低渗透气藏中气体低速非达西渗流特征实验研究

近年来，随着低渗透油气藏的不断开发，对低渗透油气藏中流体渗流规律的研究越来越引起人们关注。本文针对低渗气藏中气体低速非达西渗流进行了大量的实验研究。通过对实验现象的探讨认识到：低渗储层岩石中单相气体低速渗流具有非达西渗流特征，表现为渗流曲线直线段的延伸与流速轴相交，即存在一个“拟初始流速”；低渗储层岩石在一定含水饱和度下，气体低速非达西渗流特征更为明显。残余水饱和度存在所产生的毛管阻力，使气体渗流曲线低速段的形态与单相气体渗流时相反，呈现上凹形态。在相应的克氏回归曲线上，存在着明确的临界点。临界点以下，气体渗流受毛管阻力影响，表现为气体(视)有效渗透率随压力增大而增大；临界点以上，气体渗流受滑脱效应影响，表现为气体(视)有效渗透率随压力增大而减小。气体低速渗流曲线特征与储层岩石渗透率和残余水饱和度密切相关，随渗透率增大和残余水饱和度的降低，气体低速非达西型渗流逐渐向达西型渗流过渡。     

低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究

低渗透气藏储层致密、渗透率极低、以微孔道为主，当气体在低渗孔隙介质中低速渗流时，气体渗流的主要物理特征是具有“滑脱效应”。为此，研究了具有滑脱效应的储层渗透率界限以及孔隙压力条件。通过对苏里格气田32块低渗岩心样品所进行的实验，探讨了低渗气藏天然气渗流规律。研究表明，当努森数介于0.1~1时，气体渗流不遵从克氏方程。实验结果还表明：克氏系数随储层渗透率的增大而减小，当储层渗透率大于0.1×10^-3μm²时，气体滑脱效应可以忽略不计；克氏系数随平均孔隙压力的增大而减小，当孔隙压力大于1.5 MPa时，气体滑脱效应也可以忽略不计。     

气体低速非达西渗流机理及渗流特征研究

为明确气体在低速渗流状态下的渗流规律以厦产生低速非迭西渗流的实质性原因，运用分子动力学、热力学和渗流力学等相关知识，基于滑脱效应和阈压效应两方面分析了气体在低速渗流状态下的渗流机理及渗流特征。研究认为，气体滑脱效应是毛细管壁处气体分子滑流和毛细管内部气体分子扩散的综合效应，是浓度场和压力场作用叠加的结果。     

低渗砂岩气藏气体特殊渗流机理实验研究与分析

针对渗透率低于10^-3μm^2天然低渗透砂岩岩心，在改造的气体渗透率测定仪上进行含水岩样中气体渗流规律的室内实验。实验中运用微波法建立含水饱和度模型，通过在不同孔渗范围内的低渗岩样中进行气体渗流实验以达到研究气体特殊渗流机理的目的。研究发现，气体渗流受渗透率和含水饱和度的控制。在干燥和低含水饱和度状态下，气体渗流曲线呈上凸型，渗透率越小，受滑脱效应的影响越明显。随含水饱和度增大，渗流曲线由上凸型向下凹型转变，滑脱动力影响变小，毛细管力影响变大。复合型渗流曲线则完整反映了气体渗流的整个过程。本研究对制定低渗透气藏相关开发技术对策具有重要的指导意义。     

致密砂岩孔隙内水的赋存特征及其对气体渗流的影响——以松辽盆地长岭气田登娄库组气藏为例

致密砂岩储层岩石孔隙结构复杂,孔隙内水的赋存状态和可动性难以确定,影响气井的产能确定和生产动态预测。为了认识该类储层气水渗流特征,根据铸体薄片和压汞等实验资料,分析了松辽盆地长岭气田下白垩统登娄库组气藏储层的孔隙结构,选取具有代表性的岩样,通过核磁共振、气驱水等实验,研究了岩石孔隙中水的赋存特征及其流动性,进而研究储层岩石在不同含水条件下对气体渗流的影响。结果表明:致密砂岩细小孔喉内的水流动性差,残余水饱和度较高,其大小不仅与岩石孔隙结构和物性相关,而且还与其中的气体流动有关;气体在含水孔隙内的流动受毛细管压力和滑脱效应影响存在非达西渗流特征,启动压力梯度的大小与储层渗透率和含水饱和度密切相关,登娄库组储层Sw/K值大于1 000mD-1以后,启动压力显著增大。该成果为该类气藏合理开发技术政策的制定提供了依据。     

