齊桂雪，李中超，劉平，鄧瑞健，王燕麗，高志飛，陳華，景洪信

（1.中國(guó)石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001；2.中國(guó)石化中原油田分公司，河南 濮陽(yáng) 457001；3.中國(guó)石化中原油田分公司濮東采油廠，河南 濮陽(yáng) 457000；4.中國(guó)石化中原油田分公司油氣加工技術(shù)服務(wù)中心，河南 濮陽(yáng) 457000）

0 引言

受限于早期前蘇聯(lián)凝析氣藏的開發(fā)思路和國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)水平，凝析氣藏在投產(chǎn)初期采用衰竭式開采，造成近井區(qū)域反凝析污染[1-4]，嚴(yán)重影響產(chǎn)能，而且這種污染在低滲、特低滲儲(chǔ)層更為嚴(yán)重[5-7]。油氣田專家和現(xiàn)場(chǎng)工作者根據(jù)各自的礦場(chǎng)情況，普遍采用壓裂等增產(chǎn)方法[8-10]，雖有一定效果，但尚未從根本上改變這種困境。國(guó)內(nèi)外調(diào)研表明，注氣保壓可以緩解反凝析進(jìn)程、恢復(fù)氣井產(chǎn)能[11-15]，但是，目前的非均質(zhì)性研究主要集中于層間干擾，低滲儲(chǔ)層人工壓裂形成近井儲(chǔ)層高滲條帶對(duì)氣驅(qū)保壓效果影響尚不清楚。針對(duì)平面非均質(zhì)性氣驅(qū)模型的研究較少、多側(cè)重于層間非均質(zhì)性的問(wèn)題[16-25]，本文采用自制凝析氣藏天然氣驅(qū)二維物理模型，克服了一維氣驅(qū)模型難以有效反映近井狀況的局限性，評(píng)價(jià)層內(nèi)平面非均質(zhì)性對(duì)氣體舌進(jìn)與氣竄的影響，直觀描述氣驅(qū)過(guò)程二維滲流場(chǎng)變化，論證了凝析氣藏注氣解堵和氣驅(qū)效果，為進(jìn)一步開展研究工作奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 氣驅(qū)二維物理填砂模型

1.1 模型系統(tǒng)及參數(shù)

基于注入系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、分離計(jì)量等設(shè)備，研制氣驅(qū)二維模型本體及檢測(cè)系統(tǒng)、采出系統(tǒng)，用于提高采收率的氣驅(qū)研究。高壓氣驅(qū)二維模型的實(shí)驗(yàn)裝置采用模塊化形式，主要由圖1所示的多個(gè)模塊組合構(gòu)成。該模型主要由模型主體、模型壓板、高強(qiáng)度螺栓、油水飽和度電極、聲波檢測(cè)氣液飽和度、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、恒溫保溫套、模型井網(wǎng)、模型移動(dòng)支架等組成。

圖1 二維氣驅(qū)模型的系統(tǒng)原理示意

模型有效空間為400 mm×400 mm×40 mm，耐溫120℃，耐壓30 MPa，井網(wǎng)布置四點(diǎn)、五點(diǎn)、七點(diǎn)、九點(diǎn)井網(wǎng)、水平井等，主體可以前后180°電動(dòng)翻轉(zhuǎn)，具有檢測(cè)油水飽和度、聲波檢測(cè)氣液飽和度、進(jìn)行“云圖”或“圖形”顯示等功能，模型活塞具有壓實(shí)功能。

1.2 二維填砂模型標(biāo)定及測(cè)試

1.2.1 填砂孔滲標(biāo)定及測(cè)試

為保證填砂模型的準(zhǔn)確性，通過(guò)一維標(biāo)定模型開展了單一目數(shù)的石英砂的孔、滲研究，測(cè)定不同圍壓條件下分別填充 200～220，400～420，500～520及 800目石英砂的孔、滲參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同目數(shù)填砂模型孔隙度與凈圍壓的關(guān)系

