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      基于界面張力影響的凝析氣藏相滲時(shí)變表征方法

      2022-11-30 05:43:06李元生伍銳東鄧雅婷藤賽男
      斷塊油氣田 2022年6期
      關(guān)鍵詞:凝析氣凝析油滲流

      李元生 ,伍銳東,鄧雅婷,藤賽男

      (1.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司研究院,上海 200030;2.中國(guó)石化上海油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,上海 200120)

      0 引言

      凝析氣藏復(fù)雜的相變滲流特征對(duì)儲(chǔ)層油氣分布及滲流影響較大,從而影響凝析氣井的產(chǎn)能和凝析油氣的采收率[1-2]。國(guó)內(nèi)外對(duì)凝析氣藏油氣微觀分布及滲流特征[3-8]的大量研究表明,凝析油臨界流動(dòng)飽和度Scc(一般干氣藏對(duì)應(yīng)殘余油飽和度)和相對(duì)滲透率對(duì)流體界面張力十分敏感。測(cè)量凝析油臨界流動(dòng)飽和度的方法有長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)法[9-14]和反射波測(cè)試法[15-17]。只有當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀诼饵c(diǎn)壓力時(shí),這2種方法才能測(cè)量出低界面張力階段凝析油的臨界流動(dòng)飽和度,結(jié)果通常為較小的常數(shù),不能反映隨地層壓力逐漸下降,油氣界面張力上升對(duì)凝析油臨界流動(dòng)飽和度的影響。目前,凝析氣藏?cái)?shù)值模擬的凝析油臨界流動(dòng)飽和度取值一般為高界面張力流體(如氮?dú)夂兔河停r心相對(duì)滲透率的殘余油飽和度,通常為常數(shù)[18],無(wú)法表征近井地帶凝析油逐漸聚集、反凝析加劇的特征。

      為了準(zhǔn)確地表征近井地帶凝析油逐漸聚集、反凝析加劇的特征,本文從界面張力對(duì)凝析油分布的影響機(jī)理出發(fā),分析了界面張力對(duì)凝析油氣相滲及臨界流動(dòng)飽和度的影響,建立了基于界面張力影響的臨界流動(dòng)飽和度模型,最后將界面張力對(duì)凝析油臨界流動(dòng)飽和度的影響表征到數(shù)值模擬中,模擬了更加真實(shí)的凝析氣藏凝析油聚集特征。

      1 界面張力對(duì)凝析油分布的影響

      凝析氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中伴隨著油氣界面張力σog的變化,當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂诼饵c(diǎn)壓力時(shí),處于混相狀態(tài),油氣界面張力接近0 mN/m;當(dāng)?shù)貙訅毫β缘陀诼饵c(diǎn)壓力時(shí),出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象,少量凝析油析出,此時(shí)油氣界面張力較小,析出的凝析油以油膜狀態(tài)附著在束縛水之上,即以油膜鋪展方式分布于儲(chǔ)層中。在曲率較大的孔隙角隅處,由于毛細(xì)凝聚作用,以油滴方式分布,凝析油易流動(dòng),實(shí)驗(yàn)測(cè)量的凝析油臨界流動(dòng)飽和度一般小于10%[14](見(jiàn)圖 1a);隨著凝析氣藏的開(kāi)發(fā),當(dāng)?shù)貙訅毫h(yuǎn)低于露點(diǎn)壓力時(shí),大量凝析油析出,油氣界面張力迅速增加,到最大反凝析壓力時(shí)的界面張力可比露點(diǎn)壓力時(shí)的高2個(gè)數(shù)量級(jí)[4]。析出的凝析油大部分以段塞的形式分布于孔隙喉道與角隅,相對(duì)于凝析油膜更難以流動(dòng),凝析油臨界流動(dòng)飽和度增大(見(jiàn)圖1b)。

