低渗气藏入井液损害实验评价的产能指数法

2020-03-03游利军陈杨康毅力闫霄鹏王艺钧

钻井液与完井液 2020年5期

游利军，陈杨，康毅力，闫霄鹏，王艺钧

（西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，成都 610500）

0 引言

低渗气藏资源量巨大，极具勘探开发前景[1]，是目前和未来我国天然气勘探开发和增储上产的主力。但储层基块孔喉细小，渗透率低，原地条件下小于1 mD[2-4]，存在储层基块、天然裂缝、水力裂缝等多尺度孔缝系统[5-7]。当入井液侵入时，极易造成如固相侵入、流体敏感等损害[8]；低渗气藏局部存在超低含水饱和度，在毛管力作用下，水相圈闭效应显著[9，10]，一旦入井液液相侵入，气相渗透率急剧下降，严重影响气藏采收率[11，12]。因此准确高效地防治低渗气藏入井液损害具有重要意义，而建立模拟现场生产实际、客观评价储层损害的方法是入井液损害防治的基础[13，14]。

现有入井液损害评价实验是依据行业标准SY/T—6540—2002《钻井液完井液损害油层室内评方法》和SY/T—5358—2010《储层敏感性流动实验评价方法》[15]，即在稳定状态下测定待评价入井液循环前后岩心渗透率的变化幅度，评价损害程度[16]。在行业标准的基础上，学者对岩样的制备方法、实验设备、实验条件及实验步骤进行了优化改进，使得方法适用面更广[17]。但是恒压稳态驱替获取数据点少，测试时间较长，并且作为评价指标的渗透率受多参数影响，并非直接反映现场产能，不利于确定预防/解除损害措施，因此需对行业标准法进行优化完善。

笔者提出以产能指数保持率为评价指标的低渗气藏入井液损害评价新方法——产能指数法[18]，并选取低渗气藏岩样开展入井液损害实验评价，分析产能指数法存在的优势与不足，为保护储层工作液以及低渗气藏的损害防治与高效开发提供基础。

1 入井液损害评价新方法

1.1 产能指数法的提出

在现场作业中，对气藏储层最直观的测试方式是通过变压差生产测试，获取有效气层资料，包括生产压差、产量、流体性质等一系列数据[19]，并根据产能评价入井液损害程度，为气藏的高效开发打下基础。但行业标准法采用渗透率恢复率作为评价指标，未直接反映气井产能，且不同评价尺度与时间效应都将对渗透率产生很大的影响，导致室内评价结果与实际储层损害情况存在偏差[20]。

行业标准SY/T 6540—2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》旨在动态或静态评价钻井完井液对常规油层的损害程度，其使用液体作为测试流体较难模拟气藏实际情况。低渗气藏与常规储层相比，孔隙连通性差，黏土矿物质量分数较高，储层性质不稳定[21]，驱替时岩心压力传递速率慢，测试困难，因此需采用高驱替压差，但高压差无法代表井下的驱替条件，流体也可能沿岩样侧面流动，影响损害评价[22]。实际生产中，岩心中油气流动末端即油嘴存在回压，而行业标准法评价时岩心夹持器出口端一般与大气连通，出口端孔隙压力几乎为零，并且采用恒压稳态测试，获取数据点少，易发生应力敏感，增大实验误差[23]。故行业标准法适用于渗透率大于1 mD 的碎屑岩岩样[24]。

因此，低渗气藏入井液损害评价需要考虑气井作业后试采或投产的井底压力，将产能数据作为入井液损害实验评价的评价指标，搭建低渗气藏入井液损害室内评价与矿场评价的桥梁，反映气井的生产实际。该文通过改进评价指标、驱替方式以及实验条件，提出了入井液损害评价的产能指数法（图1）。该方法模拟变生产压差测试，在岩心出口端施加回压，模拟井下气体产出状态，使出口端附近流体超前受压，压力分布均匀化，增加压力传递效率，沟通非回压实验条件下不连通的孔隙，减少滑脱效应对实验结果的影响[25]，增加测试精度，并且采用压力衰竭式驱替岩心，获取动态实验数据。

图1 产能指数法示意图

1.2 实验方法与评价指标

产能指数法开展低渗气藏入井液损害实验评价主要分为以下6 个步骤[18]：①将实验岩样建立含水饱和度并在6 MPa 以上围压下进行加压处理一段时间，以消除应力敏感影响[26]；②以一定的初始压差进行压力衰竭式驱替，测定岩样的动态流量和压差，计算产能指数JA以及初始渗透率；③使用待评价的入井液在一定温度压力条件下于岩样端面反向循环一段时间，并计量不同时间的滤失量；④以一定压差恒压正向返排，直至流量稳定；⑤以与步骤②中相同的条件进行压力衰竭式驱替，测定循环后岩样动态流量、压差以及产能指数JB；⑥计算产能指数保持率RJt0；⑦根据产能指数法评价指标（表1）评价入井液损害程度。

产能指数Jt0及产能指数保持率RJt0计算公式如下：

式中，Jt0为t0时刻的产能指数，cm3/（s·MPa）；qt0为t0时刻出口端气体流量，cm3/s；Pt0a为t0时刻中间容器内的压力，MPa；Pt0b为t0时刻岩心夹持器下端的压力，MPa；RJt0为t0时刻的产能指数保持率；JA为入井液作用前t0时刻的初始产能指数，cm3/（s·MPa）；JB为入井液作用后t0时刻的产能指数，cm3/（s·MPa）。

