低渗透砂岩气藏气体渗流机理实验研究现状及新认识

研究低渗透气藏的渗流机理,有利于制订合理、有效的开发方案。低渗透砂岩气藏气体的渗流机理实验研究主要集中在气体的滑脱效应、启动压力梯度、高速非达西流效应和含水饱和度影响等4个方面。为此,分析总结了国内外有关低渗透砂岩气藏渗流机理的研究成果,并有针对性地进行了大量低渗透砂岩气体渗流机理的实验研究,获得了一些新认识:①实际生产过程中,由于低渗透气藏的废弃压力很高,故没有必要考虑滑脱效应的影响;②低渗透气藏气体渗流过程中存在启动压力梯度,与渗透率呈反比;③低渗透气藏开发过程中发生高速非达西流效应具有临界渗透率值;④含水饱和度对低渗透气藏气体渗流特征影响很大。上述认识对于低渗透致密砂岩气藏开发具有指导意义。     

考虑气体滑脱及Knudsen扩散的低渗致密砂岩微观流动模拟

低渗致密砂岩纳米-微米尺度孔喉发育,微观非均质性强,渗流机理复杂,现有物理实验方法难以准确评价。采用基于数字岩心理论的微观流动模拟方法来分析低渗致密砂岩中天然气的渗流规律。以川西地区沙溪庙组砂岩样品为基础,利用CT扫描建立目标岩样三维数字岩心,通过孔喉识别、形态简化及喉道调整,构建了包含不同孔喉分布的低渗致密砂岩三维孔隙模型;考虑天然气在纳米-微米孔喉中输运机制的复杂性,建立了耦合Darcy渗流、气体滑脱和Knudsen扩散的流动控制方程,并结合孔隙模型对其进行离散求解。开展流动模拟,评价不同孔隙压力下各输运机制对天然气产出运移的影响。结果表明：低渗致密砂岩中喉道越小、孔隙压力越低,气体流动非线性越强;在孔隙压力高于10 MPa范围,天然气在平均喉道半径大于0.1 μm的砂岩孔隙空间中的流动基本满足Darcy渗流;而对于平均喉道半径小于0.1 μm的致密砂岩,孔隙压力低于10 MPa后气体滑脱和Knudsen扩散是气体运移中重要机制,对天然气生产的影响不可忽略。     

致密岩心中气体渗流特征及影响因素实验研究

致密砂岩气藏储层岩石孔隙结构复杂,孔喉细小,气体渗流特征有别于常规气藏。采用逐级增压气驱实验和定容衰竭开采物理模拟实验相结合的方法,测试分析了气体在砂岩储层岩心中的渗流特征。研究表明:气体在致密砂岩储层岩心中有效流动的条件是需要有足够大的流动压差克服沿程摩阻,这也是致密气藏储量得到动用的门槛条件。气相渗流特征受岩心基质渗透率、含水饱和度、岩心长度、上覆压力等多种因素的影响,在致密气藏开发过程中,需要综合考虑这些因素对气井产能及稳产能力的影响。     

致密砂岩气藏多尺度效应及生产机理

致密砂岩储层具有裂缝发育、基块致密的特点，通常需要水力压裂才能做到经济开采。储层储渗空间具有强烈的尺度性，按空间尺度分为致密基块孔喉尺度、天然裂缝尺度、水力裂缝尺度以及宏观气井尺度。致密砂岩气的产出是经过致密基块-天然裂缝-水力裂缝-井筒的跨尺度、多种传质等复杂过程，气体流动包括扩散和渗流，并分别用Fick定律和达西定律来进行描述。文章指出了气体在储层不同空间尺度中的流动具有时间尺度性，在裂缝中流动较快，在孔隙和喉道中流动较慢，而微孔中扩散更慢。无量纲导流能力关联了气体不同尺度下的传递过程，只有水力裂缝尺度和天然裂缝尺度的无量纲导流能力合理搭配，渗流能力达到一致，致密气才能经济高效采出。生产实例表明，致密砂岩气藏压裂后气井早期高产，一段时间后供气明显不足，压力急剧降低，稳产困难，表明致密砂岩气藏生产过程非常复杂。     