圖3 不同目數(shù)填砂模型滲透率與凈圍壓的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)研究表明，不同目數(shù)填砂模型的孔隙度隨凈圍壓的變化規(guī)律具有一致性。隨著凈圍壓的增加，孔隙度的變化很小，總體上呈現(xiàn)略微降低的趨勢(shì)，這是由于凈圍壓增加，模型壓實(shí)，孔隙度降低。填砂模型滲透率測(cè)試結(jié)果表明：凈圍壓、填砂目數(shù)不同，填砂模型的滲透率不同。填砂模型的目數(shù)越大，凈圍壓壓力越大，模型的滲透率越小。目數(shù)越小，凈圍壓壓力大小對(duì)模型滲透率影響越大。例如：200～220目砂子填充的一維模型，凈圍壓由2.95 MPa增加到14.99 MPa，模型的滲透率降幅68.04%，但當(dāng)填砂目數(shù)增大到500～520目，相同凈圍壓增加范圍，滲透率降幅72.13%。

根據(jù)一維短巖心填充模型（直徑250 mm，長(zhǎng)750 mm）的填砂及測(cè)試結(jié)果，形成了不同孔滲模型的填砂配料配方（見表1）。

表1 一維模型中填砂配料配方

通過(guò)稱重配比得出上述5個(gè)配方，目標(biāo)區(qū)塊目的層位的滲透率在0.5×10-3～63.0×10-3μm2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以上配方可以滿足平面非均質(zhì)模型的建立。

1.2.2 上覆壓力對(duì)巖心孔隙度的影響

根據(jù)一維模型的標(biāo)定結(jié)果，開始二維模型的制作。為了確?？刂泼姘寰鶆驂褐铺畛渖白?，模型采用12套高壓液壓活塞，如圖4所示。

圖4 二維填砂模型的液壓活塞實(shí)物

按照填砂配方3對(duì)模型進(jìn)行填砂。為了確保模型受力均勻，采用液壓裝置改變模型的上覆壓力，壓力0～50 MPa。先后對(duì)模型進(jìn)行壓力加載、壓力卸載、再次壓力加載，分別測(cè)試3個(gè)過(guò)程中不同上覆壓力條件下模型的孔隙度值，如圖5所示。隨著上覆壓力的增加，孔隙度降低。第1次壓力加載過(guò)程中，上覆壓力增加到50 MPa，孔隙度降幅18.90%。壓力卸載過(guò)程中，模型的孔隙度有所恢復(fù)，卸載的壓力越大，孔隙度恢復(fù)值越大，但是仍有6.03%的孔隙度損失，這說(shuō)明壓力對(duì)模型孔隙度的影響是不可逆的。第2次壓力加載過(guò)程中，孔隙度的變化幅度減小，當(dāng)上覆壓力加載到50 MPa時(shí)，孔隙度降幅11.93%。隨著加載的往復(fù)，模型的孔隙度變化趨于穩(wěn)定。測(cè)試結(jié)果表明：模型孔、滲參數(shù)接近于實(shí)際儲(chǔ)層；模擬了衰竭開采過(guò)程中孔隙度隨上覆壓力的變化而變化。

圖5 二維填砂模型巖心孔隙度與凈圍壓的關(guān)系

1.2.3 二維模型監(jiān)測(cè)及可視化系統(tǒng)

氣驅(qū)二維模型采用聲波收發(fā)裝置測(cè)定氣、液飽和度，利用飽和度電極測(cè)量裝置測(cè)定油、水飽和度，最終實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相飽和度的確定。聲電系統(tǒng)檢測(cè)驅(qū)替，一體化設(shè)計(jì)，測(cè)試周期短，識(shí)別度高，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)圖像；聲電參數(shù)聯(lián)合測(cè)試，聲電信號(hào)同步分析，共同識(shí)別含水、含油以及含氣飽和度。測(cè)試的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)侥Ｐ团涮椎臏y(cè)試軟件中，形成可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并從軟件中可以直接觀測(cè)到參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。模型中的含油飽和度采用穩(wěn)態(tài)法標(biāo)定，探針如圖6所示。通過(guò)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)礦化度下的探針測(cè)定電阻值的10次測(cè)量，得到了該探針測(cè)定電阻值的平均相對(duì)誤差為0.028 9，如圖7所示。說(shuō)明探針穩(wěn)定性好，滿足實(shí)驗(yàn)需求。

