东胜气田含水气藏多尺度裂缝气水两相渗流规律研究

陆姣平

(中石化华北油气分公司 石油工程技术研究院,河南 郑州 450006)

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部,横跨伊盟隆起、伊陕斜坡和天环向斜三个构造单元,锦72 井区位于伊盟北部隆起带,锦72 井区盒1 段整体发育辫状河沉积环境,包括心滩、辫流水道、河漫沉积三种沉积微相,砂砾岩、含砾粗砂岩厚度大,分布较广泛。 盒1 段平均埋深3 000 m、地层温度90 ℃、厚度54 m、孔隙度9.2%、渗透率0.58 mD,总体属于低-特低孔、特低渗-超低渗储集岩。 盒1 段为气水同层气藏,平均含气饱和度45%,压裂后气井普遍高产水,影响压后效果,由于对多尺度裂缝内气水两相渗流规律认识不清楚,压裂设计缺乏针对性。 根据国内外致密砂岩气藏储层渗流特征调研可知,目前关于气水相渗规律的研究主要集中在温度、围压、基质渗透率和驱替压差。 叶礼友、郭肖等[1-2]通过单相气体渗流、束缚水状态下气体渗流及气水两相渗流实验和数值计算模型对低渗砂岩渗流规律进行研究,刘宇展、李跃刚等[3-4]对比不同围压下基质和裂缝岩心的相渗曲线特征,田巍[5]研究了不同渗透率下气水相渗曲线,朱泽正[6]通过理论方法计算相对渗透率曲线,并分析了不同驱替压力梯度对气水相对渗透率的影响;但是对多尺度裂缝内气水相渗规律研究相对较少,尤其对致密砂岩含水气藏多尺度裂缝内气水相渗曲线的研究还处于探索阶段。 本文以东胜气田锦72 井区盒1 段气水同层气藏为研究对象,通过可视化平板实验,研究不同驱替压差、不同缝宽、不同气水比下气水流动规律,可视化平板模型虽然能描述裂缝内的气水流动规律,但对粗糙度影响考虑不足,为此进一步对真实岩心进行了测试,明确了多尺度裂缝气水相渗曲线特征、临界含水饱和度等关键指标,为后续含水气藏压裂设计优化奠定基础。

1 多尺度裂缝内气水流动规律研究

1.1 实验条件及设备

利用未充填与充填裂缝模型进行气驱水实验,研究不同尺度裂缝、气水比、驱替压差下气水流动规律,参考国家标准《GB/T 28912—2012 岩石中两相流体相对渗透率测定方法》,采用稳态法测试气水相对渗透率。 实验用水均为锦72 区块模拟地层水,矿化度为41 714.96 mg/L,实验用气为加湿氮气。 可视化裂缝实验温度为25 ℃,实验压力为标准大气压;真实岩心实验温度为90 ℃;实验压力为围压始终比上游压力高1.5 MPa;裂缝内气-水相渗测试流程如图1 所示;裂缝模型如图2 所示,用有机玻璃制作可视化裂缝模型,未充填裂缝模型缝宽(0.1、0.2、0.3、0.5 mm);充填模型缝宽(1、3、5、7 mm),缝内充填支撑剂;真实岩心未充填裂缝模型由直径为2.5 cm 的真实岩心、用砂线切割机中心造缝;未充填裂缝模型缝内加不同厚度不锈钢条(0.1、0.2、0.3、0.5 mm)支撑控制缝宽;充填裂缝缝宽为1、3、5、7 mm(岩心不完全切开),缝内用混合环氧树脂胶的支撑剂充填;热缩套包裹侧面并用喷枪加热使热缩套受热紧缩达到完全密封。

1.2 裂缝内水的临界饱和度规律

不同缝宽在不同驱替压差下气水分布剖面分别见图3、图4,不同缝宽的临界含水饱和度与驱替压差关系见图5。 未充填裂缝内气水重力分异严重,临界含水饱和度较高(26% ~38%),充填裂缝内气水重力分异程度小于未充填裂缝,临界含水饱和度较低(14% ~21%),未充填裂缝中临界含水饱和度大于充填缝;气驱压差增加,气水界面降低,缝内含水饱和度先快速降低,然后缓慢降至临界含水饱和度后保持不变;临界驱替压差随缝宽增加而减小,未充填裂缝当缝宽大于0.3 mm 后,缝宽对临界含水饱和度特征影响较小,充填缝当缝宽大于5 mm 后,缝宽对临界含水饱和度特征影响较小。

