CN117408180A - 一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，包括以下步骤：S1：获取目标地下储气库的地层水、天然气以及岩心，并测得所述岩心及地层水的基础物性；S2：测量所述岩心在所述天然气、地层温度压力条件下的渗透率损失率与流速关系曲线，获得所述岩心在注入流体为气相时的临界流速；S3：获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度；S4：建立地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型，计算所述目标地下储气库在不同含水饱和度下的临界流速。本发明能够计算储层在不同含水饱和度条件下两相临界流速数值，且结果更加合理可靠，能够为地下储气库安全平稳生产提供技术支持。

Description

一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法

技术领域

本发明涉及气藏型地下储气库开发技术领域，特别涉及一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法。

背景技术

与其他化石能源相比，天然气具有低碳的优势；与可再生能源相比，天然气具有价格低廉及容易获取的优势，天然气被视为人类从化石能源到可再生能源转变过程中的过渡能源。国内天然气的消费主要集中在东部地区，而天然气的开采主要分布在西南和西北地区，且天然气的消费具有明显的季节不均衡性。国内外天然气调峰经验表明，地下储气库是保障平稳供气和进行季节调峰的最经济、最有效手段。地下储气库在多周期生产的过程中，天然气流速过大时储层中微粒运移会造成渗透率损害，维持岩心渗透率平稳的最大流体流动速度称为该岩心的临界流速，因此地下储气库临界流速的计算对于地下储气库的平稳生产至关重要。

目前，国内外关于地下储气库储层临界流速的计算主要集中在单相上，即单纯的水相或者单纯的气相在岩心中流动过程的临界流速，但是在地下储气库实际生产的过程中，储层中的流体通常以液相及气相共存的形式存在，因此，亟需一种方法明确储层在不同含水饱和度条件下两相临界流速数值，为地下储气库的平稳生产提供参考，保障地下储气库的高效运行。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法。

本发明的技术方案如下：

一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，包括以下步骤：

S1：获取目标地下储气库的地层水、天然气以及岩心，并测得所述岩心和所述地层水的基础物性；

S2：测量所述岩心在所述天然气、地层温度压力条件下的渗透率损失率与流速关系曲线，并根据所述渗透率损失率与流速关系曲线获得所述岩心在注入流体为气相时的临界流速；

S3：获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度；

S4：建立地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型，并根据所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型计算所述目标地下储气库在不同含水饱和度下的临界流速。

作为优选，步骤S1中，所述岩心的基础物性包括岩心长度、岩心直径、岩心密度、岩心渗透率以及岩心孔隙度，所述地层水的基础物性包括地层水密度。

作为优选，步骤S2中，所述临界流速为岩心渗透率损失率达到30％时对应的流速。

作为优选，步骤S3中，获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度具体包括以下子步骤：使用所述地层水对所述岩心进行饱和地层水，测量完全饱和地层水后的岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度。

作为优选，对所述岩心进行饱和地层水时，采用大于等于20倍岩心孔隙体积的地层水对所述岩心进行驱替。

作为优选，测量所述束缚水饱和度时，采用所述天然气以15mL/min的流速对所述岩心驱替20min。

作为优选，所述束缚水饱和度通过下式进行计算：

式中：S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；m₁为岩心的干重，g；m₂为岩心建立束缚水饱和度之后的重量，g；ρ_w为地层水密度，g/cm³；V₀为岩心的表观体积，cm³；φ为岩心孔隙度，无量纲。

作为优选，步骤S4中，所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型为：

式中：V为地下储气库两相稳定生产临界流速，m/s；ρ_g为标准条件下天然气的密度，g/cm³；V₁为注入流体为气相时的临界流速；Z为偏差因子，无量纲；T_sc为地面标准温度，K；P₂为地层压力，MPa；S_h为储层的含水饱和度，无量纲；S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；ρ_w为地层水密度，g/cm³；T₂为地层温度，K；P_sc为地面标准压力，MPa。

本发明的有益效果是：

本发明能够计算地下储气库储层中同时存在两相(气相及水相)时的稳定生产临界流速；计算时，本发明以真实地层温度压力下得到的岩心渗透率损失率与流速关系曲线和束缚水饱和度作为基础参数，结合地层水密度、天然气密度、实际储层含水饱和度及天然气的偏差因子等参数，根据地下储气库实际生产数据，计算得到在地下储气库实际生产的过程中储层中的液相及气相共存时的临界流速，解决了国内外关于地下储气库储层临界流速的计算主要集中在单相上的问题，其结果更加合理可靠，能够很好的满足地下储气库现场对地下储气库平稳开发的需要。

另外，本发明还可推广用于计算CO₂埋存过程中及氢气地下储存过程中的两相稳定生产临界流速，具有广泛的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法的流程示意图；

图2为一个具体实施例渗透率损失率与流速关系曲线的结果示意图；

图3为一个具体实施例目标地下储气库在不同含水饱和度下的临界流速的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

如图1所示，本发明提供一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，包括以下步骤：

S1：获取目标地下储气库的地层水、天然气以及岩心，并测得所述岩心和所述地层水的基础物性。

在一个具体的实施例中，获取目标地下储气库的岩心时，获取目标地下储气库目标层位的标准岩心，所述标准岩心直径为2.5cm，长度为3～5cm。

在一个具体的实施例中，所述岩心的基础物性包括岩心长度、岩心直径、岩心密度、岩心渗透率以及岩心孔隙度，所述地层水的基础物性包括地层水密度。

S2：测量所述岩心在所述天然气、地层温度压力条件下的渗透率损失率与流速关系曲线，并根据所述渗透率损失率与流速关系曲线获得所述岩心在注入流体为气相时的临界流速。

在一个具体的实施例中，所述临界流速为岩心渗透率损失率达到30％时对应的流速。

S3：获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度。

在一个具体的实施例中，获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度具体包括以下子步骤：使用所述地层水对所述岩心进行饱和地层水，测量完全饱和地层水后的岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度。

