基于界面张力影响的凝析气藏相渗时变表征方法

李元生 ，伍锐东，邓雅婷，藤赛男

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司研究院，上海 200030；2.中国石化上海油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

0 引言

凝析气藏复杂的相变渗流特征对储层油气分布及渗流影响较大，从而影响凝析气井的产能和凝析油气的采收率［1-2］。国内外对凝析气藏油气微观分布及渗流特征［3-8］的大量研究表明，凝析油临界流动饱和度Scc（一般干气藏对应残余油饱和度）和相对渗透率对流体界面张力十分敏感。测量凝析油临界流动饱和度的方法有长岩心驱替实验法［9-14］和反射波测试法［15-17］。只有当地层压力低于露点压力时，这2种方法才能测量出低界面张力阶段凝析油的临界流动饱和度，结果通常为较小的常数，不能反映随地层压力逐渐下降，油气界面张力上升对凝析油临界流动饱和度的影响。目前，凝析气藏数值模拟的凝析油临界流动饱和度取值一般为高界面张力流体（如氮气和煤油）岩心相对渗透率的残余油饱和度，通常为常数［18］，无法表征近井地带凝析油逐渐聚集、反凝析加剧的特征。

为了准确地表征近井地带凝析油逐渐聚集、反凝析加剧的特征，本文从界面张力对凝析油分布的影响机理出发，分析了界面张力对凝析油气相渗及临界流动饱和度的影响，建立了基于界面张力影响的临界流动饱和度模型，最后将界面张力对凝析油临界流动饱和度的影响表征到数值模拟中，模拟了更加真实的凝析气藏凝析油聚集特征。

1 界面张力对凝析油分布的影响

凝析气藏开发过程中伴随着油气界面张力σog的变化，当地层压力高于露点压力时，处于混相状态，油气界面张力接近0 mN/m；当地层压力略低于露点压力时，出现反凝析现象，少量凝析油析出，此时油气界面张力较小，析出的凝析油以油膜状态附着在束缚水之上，即以油膜铺展方式分布于储层中。在曲率较大的孔隙角隅处，由于毛细凝聚作用，以油滴方式分布，凝析油易流动，实验测量的凝析油临界流动饱和度一般小于10%［14］（见图 1a）；随着凝析气藏的开发，当地层压力远低于露点压力时，大量凝析油析出，油气界面张力迅速增加，到最大反凝析压力时的界面张力可比露点压力时的高2个数量级［4］。析出的凝析油大部分以段塞的形式分布于孔隙喉道与角隅，相对于凝析油膜更难以流动，凝析油临界流动饱和度增大（见图1b）。

图1 不同界面张力时凝析油分布特征

2 凝析油气临界流动饱和度模型

2.1 不同油气界面张力下的油气相对渗透率特征

图2为不同界面张力下凝析油相对渗透率Kro和凝析气相对渗透率Krg随含气饱和度Sg变化曲线，从图中可知，随着地层压力及界面张力的变化，凝析油气相对渗透率曲率、凝析油临界流动饱和度及残余气饱和度变化特征分为3个阶段。

1）油气界面张力近似为0 mN/m阶段。当地层压力高于露点压力时，凝析油还未析出，油气界面张力接近0 mN/m。凝析油气为混相状态，混相状态的相对渗透率呈现线性变化的特征，可以用理想油气相对渗透率表示（见图2a），并且凝析油临界流动饱和度和残余气饱和度Sgr接近于0。

2）界面张力显著显著阶段。随着地层压力逐渐低于露点压力，界面张力逐渐增大，凝析油气相对渗透率曲线由直线逐渐变成曲线，并且曲率逐渐增大，凝析油临界流动饱和度和残余气饱和度也逐渐增大（见图 2b—2d）。

3）界面张力影响减弱阶段。当油气界面张力大于某个值时（见图2d—2e），随着界面张力的增大，凝析油气相对渗透率曲线的曲率逐渐恒定，界面张力对凝析油气渗透率和凝析油气临界流动饱和度的影响变小，此时曲线形态与高界面张力下的氮气和煤油相对渗透率曲线类似（见图2f）。