圖6 測(cè)定電阻值的探針實(shí)物

圖7 探針測(cè)試相對(duì)誤差

標(biāo)準(zhǔn)電極測(cè)的電阻值與探針的電阻值的相對(duì)誤差δi為

式中：Re為標(biāo)準(zhǔn)電極測(cè)得電阻值，Ω；Rc為探針測(cè)得電阻值，Ω。

在礦化度一定的條件下，通過(guò)測(cè)量不同含油飽和度的填砂模型的電阻值來(lái)標(biāo)定電阻與含油飽和度的關(guān)系如圖8所示。探針測(cè)試的電阻與礦化度及含油飽和度相關(guān)，其隨礦化度增加、含油飽和度降低而降低，這與實(shí)際儲(chǔ)層的測(cè)試情況相吻合。

圖8 2種礦化度條件下電阻與含油飽和度的關(guān)系

2 注氣吞吐解堵及氣驅(qū)二維效果

2.1 注采填砂模型井網(wǎng)設(shè)計(jì)

根據(jù)凝析氣藏的現(xiàn)狀和研究需要，分別研制了2種填砂模型：一種是相對(duì)均質(zhì)模型，另一種是在近井周圍具有高滲條帶（人工裂縫）的模型如圖9、圖10所示。在衰竭式開發(fā)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，1，2，3，4等4個(gè)井位作為氣源的連接點(diǎn)，目的是為衰竭開采提供穩(wěn)定的氣源，模擬無(wú)限大地層中一口衰竭開采井，穩(wěn)定氣源確保模型中近井地帶出現(xiàn)反凝析油，為后續(xù)吞吐、氣驅(qū)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

圖9 注采模型

圖10 帶高滲條帶的注采模型

利用5口模擬井，建立均質(zhì)模型和人工裂縫模型2種物理模型，開展了凝析氣藏衰竭實(shí)驗(yàn)、注CO2吞吐和注氣驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采出程度利用密度、體積和質(zhì)量折算成質(zhì)量百分比來(lái)計(jì)算氣藏的采出程度。

2.2 注氣吞吐解堵和氣驅(qū)效果

2.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1）采用PVT分析儀配制凝析氣藏地層流體，開展流體相態(tài)分析，確定露點(diǎn)壓力，為23.5 MPa。

2）在實(shí)驗(yàn)溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，采用N2為氣體介質(zhì)二維模型建束縛水。

3）在實(shí)驗(yàn)溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，飽和凝析氣，建立原始流體模型，通過(guò)氣相色譜及井點(diǎn)的壓力監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)密度場(chǎng)分布，判斷流體模型的合理性。

4）衰竭開采。中心1口衰竭井，周圍4口同步降壓的氣源，保障遠(yuǎn)端凝析氣的供應(yīng)。

5）壓力衰竭至15 MPa，關(guān)閉氣源供應(yīng)，中心采出井轉(zhuǎn)注CO2，注入0.15 PV后，燜井至壓力平衡，開井衰竭至15 MPa。

6）采用一注四采方式，開展天然氣驅(qū)保壓開發(fā)（保壓 24 MPa）。

7）建立帶高滲條帶填砂模型，重復(fù)上述步驟。

2.2.2 流體模型

在實(shí)驗(yàn)溫度115℃、壓力30 MPa的條件下，通過(guò)PVT分析儀（型號(hào)：HBPVT300）配制凝析氣藏地層流體，從二維模型的第一排注入接口均勻地注入配制的凝析氣，在出口一排進(jìn)行氣體取樣監(jiān)測(cè)。為了更好地飽和凝析氣，采用N2作為建立流體模型的一種氣體指示氣和對(duì)比氣體，通過(guò)氣相色譜監(jiān)測(cè)及井點(diǎn)的壓力控制建立凝析氣藏流體模型如圖11、圖12所示。

