CN110566195A - 地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，包括岩心准备、流体准备、建立地层温度压力条件、建立岩心束缚水饱和度、应力敏感性评价实验、应力敏感实验各个测试点下的渗透率计算、实验结论等步骤，根据实验结论得到的应力敏感性损害程度评价预测实验所用岩心所属储层的气藏产能。本发明有效模拟了真实气藏地层的温度压力条件，并且充分考虑了地层束缚水的影响，测定结果更符合生产实际，实验数据可利用价值高，通过实验可更加真实的模拟生产过程中储层应力敏感性情况，克服了现有测定方法未考虑地层束缚水和温度对气藏应力敏感性评价实验结果的影响，为获得更有利用价值的气藏应力敏感性评价实验数据提供一种实验方法。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发技术，特别涉及一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验测定方法。
背景技术
应力敏感性评价数据是气田开发中的重要基础数据，目前气藏应力敏感性评价实验测试做法是依据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”用压缩空气或氮气作为流动介质进行应力敏感性评价实验。针对含束缚水的气藏，现有测定方法未考虑地层束缚水对应力敏感性评价结果的影响。在气藏开采过程中，地层的有效上覆压力发生改变会引起孔喉喉道变形导致束缚水赋存状态及分布发生变化，部分束缚水可能发生流动而被带出，从而对地层的渗流能力产生影响。现有实验方法与实际气藏的渗流情况存在较大的差异，不能真实代表气藏应力敏感情况。因此有必要建立符合生产实际的气藏应力敏感性评价实验测定方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验测定方法，本发明有效模拟了真实气藏地层的温度压力条件，并且充分考虑了地层束缚水的影响，测定结果更符合生产实际，实验数据可利用价值高，通过实验可更加真实的模拟生产过程中储层应力敏感性情况。
本发明所采用的技术方案是：一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，所采用的实验装置包括驱替系统、回压控制系统、计量系统、恒温箱、岩心加持器，所述驱替系统包括第一驱替泵、第二驱替泵、水样中间容器、气样中间容器、加湿中间容器，所述第一驱替泵通过管路与所述气样中间容器的一端连通，所述第二驱替泵通过管路与所述水样中间容器的一端连通，所述第一驱替泵的出口管上设置有第一阀门，所述第二驱替泵的出口管上设置有第二阀门，所述水样中间容器的另一端连接第五阀门的一个端口，所述气样中间容器的另一端连接第三阀门的一个端口，所述第五阀门第二端口通过管路连通过滤器的一端，所述过滤器的另一端通过管线连接第一三通阀的下端口，所述第三阀门的第二端口通过管路连通所述加湿中间容器下端，所述加湿中间容器的上端通过管线连接第四阀门的一个端口，所述第四阀门的另一个端口通过管线连接所述第一三通阀的上端口，所述第一三通阀的第三端口连接所述岩心加持器入口端，所述岩心加持器出口端连接第二三通阀，所述岩心加持器的另一端口连接围压泵；
所述回压控制系统包括回压阀、氮气中间容器、回压泵，所述回压泵通过管线连接所述氮气中间容器的一端，所述氮气中间容器的另一端连接第六阀门的一个端口，所述第六阀门的另一个端口连接所述回压阀的一个端口，所述回压阀的入口端连接所述第二三通阀的上端口，所述回压阀的出口端连通所述计量系统的锥形容器；
所述计量系统包括锥形容器、冷却装置、气体计量仪，所述锥形容器的一端连接所述回压阀、另一端连接气体计量仪，所述锥形容器与所述回压阀之间的管线上和所述锥形容器与所述气体计量仪之间的管线上均安装有冷却装置；
所述加湿中间容器、水样中间容器、岩心加持器均置于恒温箱内；
气藏应力敏感性评价实验方法包括以下步骤：
步骤1，实验准备，包括岩心准备和流体准备，所述岩心准备获得岩心的长度L、直径d、岩心孔隙度和渗透率K；所述流体准备包括模拟地层水和实验气体，并通过加湿中间容器获得加湿实验气体，测定模拟地层水的体积系数Bw；
步骤2，以地层有效上覆压力为初始净应力P0，并确定岩心各个净应力测试点的净应力Pi，其中，i＝0,1,2,3,…n，表示岩心各个净应力测试点；
步骤3，测量第一三通阀至第二三通阀之间的死体积V0以及第一三通阀至锥形容器之间的管线及回压阀的死体积V，将岩心装入岩心加持器，连接好实验装置，对岩心加持器缓慢加围压至初始净应力P0，使岩心孔隙体积恢复至地层有效上覆压力P0下的体积；
步骤4，岩心饱和水计算，包括：
步骤4-1，用真空泵连接第一三通阀的下端口和第二三通阀的下端口，对岩心加持器进行抽真空；
步骤4-2，岩心真空抽好后，关闭第一三通阀的下端口和第二三通阀的下端口，将第二驱替泵的管线排空并连接至第一三通阀的下端口处，同时，第一三通阀的下端口保持关闭；
步骤4-3，对岩心进行加压饱和，打开第二阀门和第五阀门，第二驱替泵恒压在压力Pp(Pp根据岩心的渗透率K及孔隙度大小确定，使岩心能够充分饱和模拟地层水)，在第二驱替泵稳定后记录第二驱替泵的初始体积读数V20，然后，第二驱替泵再退泵至常压状态，打开第一三通阀的下端口，第二驱替泵恒流缓慢向岩心内注入模拟地层水，待第二驱替泵压力升高至Pp时，将第二驱替泵设定为恒压，压力为Pp，待第二驱替泵体积读数不变化时，记录稳定后的第二驱替泵的最终体积读数V21，按照公式(1)计算初始净应力P0下岩心饱和水体积V水：
V水＝V20-V21-V0 (1)
式中，