应力敏感性致密气藏压裂井动态反演新方法

针对致密砂岩气藏的储层特征及渗流机理,建立并求解了考虑储层应力敏感性和裂缝导流能力的致密砂岩气藏压裂井不稳定渗流数学模型,进一步开发出应力敏感性致密砂岩气藏压裂井产能递减典型曲线图版,利用图版拟合可以求取致密砂岩气藏应力敏感储层参数及压裂工艺参数,形成一套快速有效的致密砂岩气藏压裂井动态反演技术及动态产能确定方法。通过苏里格气藏压裂井实例分析,验证了该应力敏感性致密砂岩气藏压裂井动态反演技术方法的可靠性,有助于致密砂岩气藏的高效开发。     

致密砂岩气藏开发传质过程的时间尺度研究

致密砂岩储层在空间上具有强烈的尺度性,包括致密基块孔喉尺度、天然裂缝尺度、水力缝尺度以及宏观气井尺度,这种多尺度结构对气藏流体在储层空间分布和流动中起控制作用。致密砂岩气藏开发传质过程包括基块孔喉尺度的解吸、扩散和渗流,还有天然裂缝和水力裂缝尺度的渗流。气体在不同空间尺度中的流动具有时间效应,在裂缝中流动较快,在孔隙和喉道中流动较慢,而微孔中的扩散更慢,且易受外界环境变化的影响。基于4种尺度下气体的传质过程,推导了各个尺度下不同传质过程的特征时间计算公式,得到了对应空间尺度下的时间尺度范围,结果表明,基块中的扩散和渗流过程在时间尺度上分别为101~1010s和100~106s,而天然裂缝和人工裂缝中在时间尺度上为10-2~101s。指出致密砂岩气藏开发要注意储层保护与改造并举,采用特殊结构井、多层合采井和钻加密井等技术。     

低渗致密砂岩气藏提高采收率实验研究

针对我国典型的低渗致密砂岩气藏,通过大量岩心实验和露头剖面精细取心测试分析,研究了应力作用对储层渗透率的影响、储层非均质性以及储层含水饱和度等特征,选用有代表性的岩心,开展了系统的单相气体渗流,含水条件下的气相渗流以及气、水两相渗流实验,分析了低渗致密砂岩储层单相气体渗流形态,含水饱和度变化对气相渗流能力的影响以及气、水两相渗流特征;在此基础上,采用气藏开发物理模拟实验技术,模拟研究了气藏衰竭开采过程中储层渗透率、含水条件、配产与废弃条件、纵向储层渗透率差异、平面非均质(储层砂体间存在阻流带)等多种因素对低渗致密砂岩气藏采收率的影响,根据权重分析对这5类影响因素进行了排序,结果表明储层物性和储层含水饱和度对采收率的影响最大,权重分别占到0.24和0.38,为进一步提高气藏采收率奠定了基础。     

川西致密砂岩气藏新的矿场评价标准和评价方法

文章根据川西致密砂岩气藏的损害特征和现场100多口井的测试资料的统计分析表明,储层表现出自身的损害特点,其常规的矿场评价指标和标准不一定完全适合非常规的致密碎屑岩气藏的情况.针对川西致密砂岩气藏损害特征,提出新的气藏损害的评价标准,同时根据致密砂岩气藏油层损害的要求和评价标准的需要,建立起新的描述裂缝-孔隙性砂岩气藏损害评价的数学模型,该模型在原来裂缝-孔隙性砂岩渗流模型的基础上考虑裂缝与基块之间窜流表皮系数对渗流的影响.将该矿场评价标准和评价方法应用于川西致密砂岩储层的损害评价中取得很好的效果,这不仅对于川西致密砂岩的油层损害评价有现实意义,而且对裂缝-孔隙油气藏的试井解释和损害评价都具有重要的指导意义.     

