东胜气田含水气藏多尺度裂缝气水两相渗流规律研究

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部,地质构造复杂,气水关系复杂,明确致密砂岩含水气藏不同尺度裂缝内气水两相渗流规律是提高压裂设计针对性的关键。以锦72井区气水同层气藏为研究对象,开展多尺度裂缝内气水两相渗流规律研究。研究认为,未充填裂缝内气水重力分异严重,临界含水饱和度26%~38%,充填裂缝内气水重力分异程度小于未充填裂缝,临界含水饱和度14%~21%;驱替压差增加,未充填及充填裂缝内的含水饱和度均先降低,降至临界含水饱和度后保持不变;气水两相流动时,未充填和充填裂缝内含水饱和度主要受气水比和缝宽的影响;同时改性支撑剂水相相渗较高,两相区较大,束缚水饱和度低于亲水支撑剂,留在缝内的水少,最终使得产气量增加。

可视化微观孔隙模型中气水两相渗流机理

采用激光刻蚀的均质微观孔隙模型对低渗透油气藏岩心进行了气水两相渗流试验。模型亲水,驱替基质为蒸馏水加甲基红,气体为氮气。研究结果表明:在驱替压差不大的情况下,无论是孔隙还是喉道,气水分布及流动方式主要为水包气,水沿管壁流动,气体在孔道中央流动;水驱气过程中封闭气的形成方式主要有绕流形成的封闭气、卡断形成的封闭气、孔隙盲端和角隅形成的封闭气、"H型"孔道形成的封闭气;同时,水锁也是多孔介质中两相渗流的主要特征,可以通过降低压力使气体充分膨胀和提高驱替压差来提高采收率,降低封闭气量。

气水两相渗流稳定与不稳定试井分析

为深入研究天然气田气水两相渗流理论及其试井分析、产能计算,建立和提出气水两相渗流基本理论与稳定、不稳定试井基本原理及产能分析方法。针对长庆榆林等气田建立了气水两相气井产能分析的理论和经验方程,对近10口产水气井进行资料处理,取得较好效果。

致密气藏岩石应力敏感对气水两相渗流特征的影响

致密气藏岩石孔隙小,喉道结构复杂,一旦骨架有效应力发生变化,骨架颗粒与孔喉结构的原始关系也发生变化,导致气水两相渗流通道发生变化,孔隙度、渗透率进一步降低,产能受到严重影响。通过实验深入研究致密储气层基质岩心和裂缝岩心在不同围压下应力变化导致气水两相流体的相对流动能力变化趋势,有利于认清致密气藏储层流体的渗流规律,并对其合理产能做出准确的评价。以长庆致密气藏P1s、P2h储层岩心为例,基于应力敏感实验,讨论了岩石渗透率应力敏感对致密储气层气水两相流动及产能的影响。

缝洞型碳酸盐岩储层气水两相微观渗流机理可视化实验研究

四川盆地缝洞型碳酸盐岩气藏多属于有水气藏,气水两相渗流机理复杂。目前气水两相微观渗流可视化模型多是基于理想孔隙结构或铸体薄片图像制作,无法还原储层中真实孔、缝、洞分布,且机理研究多集中于孔隙型和裂缝型储层,缺少对孔洞型和缝洞型储层的认识。通过将岩心CT扫描与激光刻蚀技术结合,以四川盆地震旦系储层中裂缝型、孔洞型和缝洞型碳酸盐岩岩心CT扫描结果为模板,设计并研制了3类岩心的可视化模型,据此研究了气水两相微观渗流机理及封闭气、残余水形成机理,通过Image J灰度分析法实现了气水分布的定量表征。研究结果表明:3类模型水驱气和气驱水过程中的渗流规律各不相同;绕流、卡断、盲端和角隅处形成的封闭气普遍存在于3类模型中,此外还在"H型"孔道处、"哑铃型"通道处和微裂缝缝网处形成特殊封闭气;孔道、裂缝壁面上的束缚水膜,溶洞中部的圆润水团,狭窄喉道处的卡断水柱和狭长孔道处的滞留水柱是残余水的主要形式;裂缝型模型水窜最严重,无水采收期最短,采出程度最低,而孔洞型模型水驱前缘推进均匀,无水采收期最长,采出程度也最高。该研究实现了对缝洞型碳酸盐岩不同类型储层气水两相微观渗流规律的精准刻画,为类似气藏的高效开发提供了理论依据。