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3；
V20——稳定后第二驱替泵的初始体积读数，单位为cm3；
V21——稳定后第二驱替泵的最终体积读数，单位为cm3；
V0——第一三通阀至第二三通阀之间的死体积，单位为cm3；
步骤5，建立地层温度压力条件；
步骤6，建立岩心束缚水饱和度，包括：
步骤6-1，称量锥形容器的初始质量m0，再将锥形容器接入实验装置，在锥形容器连接好后，打开第一阀门、第三阀门、第四阀门，第一驱替泵设定为恒压，压力大小等于第二驱替泵压力大小；关闭第一三通阀的下端口，打开第一三通阀的上端口；
步骤6-2，降低回压阀压力，使实验气体能缓慢驱替岩心内液体流动，岩心出口端液体收集在锥形容器内，当岩心出口端不出液时，再次降低回压阀压力，增大驱替压差，继续驱替至岩心出口端不出水为止，称量锥形容器的最终质量 m1，按照公式(2)计算岩心束缚水饱和度Sw：
式中，
Sw——岩心束缚水饱和度；
m1——锥形容器的最终质量，单位为g；
m0——锥形容器的初始质量，单位为g；
Bw——模拟地层水的体积系数，无因此；
ρw——模拟地层水的密度，单位为g/cm3；
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3，由公式(1)计算得到；
V——第一三通阀至锥形容器之间的管线及回压阀死体积，单位为cm3；
步骤7，应力敏感性评价实验，包括：
步骤7-1，在地层压力温度下进行恒压或恒流驱替，待岩心的进口端压力P10，出口端压力P20，出口端流量Q0稳定后(岩样两端的压差或驱替流速保持10min 以上不改变，连续测定三次，用达西定律计算的渗透率，其相对误差小于3％)，记录进口端压力P10，出口端压力P20、出口端流量Q0数据，P10、P20、Q0为第一个净应力测试点在初始净应力P0下的气相渗透率计算的相关参数；
步骤7-2，进行净应力增加实验测定，岩心加持器的围压保持不变，降低回压阀压力，调节岩心的有效上覆压力至第二个测试点的净应力P1，测量第二个净应力测试点在净应力P1下的气相渗透率相关参数进口端压力P11、出口端压力P21、出口端流量Q1，以此类推，直至岩心的有效上覆压力增加至净应力最大值后，进行净应力降低实验测定，岩心加持器的围压保持不变，增加回压阀压力，按照设定的净应力值，依次降低岩心的有效上覆压力至初始净应力P0值，直至完成所有净应力测试点的气相渗透率相关参数P1i、P2i、Qi的测量；
步骤8，应力敏感实验各个测试点下的渗透率计算：
式中，
Kgi——岩心在第i+1个净应力测试点下的渗透率，单位为10-3μm2；
P0——测试时的大气压，单位为MPa；
Qi’——第i+1个净应力测试点的流量，单位为为cm3/s；
μi——在地层温度压力下加湿实验气体在第i+1个净应力测试点的粘度，单位为mPa.s；
L——岩心长度，单位为cm；
A——岩心端面面积，单位为cm2；
P1i——在第i+1个净应力测试点的岩心入口端压力，单位为MPa；
P2i——在第i+1个净应力测试点的岩心出口端压力，单位为MPa；
在净应力增加过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi′；在净应力降低过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi″；按照公式(5)计算净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率：
式中，
Di′——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi′——在净应力增加过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
按照公式(6)计算净应力降低过程中不同净应力下岩样渗透率变化率：
Di″——净应力降低过程中不同净应力下渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi″——在净应力降低过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
以净应力Pi为横坐标，以不同净应力下岩样渗透率Kgi′和Kgi″与在初始净应力P0下岩心渗透率Kg0的比值为纵坐标，绘制净应力增加和减少过程的应力敏感性实验曲线；
步骤9，实验结论：
(1)临界应力的判定
随净应力的增加，岩石渗透率变化率Di′大于20％时所对应的前一个点的净应力值为临界应力；
(2)按照公式(7)计算最大渗透率损害率：
Dmax＝max(D1′,D2′,...,Di′) (7)
Dmax——应力敏感性损害率；
Di′——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率；
(3)按照公式(8)计算不可逆渗透率损害率：
D′max——不可逆应力敏感性损害率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
K"gn——在净应力降低过程中，恢复到初始净应力点时岩心渗透率，单位为 10-3μm2；
(4)应力敏感性损害程度评价；
步骤10，根据步骤9得到的应力敏感性损害程度评价预测实验所用岩心所属储层的气藏产能。
