CN106285645B - 一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法。主要解决了现有物理模拟实验中难以模拟边底水裂缝性气藏水侵定位的问题。其特征在于：包括以下步骤：（1）制备岩心；（2）布置电极并浇铸岩心；（3）岩心置入压力容器并连接闸门；（4）边底水气藏水侵物理模拟。该物理模拟方法，所取得的实验数据能够比较真实反映低渗透裂缝性边底水气藏水侵规律，并且可以利用它来优化气藏开发时气井配产等参数。
Description
技术领域
本发明涉及气藏开发技术领域，特别涉及一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法。
背景技术
在国外已发现气藏中，低渗透裂缝性边底水气藏占有相当大的比例，它对天然气产量贡献占据十分重要位置。随着我国天然气勘探开发程度不断加深，低渗透裂缝性边底水气藏探明储量和产量也在逐年增加。裂缝性气藏因其复杂结构比非裂缝气藏的开发更为困难。若气藏存在边底水，一旦水沿裂缝通道向气井窜流，造成部分气体被水封隔，使气井产量大幅降低甚至停产，这将严重影响气藏的采收率和开发效益。为高效开发此类气田，就必须采取优化气井生产参数，目前主要依靠数值模拟和物理模拟方法来获取合理生产参数，但由于人造岩心和实验方法制约，目前仅采用数值模拟方法。与数值模拟相比较，物理模拟可以比较真实地再现气藏开发实际过程，其实验结果更能客观反映气藏开发规律。
发明内容
本发明在于克服背景技术中存在的现有物理模拟实验中难以模拟边底水裂缝性气藏水侵定位的问题，而提供一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法。该低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，所取得的实验数据能够比较真实反映低渗透裂缝性边底水气藏水侵规律，并且可以利用它来优化气藏开发参数。
本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，包括以下步骤：
(1)制备岩心：岩心由石英砂和胶结物制备，制备好的岩心由高渗透和低渗透区域组成，岩心固化前按照预先设计的裂缝长度、宽度和与水平面角度，在岩心低渗透区域预定位置放置淀粉纸；
(2)布置电极并浇铸岩心：沿步骤(1)的岩心裂缝方向布置若干对电极，各对电极间距离1.5cm，电极正负极横跨裂缝，间距1.5cm；电极一端深入岩心中部，另一端高出岩心表面2cm；岩心压实，加温固化；在岩心低渗透区域主平面上布置测压孔和采气孔，在岩心高渗透区域布置底水或边水注入孔，采用环氧树脂整体浇铸岩心，确保岩心孔隙与外部环境完全隔离；
(3)岩心置入压力容器并连接闸门：将步骤(2)处理好的岩心放入压力容器，用管线将测压孔、注入孔和采气孔与压力容器内部输出孔相连，用漆包线将岩心上各个电极与压力容器内部输出线相连；封闭压力容器，向容器内注水，使容器内水压恒定在3～12MPa，确保该压力始终高于岩心孔隙内气体压力0.1MPa；将高压气瓶与压力容器外部采气孔闸门相连，将水容器与压力容器外部注入孔闸门相连；
(4)边底水气藏水侵物理模拟：
①打开压力容器外部注水孔闸门，岩心抽空饱和水，再关闭闸门；②调节气瓶输出压力为模拟气藏压力P，打开压力容器外部采气孔闸门，气体进入岩心高低渗透区域孔隙，压力稳定后关闭气源；
③在采气孔上安装回压阀，用于调节回压值；
④将水容器与注水孔相连，水容器中水与岩心高渗透区域水连为一体，气源向水容器提供压力P，该系统用于模拟边水或底水；
⑤按照实验目的要求设置回压值，打开采气孔闸门进行衰竭式采气，定期记录采气量、各个测压点压力和电极间电流值，直至岩心孔隙压力降低到设计值为止。
本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：利用该低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，随裂缝岩心配产量增加，稳产采气生产时间缩短，累计产气量减少。在裂缝岩心缝长和夹角相同条件下，与无底水情况相比较，底水推进导致稳产期缩短，累计采气量减小；对于底水裂缝岩心，在裂缝与水平面夹角固定条件下，随裂缝长度增加，缝尖与采气井间距离减小，它们间压差增加，底水推进速度增大，水锁区域面积增大，采气量损失率增加。利用该低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法可优化气藏开发参数。