海相砂岩水驱气藏气水微观渗流特征研究

为研究海相砂岩气藏气水两相驱替微观渗流特征,以番禺气田储层为例,开展气水相渗及微观可视化实验,模拟气藏成藏及开发过程中不同类型储层的气水渗流及分布规律。结果表明:研究区目的层位储层渗流能力较好,Ⅰ类储层的共渗区明显大于Ⅱ、Ⅲ类储层。微观可视化实验表明气驱水过程气体优先进入大孔径、孔隙中央,且气驱前缘发生跳跃式的转换;而在水驱气过程中,水优先进入小孔径,在毛管力的作用下产生强烈的指进现象,而当流速增大到一定值时,孔径尺寸不再影响水的前进方向,水能够同时进入各个大小的孔径中,使得水驱前缘均匀推进,且随着驱替速度的适当增加,水驱气末期残余气饱和度越低气体采出程度越高;残余气主要有绕流和卡段两种,各自具有不同的形成机理。研究成果可为海相砂岩水驱气藏高效开发及调整挖潜提供依据。

铁路路基降雨入渗过程中水-气两相渗流特性研究

降雨入渗过程中铁路路基填料内水、气两相渗流特性对路基填料的服役性能具有显著影响。在以往的研究中,通常假定孔隙气压力恒等于大气压力,而忽略了孔隙气压力变化对水流运动的影响。本文基于水-气两相渗流理论,考虑孔隙气压力的影响,建立路基降雨入渗过程中的水-气两相渗流数学模型。参照高速铁路典型路基横断面结构,针对路基各层填料水力特性,利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics~?中的PDE模块对上述数学模型进行求解计算,结果表明:降雨入渗的主要影响区域是基床表层,特大暴雨持续9 h左右,基床表层基本全部处于饱和状态;而基床底层、路基本体、地基层填料由于渗透性较小,降雨过程中水分很难直接迅速地渗入,通常在基床表层与基床底层交界面处产生水分淤积。此时,若列车荷载反复作用,基床表层与基床底层交界面处填料中细颗粒易软化形成泥浆,产生翻浆冒泥病害。降雨入渗初期,由于渗入路基内部的水对原孔隙内气体的挤压作用,使得孔隙气压力逐渐增大,随着降雨时间的增加,受挤压的气体逐渐向下消散,孔隙气压力逐渐减小至接近大气压力值。孔隙气压力的增加会对路基内水流的运动产生阻滞作用,使得路基内孔隙水压力的增长变缓甚至孔隙水压力略有减小,因此,在求解路基降雨入渗的问题时,不能忽略土体内受压空气对水流运动的阻滞作用。

致密气藏岩石渗透率应力敏感对气水两相流动影响实验研究

以长庆油田致密气藏P1s、P2h储层岩心为例,基于应力敏感实验,讨论了岩石渗透率应力敏感对致密储气层气水两相流动及产能的影响。研究了不同围压下气水相对渗透率变化趋势。实验结果表明,在相同渗透率条件下,围压增加岩心喉道和较大孔隙受到压缩而发生变形,导致气水相对渗透率值整体下降。在相同应力条件下,气驱过程中孔隙结构越好,气水两相渗流能力越强。气驱水分流曲线表明,围压越大气驱水过程见水越早,气驱水效果越差;相同围压下,渗透率越高气驱水过程见水越晚,气驱水效果越好。对于致密气藏,应力敏感产生的绝对变化值不大,但相对变化值较大,对致密储层渗透率以及气水两相流动影响较大,因而它对产能的影响不容忽视。