进一步地，步骤1中，所述模拟地层水采用实际气藏地层的水样或根据实际气藏地层的水样资料配置而成，在常温下将所述模拟地层水装入水样中间容器；所述实验气体采用实际气藏地层的天然气或根据实际气藏地层的天然气资料配制而成，所述实验气体装入气样中间容器；所述加湿实验气体的获得方式为：在加湿中间容器内装入50％体积所述模拟地层水，再注入50％所述实验气体，并进行搅拌，使有过量实验气体溶解在模拟地层水中，加湿中间容器运行后获得加湿实验气体。
进一步地，步骤5中，所述的建立地层温度压力条件，包括：
步骤5-1，第二驱替泵退泵至常压状态后停止，打开第二三通阀的上端口，第二驱替泵以恒定流速驱替模拟地层水，使模拟地层水从回压阀末端出口流出，确保水样中间容器至回压阀之间的所有管线充满模拟地层水；
步骤5-2，打开第六阀门，用回压泵增加回压，围压泵增加围压，驱替第二驱替泵增加岩心孔隙压力，回压泵、围压泵和第二驱替泵交替加压，在加压过程中需注意围压减去岩心孔隙压力不得大于初始净应力P0，直到岩心加持器的围压增加到地层上覆压力，岩心孔隙压力增加至地层孔隙压力，回压增加至略大于岩心孔隙压力，使得回压阀的出口端不出水即可；
步骤5-3，在岩心加持器加压完成后，在恒温箱上设定好地层温度，第二驱替泵、回压泵、围压泵设定为恒压状态，再对恒温箱进行升温，待温度稳定后，即完成地层温度压力条件的建立。
进一步地，步骤8中，所述的岩心端面面积A按公式(4)计算：
式中，
d——岩心的直径，单位为cm。
进一步地，步骤9中，所述应力敏感性损害程度评价的指标根据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”确定。
本发明的有益效果是：本发明有效模拟了真实气藏地层的温度压力条件，并且充分考虑了地层束缚水的影响，测定结果更符合生产实际，实验数据可利用价值高，通过实验可更加真实的模拟生产过程中储层应力敏感性情况，克服了现有测定方法未考虑地层束缚水和温度对气藏应力敏感性评价实验结果的影响，为获得更有利用价值的气藏应力敏感性评价实验数据提供一种实验方法。
附图说明
图1：本发明所采用的实验装置结构示意图；
图2：实施例1中净应力增加和减少过程的应力敏感性实验曲线示意图；
附图标注：1-第一驱替泵；2-第二驱替泵；3-回压泵；4-围压泵；5-第一压力表；6-第二压力表；7-入口压力表；8-出口压力表；9-回压阀；10-锥形容器； 11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门；15-第五阀门；16-第一三通阀；17-第二三通阀；18-气体计量仪；19-冷却装置；20-过滤器；21-岩心加持器；22-第六阀门；23-回压表；24-氮气中间容器；25-围压表；26-恒温箱；27- 水样中间容器；28-气样中间容器；29-加湿中间容器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
针对现有测定方法未考虑地层束缚水和温度对应力敏感性评价的影响，未考虑净应力的变化导致的地层束缚水分布变化对地层流体流动性的影响，也未考虑温度对粘度及流动性的影响，这与实际地层条件下的渗流条件存在较大的差异，不能真实代表气藏应力敏感性情况。因此建立了一种符合生产实际又充分考虑地层影响因素的气藏应力敏感性评价实验测定方法。
如附图1所示，本发明一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验测定方法所采用的实验装置，包括驱替系统、回压控制系统、计量系统、恒温箱26、岩心夹持器21。
所述驱替系统包括第一驱替泵1、第二驱替泵2、水样中间容器27、气样中间容器28、加湿中间容器29，所述第一驱替泵1通过管路与所述气样中间容器 28的一端连通，所述第二驱替泵2通过管路与所述水样中间容器27的一端连通，所述第一驱替泵1的出口管上设置有第一压力表5和第一阀门11，所述第二驱替泵2的出口管上设置有第二压力表6和第二阀门12，所述水样中间容器27的另一端连接第五阀门15的一个端口，所述气样中间容器28的另一端连接第三阀门13的一个端口，所述第五阀门15第二端口通过管路连通过滤器20的一端，所述过滤器20的另一端通过管线连接第一三通阀16的下端口，所述第三阀门 13的第二端口通过管路连通所述加湿中间容器29下端，所述加湿中间容器29 的上端通过管线连接第四阀门14的一个端口，所述第四阀门14的另一个端口通过管线连接所述第一三通阀16的上端口，所述第一三通阀16的第三端口连接所述岩心加持器21入口端，所述第一三通阀16与所述岩心加持器21之间连接有入口压力表7，所述岩心加持器21出口端连接第二三通阀17，所述岩心加持器 21与所述第二三通阀17之间连接有出口压力表8，所述岩心加持器21的另一端口连接围压泵4，所述岩心加持器21与所述围压泵4之间连接有围压表25。
所述回压控制系统包括回压阀9、氮气中间容器24、回压泵3、回压表23，所述回压泵3通过管线连接所述氮气中间容器24的一端，所述氮气中间容器24 的另一端连接第六阀门22的一个端口，所述氮气中间容器24与所述第六阀门 22之间连接有回压表23，所述第六阀门22的另一个端口连接所述回压阀9的一个端口，所述回压阀9的入口端连接所述第二三通阀17的上端口，所述回压阀 9的出口端连通所述计量系统的锥形容器10。
所述气样中间容器28、水样中间容器27、加湿容器29和氮气中间容器24 均为内部设置有活塞的容器，活塞将容器内部分隔为互不连通的两个腔体。两个腔体中一个与自动泵连接，一个储存样品，所述自动泵为第一驱替泵1或第二驱替泵2或回压泵3，活塞在泵压的作用下推动样品注入。
所述计量系统包括锥形容器10、冷却装置19、气体计量仪18，所述锥形容器10的一端连接所述回压阀9、另一端连接气体计量仪18，所述锥形容器10 与所述回压阀9之间的管线上和所述锥形容器10与所述气体计量仪18之间的管线上均安装有冷却装置19。
