主流通道指數(shù)及其應用進行了研究[28]。但這些研究均未建立定量的方法，對地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小進行量化評價。

針對以上問題，筆者利用地層含水條件下氣相滲透率與地面干燥巖心氣測滲透率比值，定義了“氣相滲流通道指數(shù)”這一指標，將巖心復雜的孔喉系統(tǒng)簡化成單一圓管模型，結合圓管模型的滲透率與圓管半徑關系和“氣相滲流通道指數(shù)”定義，建立地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小量化評價方法和數(shù)學模型，在實驗室測得巖心滲透率、孔喉半徑等參數(shù)時即可實現(xiàn)地層條件下量化評價，為氣藏科學開發(fā)提供及時可靠參數(shù)依據(jù)。利用該方法，以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田儲層為例，選用不同滲透率砂巖巖心開展評價工作，揭示了地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小特征，明確了孔喉空間賦存水對氣相滲流能力的影響，研究成果和進展對于類似氣藏開發(fā)具有指導意義。

1 氣相滲流通道指數(shù)的定義和特征

1.1 定義

利用地層含水條件氣相滲透率與地面干燥巖心氣測滲透率比值，定義了“氣相滲流通道指數(shù)”這一指標，即λg，表征的是儲層在地層含水條件下的氣相滲能力與地面干燥條件下的差異，其計算公式如下：

1.2 實驗評價

選用鄂爾多斯盆地蘇里格氣田不同滲透率砂巖巖心，測試了含水飽和度分別為0%、30%、40%、50%時的氣測滲透率，根據(jù)定義評價了λg特征，如圖1所示；并以含水飽和度Sw=0%作為基準，計算了Sw＝30%、40%、50%條件下λg的下降幅度（圖2）。研究表明，λg具有以下特征：①不同滲透率儲層的λg差異較大，且與含水飽和度大小關系密切，基質越致密、含水飽和度越大則λg越?。虎趯τ跐B透率小于等于0.1 mD的砂巖，λg小于等于0.2，含水飽和度增加導致λg下降45%～90%；對于滲透率介于0.1～1.0 mD的砂巖，λg介于0.2～0.6之間，含水飽和度增加導致λg下降20%～40%；對于地層滲透率大于等于1.0 mD的砂巖，λg大于等于0.6，含水飽和度增加導致λg下降幅度小于等于20%；③當滲透率小于等于1.0 mD時，λg隨滲透率下降而快速降低，且含水飽和度越高，λg下降幅度越明顯，表明含水飽和度對低滲、致密儲層氣相滲流能力的影響要遠高于中高滲儲層。因此，在開展氣藏評價尤其是低滲、致密氣評價時，要高度關注含水飽和度變化對儲層氣相滲流的影響。

圖1 氣相滲流通道指數(shù)特征圖

圖2 含水飽和度對氣相滲流通道指數(shù)的影響圖

1.3 礦場結果與特征

相關文獻[27]通過對中國25個大氣田儲層物性的大數(shù)據(jù)分析和理論推導，利用試井[29]獲取的綜合滲透率（代表地層條件下砂巖儲層綜合滲透率，是裂縫、基質滲流能力的綜合表征）與巖心測試或測井解釋得到的基質滲透率（代表不含裂縫的基質滲透率）之比值定義了“主流通道指數(shù)”。本文中定義的“氣相滲流通道指數(shù)”主要針對的是不含裂縫的砂巖儲層基質，對于裂縫不發(fā)育的低滲致密砂巖儲層，該參數(shù)與上述文獻中定義的“主流通道指數(shù)”具有同等意義。選取蘇6、蘇20、蘇東、蘇西等典型孔隙型砂巖儲層為研究對象，將其“主流通道指數(shù)”與本文定義的“氣相滲流通道指數(shù)”進行對比，正負差異均小于等于5%（表1），兩者吻合良好，表明實驗室測試得到的氣相滲流通道指數(shù)具有可靠性。

表1 礦場與實驗結果表

2 氣相滲流通道大小評價方法

2.1 氣相滲流通道模型

致密砂巖真實巖心的氣相滲流通道由數(shù)量眾多但大小不一的孔喉組成（圖3a），氣水在這些孔喉中的流動較為復雜，難以進行量化精細評價。在相同壓差條件下，通過真實巖心復雜孔喉的氣體體積流量與通過簡化后的圓管管道流量相等，將巖心復雜的孔喉系統(tǒng)簡化成單一圓管模型；再結合圓管模型的滲透率與圓管半徑的關系，按“氣相滲流通道指數(shù)”定義，建立地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小的量化評價方法和數(shù)學模型，這樣在實驗室測得巖心滲透率、孔喉半徑等參數(shù)時，即可實現(xiàn)地層條件下的量化評價。

地面干燥巖心測試得到的氣相滲流通道半徑不受孔隙空間賦存水的影響，因此，此時測得的值是最大的，以表示（圖3b）；而在地層含水條件下，孔喉中會賦存一定量的水，此時測得氣相滲流通道半徑小于干燥巖心條件下的值，表示（圖3c）。

