低渗岩石气体渗流规律实验研究

低渗岩石气体渗流规律实验研究

国内外对油气资源的需求日益增加。低渗气藏已成为中国天然气勘探和开发的重要领域之一。低渗气藏的研究具有重要的现实意义，越来越受到重视。滑脱效应是气体在细小毛管或低渗多孔介质中流动时的一种现象。此时,气体相对于组成岩石的多孔介质内毛管壁面的切向速度不等于零,使得气测渗透率大于液体渗透率式(1)中,K式(2)中,C为近似1的比例常数;λ为对应于平均压力下气体分子平均自由程;r,岩石孔隙半径。许多学者对单相气体滑脱效应影响因素有一致的观点:气体分子滑脱效应的程度与压力、温度、多孔介质孔隙结构及气体种类都有关系1试验设备和方案1.1岩心驱出和融合方式实验装置为多功能综合驱替系统,包括气源、环压泵、真空泵、岩心夹持器、压力传感器、恒温箱、压力传感器、调压阀、皂膜流量计、冷凝干燥器、精密电子称等。现对驱替法进行了改进,设计了高温高压驱替装置以建立不同的岩心含水饱和度,如图1所示。高压气体通过高温岩心时,将岩心中的水蒸气驱出,通过计量装置(冷凝干燥器与精密电子称)得到驱出的水量。岩心中剩余的均匀分布的水蒸气待冷却成液态后在毛管力的作用下赋存于小空隙中。通过驱出的水量可计算出岩心含水饱和度。该方法模拟成藏条件,在建立不同含水饱和度的同时保证了水在岩心中的均匀分布。实验岩心采用苏里格气田低渗岩心,物性参数如表2所示,按照SY/T5336—2006分别测定其孔隙度和渗透率。1.2气体渗流实验1不同含水饱和度条件下的气体渗流实验,实验温度20℃,实验气体氮气;2不同围压条件下的气体渗流实验,实验温度20℃,实验气体氮气;3含水饱和度、围压耦合条件下的气体渗流实验,实验温度20℃,实验气体氮气。2压力个数与压力有效关系如图2所示,由岩心在不同含水饱和度条件下的气测渗透率与平均压力倒数的关系可以看出:1与干岩样相同,不同含水饱和度条件下(低于束缚水饱和度)岩心的气测渗透率与平均压力倒数仍然呈线性正相关关系;2含水饱和度对岩心渗透率的影响很大,S3应力敏感性分析研究发现,滑脱因子b与岩石有效应力呈线性正相关关系,见图3。这说明,随着岩心围压的增加,气体滑脱效应在增强,气测渗透率更加偏离克氏渗透率。低渗岩心具有孔径小、比表面积大等特点,随着围压的增大,岩心受到压缩物理参数发生变化,孔喉半径变小,由Klinkenberg理论可知气体滑脱效应变强,见式(2)。钻井、完井及开发过程中,有效应力变化引起储层渗透率改变的现象称为应力敏感性。近年来,国内外在应力敏感性评价方面进行了大量的研究4气体滑脱效应分析实验数据可以得出,岩心在一定含水饱和度条件下,气体滑脱效应随围压的增加而增强,滑脱因子与有效应力呈线性正相关关系(图5)。随着岩心含水饱和度升高,滑脱因子减小,滑脱效应减弱,且滑脱因子与有效应力曲线走势趋于平缓,说明有效应力对滑脱因子的影响随着含水饱和度的升高而逐渐减小,即含水饱和度比介质变形对气体滑脱效应的影响更强。图6是岩样Z63-1、T33-2、Z70-2在束缚水饱和度条件下,滑脱因子随有效应力的变化曲线。从图中可以看出,二者关系曲线趋于平直,说明在束缚水饱和度条件下,有效应力对滑脱效应的影响很小甚至可忽略。出现这些现象的原因在于:一方面,随着含水饱和度的升高,更多的小孔隙被水相占据,气相与岩心孔隙的接触面积变小,从而滑脱效应减弱;另一方面,一定含水度时随着有效应力的增大,岩石的压实程度越来越大,孔隙及渗流通道亦受压变小,而同时水相与小孔隙的接触面积变大。相应地,气相与孔隙的接触面积变小,所以滑脱因子与有效应力的关系曲线逐渐趋于平缓。考虑文献[31,32]观点“气体在多孔介质中的滑脱效应是在低压下产生的现象,而实际低渗致密气藏的废弃压力很高,在这一压力范围内气体在储层中的滑脱效应很弱。”对于低渗透气藏,储层含水饱和度普遍较高,气体滑脱效应更为不明显,实际生产过程中无需考虑其影响。而对于室内实验研究,必须考虑其影响,对气测渗透率进行校正,以获得准确结果。5岩石应力敏感性实验(1)随着含水饱和度的增加,岩样渗透率减小,气测渗透率与平均压力倒数仍然呈线性正相关关系,滑脱效应逐渐减弱。(2)对于干岩样,围压增大气体滑脱效应变强,且滑脱因子b随有效应力的增加呈线性增加的趋势,进行岩石应力敏感性实验过程中,若忽略滑脱效应的影响,未对气测渗透率做校正,实验评价结果偏低。(3)含水饱和度比介质变形对气体滑脱效应的影响更强,对于高含水饱和度的致密岩心,滑脱效应影