所述锥形容器10内含有干燥硅胶，其入口端通过管线连接回压阀9出口端，管线上含有冷却装置19，能够吸收出口端产出的水分，同时锥形容器10出口端通过管线连接气体流量计18，并在管线上加冷却装置19，其目的是为了确保气体的温度能够有效的冷却。
实验装置设置了加湿中间容器29，其上部充满高压实验气样，下部充满模拟地层水，其目的是在应力敏感评价实验测定过程中加湿饱和气体，避免岩心中的水溶于气体中，同时也能更加真实地模拟实际情况。
所述加湿中间容29、水样中间容27、岩心加持器21、第四阀门14、第五阀门15、过滤器20、第一三通阀16、第二三通阀17、入口压力表7、出口压力表 8均置于恒温箱26内。
一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验测定方法，包括以下步骤：
步骤1，实验准备，包括岩心准备和流体准备；
岩心准备：对现场取回的岩心进行抽提、清洗、烘干后测岩心的长度L、直径d、岩心孔隙度渗透率K；
流体准备：取实际气藏地层的水样作为模拟地层水，或根据实际气藏地层的水样资料配制成模拟地层水，取实际气藏地层的天然气作为实验气体，或根据实际气藏地层的天然气资料配制模拟气体作为实验气体；在常温下将模拟地层水装入水样中间容器27，将实验气体装入气样中间容器28，在加湿中间容器29内装入50％体积模拟地层水，再注入50％高压实验气体，并搅拌2小时，使有过量实验气体溶解在模拟地层水中，加湿中间容器29运行后获得加湿实验气体。测定模拟地层水的体积系数Bw。
步骤2，以地层有效上覆压力为初始净应力P0，并确定岩心各个净应力测试点的净应力Pi，其中，i＝0,1,2,3,…n，表示岩心各个净应力测试点；设定初始净应力P0为最小值，各个净应力测试点的净应力Pi依次递增至最大值后再依次递减至最小值，即P0＝Pn，P1＝Pn-1，….；
步骤3，测量第一三通阀16至第二三通阀17之间的死体积V0以及第一三通阀16至锥形容器10之间的管线及回压阀9死体积V，将岩心装入岩心加持器 21，连接好实验装置，对岩心加持器21缓慢加围压至初始净应力P0，使岩心孔隙体积恢复至地层有效上覆压力P0下的体积。
步骤4，岩心饱和水计算，包括：
步骤4-1，用真空泵连接第一三通阀16的下端口和第二三通阀17的下端口，对岩心加持器21进行抽真空，时间不少于4小时；
步骤4-2，岩心真空抽好后，关闭第一三通阀16的下端口和第二三通阀17 的下端口，将第二驱替泵2的管线排空并连接至第一三通阀16的下端口处，同时，第一三通阀16的下端口保持关闭；
步骤4-3，对岩心进行加压饱和，打开第二阀门12和第五阀门15，第二驱替泵2恒压在压力Pp(Pp根据岩心的渗透率K及孔隙度大小确定，使岩心能够充分饱和模拟地层水)，在第二驱替泵2稳定后记录第二驱替泵2的初始体积读数V20，然后，第二驱替泵2再退泵至常压状态，打开第一三通阀16的下端口，第二驱替泵2恒流缓慢向岩心内注入模拟地层水，待第二驱替泵2压力升高至 Pp时，将第二驱替泵2设定为恒压，压力为Pp，待第二驱替泵2体积读数不变化时，记录稳定后的第二驱替泵2的最终体积读数V21，按照公式(1)计算初始净应力P0下岩心饱和水体积V水：
V水＝V20-V21-V0 (1)
式中，
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3；
V20——稳定后第二驱替泵2的初始体积读数，单位为cm3；
V21——稳定后第二驱替泵2的最终体积读数，单位为cm3；
V0——第一三通阀16至第二三通阀17之间的死体积，单位为cm3；
步骤5，建立地层温度压力条件，包括：
步骤5-1，第二驱替泵2退泵至常压状态后停止，打开第二三通阀17的上端口，第二驱替泵2以恒定流速驱替模拟地层水，使模拟地层水从回压阀9末端出口流出，确保水样中间容27至回压阀9之间的所有管线充满模拟地层水；
步骤5-2，打开第六阀门22，用回压泵3增加回压，围压泵4增加围压，驱替第二驱替泵2增加岩心孔隙压力，回压泵3、围压泵4和第二驱替泵2交替加压，在加压过程中需注意围压减去岩心孔隙压力不得大于初始净应力P0，直到岩心加持器21的围压增加到地层上覆压力，岩心孔隙压力增加至地层孔隙压力，回压增加至略大于岩心孔隙压力(回压阀9出口端不出水为止)；
步骤5-3，在岩心加持器21加压完成后，在恒温箱26上设定好地层温度，第二驱替泵2、回压泵3、围压泵4设定为恒压状态，再对恒温箱26进行升温，待温度稳定后，即完成地层温度压力条件的建立。
步骤6，建立岩心束缚水饱和度，包括：
步骤6-1，称量锥形容器10的初始质量m0，再将锥形容器10接入实验装置，在锥形容器10连接好后，打开第一阀门11、第三阀门13、第四阀门14，第一驱替泵1设定为恒压，压力大小等于第二驱替泵2压力大小，关闭第一三通阀 16的下端口，打开第一三通阀16的上端口；
步骤6-2，降低回压阀9压力，使实验气体能缓慢驱替岩心内液体流动，岩心出口端液体收集在锥形容器10内，当岩心出口端不出液时，再次降低回压阀 9压力，增大驱替压差，继续驱替至岩心出口端不出水为止，称量锥形容器10 的最终质量m1，按照公式(2)计算岩心束缚水饱和度Sw：
式中，
Sw——岩心束缚水饱和度；
m1——锥形容器10的最终质量，单位为g；
m0——锥形容器10的初始质量，单位为g；
Bw——模拟地层水的体积系数，无因此；
ρw——模拟地层水的密度，单位为g/cm3；
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3，由公式(1)计算得到；