川西致密砂岩气藏新的矿场评价标准和评价方法

文章根据川西致密砂岩气藏的损害特征和现场100多口井的测试资料的统计分析表明,储层表现出自身的损害特点,其常规的矿场评价指标和标准不一定完全适合非常规的致密碎屑岩气藏的情况,针对川西致密砂岩气藏损害特征,提出新的气藏损害的评价标准,同时根据致密砂岩气藏油层损害的要求和评价标准的需要,建立起新的描述裂缝-孔隙性砂岩气藏损害评价的数学模型,该模型在原来裂缝-孔隙性砂岩渗流模型的基础上考虑裂缝与基块之间窜流表皮系数对渗流物影响。将该矿场评价标准和评价方法应用于川西致密砂岩储层的损害评价中取得很好的效果,这不仅对于川西致密砂岩的油层损害评价有现实意义。而且对裂缝-孔隙油气藏的试井解释和损害评价都具有重要的指导意义。     

致密砂岩气藏阈压梯度对采收率的影响

致密砂岩气藏具有低孔、低渗、高含水等储层特征,致密储层中孔隙水的存在使得气体在渗流过程中产生了存在阈压梯度的非达西渗流,从而减小了单井控制储量降低了气藏采收率。通过对苏里格气田岩样采用气泡法与压差流量法相结合的实验方法,得出致密砂岩气藏具有储层渗透率越低、含水饱和度越高,阈压梯度越大,非达西渗流特征越显著的渗流规律,并根据实验结果建立了阈压梯度与渗透率、含水饱和度的关系式。所得关系式结合稳态产能方程计算表明阈压梯度与气藏采收率呈正线性相关关系,且储层渗透率是致密砂岩气藏采收率的最主要影响因素,当储层渗透率低于0.02×10^-3μm²、阈压梯度大于0.1MPa/m时,会造成储层中的绝大多数流体无法被动用;含水饱和度也是致密砂岩气藏采收率的影响因素,当含水饱和度高于临界含水饱和度值时,采收率会随着含水饱和度的升高急剧下降,所得实验结果与数学模型能够正确地反映致密砂岩气藏的渗流机理和开发动态。     

考虑压力作用的气体或气体混合物的扩散渗流方程

本文通过压力作用下流体扩散渗流的讨论,得出了考虑压力作用的气体或气体混合物的扩散渗流方程。并对扩散系数 D,膨胀扩散系数 G 进行了讨论,从而使在压力作用下的气体或气体混合物的扩散运动得到了更好的描述。     

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.     

致密砂岩气藏注CO2提高天然气采收率微观机理

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO₂是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO₂驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO₂-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO₂-EGR的微观渗流机理,并明确了CO₂-EGR的主控因素。研究结果表明：(1)驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;(2) CO₂-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO₂-CH₄的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;(3)注入的CO₂可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH₄良好的混相能力能促进沟通分...     

致密砂岩气藏产水机理与开发对策

为认清致密砂岩气藏的渗流规律、揭示其储层产水机理、寻求有效的开发对策,开展了相关研究。结果表明,致密砂岩气藏储层渗流机理复杂,表现在:储层原始含水饱和度主要受储层微观孔隙结构特征的控制;在气水互封状态下,气体弹性膨胀推动部分束缚水转化为可动水,可动水饱和度能有效表征储层水相可动性;储层水相对气相渗流能力影响显著,含水条件下气体渗流存在闽压梯度,其主要受储层物性与含水饱和度的控制,阚压效应导致单井控制范围减小,储量动用程度降低;气、水两相渗流能力受压力梯度的影响。进而基于对致密砂岩气藏产水机理和渗流机理的认识,提出了有针对性的开发对策:①在明确储层可动水饱和度的基础上,评价储层产水风险,优选井位及开发层位,降低气井产水风险,提高单井产能;②采用压裂水平井开发,增加泄流面积,减小生产压差,延长无水或低水采气期;③合理配产,降低生产压差,预防或控制产水量;④强化排水采气,提高生产效果。上述技术措施为四川盆地中部上三叠统须家河组气藏和鄂尔多斯盆地苏里格气田低渗透致密砂岩气藏的有效开发提供了技术保障。     