附图说明：
附图1含水饱和度与色彩对应关系；
附图2为岩心1采气过程中底水推进前缘与时间关系图；
附图3为岩心2采气过程中底水推进前缘与时间关系图；
附图4为岩心3采气过程中底水推进前缘与时间关系图；
附图5为岩心4采气过程中底水推进前缘与时间关系图；
附图6为岩心5采气过程中底水推进前缘与时间关系图；
附图7为岩心6采气过程中底水推进前缘与时间关系图。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法：
(1)制备及固化岩心：岩心由石英砂和胶结物组成，石英砂与胶结物质量百分比：石英砂85％～95％，胶结物15％～5％。岩心外观尺寸：长×高×厚＝30～60cm×30～60cm×4.5～9cm，由高渗透(1000×10-3μm2～10000×10-3μm2)和低渗透(0.1×10-3μm2～10×10-3μm2)区域组成，其中高渗透区域尺寸：长×高×厚＝30～60cm×1.5～3.0cm×4.5～9cm。岩心固化前按照预先设计裂缝长度、宽度和与水平面角度，在岩心低渗透区域预定位置放置淀粉纸(厚度由重叠纸张数量控制)；
(2)沿岩心裂缝方向布置若干对电极，各对电极间距离1.5cm。电极正负极横跨裂缝，间距1.5cm；电极一端深入岩心中部，另一端高出岩心表面2cm；岩心压实，加温固化；在岩心低渗透区域主平面上布置测压孔和采气孔，在岩心高渗透区域布置底水或边水注入孔，采用环氧树脂整体浇铸岩心，确保岩心孔隙与外部环境完全隔离；
(3)将步骤(2)处理好的岩心放入压力容器，用管线将测压孔、注入孔和采气孔与压力容器内部输出孔相连，用漆包线将岩心上各个电极与压力容器内部输出线相连；封闭压力容器，用手摇泵向容器内注水，使容器内水压恒定在3～12MPa，确保该压力始终高于岩心孔隙内气体压力0.1MPa；将高压气瓶(气源，氮气或空气或天然气)与压力容器外部采气孔闸门相连，将水容器与压力容器外部注入孔闸门相连。
(4)边底水气藏物理模拟
a、不考虑水侵实验情况下：
①关闭压力容器外部注水孔闸门，调节气瓶输出压力为模拟气藏压力P，打开压力容器外部采气孔闸门，气体进入岩心高低渗透区域孔隙，压力稳定后关闭气源；②在采气孔上安装回压阀，用于调节回压值；③按照实验目的要求设置回压值，打开采气孔闸门进行衰竭式采气，定期记录采气量和各个测压点压力，直至岩心孔隙压力降低到设计值为止。
b、考虑水侵实验的情况下：
①打开压力容器外部注水孔闸门，岩心抽空饱和水，再关闭闸门；②调节气瓶输出压力为模拟气藏压力P，打开压力容器外部采气孔闸门，气体进入岩心高低渗透区域孔隙，压力稳定后关闭气源；③在采气孔上安装回压阀，用于调节回压值；④将水容器与注水孔相连，水容器中水与岩心高渗透区域水连为一体，气源向水容器提供压力P，该系统用于模拟边水或底水；⑤按照实验目的要求设置回压值，打开采气孔闸门进行衰竭式采气，定期记录采气量、各个测压点压力和电极间电流值，直至岩心孔隙压力降低到设计值为止。
制备岩心1～岩心6：
①岩心1～岩心3：裂缝长度28.0cm、18.7cm和9.3cm，与水平方向夹角为45°；
②岩心4～岩心6：与水平方向夹角为30°、60°和90°，裂缝长度28.0cm。
采用D08-8C/ZM型气体流量计测量气体流量，秒表记录采气时间，为提高环氧树脂密封岩心耐压能力，将岩心置于盛满水的密闭压力容器内，利用手摇泵对容器内水加压，确保水压大于岩心孔隙内气体压力。
实验步骤
①底水裂缝岩心制作；
②将岩心放入压力容器内，连接电极线、测压管线和采气管线，密封压力容器；
③从压力容器底部闸门灌入自来水，直至上部闸门排水为止，关闭上下闸门；
④利用手摇泵向压力容器内注水，直至容器内部水压升高到3MPa为止；
⑤利用高压气瓶向岩心内注空气，直至压力升高到2.6MPa为止；
⑥测试衰竭式开发和底水水侵对采气效果影响；
1、气井配产量对气藏开发效果的影响：
