低滲透氣藏啟動壓力梯度實驗測試新方法

房茂軍 盛舒遙 段永剛 魏明強 李 昊

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100028； 2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院， 成都 637001)

關(guān)于啟動壓力梯度的研究結(jié)果一直存在爭議[1-4]。有文獻證明，啟動壓力梯度對氣井產(chǎn)能和單井控制儲量等指標(biāo)的計算產(chǎn)生影響[5-8]。目前啟動壓力梯度的測試方法主要有非穩(wěn)態(tài)壓差-流量法和氣泡法，不同的實驗技術(shù)手段所測數(shù)值相差很大。傳統(tǒng)實驗測試法的測試流量計精度為0.01～1.00 mL，所測啟動壓力梯度偏高(0.10～0.70 MPam)，與油氣運移動力(0.001～0.005 MPam)及開發(fā)實際數(shù)據(jù)不相符。為此，針對傳統(tǒng)實驗測量精度差的不足，設(shè)計了一種新的啟動壓力實驗測試方法。應(yīng)用新的啟動壓力實驗測試方法，對鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊低滲氣藏儲層巖樣啟動壓力梯度進行測試，討論低滲透率及含水飽和度對啟動壓力梯度的影響。

1 實驗設(shè)計

本次啟動壓力梯度實驗測試中，基于毛細管液滴移動原理進行監(jiān)測：巖心中的流體流動為連續(xù)流動，若流體開始移動，則巖心出口端可以觀測到有色液體在移動，此時的壓力就是巖心內(nèi)流體連續(xù)流動的最小啟動壓力。應(yīng)用該方法可以測定不同流體介質(zhì)的最小啟動壓力，也可以測定巖心內(nèi)不同飽和狀態(tài)下的最小啟動壓力。本次測試精度較高，通過液滴移動監(jiān)測的流量精度達10-4～10-5mL數(shù)量級。圖1所示為巖心啟動壓力梯度實驗測試裝置示意圖。

圖1 巖心啟動壓力梯度實驗測試裝置示意圖

對巖心施加一個驅(qū)替壓力，通過毛細管液滴移動監(jiān)測攝像界面觀察標(biāo)記液柱是否移動。如果液柱不移動，需等待一段時間后提高驅(qū)替壓力；如果液柱移動，則此驅(qū)替壓力為該巖心的啟動壓力。圖2所示為毛細管液滴移動監(jiān)測攝像界面。

2 實驗步驟

(1) 對巖心進行預(yù)處理。將接收到的巖心切割磨平，放入烘箱中烘干至恒重；對烘干后的巖心進行清洗，再次烘干，去除清洗用有機溶劑，取出巖心放入干燥器中，冷卻至室溫。

(2) 測定巖心孔滲。稱取巖心質(zhì)量，測定巖心的直徑、長度，將巖心裝入孔滲儀中，測定巖心的孔隙度和滲透率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(3) 對巖心抽真空飽和。根據(jù)所提供地層水資料配制模擬地層水，將巖心放入真空皿中抽真空，加壓，飽和配制好的模擬地層水。

(4) 建立束縛水飽和度。將飽和模擬地層水的巖心取出，擦去巖心表面浮水，稱取巖心飽和后的質(zhì)量；將巖心裝入加持器中，加圍壓，待圍壓穩(wěn)定后，打開夾持器入口氣源，建立進出口壓差，夾持器出口安裝計量杯計量驅(qū)出水質(zhì)量；待驅(qū)至束縛水飽和時，卸圍壓，取出巖心，稱取此束縛水飽和度下的巖心質(zhì)量，計算巖心束縛水飽和度。

(5) 測定啟動壓力梯度。將建立束縛水飽和度的巖心裝入夾持器中，加圍壓，并對整個實驗系統(tǒng)進行恒溫控制(恒溫30 ℃)，打開記錄程序，監(jiān)測實驗入口壓力、溫度及透明管中的液位。待圍壓和巖心中溫度恒定后，打開入口氣壓加壓泵，建立初始壓力(0.06 kPa)；若液位穩(wěn)定30 min保持不變，則增大入口壓力至0.12 kPa。以此類推，每30 min增加入口壓力0.10kPa。當(dāng)出口透明管中的液位發(fā)生變化時，則此時的入口壓力為該巖心的啟動壓力。

3 實驗結(jié)果分析

采用毛細管液滴移動監(jiān)測法，測定鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊儲層巖樣的啟動壓力梯度。巖樣參數(shù)如下：直徑為2.53 cm；長度為5.80 cm；孔隙度為0.122；氣測滲透率為0.412 10-3μm2；束縛水飽和度為35%。在整個實驗過程中，毛細管液滴移動速度和驅(qū)替壓力均通過電腦自動記錄。圖3所示為毛細管液滴移動速度與驅(qū)動壓力關(guān)系曲線。可以看出，該巖樣啟動壓力為0.13 kPa，啟動壓力梯度為2.24 kPam，遠小于原先文獻研究中確定的低滲氣藏巖心啟動壓力梯度(0.01～0.10 MPam數(shù)量級范圍)[9-11]。

圖3 毛細管液滴移動速度與驅(qū)動壓力關(guān)系曲線

運用新方法，測定了鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊低滲儲層多個巖樣的啟動壓力梯度(見表1)。

表1 鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊低滲儲層多個巖樣的啟動壓力梯度

表1中，低滲氣藏巖心滲透率范圍為0.028×10-3～0.580×10-3μm2，其對應(yīng)的啟動壓力梯度范圍為0.69～11.06 kPam，比以前測試的啟動壓力梯度值約小1～2個數(shù)量級(以前啟動壓力梯度值范圍為10～100 kPam)。同一滲透率下，含水飽和度越高，啟動壓力梯度越大。

4 結(jié) 語

設(shè)計并提出了一種啟動壓力梯度法 —— 毛細管液滴移動測試法，其流量精度為10-4～10-5mL。應(yīng)用毛細管液滴移動測試啟動壓力梯度法，針對鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊低滲儲層巖樣進行啟動壓力梯度測試。測試結(jié)果表明，氣測巖心滲透率范圍為0.028×10-3～0.580×10-3μm2，巖樣對應(yīng)的啟動壓力梯度范圍為0.69～11.06 kPam，比以前測試的啟動壓力梯度值小1～2個數(shù)量級。同一巖樣啟動壓力梯度受含水飽和度影響較大，即含水飽和度越高，啟動壓力梯度越大。