广安气田须六段气藏低渗透高含水砂岩储层单相气体渗流特征

付新 汪周华 钟兵 冯曦 李宁

1.西南石油大学研究生部 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

广安气田须六段气藏低渗透高含水砂岩储层单相气体渗流特征

付新1汪周华1钟兵2冯曦2李宁2

1.西南石油大学研究生部 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

广安气田须六段气藏的砂岩储层表现出典型的高含水、低渗透特征,气藏渗透率为0.1 mD的岩样占60%,且平均孔隙度仅有8.97%,平均含水饱和度达55%,与常规气藏相比较,该气藏储层的气体渗流特征具有特殊性。为了深入认识该气藏渗流特征和关键性的影响因素,掌握其生产动态特征,需用岩心开展针对性的渗流机理实验研究,同时,应用渗流效应系统分析方法诊断该气藏存在的特殊渗流形式。研究表明:广安气田须六段气藏岩样随着压力梯度增大单相气体渗流存在阈压效应、滑脱效应、达西渗流效应及高速非达西渗流效应4种渗流形式;物性越差、含水饱和度越高的岩样非线性渗流效应越明显。该研究成果不仅为认识该气藏的渗流特征提供了直接理论依据,而且也有利于掌握其生产动态的特殊规律。

低渗透油气藏 渗流特征 含水饱和度 单相 非达西流 实验

1 须六段气藏地质开发特征

广安气田须六段气藏储层以长石岩屑砂岩为主,次为岩屑砂岩,通过岩心观察和薄片鉴定分析,以中砂岩为主,颗粒粒径为0.25～0.8 mm,分选中等。孔隙度平均值为8.97%,主要介于6%～12%,渗透率主要分布在0.01～5.0 mD之间,平均0.238 mD,属低渗透—特低渗透储层。

储层含水饱和度主要分布在30%～90%,平均达55%。同时,据束缚水饱和度实验统计,储层的束缚水饱和度平均为39.96%。

广安气田须六段气藏普遍存在气相渗流占主导地位、但在低渗透和高含水双重因素作用下产生特殊渗流效应的现象。这些特殊的渗流效应不同于传统认识范畴的气水两相渗流机理。

2 低渗透储层特殊渗流机理实验

此次研究选取广安107、广安108及广安110井须六段岩样共计21块,其中垂直样7块、水平样11块、全直径样3块,对饱和地层水岩心进行了岩样渗流机理实验共计46样次,实验流程见图1[1]。目的是通过实验研究,明确广安须六段气藏低渗透高含水储层存在的非线性渗流机理。

图1 低渗透岩样气体渗流实验流程示意图

国内外长期的渗流实验研究确认了气体特殊渗流效应对应的实验现象,并根据大量的实验数据建立了相应的数学描述关系式[2-4]。2008年冯曦等根据单相气体不同渗流运动方程建立了对应的渗流效应诊断方法,提高了诊断精度[5-6]。笔者以上述方法为基础,对所有实验样品的渗流机理进行诊断分析。

通过46组束缚水条件下气体渗流实验,分析在低速段表现出的气体渗流效应差异,总体表现出以下两类特征:①低速渗流段阈压效应、滑脱效应分别占主导地位;②低速渗流段滑脱效应占主导地位。第一类诊断结果见图2,第二类除了在低速段未见到明显阈压渗流效应外,其他渗流效应对应的曲线特征与第一类类似。

图2 广安108井50号岩样气体渗流特征图(S wi=48.4%、φ=9.76%、K=0.101 mD)

含水岩样由于孔隙度、渗透率以及束缚水饱和度差异,气体渗流表现为不同的渗流效应。两者差异主要表现在低速段:对于如图2所示岩样,气体首先必须克服由于水相在孔隙喉道处堵塞引起的附加压力才能流动,即存在明显阈压效应;随着实验压差增大,表现为滑脱效应占主导地位的渗流段;其后依次逐渐过渡为达西渗流、高速非达西渗流效应占主导地位的阶段。结合前人研究成果,判断气体渗流形式与岩样储层物性、孔喉大小、含水饱和度以及水膜厚度大小有关。

3 实验结果分析

渗流机理实验研究表明,储层物性参数、实验压差条件不同,气体渗流表现为不同的特征形式。分析实验结果,影响气体渗流特征的内在因素包括两个方面:①储层物性参数;②储层含水饱和度。为了便于分析,引入气相有效渗透率和气相有效孔隙度参数,综合分析储层物性参数及含水饱和度对气体渗流特征的影响。气相有效渗透率指的是含水岩样达西渗流时对应的气相渗透率;气相有效孔隙度指的是含水岩样气相占据有效孔隙体积百分比。物性越差、含水饱和度越高的储层,气相有效渗透率(Kg)和气相有效孔隙度(φg)越小。

图3 岩样物性参数对紊流系数影响分析图

高速非达西渗流特征是多孔介质中气体渗流普遍存在的特殊渗流现象。不同的物性参数条件下高速非达西渗流效应对气体渗流的影响程度不同,紊流系数(β)的大小直观反映了高速非达西对气体渗流的影响程度。物性参数与紊流系数关系实验结果见图3。总体而言,随着气相有效孔隙度及气相有效渗透率增加,紊流系数逐渐减小,表明储层物性越差高速非达西渗流效应越明显。