实验岩心为“岩心1”～“岩心6”，气井配产量为30mL/min，50mL/min和100mL/min，通过采气时间、瞬时产气量、累计产气量和压力等指标来评价气井配产量对气藏开发效果的影响。
在“岩心1～岩心6”上开展不同配产量采气实验，测量采气量和各个测压点压力实验数据，测试结果见表1。
表1测试结果
从表1中可以看出，对于同一裂缝形态的岩心，配产量对采气时间和累积采气量有影响。随着配产量的增大，采气时间缩短，累积采气量减小，采气损失率增大。当配产量较大时，在采气过程中，压力下降速度较快，裂缝作为气体的主流通道不断进行能量补充，而小孔道内气体无法得到充分开发，因此使得气藏的采气损失率增大。相反，当配产量较小时，压力下降速度较慢，小孔道内气体由于压差作用开发较为充分，进而使得气藏的采气损失率减小。
2、底水裂缝突进对气藏开发效果的影响：
在配产量为30mL/min条件下，在“岩心1～岩心6”上开展底水水侵对采气量影响实验，记录采气时间，累积采气量和各个测压点压力，测试结果见表2。
表2采气量实验数据
从表2中可以看出，在岩心裂缝形态和配产量相同的条件下，有无底水对采气量存在影响。当气藏存在底水时，气藏的采气时间减少，累积采气量减少。这是因为，对于存在裂缝的气藏，储层基质部分为主要储气空间，裂缝为主要渗流通道，底水水侵时，由于裂缝渗流阻力小，在压差作用下底水会沿裂缝突进，与此同时，裂缝中的水向周边基质孔隙入侵，封闭气体的渗流通道，大量孔隙中的气体被封隔，形成“水锁”，导致采气量降低。
对比岩心1、岩心2和岩心3可以发现，在岩心裂缝夹角和配产量相同的条件下，裂缝长度对采气量损失率存在影响。当裂缝长度从9.3cm增加到28.0cm时，采气量损失率从6.9％增加到9.0％。分析表明，随着裂缝长度的增大，储层渗流系统更加顺畅，流体的导流能力随之提高，底水活动增强，气井的水侵速度加快，气井稳产期随之缩短导致采气损失率增大。此外，随着裂缝长度的增大，水锁面积增大，所以采气损失率增大。
对比岩心1、岩心4、岩心5和岩心6可以发现，在岩心裂缝长度和配产量相同的条件下，裂缝夹角对采气量损失率存在影响。当裂缝夹角分别30°、45°、60°和90°时，采气量损失率分别为18.7％、9.0％、12.7％和10.7％。由此可见，裂缝与水平面夹角大小决定了底水影响含气区域面积大小和形状以及水锁气量的多少，进而决定了采气量损失率大小。
最后，从表2中还可以看出，气藏有无底水对采气过程结束时岩心内压力分布存在影响。当气藏存在底水时，底水优先沿着裂缝推进，同时渗透到裂缝附近区域，从而大大增加了气体从基质孔隙流向裂缝的渗流阻力，在局部区域造成“气锁”。因此，采气过程结束时，底水气藏压力较高。
实验表明，岩心中某点电导率与孔隙中含水饱和度密切相关，即随着含水饱和度增加，电导率升高。为了描述裂缝岩心底水前缘推进规律，首先在标准岩心上建立电导率与含水饱和度关系，然后将裂缝岩心底水推进实验过程中测得电导率转换成含水饱和度，建立起含水饱和度与时间关系，据此获得底水前缘推进规律。
含水率与色彩对应关心见图1。
(1)“岩心1”(裂缝长度28cm，与水平面夹角45°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图2。
从图2可以看出，大约240min底水开始沿裂缝突进，420min时达到裂缝尖端。与此同时，底水沿裂缝壁面向基质孔隙渗流，渗透距离逐渐增加。
(2)“岩心2”(裂缝长度19.7cm，与水平面夹角45°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图3。
从图3可以看出，大约300min底水开始沿裂缝突进，420min时达到裂缝尖端。与此同时，底水沿裂缝壁面向基质孔隙渗流，渗透距离逐渐增加。
(3)“岩心3”(裂缝长度9.3cm，与水平面夹角45°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图4。
从图4可以看出，360min时开始水侵，450min时底水沿裂缝水侵到达裂缝前沿，在此过程中裂缝中的含水饱和度在不断增加。
(4)“岩心4”(裂缝长度28cm，与水平面夹角30°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图5。