考虑滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器

我国大多数气藏属于低渗透气藏。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的滑脱现象。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。为此基于对低渗气藏渗流机理的分析，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。     

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。     

致密砂岩气藏分段压裂水平井产能预测方法研究与应用

目前,致密砂岩气藏分段压裂水平井产能预测面临拟合率不高、EUR预测不准,以及对生产数据依赖性强等问题。根据致密砂岩气藏分段压裂水平井渗流特点,以经典的Arps递减为基础,采用分段方法预测其产能。结合现场数据,对此方法进行分析验证,提出了适合致密砂岩气藏分段压裂水平井的产能递减方程,达到了在生产数据较少的条件下准确预测分段压裂水平井产能及EUR的目的,得到致密砂岩气藏分段压裂水平井产能预测方法,为评价致密砂岩气藏单井产能和开发方案编制提供了依据。     

塔里木盆地英南2井侏罗系气藏性质

塔里木盆地英吉苏凹陷英南2井侏罗系天然气气藏具有深盆气藏的性质。该区古生界具有分布广、生烃强度高的烃源岩和区域深坳陷。生烃中心位于深坳陷中,其上倾方向为致密砂岩。而且在较好砂岩储集层的上部具有连片分布的致密砂岩。气藏盖层的封闭机理是由于致密砂岩微细孔喉产生的毛细管压力,致密砂岩所具有的水锁现象增大了微细孔喉的毛细管压力,成为油气封堵层,阻止了油气纵向上大量的散失,使得天然气在相对好的砂岩储集层中聚集成藏。由于天然气具有高度扩散能力,在漫长的地质历史时期,已经聚集成藏的天然气会部分扩散到上部地层中而发生散失,同时由于坳陷中的烃源岩具有持续生烃能力,使气藏中散失掉的气体得以补充,这样,便形成了动态平衡的气藏。     

致密砂岩气藏主要产气阶段渗流特征

针对致密砂岩气藏渗透率极低,导致其渗流规律复杂的问题,以压裂直井非稳态渗流阶段的渗流特征为基础,运用渗流力学分析方法、叠加原理和渐进分析手段,得到分段压裂水平井非稳态时期水平井日产气量倒数与生产时间呈线性关系的产能方程及单井产能预测中“拐点”的判别方法。结合现场生产数据,验证了公式的正确性。研究成果表明,分段压裂水平井主要产气阶段渗流为非稳态渗流,为致密砂岩气藏现场开采的产能预测、“死气区”优化及单井控制储量优化提供理论基础。以西加盆地B气藏为例,研究成果使单井产能预测误差降低至1.74%。研究成果对致密砂岩气藏的开发策略及开发方案编制具有指导意义。     

致密砂岩气藏启动压差与可动水变化规律实验研究

长庆苏里格致密砂岩气藏储层岩石渗透率低、含气丰度低、含水饱和度高,受致密储层岩石孔隙喉道细小和孔隙喉道处所形成的连续水化膜的影响,气体的有效渗流空间会明显减少,引起孔隙中气、水赖以流动的通道变窄,储层中出现水锁、贾敏现象严重,从而降低了气体的有效渗透率,严重影响致密气藏产能。影响因素主要包括致密气藏储层岩石可动水饱和度、约束束缚水饱和度、启动压力梯度和气体滑脱效应等。以长庆苏东地区致密储层P1s、P2h岩心为例,运用可精确计量气水流动过程中微量流量的致密储层岩心渗流物理模拟实验研究方法,探索了致密气藏储层岩石可动水饱和度、约束束缚水饱和度、启动压力梯度和气体滑脱效应等特殊物理性质变化特征,为深入研究致密砂岩气藏复杂的气水两相流渗流特征及储层产能评价奠定了理论基础。