可选地，对所述岩心进行饱和地层水时，采用大于等于20倍岩心孔隙体积的地层水对所述岩心进行驱替；测量所述束缚水饱和度时，采用所述天然气以15mL/min的流速对所述岩心驱替20min，所述束缚水饱和度通过下式进行计算：

式中：S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；m₁为岩心的干重，g；m₂为岩心建立束缚水饱和度之后的重量，g；ρ_w为地层水密度，g/cm³；V₀为岩心的表观体积，cm³；φ为岩心孔隙度，无量纲。

需要说明的是，岩心饱和地层水以及获取其束缚水饱和度均为现有技术，除了上述实施例的驱替方法和计算方法外，现有技术中其他能够获取岩心束缚水饱和度的方法也可适用于本发明。另外，步骤S3主要是为了获取岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度，为步骤S4通过计算模型计算地下储气库两相稳定生产临界流速做准备，除了上述实施例采用的方法外，现有技术中其他确定束缚水饱和度的方法也可适用于本发明。

S4：建立地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型，并根据所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型计算所述目标地下储气库在不同含水饱和度下的临界流速。

在一个具体的实施例中，所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型为：

式中：V为地下储气库两相稳定生产临界流速，m/s；ρ_g为标准条件下天然气的密度，g/cm³；V₁为注入流体为气相时的临界流速；Z为偏差因子，无量纲；T_sc为地面标准温度，K；P₂为地层压力，MPa；S_h为储层的含水饱和度，无量纲；S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；ρ_w为地层水密度，g/cm³；T₂为地层温度，K；P_sc为地面标准压力，MPa。

在一个具体的实施例中，以文23地下储气库沙四组X井为例，采用本发明所述计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法计算其两相稳定生产的临界流速。该井气层温度为120℃，原始地层压力为60MPa，Z为1.0059，天然气密度为0.716×10^-3g/cm³，地层水的密度为1.145g/cm³，所述方法具体包括以下步骤：

(1)获取文23地下储气库沙四组X井的地层水、天然气以及岩心，将所述地层水过滤后备用，将所述天然气样品的压力增加到5MPa备用，测量所述岩心的基础物性，结果如表1所示：

表1目标储层岩心基础物性

岩心编号	长度(cm)	直径(cm)	渗透率(mD)	孔隙度(％)
					1	5.013	2.501	16.313	16.414

(2)测量所述岩心在所述天然气、地层温度压力条件下的渗透率损失率与流速关系曲线，结果如图2所示。根据图2所示的渗透率损失率与流速关系曲线可知，当渗透率损失率达到30％时对应的流速为0.11cm³/s，该值即为所述岩心在注入流体为纯气相时的临界流速。

(3)测量所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度，结果为0.40。

(4)根据上述步骤获取的参数，结合式(2)所示的地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型计算不同含水饱和度下的目标地下储气库的两相临界流速，结果如图3所示。

从图3可以看出，储层含水饱和度越高，两相稳定生产临界流速就越小，当地下储气库含水饱和度升高时，为了保证储层的有效开发，应适当降低气井产量。

综上所述，本发明能够计算获得地下储气库两相稳定生产临界流速的大小。与现有技术相比，本发明具有显著的进步。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取目标地下储气库的地层水、天然气以及岩心，并测得所述岩心和所述地层水的基础物性；

S2：测量所述岩心在所述天然气、地层温度压力条件下的渗透率损失率与流速关系曲线，并根据所述渗透率损失率与流速关系曲线获得所述岩心在注入流体为气相时的临界流速；

S3：获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度；

S4：建立地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型，并根据所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型计算所述目标地下储气库在不同含水饱和度下的临界流速。

2.根据权利要求1的计算地下储气库近井地带含水饱和度分布情况的方法，其特征在于，步骤S1中，所述岩心的基础物性包括岩心长度、岩心直径、岩心密度、岩心渗透率以及岩心孔隙度，所述地层水的基础物性包括地层水密度。

3.根据权利要求1所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，步骤S2中，所述临界流速为岩心渗透率损失率达到30％时对应的流速。

4.根据权利要求1所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，步骤S3中，获取所述岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度具体包括以下子步骤：使用所述地层水对所述岩心进行饱和地层水，测量完全饱和地层水后的岩心在地层温度压力条件下的束缚水饱和度。

5.根据权利要求4所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，对所述岩心进行饱和地层水时，采用大于等于20倍岩心孔隙体积的地层水对所述岩心进行驱替。

6.根据权利要求4所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，测量所述束缚水饱和度时，采用所述天然气以15mL/min的流速对所述岩心驱替20min。

7.根据权利要求4所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，所述束缚水饱和度通过下式进行计算：

式中：S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；m₁为岩心的干重，g；m₂为岩心建立束缚水饱和度之后的重量，g；ρ_w为地层水密度，g/cm³；V₀为岩心的表观体积，cm³；φ为岩心孔隙度，无量纲。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的计算地下储气库两相稳定生产临界流速的方法，其特征在于，步骤S4中，所述地下储气库两相稳定生产临界流速计算模型为：

式中：V为地下储气库两相稳定生产临界流速，m/s；ρ_g为标准条件下天然气的密度，g/cm³；V₁为注入流体为气相时的临界流速；Z为偏差因子，无量纲；T_sc为地面标准温度，K；P₂为地层压力，MPa；S_h为储层的含水饱和度，无量纲；S_w为岩心束缚水饱和度，无量纲；ρ_w为地层水密度，g/cm³；T₂为地层温度，K；P_sc为地面标准压力，MPa。