圖11 凝析氣藏流體模型

圖12 高滲條帶凝析氣藏流體模型

2.2.3 衰竭式開采

為了更好地模擬凝析氣藏的開發(fā)過(guò)程，設(shè)計(jì)了一組衰竭式開發(fā)實(shí)驗(yàn)，包括均質(zhì)模型和層內(nèi)帶高滲條帶（裂縫）的非均質(zhì)模型，2個(gè)模型壓力分別由原始30 MPa緩慢衰竭至15 MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13、圖14所示。可以看出，井筒周圍及沿氣源的主流線方向的流體密度增加。結(jié)合PVT測(cè)試的流體密度和氣體純組分密度，井筒周圍的近井地帶出現(xiàn)反凝析油，井筒周圍及沿氣源方向的主流線上凝析油聚集明顯。衰竭開采過(guò)程中形成的壓降漏斗，相當(dāng)于一個(gè)凝析氣藏組分的分離裝置，在壓力降落到露點(diǎn)附近，重質(zhì)組分析出以液態(tài)形式流動(dòng)，輕質(zhì)組分繼續(xù)快速運(yùn)移。在壓力漏斗、多孔介質(zhì)、組分分離、兩相運(yùn)移差異、氣源供氣充足并向井口匯聚等多因素并存條件下，反凝析油在近井地帶形成一種聚集，甚至堵塞孔道，影響流體運(yùn)移到井底。為了保證低滲儲(chǔ)層凝析油的開采，現(xiàn)場(chǎng)一般采取人工壓裂的方式，通過(guò)增加近井儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力，促進(jìn)凝析油流動(dòng)到井底。存在高滲條帶的衰竭模型確實(shí)存在這種促進(jìn)作用，流體在壓力降落過(guò)程中重質(zhì)組分匯聚的范圍更廣，近井及沿裂縫周圍的高滲條帶流體密度均有增加。由于高滲條帶的存在，流體的導(dǎo)流能力增加，近井匯聚流體的密度低于均質(zhì)模型，可見裂縫的存在有利于反凝析油的開采。受充填模型的均勻度及裂縫條帶的影響，流體密度雖然有沿高滲條帶匯聚的趨勢(shì)，但并未形成一種完全對(duì)稱的分布情況。

圖13 衰竭式開采效果（均質(zhì)模型）

圖14 衰竭式開采效果（非均質(zhì)模型）

2.2.4 注氣吞吐

在衰竭開采的流體模型中，按照五點(diǎn)法的方式，中間1口生產(chǎn)井，周圍4口井作為氣源井，保證模型中氣源的供應(yīng)，如圖9、圖10所示。2個(gè)衰竭開采模型建立后，關(guān)閉 1，2，3，4 氣源，分別在 5（生產(chǎn)井）注入 0.15 PV的CO2，進(jìn)行注氣吞吐實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖15、圖16所示。相比衰竭式開采到15 MPa的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期CO2吞吐后，在相同壓力條件下，井筒周圍的流體密度降低，凝析油明顯減少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注氣解堵具有一定的范圍，井筒附近的效果最好，在距離井筒的一定范圍內(nèi)存在一個(gè)密度為0.5 g/cm3左右的環(huán)狀分布。與衰竭開采相比較，整個(gè)模型在CO2吞吐后密度場(chǎng)發(fā)生變化，可見，雖然解堵具有一定的范圍，但是吞吐的影響可以覆蓋全模型。在高滲條帶的模型中，受高滲條帶的影響，吞吐解堵的范圍更廣，原氣源井點(diǎn)附近存在點(diǎn)狀的相對(duì)高密度流體的分布。分析認(rèn)為，是井點(diǎn)的填砂及吞吐解堵的范圍造成這種整體環(huán)狀、局部點(diǎn)狀的流體密度分布。這也說(shuō)明，裂縫的存在影響CO2吞吐解堵的整體效果。整體而言，CO2吞吐有利于凝析油的采出，其中，均質(zhì)模型吞吐后凝析油主要沿井筒周圍分布，而高滲條帶模型因?yàn)楦邼B條帶的導(dǎo)流能力較強(qiáng)，吞吐后裂縫周圍凝析油均有分布，因此凝析油分布規(guī)律性不強(qiáng)，主要分布于井點(diǎn)及裂縫拓展的高滲條帶附近。