      圖1 不同界面張力時(shí)凝析油分布特征

      2 凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度模型

      2.1 不同油氣界面張力下的油氣相對(duì)滲透率特征

      圖2為不同界面張力下凝析油相對(duì)滲透率Kro和凝析氣相對(duì)滲透率Krg隨含氣飽和度Sg變化曲線,從圖中可知,隨著地層壓力及界面張力的變化,凝析油氣相對(duì)滲透率曲率、凝析油臨界流動(dòng)飽和度及殘余氣飽和度變化特征分為3個(gè)階段。

      1)油氣界面張力近似為0 mN/m階段。當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂诼饵c(diǎn)壓力時(shí),凝析油還未析出,油氣界面張力接近0 mN/m。凝析油氣為混相狀態(tài),混相狀態(tài)的相對(duì)滲透率呈現(xiàn)線性變化的特征,可以用理想油氣相對(duì)滲透率表示(見(jiàn)圖2a),并且凝析油臨界流動(dòng)飽和度和殘余氣飽和度Sgr接近于0。

      2)界面張力顯著顯著階段。隨著地層壓力逐漸低于露點(diǎn)壓力,界面張力逐漸增大,凝析油氣相對(duì)滲透率曲線由直線逐漸變成曲線,并且曲率逐漸增大,凝析油臨界流動(dòng)飽和度和殘余氣飽和度也逐漸增大(見(jiàn)圖 2b—2d)。

      3)界面張力影響減弱階段。當(dāng)油氣界面張力大于某個(gè)值時(shí)(見(jiàn)圖2d—2e),隨著界面張力的增大,凝析油氣相對(duì)滲透率曲線的曲率逐漸恒定,界面張力對(duì)凝析油氣滲透率和凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度的影響變小,此時(shí)曲線形態(tài)與高界面張力下的氮?dú)夂兔河拖鄬?duì)滲透率曲線類(lèi)似(見(jiàn)圖2f)。

      圖2 不同界面張力下凝析油氣相對(duì)滲透率曲線

      2.2 界面張力條件下凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度模型

      為了得到界面張力條件下凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度模型,通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)[3]實(shí)驗(yàn)資料的總結(jié),得到不同界面張力下的凝析油臨界流動(dòng)飽和度及殘余氣飽和度數(shù)據(jù)(見(jiàn)表 1)。

      表1 凝析油臨界流動(dòng)飽和度及殘余氣飽和度

      結(jié)合凝析氣藏臨界流動(dòng)飽和度隨界面張力先增大后平穩(wěn)的滲流特征,再通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,分別得到凝析油臨界流動(dòng)飽和度與殘余氣飽度以及凝析油臨界流動(dòng)飽度隨界面張力變化的關(guān)系曲線(見(jiàn)圖 3)及式(1)、式(2)。

      圖3 凝析油臨界流動(dòng)飽和度、殘余氣飽和度隨界面張力變化的回歸曲線

      凝析油臨界流動(dòng)飽和度為

      式中:σog,max為目前壓力條件下的油氣最大界面張力,mN/m。

      殘余氣飽和度為

      根據(jù)式(1)和式(2),得到凝析油臨界流動(dòng)飽和度及殘余氣飽和度隨界面張力變化的一般經(jīng)驗(yàn)公式:

      式中:Scc,max和 Sgr,max分別為最大界面張力時(shí)的凝析油臨界流動(dòng)飽和度及殘余氣飽和度;A為擬合系數(shù),與巖石潤(rùn)濕及孔喉分布特征相關(guān);B為擬合系數(shù),與凝析油氣體系界面張力相關(guān)。

      從圖3和式(3)可知,界面張力對(duì)凝析油臨界流動(dòng)飽和度的影響分為2個(gè)階段:早期隨著界面張力增大,凝析油臨界流動(dòng)飽和度迅速增加,直到最大凝析油臨界流動(dòng)飽和度;之后,凝析油臨界流動(dòng)飽和度為常數(shù),界面張力的影響較小。殘余氣飽和度與凝析油臨界流動(dòng)飽和度的變化特征類(lèi)似。