V——第一三通阀16至锥形容器10之间的管线及回压阀9死体积，单位为 cm3；
针对含有束缚水的地层气藏，本发明建立束缚水饱和度是为了真实的模拟地层气藏情况，计算束缚水饱和度Sw，一是可以判断建立的束缚水饱和度Sw与实际地层束缚水饱和度值是否相符合，二是束缚水饱和度值的大小对实验结果(即，下文渗透率Kgi)有一定影响，可以帮助人员对实验结果的理解。
步骤7，应力敏感性评价实验，包括：
步骤7-1，在地层压力温度下进行恒压或恒流驱替，待岩心的进口端压力P10，出口端压力P20，出口端流量Q0稳定后(岩样两端的压差或驱替流速保持10min 以上不改变，连续测定三次，用达西定律计算的渗透率，其相对误差小于3％)，记录进口端压力P10，出口端压力P20、出口端流量Q0数据，P10、P20、Q0为第一个净应力测试点在初始净应力P0下的气相渗透率计算的相关参数；
步骤7-2，进行净应力增加实验测定，岩心加持器21的围压保持不变，降低回压阀9压力，调节岩心的有效上覆压力至第二个测试点的净应力P1，并保持1 小时以上，测量第二个净应力测试点在净应力P1下的气相渗透率相关参数进口端压力P11、出口端压力P21、出口端流量Q1，以此类推，直至岩心的有效上覆压力增加至净应力最大值后，进行净应力降低实验测定，岩心加持器21的围压保持不变，增加回压阀9压力，按照设定的净应力值，依次降低岩心的有效上覆压力至初始净应力P0值，各个净应力测试点应保持1h以上，直至完成所有净应力测试点的气相渗透率相关参数P1i、P2i、Qi的测量；步骤8，应力敏感实验各个测试点下的渗透率计算：
式中，
Kgi——岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率，单位为10-3μm2；
P0——测试时的大气压，单位为MPa；
Qi’——第i+1个净应力测试点的流量，单位为为cm3/s；
μi——在地层温度压力下加湿实验气体在第i+1个净应力测试点的粘度，单位为mPa.s；
L——岩心长度，单位为cm；
A——岩心端面面积，单位为cm2；
P1i——在第i+1个净应力测试点的岩心入口端压力，单位为MPa；
P2i——在第i+1个净应力测试点的岩心出口端压力，单位为MPa；
其中，岩心端面面积A按公式(4)计算：
式中，
d——岩心的直径，单位为cm。
在净应力增加过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi′；在净应力降低过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi″；根据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”，按照公式(5)计算净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率：
式中，
Di′——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi′——在净应力增加过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
按照公式(6)计算净应力降低过程中不同净应力下岩样渗透率变化率：
Di″——净应力降低过程中不同净应力下渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi″——在净应力降低过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
以净应力Pi为横坐标，以不同净应力下岩样渗透率Kgi′和Kgi″与在初始净应力P0下岩心渗透率Kg0的比值为纵坐标，绘制净应力增加和减少过程的应力敏感性实验曲线。
步骤9，实验结论：
以标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”中应力敏感性实验结论为依据，进行临界应力的判定和应力敏感性损害程度的确定，具体如下：
(1)临界应力的判定
随净应力的增加，岩石渗透率变化率Di′大于20％时所对应的前一个点的净应力值为临界应力。
(2)按照公式(7)计算最大渗透率损害率：
Dmax＝max(D1′,D2′,...,Di′) (7)
Dmax——应力敏感性损害率；
Di′——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率。
(3)按照公式(8)计算不可逆渗透率损害率：
D′max——不可逆应力敏感性损害率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
K"gn——在净应力降低过程中，恢复到初始净应力点时岩心渗透率，单位为 10-3μm2。
(4)应力敏感性损害程度评价
应力敏感性损害程度评价指标根据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”，具体指标见表1。
表1应力敏感性损害程度评价指标
| 应力敏感性损害率，％ | 损害程度 |
| D≤5 | 无 |
| 5<D≤30 | 弱 |
| 30<D≤50 | 中等偏弱 |
| 50<D≤70 | 中等偏强 |
| D>70 | 强 |
注：D表示Dmax或D′max。
步骤10，根据步骤9得到的应力敏感性损害程度评价预测实验所用岩心所属储层的气藏产能。