考虑压敏和滑脱效应的低渗透气藏渗流规律研究

在油气藏开采过程中,由于地层压力的下降,储层在有效应力的作用下就会发生变形,引起渗透率的变化。文中通过实验研究了天然岩心孔隙体积、孔隙度、克氏渗透率、空气渗透率、岩石压缩系数与净围压的关系。实验结果表明,随着净围压的增加,孔隙体积和孔隙度逐渐减小。但净围压较大时,孔隙度和孔隙体积的下降幅度减小。通过实验测得的克氏渗透率与空气渗透率两组数据可以看出,克氏渗透率小于空气渗透率,说明低渗气藏的确存在滑脱效应,而且滑脱效应受净围压的影响。压缩系数随着净围压的增大而减小,且下降幅度越来越小,这与孔隙压缩规律相似。在此基础上,经理论推导给出了考虑气体滑脱效应和压敏效应的渗流方程。     

中国南方海相页岩气体滑脱效应实验研究

为了研究滑脱效应的存在条件,以及对页岩气在页岩储层中的渗流规律,基于页岩气的渗流机理和气体渗流的滑脱机制,通过室内实验测定了不同孔隙压力条件下滑脱因子的大小,研究了孔隙压力对页岩气滑脱效应的影响,以及滑脱效应对气体渗透率的影响情况;对含裂缝和不含裂缝的页岩开展了不同孔隙压力下的渗流特征分析。结果表明:页岩中气体滑脱效应是客观存在的;对于不含裂缝的岩心,气体在页岩渗流过程中滑脱效应的强弱很大程度上取决于储层孔隙压力的大小;当储层孔隙压力1 MPa的时候,滑脱效应明显;当储层孔隙压力大于1 MPa的时候,滑脱效应不明显,整个流动过程为先滑脱流后达西流。对于含明显裂缝的岩心,渗透率随着平均孔隙压力的增大而呈现出三段不同的关系,随着孔隙压力越来越大,渗透率越来越低,且下降趋势越来越大,滑脱效应愈发明显。     

储层压力条件下低渗砂岩气藏气体渗流特征

针对低渗砂岩气藏开展了储层压力条件下的气体渗流特征理论和实验研究,包括研究滑脱效应的定压差高压渗流实验和研究高速非达西流现象的定回压高压渗流实验.研究结果表明:低渗砂岩气藏储层中气体渗流的滑脱效应可以忽略不计;实验气测岩样绝对渗透率时,应用加回压提高平均压力的实验方法测得的绝对渗透率更为准确;压力梯度达到一定的临界值后...     

低渗致密砂岩气藏储层应力敏感性试验研究

由于低渗致密砂岩气藏低孔、低渗特征,采出流体时地层压力下降,导致储层渗透率明显降低,储层岩石出现应力敏感效应,气体渗流阻力增大,最终影响气井产能。本文以大牛地低渗致密砂岩气藏储层岩样为例,从室内试验出发,结合储层岩性及微观结构特征,分析储层孔隙度、渗透率应力敏感程度与产生机理。试验结果表明,低渗致密砂岩气藏储层岩石变形更多属于弹塑性变形,渗透率应力敏感性较强,最终形成永久性、不可逆的伤害,导致气井产能大幅度降低。采取常规措施放大气井生产压差来保持气井高产加剧应力敏感效应,需要采取水平井压裂、酸化等措施减小或解除储层应力敏感性。     