相间力对微孔通道内两相驱替渗流影响规律的LBM研究

为研究了相间力对微孔通道内水-气两相渗流规律的影响,利用格子-Boltzmann方法建立了孔隙尺度下微孔通道内的水-气两相渗流驱替的数学模型。采用C++语言编制的程序对微孔通道内水-气两相渗流驱替过程进行了数值模拟。通过对模拟结果的分析发现:两相驱替的总体效果与相间力有较大关系,流固作用力越大,多孔骨架的亲水性越强,两相渗流的总体驱替效果就越好,驱替速度越大,反之亦然。

确定气水同产水平井流入动态关系的新方法

气水两相渗流过程中,气体从水中逸出,或水从气体中析出会改变气藏渗流特征。针对这一现象,基于渗流力学的基本理论,结合保角变换数学方法,将水平井三维流动简化成水平面和垂直面的两个平面流动,同时考虑地层中气水相互溶解和挥发的过程,推导出水平井气水两相渗流的数学模型,建立了水平井气水两相产能方程,并结合相对渗透率辅助方程及水驱气藏的物质平衡压降方程,建立了气水同产水平井综合渗流模型。利用自动拟合方法,通过对气井产气量、产水量、油套压的自动拟合分析,求取气水同产水平井综合渗流模型参数,同时得到气水两相产能方程、气水相渗曲线、单井控制储量与水侵强度。该方法摆脱了确定气井产能必须依靠现场试井的局限,为气水两相流井的产能及动态分析提供了一种新的理论方法。

致密砂岩气藏渗流机理及开发技术

致密砂岩气藏具有相对复杂的渗流规律,明确其储层条件下的渗流机理有利于制订合理、有效的开发方案。通过总结国内外相关的研究成果,并有针对性地进行了补充实验研究,取得了致密砂岩气藏渗流机理的一些新认识:1实际生产过程中,由于受到孔喉半径较小、废弃地层压力较高的限制,无需考虑其滑脱效应和高速非达西渗流对渗流特征及开发效果的影响;2其阈压梯度和应力敏感程度随着储层渗透率的降低而增大,随着储层含水饱和度的升高而增大;3压力梯度可以显著的影响气水两相的渗流能力,随着压力梯度的增大,气相相对渗透率逐渐降低,水相相对渗透率逐渐升高。基于渗流机理的认识和美国致密砂岩气藏的开发情况,总结了有效的开发技术对策:大型水力压裂技术、井网加密技术、小井眼钻井及欠平衡钻井技术、控压开采技术。

产水气井稳定点二项式产能方程及其应用

对于存在底水、边水、层间水的气藏,在开发过程中,易出现气水两相流动。准确评价气井产能对于合理开发气藏具有重要意义。从渗流力学的基本原理出发,结合质量守恒方程,引入水气比参数,建立气水两相拟稳定渗流的数学模型,推导出气水两相渗流的稳定点二项式产能方程。根据此方程,结合不稳定试井解释资料,以及一个稳定点的数据,能够确定气井开始产水时的无阻流量以及生产过程中不同时间段的无阻流量。作出对应的流入动态关系曲线图,只需在生产过程中测得一个稳定点资料即可,无需单独做产能试井,为准确认识产水气井的产能提供了理论基础。

水锁启动压力梯度与应力敏感性对致密气藏产能的影响——以长庆油田苏里格气田XX4气井为例

致密气藏储集层复杂的孔隙结构和气水两相渗流状态,使得其产能评价受到诸多因素的影响。在储集层孔隙结构、流体黏度、体积系数等既定条件下,气水两相流动受水锁启动压力梯度及应力敏感性这2个因素的影响较大,成为影响气井产能评价的重要因素。以长庆油田苏里格气田东区XX4气井为例,基于两相渗流理论,建立流体流动产能模型,分析水锁启动压力梯度及应力敏感性对致密气藏产能的影响,对致密气藏的产能准确预测与评估起到积极的指导作用。

有水气藏动态储量计算新方法

提出一种利用单井生产历史数据(产气量、产水量、油套压)来计算有水气藏动态储量,同时求取单井产能与气藏水侵强度的新方法。该方法克服了传统方法对全气藏地层压力的依赖性。利用该方法计算了某生产井的动态储量,计算结果准确、可靠,表明计算方法快捷、实用。