圖3 巖心圓管模型示意圖

2.2 評價方法

通過砂巖儲層體積流量計算方法如下：

氣體流過管道截面體積流量可以表示如下：

對于同一根管道，在相同壓差條件下，式（2）和式（3）代表的流量是一致的，因此，可以得出儲層氣相滲透率與氣相滲流通道半徑的平方呈正比，即

由此得出地層含水條件氣相滲透率為：

干燥巖心氣測滲透率為：

在式（5）和（式6）中，地層含水條件下氣相滲透率、地面干燥條件下氣相滲透率、地面干燥條件下巖心氣相滲流通道半徑，均可通過實驗測試方法直接測得結果，因此，地層含水條件下氣相滲流通道半徑的計算方法如下：

3 地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小評價

3.1 地面干燥巖心氣相滲流通道大小

地面條件氣相滲流通道大小，一般可以通過高壓壓汞和鑄體薄片等實驗測得，胡勇、李熙喆等[30]對砂巖儲層孔喉大小及組成特征進行了系統(tǒng)測試，建立了不同滲透率砂巖孔喉大小及組成特征圖版（圖4）。由于砂巖孔喉結構較為復雜，筆者計算時選用中值孔喉半徑代表地面干燥巖心氣相滲流通道大小。根據(jù)測試結果，不同滲透率的干燥砂巖分別對應的中值孔喉半徑為：滲透率84.950 0 mD對應4.80 μm；滲透率3.168 0 mD對應0.90 μm；滲透率0.793 0 mD對應0.35 μm；滲透率0.321 0 mD對應0.12 μm；滲透率0.058 0 mD對應0.014 μm；滲透率0.005 5 mD 對應 0.007 5 μm。

3.2 地層含水條件砂巖儲層氣相滲流通道大小

根據(jù)式（6），評價了含水飽和度分別為30%、40%、50%條件下氣相滲流通道中值半徑大?。▓D5）；在此基礎上，以地面干燥巖心氣相滲流通道中值半徑為基準，計算了含水飽和度分別為30%、40%、50%時造成的氣相滲流通道中值半徑減小幅度（圖6）。地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道中值半徑，小于地面干燥巖心實驗測試結果，總體上隨含水飽和度增加而減小，但不同滲透率砂巖減小幅度有所差異。

圖5 氣相滲流通道大小評價結果圖

圖6 含水飽和度增加導致氣相滲流通道減小幅度圖

1）對于滲透率小于等于0.1 mD的砂巖，地層含水條件下氣相滲流通道中值半徑小于等于0.05 μm，較地面干燥巖心減小60%～93%。Sw為30%時，氣相滲流通道中值半徑小于等于0.048 μm，減小60%～87%；Sw為40%時，氣相滲流通道中值半徑小于等于0.041 μm，減小65%～90%；Sw為50%時，氣相滲流通道中值半徑小于等于0.031 μm，減小75%～93%。表明對于這類滲流通道小的砂巖儲層，孔喉空間賦存水對氣相滲流能力存在顯著影響。

2）對于滲透率為0.1～1.0 mD的砂巖，地層含水條件下氣相滲流通道半徑小于等于0.5 μm，較地面干燥巖心減小20%～75%。Sw為30%時，氣相滲流通道中值半徑為0.048～0.500 μm，減小20%～60%；Sw為40%時，氣相滲流通道中值半徑為0.041～0.450 μm，減小25%～65%；Sw為50%時，氣相滲流通道中值半徑均小于等于0.031～0.300 μm，減小45%～75%。表明孔喉空間賦存水對部分儲層氣相滲流能力存在一定影響。

3）對于滲透率大于等于1.0 mD的砂巖，即使含水飽和度達到50%時，其氣相滲流通道中值半徑，較地面干燥巖心減小幅度小于等于40%，這類儲層氣相滲流通道較大，氣水均易流動，含水飽和度大小對氣相滲流影響不大。

4 結論與認識

1）利用地層含水條件孔隙型砂巖儲層氣相滲透率與地面干燥巖心氣相滲透率比值，定義了“氣相滲流通道指數(shù)”這一指標，建立了一套地層條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小的量化評價方法和數(shù)學模型。

2）揭示了地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道大小的變化特征，明確了孔喉空間賦存水對氣相滲流能力的影響：地層含水條件下砂巖儲層氣相滲流通道中值半徑小于地面干燥巖心實驗測試結果，總體上隨含水飽和度增加而減小，但不同滲透率砂巖減小幅度有所差異；孔喉空間賦存水對低滲—致密砂巖氣相滲流能力影響十分顯著，對揭示開發(fā)過程中水對儲層的傷害具有重要意義。

符 號 說 明

λg表示氣相滲流通道指數(shù)，無因次；Q表示單位時間流量，cm3/s；K表示滲透率，mD；r表示滲流通道半徑，μm；μ表示流體黏度，mPa·s；Δp表示滲流壓差，MPa；L表示滲流路徑長度，cm；表示地面常規(guī)氣相滲透率，mD，代表的是不受應力和含水飽和度作用的干燥巖心的氣相滲流能力；表示地層條件氣相滲透率，mD，代表的是將巖心恢復至地層真實應力和含水飽和度條件下測得的氣相滲流能力；表示地面常規(guī)氣相滲流通道，μm；表示地層條件氣相滲流通道，μm。