表1 入井液损害程度评价指标

产能指数法选用的实验装置主要由氮气瓶、岩心夹持器、回压阀、流量计、压力传感器等构成，即为常规的入井液损害评价实验装置，搭建与操作简易，可同时满足产能指数法以及行业标准法进行损害实验评价的需求。

2 方法验证与结果分析

选取某区块低渗气藏储层柱塞岩样作为测试对象，根据产能指数法评价步骤以及行业标准法开展入井液损害实验评价，验证产能指数法是否适用低渗气藏入井液损害评价。共选取10 块低渗岩样开展实验，因低渗气藏裂缝发育，开发过程中极易产生应力敏感损害[27]，因此，将其中6 块岩样采用人工造缝获得平行于岩心轴线的单条裂缝，物性参数见表2。实验流体为4 种不同配方的现场用聚磺水基钻开液1#、2#、3 和4#，根据现场实验结果，4 种钻开液储层保护能力依次增强。测试过程中，将驱替压力设置为3.5 MPa，循环温度设置为70 ℃，模拟储层实际条件，并对损害后的岩样以恒压3.5 MPa 返排，直至流量恒定，模拟气体产出过程中自然解除损害过程，保证实验结果稳定。

表2 岩样物性参数表

通过对实验过程的动态实验数据进行收集、整理、分析，可知因施加回压，模拟实际压力条件，增加了压力传递速率，入井液循环前后岩样压差和流量都呈现出明显的线性正相关。并且循环后的压差和流量的线性相关性更强，即在压力衰减式驱替过程中，其间的渗流通道因微粒运移等作用不断地改变，最终趋于稳定，而循环后的岩样由于经历了长时间的恒压驱替返排，岩样基块中已形成优势渗流通道，因此压差与流量的相关性更优于循环前。

根据实验数据，绘制出基块与裂缝低渗岩样产能指数保持率与时间的关系曲线（见图2），可见评价时间的选取对产能指数保持率存在影响。低渗气藏渗流困难，压力衰减速度慢，为避免评价时间过长，选取入井液循环后压力衰减至初始压力2/3的时间作为评价时间t0，各组实验中t0时刻的产能指数保持率较平均产能指数保持率偏差小于3%，因此该评价时间的选取能够代表产能指数保持率的总体变化规律。而采用行业标准法开展损害评价，即在不同生产压差条件下驱替循环前后的低渗岩样并测定流量，为对比验证产能指数法，生产压差最大值为3.5 MPa，压差降低步长为0.2 MPa，降低至最大值的2/3，以此计算平均渗透率恢复率。对比2 种方法，得到低渗气藏入井液损害程度评价结果（见表3），该结果与现场实验效果接近，表现为随着入井液储层保护能力提升，损害程度随之降低。并且由于低渗气藏孔喉细小，入井液进入基块孔喉难度较大，裂缝岩样损害程度大于基块岩样。

图2 产能指数保持率动态数据

表3 低渗气藏入井液损害程度评价结果

绘制基块和裂缝岩样产能指数保持率与渗透率恢复率的关系曲线（见图3），可知无论是基块岩样还是裂缝岩样的2 种评价结果均具有良好线性相关性，表明产能指数法能够反映入井液循环前后岩样渗流能力的变化特征。实验结果中产能指数保持率较渗透率恢复率偏大，这与室内实验评价的渗透率恢复率过低而实际现场气井生产时仍有产能的常见现象相对应。并且产能指数法能够从时间、压力等角度对实验结果进行多方面的评价，明确压差和时间对损害程度的影响，消除气体滑脱效应，评价结果更为可靠。

图3 基块和裂缝岩样产能指数保持率与渗透率恢复率关系曲线

综上所述，本文建立的产能指数法能够获取动态实验数据，综合评价入井液对低渗气藏的损害过程，并且加强了室内损害实验评价与矿场评价的联系。但是该方法仍存在局限性，当待评价岩心过于致密而无法测试流量，或因流量过小，在蒸发作用等因素影响下导致流量测试准确性差时，产能指数法的评价结果也会受到影响甚至难以评价；而当待评价岩心渗透率过高时，压力衰减过快则会增加测试难度，降低损害实验评价的精确度。

基于上述实验结果以及产能指数法、压力衰减法和行业标准法的对比，为扩大入井液损害实验评价范围，对各渗透率级别储层岩心适用的损害实验评价方法进行了划分（见表4），即产能指数法适用于渗透率较低，流量测试较慢的情况，获取动态压力和流量数据构建产能指数保持率进行损害实验评价，而对于渗透率极低，难以测试流量的岩心，则建议采用压力衰减法测试压力半衰期或者压力衰减指数进行评价，因产能指数法亦采用压力衰竭式驱替，故可在不改变实验流程的情况下进行损害实验评价；而对于渗透率较高，可较快测量压力和流量数据，则建议仍采用恒压稳态法驱替岩心，但选取产能指数保持率作为评价指标，增强行业标准法与现场产能的联系。

建立适用于不同渗透率级别岩心的入井液损害实验评价方法体系能够为后续室内损害实验评价提供指导，提升入井液损害评价的精确性，并且将产能指数保持率与其他损害实验评价方法相结合，能够增强室内损害实验评价体系与矿场评价的联系，为后续损害实验评价方法的完善提供新思路。