深层火山岩油气藏滑脱效应及启动压力梯度研究

何学文,杨胜来,唐 嘉

(1.石油工程教育部重点实验室 中国石油大学,北京 102249; 2.中油新疆油田分公司,新疆 克拉玛依 834000)

深层火山岩油气藏滑脱效应及启动压力梯度研究

何学文1,杨胜来1,唐 嘉2

(1.石油工程教育部重点实验室 中国石油大学,北京 102249; 2.中油新疆油田分公司,新疆 克拉玛依 834000)

以不同深层火山岩气藏岩心渗流特征实验为基础,在不同温度、不同气体的情况下,测定压力平方差与流量的关系。实验表明,深层火山岩气藏气体渗流存在滑脱效应和启动压力梯度现象;气体的滑脱效应与气体的性质有关,气体的分子质量越小,滑脱效应越严重;测定了不同岩心类型的气体启动压力梯度值,认为岩心的渗透率大小、温度以及气体的性质是影响气体启动压力梯度值的主要因素。

深层火山岩;滑脱效应;启动压力梯度;气体性质

引 言

中国东部许多含油气盆地诸如渤海湾盆地、松辽盆地、江汉盆地等在早期发育阶段往往伴随火山作用,形成大量火成岩。这些火成岩分布于盆地深层,与生烃层广泛接触,储集空间多不受压实影响,是深层油气藏的重要领域[1-2]。

目前,深层火山岩油气藏开发仍是世界级难题[3]。火山岩发育受岩浆性质、喷发活动和模式影响,岩性、岩相类型多变,后期经历多期构造和成岩作用,储集空间类型和孔隙结构复杂[4-5]。以长深气藏和徐深气藏的全直径岩心实验为基础,分析其滑脱效应及启动压力梯度特征。

1 实验过程及原理

1.1 实验原理

本实验采用长深气藏和徐深气藏的全直径岩心,岩样的渗透率低,空气渗透率为 0.006×10-3～0.572×10-3μm2(表 1)。为保证实验的精度,采用长岩心 (梯度)流动试验仪测定滑脱效应,然后进一步测量岩心的启动压力梯度。

表 1 岩样基本数据

1.2 实验步骤

1.2.1 测定滑脱效应

通过定围压变流压及定流压变围压的方式,对不同温度、不同气体的渗流特征进行室内实验[6]。

1.2.2 启动压力梯度测定

(1)测定岩心的几何尺寸。

(2)根据实验流程设计,连接好实验装置,装入相应测试岩样(图 1)。

图 1 启动压力梯度测试实验装置

(3)打开高压气源开关,调节入口压力,测量不同气源压力下岩心的渗透率Kg。

(4)实验测定流压为:0.1、0.15、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5 MPa。每个流压稳定30～40 min,记录气体流量Q和此时压力表所对应的实际流压数值p,测量 3次,流量误差小于 4%为合格。

(5)改变岩心覆压,重复步骤 (3)、(4),测量不同覆压下的启动压力梯度。

实验气体选用氮气、天然气、二氧化碳。实验分析不同岩心类型、不同气体驱替、不同温度下的启动压力梯度[7-9]。

2 实验结果分析

2.1 滑脱效应实验结果讨论

对于不同岩心和气体,采用不同的平均压力测量时所得的气测渗透率不同;对于同一岩心,在同一平均压力下,采用不同的气体测出的渗透率也不同。原因是由于气测渗透率时发生气体滑动效应,也即克氏效应。

表 2 实验克氏渗透率统计

表 2为实验克氏渗透率的统计值。可以看出,气体的滑脱效应与气体的性质有关,气体的分子质量越小,滑脱效应越严重。

2.2 启动压力梯度结果讨论

2.2.1 各岩心启动压力梯度值

图 2和图 3分别给出了各岩心流量与压力平方差梯度关系曲线。可以看出,在压力平方差梯度较低时,拟合曲线不经过原点,截距为负,都存在启动压力梯度。

通过计算,渗透率偏大的岩心 (约为较小渗透率岩心数量级的 50倍)启动压力梯度为 0.062 7 MPa/m;渗透率较小岩心的启动压力梯度为0.518 1 MPa/m[10]。由于Ⅰ类岩心的渗透率大于Ⅱ类岩心,可以看出,启动压力梯度随渗透率的增加而减小。