圖15 注CO2吞吐效果（均質(zhì)模型）

圖16 注CO2吞吐效果（非均質(zhì)模型）

2.2.5 天然氣驅(qū)

據(jù)注氣吞吐的經(jīng)驗(yàn)，一般注氣吞吐的早期效果最好，后期繼續(xù)吞吐效果逐漸變差，注氣吞吐僅采出了凝析氣藏近井地帶附近的凝析油氣。為了更好地描述注氣保壓開發(fā)效果，對(duì)注氣吞吐后的模型開展天然氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)圖9、圖10中井點(diǎn)的設(shè)計(jì)，5井轉(zhuǎn)注天然氣，1，2，3，4井作為生產(chǎn)井，開展天然氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)。為了更好控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和表征氣驅(qū)的效果，天然氣驅(qū)過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)出氣組分，當(dāng)產(chǎn)出氣與注入氣組分相近時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。均質(zhì)模型和高滲條帶模型的天然氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖17、圖18所示。均質(zhì)模型氣驅(qū)后流體的密度明顯低于高滲條帶模型，受吞吐解堵后流體分布的影響，存在3個(gè)點(diǎn)狀的高密度分布區(qū)，整體的氣驅(qū)效果比較好。非均質(zhì)模型中，在注氣井附近氣驅(qū)效果較好，高滲條帶增加了流體的導(dǎo)流能力，沿裂縫方向的1，4井流體流動(dòng)速度較快，部分凝析油沿主流線流動(dòng)，但由于裂縫作用下發(fā)生氣竄，生產(chǎn)井的井筒周圍出現(xiàn)了部分凝析油的聚集。

圖17 天然氣驅(qū)效果（均質(zhì)模型）

圖18 天然氣驅(qū)效果（非均質(zhì)模型）

3 結(jié)論

1）根據(jù)凝析氣藏開發(fā)實(shí)驗(yàn)需求，建立二維可視化氣驅(qū)模型，包含多個(gè)模塊系統(tǒng)。結(jié)合電極、聲波雙檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)油、水、氣飽和度的量化和密度場(chǎng)的“云圖”或“圖形”顯示。通過(guò)一維填砂模型填砂配料比的標(biāo)定，建立了二維均質(zhì)填砂模型和高滲條帶的非均質(zhì)填砂模型。

2）二維可視化模擬實(shí)驗(yàn)研究表明，衰竭式開發(fā)過(guò)程中近井地帶反凝析油聚集，甚至發(fā)生堵塞孔道，影響流體運(yùn)移到井底。非均質(zhì)模型衰竭過(guò)程中，高滲條帶確實(shí)促進(jìn)了流體的導(dǎo)流能力的增加，近井匯聚流體的密度低于均質(zhì)模型，裂縫的存在有利于反凝析油的開采。

3）注氣解堵在井筒附近的效果最好，雖然解堵效果具有一定的范圍，但是吞吐的影響可以覆蓋全模型。受高滲條帶導(dǎo)流能力的影響，吞吐解堵的范圍更廣，凝析油分布規(guī)律性不強(qiáng)，主要分布于井點(diǎn)及裂縫拓展的高滲條帶附近。

4）天然氣驅(qū)能夠進(jìn)一步提高吞吐解堵后模型的采收率。均質(zhì)模型氣驅(qū)后流體的密度明顯低于高滲條帶的模型，受吞吐解堵后流體分布的影響，存在局部點(diǎn)狀的高密度分布區(qū)，整體的氣驅(qū)效果比較好。非均質(zhì)模型中，氣竄影響氣驅(qū)效果，在注氣井附近及裂縫氣驅(qū)效果較好。