目前应力敏感性评价方法是依据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”中的应力敏感性评价方法，其实验过程中未考虑实际气藏的温度及束缚水饱和度对应力敏感性评价的影响，对于含束缚水的气藏，该方法与实际气藏储层情况差异较大，实验数据代表性不强，而采用本发明实验方法考虑了气藏的温度压力及束缚水饱和度对应力敏感性评价的影响，得出的实验数据更具有代表性，实验结果将大大增加气藏产能预测的可靠性。
实施例1
1、岩心准备，对现场取回的岩心进行抽提、清洗、烘干后测岩心的长度 L＝7.41cm、直径d＝2.49cm、气测渗透率K＝10.8mD，孔隙度并计算岩心的横截面积A＝4.87cm2；
2、流体准备：根据实际气藏的地层水样资料配制模拟地层水；取实际气藏的天然气作为实验气体；在常温下将水样中间容器27，将高压气样装入气样中间容器28，将加湿中间容器29装入50％体积地层水，再注入50％高压气样，搅拌2小时，使有过量气溶解在水中。
3、实验温度压力，围压78.9MPa，温度151℃，岩心孔隙压力依次为38MPa， 35MPa，30MPa，25MPa，20MPa，15MPa，10MPa，15MPa，20MPa，25MPa，30MPa，35MPa，38MPa，净应力依次为40.9MPa、43.9MPa、48.9MPa、53.9MPa、 58.9MPa、63.9MPa、68.9MPa、63.9MPa、58.9MPa、53.9MPa、48.9MPa、43.9MPa、 40.9MPa。
4、平衡地层水测试，参考标准GB/T 26981-2011“油气藏流体物性分析方法”，采用配样器注入50％高压天然气和50％体积地层水，在地层温度压力下充分搅拌平衡，将下部平衡水样转入到PVT仪中测定平衡地层水的体积系数，在温度 151℃，压力38.1MPa平衡地层水的体积系数Bw为1.06。
5、建立初始净应力
测量第一三通阀16至第二三通阀17之间的死体积V0＝0.255cm3，第一三通阀16至锥形容器10之间的管线及回压阀死体积V＝1.10cm3，将岩心装入岩心加持器21，连接好流程，对岩心加持器21缓慢加围压至初始净应力40.8MPa，并保持压力2h以上。
6、岩心饱和水
按照图1所示，连接好装置。
第二驱替泵2恒压2MPa压力，稳定后记录第二驱替泵2初始体积读数 V20＝89.25cm3，第二驱替泵2再退泵至常压状态，打开第一三通阀16的下端口，第二驱替泵2恒流缓慢向岩心内注入地层水，将第二驱替泵2设定为恒压2MPa，保持4h以上，待第二驱替泵2体积读数不变化时，记录体积读数V21＝84.38cm3，计算岩心饱和水体积V水＝V20-V21-V0＝4.615cm3。
7、建立地层温度压力条件
再饱和完岩心后，用模拟地层水驱替岩心，使地层水流体通过回压阀9从出口端流出，目的是使管线流程中充满水样，再进行加压加温。
8、建立地层束缚水饱和度
称量锥形容器10初始质量m0＝37.26g，关闭第一三通阀16的下端口，打开第一阀门11、第三阀门13、第四阀门14、第一三通阀16的上端口，用第一驱替泵1恒定压差0.1MPa驱替高压气将岩心驱替中的水进行置换，并在出口端经过冷却装置19冷却后将水收集在锥形容器10内，待不出水后，依次增大驱替压差0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa，最终称量锥形容器10内水质量m1＝40.77g，水密度ρw＝1.01g/cm3，根据公式(2)计算得到岩心束缚水饱和度Sw＝44.0％。
9、应力敏感性评价实验
在地层压力温度下进行驱替，测定岩样渗透率时，岩样两端的压差或驱替流速保持10min以上不改变，连续测定三次，用达西定律计算的渗透率，其相对误差小于3％，记录各个净应力点的原始数据如表2：
表2原始数据
9.1应力敏感实验各点的渗透率计算及应力敏感曲线绘制
据经验公式和图版确定地层条件下气体粘度分别为0.0306mPa.s、 0.0295mPa.s、0.0284mPa.s、0.0276mPa.s、0.0263mPa.s、0.0254mPa.s、0.0245mPa.s, 根据公式(3)计算各个净应力下的渗透率Kgi，渗透率Kgi计算结果如表3：
表3不同净应力下的渗透率
根据公式(5)和公式(6)计算不同净应力下的渗透率变化率，计算结果如表4：
表4不同净应力下的渗透率变化率
按照公式(7)计算最大渗透率损害率：
Dmax＝19.2％
根据公式(8)计算不可逆渗透率损害率：
绘制应力敏感曲线
以净应力Pi为横坐标，以不同净应力下岩样渗透率Kgi′和Kgi″与在初始净应力P0下岩心渗透率Kg0的比值为纵坐标，绘制净应力增加和减少过程的应力敏感性实验曲线。结果如图2。
实验结论：岩心在初始束缚水饱和度44.0％条件下，应力敏感性损害弱，不可逆渗透率损害弱。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，所采用的实验装置包括驱替系统、回压控制系统、计量系统、恒温箱(26)、岩心加持器(21)，所述驱替系统包括第一驱替泵(1)、第二驱替泵(2)、水样中间容器(27)、气样中间容器(28)、加湿中间容器(29)，所述第一驱替泵(1)通过管路与所述气样中间容器(28)的一端连通，所述第二驱替泵(2)通过管路与所述水样中间容器(27)的一端连通，所述第一驱替泵(1)的出口管上设置有第一阀门(11)，所述第二驱替泵(2)的出口管上设置有第二阀门(12)，所述水样中间容器(27)的另一端连接第五阀门(15)的一个端口，所述气样中间容器(28)的另一端连接第三阀门(13)的一个端口，所述第五阀门(15)第二端口通过管路连通过滤器(20)的一端，所述过滤器(20)的另一端通过管线连接第一三通阀(16)的下端口，所述第三阀门(13)的第二端口通过管路连通所述加湿中间容器(29)下端，所述加湿中间容器(29)的上端通过管线连接第四阀门(14)的一个端口，所述第四阀门(14)的另一个端口通过管线连接所述第一三通阀(16)的上端口，所述第一三通阀(16)的第三端口连接所述岩心加持器(21)入口端，所述岩心加持器(21)出口端连接第二三通阀(17)，所述岩心加持器(21)的另一端口连接围压泵(4)；