致密气藏压裂水平井产能计算方法

致密气藏开发普遍采用多段压裂水平井的开发模式。为了准确评价致密气藏压裂水平井产能并确定气井的合理配产,实现气井高效开发,基于保角变换理论和气水两相渗流理论,同时将基质有效渗透率作为变量来考虑压裂施工和气井产水对储层有效渗透率的影响,建立了压裂水平井气液两相产能方程。通过实际生产数据验证,结果表明:无因次泄气边界大于0.55时,气井生产压差随配产增加呈下凹型快速增长;相同气井产能条件下,水气比越大气井所需生产压差越大;水平段方向与K_y方向平行时,渗透率各向异性程度K_y/K_x越大,相同产气量时的生产压差越小;水平段与渗透率主值方向的夹角θ<30°时,相同产气量条件下的气井生产压差几乎不变。因此,从降低压裂水平井储层压力损失的角度来考虑,布井时必须充分考虑渗透率各向异性程度和水平井水平段方向的影响,同时注意控制气井配产和采取必要的控水排水措施,以便达到更好的开发效果。

有水气藏典型曲线动态分析方法研究

有水气藏在已开发的气藏中占有很大比重,气井产水一方面降低气藏的采收率,另一方面造成常规的生产动态分析方法受限,增加有水气藏动态分析的难度。结合有水气藏的生产特征建立考虑气水两相流的渗流数学模型,分别建立气相和水相Fetkovich典型曲线,扩展了典型曲线的适用范围。

煤层气合层开发上部产层暴露的伤害机理

煤层气开采过程中,上部暴露产层伤害对煤层气井产能的影响短期内有可能被下部未暴露产层产气能力的提高所掩盖,因此未引起研究人员的重视。为此,依托于贵州西部土城区块煤层气勘探开发工程实践,结合15号煤启动压力梯度、气水两相渗流及应力敏感性测试,分析了上部产层暴露的储层伤害机理,探讨了合层开发煤层气井高产、稳产的排采控制措施。结果表明:1随着低渗透煤储层中游离气量增多、气泡变大,气水两相渗流产生的贾敏效应增强,导致水相渗流的启动压力梯度增大,水相渗透率快速下降;2合层开发煤层气井上部产层被动暴露后,套压持续回升导致气体"反侵"进入已经暴露的煤储层,井筒周围依次形成高含气带、液相滞留带、应力敏感带、高含水带,近井地带形成液相低渗区,使地层水、压裂液难以排出,将导致上部暴露产层产水、产气量快速衰减。结论认为,为了提高合层开发的效果,可在套压降至0.5 MPa后主动缓慢暴露上部产层,而在上部产层主动暴露后,应尽量避免套压的快速波动,杜绝套压的大幅回升,以免对近井地带煤储层造成永久性伤害。

温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响

超深层碳酸盐岩气藏埋藏深、温度高,高温对多类型储层渗流能力的变化规律尚不明确。选取高石梯—磨溪区块灯四段气藏储层岩心,通过测定升温和降温过程中岩样的气体单相渗透率和不同温度下的气水界面张力及气水两相相对渗透率,得到温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响规律。研究结果表明:在20~120℃范围内,随温度改变,不同类型储层岩样气体单相渗流能力均呈幂函数变化,升温过程中气相渗透率下降受气体黏度升高、白云石晶体膨胀及岩石颗粒脆化后运移的共同影响,一次升温和降温后,缝洞型岩样由于微裂缝发育渗透率不可逆程度最高为82.52%,孔隙型岩样由于小孔喉发育次之为27.63%,孔洞型岩样最低为9.46%,缝洞型岩样为温敏型岩样,孔隙型和孔洞型岩样为耐温型岩样,多类型气藏的温度上限集中在44~50℃附近;温度升高主要通过降低水气黏度比来提高气驱水效率和气水两相渗流能力,地层温度下的水气黏度约为常温条件下的1/3,高温条件下多类型储层的气水相渗曲线更能代表实际地层的两相渗流特征。温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响规律可为此类气藏的高效开发提供理论依据。