从图5可以看出，330min时开始水侵，510min时底水沿裂缝水侵到达裂缝前沿，在此过程中裂缝内含水饱和度逐渐增加。
(5)“岩心5”(裂缝长度28cm，与水平面夹角60°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图6。
从图6可以看出，270min时开始水侵，480min时底水沿裂缝水侵到达裂缝前沿，在此过程中裂缝内含水饱和度逐渐增加。
(6)“岩心6”(裂缝长度28cm，与水平面夹角90°，配产量30mL/min)采气过程中底水推进前缘与时间关系见图7。
从图7可以看出，300min时开始水侵，480min时底水沿裂缝水侵到达裂缝前沿，在此过程中裂缝中的含水饱和度在不断增加。
综上所述，当裂缝岩心裂缝角度相同时，随缝长增加，底水突进时间提前。当缝长相同时，与裂缝夹角30°和90°相比较，45°或60°时裂缝与采气井口距离较近，裂缝尖端与采气井间压差较大，导致底水推进速度较大，底水突进时间较早。因此，随裂缝与水平面夹角增大，采气量损失率呈现“减小–增加–减小”变化规律。
利用该低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，通过随裂缝岩心配产量的增加，稳产采气生产时间缩短，累计产气量减少。在裂缝岩心缝长和夹角相同条件下，与无底水情况相比较，底水推进导致稳产期缩短，累计采气量减小；对于底水裂缝岩心，在裂缝与水平面夹角固定条件下，随裂缝长度增加，缝尖与采气井间距离减小，它们间压差增加，底水推进速度增大，水锁区域面积增大，采气量损失率增加。
Claims (3)
1.一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备岩心：岩心由石英砂和胶结物制备，制备好的岩心由高渗透和低渗透区域组成，岩心固化前按照预先设计的裂缝长度、宽度和与水平面角度，在岩心低渗透区域预定位置放置淀粉纸；
（2）布置电极并浇铸岩心：沿步骤（1）的岩心裂缝方向布置若干对电极，各对电极间距离1.5cm，电极正负极横跨裂缝，间距1.5cm；电极一端深入岩心中部，另一端高出岩心表面2cm；岩心压实，加温固化；在岩心低渗透区域主平面上布置测压孔和采气孔，在岩心高渗透区域布置底水或边水注入孔，采用环氧树脂整体浇铸岩心，确保岩心孔隙与外部环境完全隔离；
（3）岩心置入压力容器并连接闸门：将步骤（2）处理好的岩心放入压力容器，用管线将测压孔、注入孔和采气孔与压力容器内部输出孔相连，用漆包线将岩心上各个电极与压力容器内部输出线相连；封闭压力容器，向容器内注水，使容器内水压恒定在3～12MPa，确保该压力始终高于岩心孔隙内气体压力0.1MPa；将高压气瓶与压力容器外部采气孔闸门相连，将水容器与压力容器外部注入孔闸门相连；
（4）边底水气藏水侵物理模拟：
①打开压力容器外部注水孔闸门，岩心抽空饱和水，再关闭闸门；②调节气瓶输出压力为模拟气藏压力P，打开压力容器外部采气孔闸门，气体进入岩心高低渗透区域孔隙，压力稳定后关闭气源；
③在采气孔上安装回压阀，用于调节回压值；
④将水容器与注水孔相连，水容器中水与岩心高渗透区域水连为一体，气源向水容器提供压力P，用于模拟边水或底水；
⑤按照实验目的要求设置回压值，打开采气孔闸门进行衰竭式采气，定期记录采气量、各个测压点压力和电极间电流值，直至岩心孔隙压力降低到设计值为止。
2.根据权利要求1所述的一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，其特征在于：所述步骤（1）石英砂与胶结物质量百分比：石英砂85%～95%，胶结物15%～5%；岩心外观尺寸：长×高×厚=30～60cm×30～60cm×4.5～9cm。
3.根据权利要求1所述的一种低渗透裂缝性边底水气藏水侵定位物理模拟方法，其特征在于：所述高渗透区域kg=1000×10-3μm2~10000×10-3μm2 ，低渗透区域kg=0.1×10-3μm2～10×10-3μm2，其中高渗透区域尺寸：长×高×厚=30～60cm×1.5～3.0cm×4.5～9cm。
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