所述回压控制系统包括回压阀(9)、氮气中间容器(24)、回压泵(3)，所述回压泵(3)通过管线连接所述氮气中间容器(24)的一端，所述氮气中间容器(24)的另一端连接第六阀门(22)的一个端口，所述第六阀门(22)的另一个端口连接所述回压阀(9)的一个端口，所述回压阀(9)的入口端连接所述第二三通阀(17)的上端口，所述回压阀(9)的出口端连通所述计量系统的锥形容器(10)；
所述计量系统包括锥形容器(10)、冷却装置(19)、气体计量仪(18)，所述锥形容器(10)的一端连接所述回压阀(9)、另一端连接气体计量仪(18)，所述锥形容器(10)与所述回压阀(9)之间的管线上和所述锥形容器(10)与所述气体计量仪(18)之间的管线上均安装有冷却装置(19)；
所述加湿中间容器(29)、水样中间容器(27)、岩心加持器(21)均置于恒温箱(26)内；其特征在于，气藏应力敏感性评价实验方法包括以下步骤：
步骤1，实验准备，包括岩心准备和流体准备，所述岩心准备获得岩心的长度L、直径d、岩心孔隙度和渗透率K；所述流体准备包括模拟地层水和实验气体，并通过加湿中间容器(29)获得加湿实验气体，测定模拟地层水的体积系数Bw；
步骤2，以地层有效上覆压力为初始净应力P0，并确定岩心各个净应力测试点的净应力Pi，其中，i＝0,1,2,3,…n，表示岩心各个净应力测试点；
步骤3，测量第一三通阀(16)至第二三通阀(17)之间的死体积V0以及第一三通阀(16)至锥形容器(10)之间的管线及回压阀(9)的死体积V，将岩心装入岩心加持器(21)，连接好实验装置，对岩心加持器(21)缓慢加围压至初始净应力P0，使岩心孔隙体积恢复至地层有效上覆压力P0下的体积；
步骤4，岩心饱和水计算，包括：
步骤4-1，用真空泵连接第一三通阀(16)的下端口和第二三通阀(17)的下端口，对岩心加持器(21)进行抽真空；
步骤4-2，岩心真空抽好后，关闭第一三通阀(16)的下端口和第二三通阀(17)的下端口，将第二驱替泵(2)的管线排空并连接至第一三通阀(16)的下端口处，同时，第一三通阀(16)的下端口保持关闭；
步骤4-3，对岩心进行加压饱和，打开第二阀门(12)和第五阀门(15)，第二驱替泵(2)恒压在压力Pp，在第二驱替泵(2)稳定后记录第二驱替泵(2)的初始体积读数V20，然后，第二驱替泵(2)再退泵至常压状态，打开第一三通阀(16)的下端口，第二驱替泵(2)恒流缓慢向岩心内注入模拟地层水，待第二驱替泵(2)压力升高至Pp时，将第二驱替泵(2)设定为恒压，压力为Pp，待第二驱替泵(2)体积读数不变化时，记录稳定后的第二驱替泵(2)的最终体积读数V21，按照公式(1)计算初始净应力P0下岩心饱和水体积V水：
V水＝V20-V21-V0 (1)
式中，
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3；
V20——稳定后第二驱替泵(2)的初始体积读数，单位为cm3；
V21——稳定后第二驱替泵(2)的最终体积读数，单位为cm3；
V0——第一三通阀(16)至第二三通阀(17)之间的死体积，单位为cm3；
步骤5，建立地层温度压力条件；
步骤6，建立岩心束缚水饱和度，包括：
步骤6-1，称量锥形容器(10)的初始质量m0，再将锥形容器(10)接入实验装置，在锥形容器(10)连接好后，打开第一阀门(11)、第三阀门(13)、第四阀门(14)，第一驱替泵(1)设定为恒压，压力大小等于第二驱替泵(2)压力大小；关闭第一三通阀(16)的下端口，打开第一三通阀(16)的上端口；
步骤6-2，降低回压阀(9)压力，使实验气体能缓慢驱替岩心内液体流动，岩心出口端液体收集在锥形容器(10)内，当岩心出口端不出液时，再次降低回压阀(9)压力，增大驱替压差，继续驱替至岩心出口端不出水为止，称量锥形容器(10)的最终质量m1，按照公式(2)计算岩心束缚水饱和度Sw：
式中，
Sw——岩心束缚水饱和度；
m1——锥形容器(10)的最终质量，单位为g；
m0——锥形容器(10)的初始质量，单位为g；
Bw——模拟地层水的体积系数，无因此；
ρw——模拟地层水的密度，单位为g/cm3；
V水——初始净应力P0下岩心饱和水体积，单位为cm3，由公式(1)计算得到；
V——第一三通阀(16)至锥形容器(10)之间的管线及回压阀(9)死体积，单位为cm3；
步骤7，应力敏感性评价实验，包括：
步骤7-1，在地层压力温度下进行恒压或恒流驱替，待岩心的进口端压力P10，出口端压力P20，出口端流量Q0稳定后，记录进口端压力P10，出口端压力P20、出口端流量Q0数据，P10、P20、Q0为第一个净应力测试点在初始净应力P0下的气相渗透率计算的相关参数；
步骤7-2，进行净应力增加实验测定，岩心加持器(21)的围压保持不变，降低回压阀(9)压力，调节岩心的有效上覆压力至第二个测试点的净应力P1，测量第二个净应力测试点在净应力P1下的气相渗透率相关参数进口端压力P11、出口端压力P21、出口端流量Q1，以此类推，直至岩心的有效上覆压力增加至净应力最大值后，进行净应力降低实验测定，岩心加持器(21)的围压保持不变，增加回压阀(9)压力，按照设定的净应力值，依次降低岩心的有效上覆压力至初始净应力P0值，直至完成所有净应力测试点的气相渗透率相关参数P1i、P2i、Qi的测量；