基于启动压力梯度的亲水低渗透储层物性下限确定方法——以蜀南河包场地区须家河组气藏为例

储层物性下限研究是客观合理认识气藏的基础,常规的研究方法在亲水低孔低渗透储层物性下限的研究中具有较大的局限性。为准确界定该类储层的物性下限,以气体低速渗流机理为指导,以气体低速渗流实验为基础,研究了气体在亲水低孔低渗透储层中的渗流规律,并建立了应用启动压力梯度确定该类储层物性下限的方法,即利用气体低速渗流实验查清研究区储层气体的渗流规律,建立孔隙度、渗透率与启动压力梯度的关系,界定启动压力梯度的临界点,进而确定储层的物性下限。应用该方法对蜀南河包场地区须家河组气藏亲水低孔低渗透储层物性下限进行研究,确定了河包场地区渗透率下限为0.05×10-3μm2,须二段、须四段、须六段有效储层孔隙度下限分别为8.61%,4.67%,5.21%。     

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低渗透气藏中气体的渗流有其独特的特征，气体渗流受到启动压差、介质变形和滑脱效应三重因素的影响，从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动。正是由于这种非线性流动的存在，使得低渗气藏的开发动态与中高渗透气藏相比有很大的差异。文章基于大量的实验研究，系统地分析了启动压差、变形介质和滑脱效应对低渗气藏渗流规律的影响，通过实验和机理研究建立了一种新的低渗气藏渗流的基本数学模型。实例计算表明，该模型较传统的气田开发数值模拟模型更能准确地反映低渗气藏开发动态，更好地指导了气田开发生产。     

低渗透气藏渗流研究现状

低渗气藏的开发已成为我国气藏开发所面临的一个技术挑战。由于低渗气藏一般具有低孔低渗的特点，所以其渗流机理与普通气藏相差很大。影响低渗气藏渗流特征的主要因素有应力作用、启动压力梯度、滑脱效应和水锁效应等因素，并且这些因素对渗流影响各有不同，但最终均引起低渗气藏渗流的非线性化。认识到这些因素对低渗气藏渗流的影响，对此类型气藏开发具有十分重要的意义。     

低、特低渗透砂岩气藏单相气体渗流特征实验

由于低渗透、特低渗透砂岩气藏储层孔隙结构的特殊性,其单相气体的渗流特征与中高渗透储层相比存在很大的差别,有必要对其渗流特征进行研究。通过对数十块低渗透、特低渗透砂岩岩心不同驱替压力下单相气体渗流特征的实验研究,结果表明,一般情况下特低渗透砂岩储层（小于0.1×１０-3μm２）的渗流特征符合克氏渗流曲线特征,但是在孔隙压力很低的情况下会表现出由于强滑脱效应而引起的非线性渗流特征;对于低渗透率储层（大于0.1×１０-3μm２）,气体的渗流特征在低驱替压力下符合克氏渗流曲线特征,但是在较高驱替压力下会表现出明显的高速非线性渗流特征。对于特低渗透砂岩储层而言,气体渗流一般不可能发生高速非线性流效应;而对于低渗透储层,就要考虑高速非线性效应对低渗透砂岩气藏气体渗流规律的影响。     

低渗砂岩气藏的孔隙结构与物性特征

根据毛细管束模型,在分形几何、表面与胶体化学和气体分子运动论的基础上研究了低渗砂岩气藏的孔隙结构与物性特征之间的定量关系。孔隙结构特征表现为孔喉半径及其高宽比小,分形维数,毛细管弯曲度和孔-喉径比大。物性特征表现为渗透率低并对应力敏感、毛细管压力和束缚水饱和度高,但原生水饱和度则可能很低,纵向气、水分布异常——气、水分界模糊和可能气、水倒置,自由分子流动与粘滞流动共存以及气高速非达西流动和水低速非达西流动显著。从已建立的理论关系式来看,各种结构参数对物性参数的影响不尽--致,如孔喉半径对渗透率的影响比对毛细管压力的影响大,而分形维数对毛细管压力比对渗透率的影响要大。水膜厚度不影响孔喉有效尺寸,仅通过改变润湿性影响气、水分布,从而影响气、水的相渗透率。在低渗气藏中因孔喉很小,分子自由流动明显,无论在室内或地下均需校正滑脱效应。     