图 2 渗透率较大岩心流量与压力平方差梯度关系曲线

图 3 渗透率较小岩心流量与压力平方差梯度关系曲线

2.2.2 温度对启动压力梯度的影响

图 4为不同温度下岩心流量与压力平方差关系曲线。计算可知,50℃时启动压力梯度为 0.064 5 MPa/m;80℃时启动压力梯度为 0.062 MPa/m。可以看出温度升高,启动压力梯度略有降低,差别不大。

2.2.3 不同测量气体对启动压力梯度的影响

图 5为不同气体驱替条件下岩心流量与压力平方差关系曲线。天然气驱时启动压力梯度为0.069 8 MPa/m;二氧化碳驱时启动压力梯度为0.094 8MPa/m,氮气驱时启动压力梯度为 0.055 5 MPa/m。通过对比看出,对于启动压力梯度,二氧化碳驱时最高,氮气驱时最低。

图 4 不同温度下岩心流量与压力平方差梯度关系曲线

图 5 不同气体下岩心流量与压力平方差梯度关系曲线

3 结 论

(1)深层火山岩气藏气体渗流存在“滑脱效应”和启动压力梯度现象。气体的滑脱效应与气体的性质有关,气体的分子质量越小,滑脱效应越严重。流度随平均压力倒数的增加近似线性提高,即高压下流度较低,压力降低,流度升高。

(2)测定了不同岩心类型的气体启动压力梯度,渗透率较大岩心的启动压力梯度为 0.062 7 MPa/m;渗透率较小岩心的启动压力梯度为 0.518 1 MPa/m。

(3)对同种气体而言,温度升高,启动压力梯度略有降低,差别不大,因此可以认为温度对启动压力梯度影响不大。

(4)计算得到天然气驱时启动压力梯度为0.069 8 MPa/m;二氧化碳驱时启动压力梯度为0.094 8MPa/m,氮气驱时启动压力梯度为 0.055 5 MPa/m。通过对比看出,对于启动压力梯度,二氧化碳驱时最高,氮气驱时最低。

(5)对于更深层位的其他类型岩心的类似研究也在进行之中,后续研究准备对不同层位、不同类型岩心进行对比,得到更为全面的规律。

[1]袁士义,冉启全,徐正顺 .火山岩气藏高效开发策略研究[J].石油学报,2007,28(1):73-77.

[2]陈元春,吴昌志,武毅 .辽河盆地黄沙坨火山岩油藏开发实践[J].新疆石油地质,2006,27(1):71-75.

[3]梁彬,李闽,曾繁华,等 .致密气藏产能分析方法研究[J].断块油气田,2005,12(1):30-33.

[4]任晓娟,等 .水相滞留对低渗气层渗透率的损害分析[J].天然气工业,2004,24(11):106-108.

[5]向阳,等 .致密砂岩气藏应力敏感的全模拟试验研究[J].成都理工学院学报,2002,29(6):617-619.

[6]杨胜来,等 .异常高压气藏岩石应力敏感性实验与模型研究[J].天然气工业,2005,25(2):107-109.

[7]杨胜来,等 .异常高压气藏储层应力敏感性及其对容积法储量计算精度的影响 [J].天然气地球科学, 2007,17(5):67-69.

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[9]岑芳,罗明高,姚鹏翔 .深埋藏火山岩高孔隙形成机制探讨[J].西南石油学院学报,2005,27(3):8-11.

[10]李彦民,李艳丽,赵微林,等 .深层火山岩储集层定量预测方法研究[J].石油地球物理勘探,2002,37(2): 175-179.

编辑 周丹妮

TE122.2

A

1006-6535(2010)05-0100-03

20100329;改回日期:20100528

国家自然科学基金“超深层油气藏岩石物性垂向分布规律及渗流特征研究”(50874114)

何学文 (1985-),男,2007年毕业于中国地质大学 (北京)能源学院石油工程专业,现为该校油气田开发专业在读硕士研究生,主要从事油气田开发理论研究。