滑脱效应强弱程度可采用滑脱因子描述,滑脱因子(b)越大对气体渗流影响越大,反之越小;不同物性参数条件下气体滑脱效应现象程度强弱不一样。研究表明:随着气相有效孔隙度、有效渗透率增加,滑脱效应影响程度相应减弱(图4)。对于广安气田须六段气藏,含水岩样滑脱因子介于0.063～0.675 MPa之间。

图4 岩样物性参数对滑脱效应影响分析图

渗流机理实验研究表明:低渗透储层的孔隙度、渗透率及含水饱和度达到一定程度时,普遍存在着阈压效应。阈压效应的典型特征是当压力梯度达到一定程度时,气相才能保持连续流动状态,该压力梯度称为临界压力梯度。临界压力梯度值越大,阈压效应越明显,反之越小。不同岩样物性参数条件下,临界压力梯度值不同。图5为阈压效应、临界压力梯度(G)与物性参数的关系曲线。可以看出:随着气相有效孔隙度、有效渗透率增加,对应的临界压力梯度逐渐降低;临界压力梯度与物性参数存在较好幂函数关系。

4 结论及建议

1)广安气田须六段气藏属于典型的低渗透高含水砂岩气藏,其渗流特征与常规气藏的渗流特征相比较存在较大差异。

2)实验表明广安气田须六段气藏存在明显高速非达西渗流效应,因此对于低渗透气藏气井产能评价和动态分析应考虑高速非达西渗流的影响。

图5 岩样物性参数对阈压效应影响分析图

3)随着岩样两端压力梯度增大,单相气体渗流存在阈压效应、滑脱效应、达西渗流效应及高速非达西渗流效应。

4)引入气相有效孔隙度、气相有效渗透率两个参数综合描述物性参数及含水饱和度对气相渗流的影响。物性越差、含水饱和度越高的岩样非线性渗流效应越明显;高含水饱和度是导致该气藏存在非线性渗流效应的重要因素之一。

5)虽然现有成果已明确指出低渗透气藏储层存在不同非线性渗流效应,但是对于不同渗流效应的相互转化条件,有待于进一步深入研究。

[1]DACUN L,SVEC R K,ENGLER TW,et al.Modeling and simulation of the wafer non-Darcy flow experiments[C]∥SPE Western Regional Meeting,26-30 March 2001, Bakersfield,California.SPE,2001:SPE 68822.

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[6]葛家理,同登科.复杂渗流系统的非线性流体力学[M].东营:石油大学出版社,1998.

Characteristics of single phase gas seepage in sandstone gas reservoirs with low-permeability and high water saturation in the sixth member of the Xujiahe Formation,Guang’an Gas Field

Fu Xin1,Wang Zhouhua1,Zhong Bing2,Feng Xi2,Li Ning2
(1.Graduate School of Southw est Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China;2.Exp loration and Development Research Institute,PetroChina Southw est Oil&Gasfield Com pany,Chengdu,Sichuan 610051,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.39-41,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The gas reservoir in the sixth member of the Xujiahe Formation in the Guang’an Gas Field isa typical high-water-saturation and low-permeability sandstone gas reservoir,w ith an average permeability of 0.1 mD(accounting fo r 60%of the tested samples), an average porosity of only 8.97%and an average water saturation of 55%.The characteristics of gas seepage in this reservoir are different from that in the conventional gas reservoirs.In order to understand the seepage characteristicsand their key influencing facto rs,as well as the dynamic p roduction performance,an experimental study of seepage mechanism is perfo rmed on co res samp led f rom this gas reservoir.The unique seepage patterns of this gas reservoir are identified through a systematic analysis of seepage effects.A long w ith the increasing of p ressure gradient,single phase gas seepage in cores samp led from this gas reservoir show four kinds of effects,including threshold p ressure effect,slippage effect,Darcy seepage effect and high-speed non-Darcy seepage effect. The non-linear seepage effectof co re samp les gets stronger w ith the wo rsening of physical p roperties and the increasing of water saturation.These study results not only p rovide a direct theo retical basis for in-dep th understanding of seepage characteristics of this gas reservoir,but also help recognize the unique pattern of p roduction perfo rmance.

low permeability reservoir,seepage characteristics,high water saturation,single phase,non-Darcy seepage,experiment DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.010

付新,1978年生,博士研究生;主要从事油气藏工程及数值模拟研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油大学研究生部博士2008级。电话:15928053887。E-mail:chinanickey@163.com

付新等.广安气田须六段气藏低渗透高含水砂岩储层单相气体渗流特征.天然气工业,2010,30(7):39-41.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.010

2010-05-01 编辑 韩晓渝)

Fu Xin,bo rn in 1978,is studying for a Ph.D degree and ismainly engaged in research of reservoir engineering and numerical simulation.

Add:Doctor Grade 2008,Graduate School,Southwest Petroleum University,Xindu District,Chengdu,Sichuan 610500,P.R.China

Tel:+86-15928053887E-mail:chinanickey@163.com