非达西渗流效应对低渗气藏水平井产能的影响

低渗气藏普遍具有低孔、低渗、高含水的特征,气体渗流时表现出明显的非达西渗流效应．如启动压力梯度、应力敏感及滑脱效应。目前已有的考虑应力敏感的低渗气藏产能模型均基于Terzaghi有效应力理论．但该理论并不适用于描述岩石的应力敏感性,引入新的拟压力函数,综合考虑启动压力梯度、滑脱效应及基于本体有效应力理论的应力敏感的影响．推导出了修正的低渗气藏水平井产能方程。以某低渗气藏为例,分别研究这些效应对产能的影响程度,结果表明：基于Teizaghi有效应力理论的应力敏感使得水平井产气量平均降幅为13．28％,而基于本体有效应力理论（实际）的平均降幅仅为I．80％,因此．在低渗气藏开发中应采用基于岩石本体有效应力理论的关系式．     

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科林贝尔在1941年提出了气体在不含束缚水多孔介质中渗流时出现的滑脱现象。而且岩石越致密，渗透率越低，科林贝尔效应越明显。然而，到目前为止还没有一套可靠的描述低渗透气藏动态预测的模型和方法，对低渗透气藏的研究仍沿用常规气藏模型，导致预测开发指标与实际存在较大的差异，导致错误的开发决策。为此，章基于对低渗气藏渗流机理分析，建立了考虑科林贝尔效应的低渗透气藏非线性渗流数学模型、数值模型和模拟模型。通过对磨溪雷-1气藏磨75井区的模拟研究表明，章建立的方法、模型能正确地反映低渗气藏的开采动态。该项研究成功实现了对低渗透气藏的定量动态预报，为低渗透气田开发设计和开采方案优化提供了一项强有力的技术手段。     

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对于低渗透气藏，压力变化引起的介质变形导致储层孔隙度、渗透率变化明显，对气藏开发动态有较大的影响，并且低渗透气藏的流—固耦合效应较中高渗透率气藏强得多。因此，在低渗透气藏模拟中考虑流—固耦合效应可以合理地预测气藏开发动态。此外，由于低渗透气藏渗流机制的特殊性，其渗流曲线偏离达西定律，且存在启动压力梯度，造成低渗气藏的耦合模拟更加复杂。文章基于对低渗透气藏储层特征及渗流机理的认识，将渗流力学和弹塑性力学相结合，建立了低渗透气藏流—固耦合渗流数学模型、数值模型和模拟模型，并利用该模型对四川某低渗气藏开发过程中储层参数、开发指标的变化进行了模拟计算，还比较了考虑介质变形的耦合模型和不考虑介质变形的刚性模型的计算结果。     

低渗透气藏非达西渗流研究

达西定律是渗流的基本规律,但低渗透致密气藏的渗流还有其特殊性,启动压力和气体的"滑脱效应"同时存在,两种现象的研究又似乎相互矛盾.基于对低渗气藏渗流机理分析,利用渗流理论进行研究和推导,考虑启动压力和"滑脱效应"的双重影响,探讨和研究了二者对渗流规律的影响,得出当滑脱效应和启动压力影响相当时,低渗透气藏中非达西效应消失的现象.为进一步开展低渗透气藏渗流理论研究,油藏工程研究和动态分析建立了基础.     

考虑滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器

低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水饱和度的特点,气体渗流存在明显的滑脱效应.Klinkenberg在1941年提出了气体在不含束缚水多孔介质中渗流时出现滑脱现象,而且岩石越致密,渗透率越低,滑脱效应越明显.目前对低渗透气藏的数值模拟研究仍采用常规气藏模型,导致预测开发指标与实际存在较大的差异.通过对低渗透气藏渗流机理的分析,建立了低渗透气藏气-水两相流动非线性渗流数学模型,同时引入考虑滑脱效应的气相相对渗透率概念,建立了相应的数值模型和模拟模型,并根据所建数学模型及其数值解法,编制了考虑气体滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器.