图2 不同界面张力下凝析油气相对渗透率曲线

2.2 界面张力条件下凝析油气临界流动饱和度模型

为了得到界面张力条件下凝析油气临界流动饱和度模型，通过对文献［3］实验资料的总结，得到不同界面张力下的凝析油临界流动饱和度及残余气饱和度数据（见表 1）。

表1 凝析油临界流动饱和度及残余气饱和度

结合凝析气藏临界流动饱和度随界面张力先增大后平稳的渗流特征，再通过对实验数据进行拟合，分别得到凝析油临界流动饱和度与残余气饱度以及凝析油临界流动饱度随界面张力变化的关系曲线（见图 3）及式（1）、式（2）。

图3 凝析油临界流动饱和度、残余气饱和度随界面张力变化的回归曲线

凝析油临界流动饱和度为

式中：σog，max为目前压力条件下的油气最大界面张力，mN/m。

残余气饱和度为

根据式（1）和式（2），得到凝析油临界流动饱和度及残余气饱和度随界面张力变化的一般经验公式：

式中：Scc，max和 Sgr，max分别为最大界面张力时的凝析油临界流动饱和度及残余气饱和度；A为拟合系数，与岩石润湿及孔喉分布特征相关；B为拟合系数，与凝析油气体系界面张力相关。

从图3和式（3）可知，界面张力对凝析油临界流动饱和度的影响分为2个阶段：早期随着界面张力增大，凝析油临界流动饱和度迅速增加，直到最大凝析油临界流动饱和度；之后，凝析油临界流动饱和度为常数，界面张力的影响较小。残余气饱和度与凝析油临界流动饱和度的变化特征类似。

3 基于变临界流动饱和度的数值模拟

设计机理模型和数值模拟方案，建立组分模型分析变凝析油气临界流动饱和度对开发指标预测的影响，模型网格为 50×50×7，渗透率为 10×10-3μm2，孔隙度为15%，地质储量为10×108m3。设计日产气量为10×104m3，最小井底流压为 5 MPa，以及 Scc=0.10、Scc随界面张力变化及Scc=0.45时，预测凝析油临界流动饱和度及不同方案的生产特征。

图4为凝析油临界流动饱和度和界面张力随地层压力的变化图。图中显示，随开发过程中地层压力下降，界面张力增大，凝析油临界流动饱和度逐渐上升，反映了凝析油在近井地层聚集堵塞孔喉难以流动的特征。常规数值模拟方法凝析油临界流动饱和度Scc=0.10和Scc=0.45，均为常数，不能清晰地表征凝析油流动特征随着界面张力增大的变化。

图4 凝析油临界流动饱和度和界面张力随压力的变化

图5为不同方案的井底流压和日产气量对比曲线，从图中可知，当Scc=0.10时，稳产期长，压力平缓下降，显示凝析油气渗流能力强，不能反映近井地带凝析油的聚集特征；当Scc=0.45时，稳产期短，开发早期压力快速下掉，显示生产早期生产压差增大，油气渗流能力急剧下降，反映近井地带凝析油快速聚集污染加剧的特征，与开发早期油气界面张力小凝析油气渗流能力强的认识不符；当凝析油临界流动饱和度随界面张力变化时，气井生产早期平稳，而后产量和压力急剧下降，表现为生产早期渗流能力强，并随着开发，凝析油大量析出，渗流能力急剧下降的渗流机理，能准确反映开发早期低界面张力下少量的凝析油（Scc=0.10）向开发晚期相对较高界面张力下大量凝析油（Scc=0.45）的聚集特征。本文方法更准确地表征了凝析气藏凝析油析出后逐渐聚集导致污染加剧的渗流机理，更符合生产实际。

图5 不同方案下井底流压和日产气量变化特征曲线

4 结论

1）界面张力对凝析油气分布及流动特征影响显著。生产早期低界面张力时，凝析油以油膜流动为主，凝析油临界流动饱和度小，渗流能力强；随着界面张力的增加，析出的凝析油大部分以段塞的形式分布于孔隙喉道与角隅，凝析油临界流动饱和度增大，相对渗透率曲线曲率变大，凝析油气更难以流动，影响凝析气藏开发效果。

2）建立了基于界面张力影响的凝析油气临界流动饱和度模型。模型量化了界面张力对凝析油气临界流动饱和度的影响，能表征随界面张力增大凝析油气临界流动饱和度增大的特征，使得凝析气藏变界面张力的渗流机理更清晰。

3）考虑变临界流动饱和度的凝析气藏数值模拟模型，能够模拟随着地层压力下降，界面张力上升，凝析油在近井地带聚集难以流动的特征，更准确地表征了凝析油析出后逐渐聚集导致污染加剧的渗流机理，物理意义明确，更符合生产实际。