      3 基于變臨界流動(dòng)飽和度的數(shù)值模擬

      設(shè)計(jì)機(jī)理模型和數(shù)值模擬方案,建立組分模型分析變凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)的影響,模型網(wǎng)格為 50×50×7,滲透率為 10×10-3μm2,孔隙度為15%,地質(zhì)儲(chǔ)量為10×108m3。設(shè)計(jì)日產(chǎn)氣量為10×104m3,最小井底流壓為 5 MPa,以及 Scc=0.10、Scc隨界面張力變化及Scc=0.45時(shí),預(yù)測(cè)凝析油臨界流動(dòng)飽和度及不同方案的生產(chǎn)特征。

      圖4為凝析油臨界流動(dòng)飽和度和界面張力隨地層壓力的變化圖。圖中顯示,隨開(kāi)發(fā)過(guò)程中地層壓力下降,界面張力增大,凝析油臨界流動(dòng)飽和度逐漸上升,反映了凝析油在近井地層聚集堵塞孔喉難以流動(dòng)的特征。常規(guī)數(shù)值模擬方法凝析油臨界流動(dòng)飽和度Scc=0.10和Scc=0.45,均為常數(shù),不能清晰地表征凝析油流動(dòng)特征隨著界面張力增大的變化。

      圖4 凝析油臨界流動(dòng)飽和度和界面張力隨壓力的變化

      圖5為不同方案的井底流壓和日產(chǎn)氣量對(duì)比曲線,從圖中可知,當(dāng)Scc=0.10時(shí),穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng),壓力平緩下降,顯示凝析油氣滲流能力強(qiáng),不能反映近井地帶凝析油的聚集特征;當(dāng)Scc=0.45時(shí),穩(wěn)產(chǎn)期短,開(kāi)發(fā)早期壓力快速下掉,顯示生產(chǎn)早期生產(chǎn)壓差增大,油氣滲流能力急劇下降,反映近井地帶凝析油快速聚集污染加劇的特征,與開(kāi)發(fā)早期油氣界面張力小凝析油氣滲流能力強(qiáng)的認(rèn)識(shí)不符;當(dāng)凝析油臨界流動(dòng)飽和度隨界面張力變化時(shí),氣井生產(chǎn)早期平穩(wěn),而后產(chǎn)量和壓力急劇下降,表現(xiàn)為生產(chǎn)早期滲流能力強(qiáng),并隨著開(kāi)發(fā),凝析油大量析出,滲流能力急劇下降的滲流機(jī)理,能準(zhǔn)確反映開(kāi)發(fā)早期低界面張力下少量的凝析油(Scc=0.10)向開(kāi)發(fā)晚期相對(duì)較高界面張力下大量凝析油(Scc=0.45)的聚集特征。本文方法更準(zhǔn)確地表征了凝析氣藏凝析油析出后逐漸聚集導(dǎo)致污染加劇的滲流機(jī)理,更符合生產(chǎn)實(shí)際。

      圖5 不同方案下井底流壓和日產(chǎn)氣量變化特征曲線

      4 結(jié)論

      1)界面張力對(duì)凝析油氣分布及流動(dòng)特征影響顯著。生產(chǎn)早期低界面張力時(shí),凝析油以油膜流動(dòng)為主,凝析油臨界流動(dòng)飽和度小,滲流能力強(qiáng);隨著界面張力的增加,析出的凝析油大部分以段塞的形式分布于孔隙喉道與角隅,凝析油臨界流動(dòng)飽和度增大,相對(duì)滲透率曲線曲率變大,凝析油氣更難以流動(dòng),影響凝析氣藏開(kāi)發(fā)效果。

      2)建立了基于界面張力影響的凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度模型。模型量化了界面張力對(duì)凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度的影響,能表征隨界面張力增大凝析油氣臨界流動(dòng)飽和度增大的特征,使得凝析氣藏變界面張力的滲流機(jī)理更清晰。

      3)考慮變臨界流動(dòng)飽和度的凝析氣藏?cái)?shù)值模擬模型,能夠模擬隨著地層壓力下降,界面張力上升,凝析油在近井地帶聚集難以流動(dòng)的特征,更準(zhǔn)確地表征了凝析油析出后逐漸聚集導(dǎo)致污染加劇的滲流機(jī)理,物理意義明確,更符合生產(chǎn)實(shí)際。

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