水鎖基礎(chǔ)知識(shí)調(diào)研

國(guó)內(nèi)頁巖氣水鎖調(diào)研

2023年3月14日中國(guó)石油大學(xué)〔北京〕

非常規(guī)天然氣研究院根本內(nèi)容常壓自吸、超壓自吸、欠壓自吸研究水鎖效應(yīng)的大小評(píng)價(jià)方法研究水鎖效應(yīng)的主要因素研究水鎖效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層的傷害機(jī)理研究水鎖效應(yīng)的大小評(píng)價(jià)方法水鎖傷害主要由毛管壓力和賈敏效應(yīng)產(chǎn)生的附加壓力引起。已成為低滲致密氣藏的主要損害類型之一。油氣井作業(yè)過程中，井筒附近儲(chǔ)層含水飽和度Sw從初始含水飽和度Swi到束縛水飽和度Swirr再到100%之間變化，導(dǎo)致氣相滲透率降低——水相圈閉研究水鎖的重要意義低滲透、特低滲透油藏普遍存在著水鎖效應(yīng)。阻礙油藏及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)增加作業(yè)本錢降低天然氣采收率減緩開發(fā)過程，資金回收期延長(zhǎng)對(duì)于超低含水飽和度的氣藏將加速毛細(xì)管自吸，含水飽和度從較低的初始含水飽和度上升到束縛水飽和度過程中，氣相滲透率下降幅度最顯著，最大可降低到原來的1/20外來液相侵入儲(chǔ)層后，會(huì)在井壁周圍孔道中形成液相堵塞，其液－氣或液－油彎曲界面上存在著毛細(xì)管壓力。P=2σ(1/R2–1/R1)1、水鎖效應(yīng)的產(chǎn)生

從上式可看出，毛細(xì)管力的大小與多孔介質(zhì)孔喉的尺寸密切相關(guān)；且氣藏多屬水濕氣藏，氣水界面張力往往大于油水界面張力。因此致密氣藏中，毛管力成為氣驅(qū)水的主要阻力，水鎖效應(yīng)會(huì)更為嚴(yán)重。致密砂巖氣藏成功開采的實(shí)例說明，致密砂巖氣藏如果不具有超低含水飽和度現(xiàn)象，即初始水飽和度小于束縛水飽和度，那么很難形成規(guī)模產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)開采。在致密砂巖氣藏中，當(dāng)初始水飽和度低于束縛水飽和度時(shí)，儲(chǔ)層有過剩的毛細(xì)管力存在，當(dāng)外來流體進(jìn)入時(shí)，就很容易被吸入到孔隙空間中〔水相圈閉〕。致密砂巖儲(chǔ)層中毛細(xì)管半徑細(xì)小，排液時(shí)間長(zhǎng)，隨著排液過程的進(jìn)行，液體逐漸由大到小的毛管排出，排液速度隨之減小。因此，返排過程中常易發(fā)生侵入液體在儲(chǔ)層中滯留形成水鎖損害，降低氣藏產(chǎn)能和最終采收率。2、水鎖損害機(jī)理加拿大學(xué)者于1996年首次提出了預(yù)測(cè)水鎖損害的數(shù)學(xué)模型：式中，APTi——水鎖指數(shù)，無量綱；Ka——儲(chǔ)層氣體滲透率，μm2；Swi——儲(chǔ)層原始水飽和度。水鎖嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)取值范圍損害程度APTi>1.0水鎖效應(yīng)不明顯0.8<APTi<1.0儲(chǔ)層有潛在水鎖效應(yīng)APTi<0.8會(huì)出現(xiàn)明顯水鎖效應(yīng)APTi

＝0.25lgKa＋2.25Swi3、水鎖損害預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)源自低滲透氣藏水鎖效應(yīng)研究致密氣儲(chǔ)層微-納米孔隙結(jié)構(gòu)和特殊的相滲特性使水鎖效應(yīng)對(duì)致密氣儲(chǔ)層損害更加嚴(yán)重。巖石越致密，相滲曲線越陡，初始含水飽和度變化到束縛水飽和度過程中，滲透率下降越大，水鎖越嚴(yán)重。

頁巖水鎖的影響因素潤(rùn)濕性的差異使毛細(xì)管力成為驅(qū)水的阻力；儲(chǔ)層的水敏性，流體進(jìn)入水敏性儲(chǔ)層，容易影響儲(chǔ)層物性，可能增加儲(chǔ)層水鎖效應(yīng)；毛細(xì)管半徑越小，毛管壓力越大，阻力越大。對(duì)于低滲透儲(chǔ)層，儲(chǔ)集層可供自由流動(dòng)的孔喉尺寸較小，毛細(xì)管力很大，水鎖損害往往更大；流體的侵入深度越大，影響的范圍越大，反排難度越大；滲透率越高，水鎖的傷害率越低；原始含水飽和度越低，水鎖傷害越大；巖石越致密，隨著含水飽和度的增加，氣相滲透率的下降越明顯；粘度礦物的含量張振華認(rèn)為，界面張力、氣測(cè)滲透率和儲(chǔ)集層的水飽和度是影響水鎖損害的主要因素。水鎖的傷害形式熱力學(xué)水鎖：由于毛細(xì)管壓力阻礙油氣向井筒內(nèi)流動(dòng)而產(chǎn)生的水鎖傷害，是以排液過程到達(dá)平衡為前提，假設(shè)儲(chǔ)層孔隙可視為毛管束，毛管半徑為：動(dòng)力學(xué)水鎖：即由于地層在排液過程中緩慢，造成外來流體長(zhǎng)時(shí)間滯留在地層中，影響油、氣產(chǎn)量，產(chǎn)生水鎖傷害。推導(dǎo)毛管排液所需的時(shí)間的計(jì)算公式為：

消除水鎖，很難實(shí)現(xiàn)，盡可能預(yù)防或者減弱是致密油氣藏開發(fā)的有效途徑。增加毛細(xì)孔半徑增加注采壓差減小油水界面張力酸化、壓裂外表活性劑注氮?dú)狻㈤g歇性開關(guān)井解除水鎖工藝措施改變相滲關(guān)系加熱