步骤8，应力敏感实验各个测试点下的渗透率计算：
式中，
Kgi——岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率，单位为10-3μm2；
P0——测试时的大气压，单位为MPa；
Qi’——第i+1个净应力测试点的流量，单位为为cm3/s；
μi——在地层温度压力下加湿实验气体在第i+1个净应力测试点的粘度，单位为mPa.s；
L——岩心长度，单位为cm；
A——岩心端面面积，单位为cm2；
P1i——在第i+1个净应力测试点的岩心入口端压力，单位为MPa；
P2i——在第i+1个净应力测试点的岩心出口端压力，单位为MPa；
在净应力增加过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi′；在净应力降低过程中，根据公式(3)计算得到的岩心在第i+1个净应力测试点的渗透率值为Kgi″；按照公式(5)计算净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率：
式中，
Di'——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi'——在净应力增加过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
按照公式(6)计算净应力降低过程中不同净应力下岩样渗透率变化率：
Di”——净应力降低过程中不同净应力下渗透率变化率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
Kgi”——在净应力降低过程中，第i+1个净应力测试点的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
以净应力Pi为横坐标，以不同净应力下岩样渗透率Kgi'和Kgi”与在初始净应力P0下岩心渗透率Kg0的比值为纵坐标，绘制净应力增加和减少过程的应力敏感性实验曲线；
步骤9，实验结论：
(1)临界应力的判定
随净应力的增加，岩石渗透率变化率Di'大于20％时所对应的前一个点的净应力值为临界应力；
(2)按照公式(7)计算最大渗透率损害率：
Dmax＝max(D1',D2',...,Di') (7)
Dmax——应力敏感性损害率；
Di'——净应力增加过程中不同净应力下岩心渗透率变化率；
(3)按照公式(8)计算不可逆渗透率损害率：
D′max——不可逆应力敏感性损害率；
Kg0——在初始净应力P0下的岩心渗透率，单位为10-3μm2；
K″gn——在净应力降低过程中，恢复到初始净应力点时岩心渗透率，单位为10-3μm2；
(4)应力敏感性损害程度评价；
步骤10，根据步骤9得到的应力敏感性损害程度评价预测实验所用岩心所属储层的气藏产能。
2.根据权利要求1所述的一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，其特征在于，步骤1中，所述模拟地层水采用实际气藏地层的水样或根据实际气藏地层的水样资料配置而成，在常温下将所述模拟地层水装入水样中间容器(27)；所述实验气体采用实际气藏地层的天然气或根据实际气藏地层的天然气资料配制而成，所述实验气体装入气样中间容器(28)；所述加湿实验气体的获得方式为：在加湿中间容器(29)内装入50％体积所述模拟地层水，再注入50％所述实验气体，并进行搅拌，使有过量实验气体溶解在模拟地层水中，加湿中间容器(29)运行后获得加湿实验气体。
3.根据权利要求1所述的一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，其特征在于，步骤5中，所述的建立地层温度压力条件，包括：
步骤5-1，第二驱替泵(2)退泵至常压状态后停止，打开第二三通阀(17)的上端口，第二驱替泵(2)以恒定流速驱替模拟地层水，使模拟地层水从回压阀(9)末端出口流出，确保水样中间容器(27)至回压阀(9)之间的所有管线充满模拟地层水；
步骤5-2，打开第六阀门(22)，用回压泵(3)增加回压，围压泵(4)增加围压，驱替第二驱替泵(2)增加岩心孔隙压力，回压泵(3)、围压泵(4)和第二驱替泵(2)交替加压，在加压过程中需注意围压减去岩心孔隙压力不得大于初始净应力P0，直到岩心加持器(21)的围压增加到地层上覆压力，岩心孔隙压力增加至地层孔隙压力，回压增加至大于岩心孔隙压力，使得回压阀(9)的出口端不出水即可；
步骤5-3，在岩心加持器(21)加压完成后，在恒温箱(26)上设定好地层温度，第二驱替泵(2)、回压泵(3)、围压泵(4)设定为恒压状态，再对恒温箱(26)进行升温，待温度稳定后，即完成地层温度压力条件的建立。
4.根据权利要求1所述的一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，其特征在于，步骤8中，所述的岩心端面面积A按公式(4)计算：
式中，
d——岩心的直径，单位为cm。
5.根据权利要求1所述的一种地层条件下考虑束缚水的气藏应力敏感性评价实验方法，其特征在于，步骤9中，所述应力敏感性损害程度评价的指标根据标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”确定。
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