1.3 不同气水比下气水流动规律

不同气水比、相同缝宽下,气水从基质到裂缝流动中流速-压差呈非线性关系,相同注入速度下,纯气和纯水的单相流动压差均小于气水两相流动压差,且纯气相的驱替压差小于纯水相的驱替压差;气水两相流动时,水相比例越大,驱替压差越大;速度大于9 mL/min 时,流速增加,驱替压差增速变缓。 裂缝内含水饱和度主要受气水比控制,随着裂缝中气水比例的减小,含水饱和度增加;驱替速度增加,低气水比时的含水饱和度略有增加,高气水比时的含水饱和度略有降低,这是由于高气水比时气相易形成连续相,而低气水时的气相不易形成连续相,分异困难。

1.4 不同缝宽下气水流动规律

相同气水比、不同缝宽下,充填缝含水饱和度远小于未充填缝,但仍存在比较明显的重力分异。 气水从基质到裂缝流动中,相同注入速度下,裂缝宽度增加,驱替压差减小,其中缝宽为0.1 mm 的驱替压差明显高于缝宽0.2、0. 3、0. 5 mm,且这种差异随着注入速度的增加而显著增强,而缝宽0. 2、0. 3、0.5 mm 的驱替压差相差不大;其中缝宽为1、3、5 mm 的驱替压差接近,特别是气水比例增加时,差异更小。 因此,压裂造缝时,缝宽在1 ~5 mm 即可。

2 多尺度裂缝气水相渗曲线特征

2.1 可视化裂缝气水相渗曲线特征

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。 气水比越高或缝宽减小,裂缝内含水饱和度越小;流速对含水饱和度的影响略小,流速增加,含水饱和度略有降低。 可视化未充填裂缝和充填裂缝在注入速度增加,相渗曲线左移,束缚水饱和度减小,残余气饱和度减小,未充填裂缝两相区范围变宽,充填裂缝两相区宽度变化不明显。 在相同注入速度(驱替压差),不同缝宽的气水相渗曲线如图7、图8 所示,流体从基质向裂缝内混合流动过程中,缝宽增加,束缚水饱和度增大,残余气饱和度减小;未充填缝两相区范围变窄,充填缝相渗曲线右移,两相区略微变窄。

2.2 真实岩心裂缝相渗曲线特征

真实岩心裂缝模型气水相渗曲线均为上凹型曲线(见图9、图10),束缚水饱和度和残余气饱和度均不为0;随着裂缝宽度增加,束缚水饱和度和最大含水饱和度变化范围较小,束缚水饱和度和最大含水饱和度最大变化范围仅在5%以内。

2.3 不同支撑下气水相渗曲线特征

改性支撑剂疏水,水相相渗较高,两相区较大,束缚水饱和度低于亲水支撑剂;亲水支撑剂亲水,水相相渗较低,两相区较小(见图11)。 改性支撑剂充填的裂缝,由于改性支撑剂增大润湿角至疏水状态,能够有效降低毛管力,水流动能力强,留在缝内的水少,提高气井排液及稳产能力,最终使得产气量增加,该类支撑剂优于常规亲水支撑剂。

3 现场应用效果

在2021—2022 年期间,相关研究成果在东胜气田含水气藏共计应用3 口井,分别为XX-21、XX-23、XX-4-8 井。 3 口井与同河道同层位邻井XX-22 井对比,采用疏水支撑剂压裂后,平均日产气量提高了1.3 倍,增产效果显著(见表1)。

4 结论

1)东胜气田气水同层气藏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。

2)东胜气田气水同层气藏气水两相流动时,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。

表1 压裂优化设计后改造效果与邻井对比表

3)东胜气田气水同层气藏地层条件下的未充填裂缝和充填裂缝气水相渗曲线均呈X 型,束缚水及残余气饱和度很小;

4)改性支撑剂能够有效降低毛管力,水流动能力强,留在缝内的水少,提高气井排液及稳产能力,最终使得产气量增加,优于常规亲水支撑剂。