• / 9
  • 下载费用:5 下载币  

致密气藏开发过程水相圈闭损害机理及预防措施研究进展

关 键 词:
致密 开发 过程 圈闭 损害 机理 预防措施 研究进展
资源描述:
致密气藏开发过程水相圈闭损害机理及预防措施研究进展摘要:在致密气藏开发过程中,随气藏压力下降,边底水侵入会导致水相圈闭损害的发生;水相圈闭损害不仅导致气藏采收率下降,且加开采成本,延缓开发进程,严重制约气藏的开发效果。分析了水驱气藏开发过程中水相圈闭损害机理,水相圈闭损害发生的影响因素、过程机理、预防措施、治理技术,指出致密气藏的非均质性、水湿性、超低含水饱和度、高毛。管压力、裂缝发育和压降等是诱发水相圈闭损害的主要因素,和裂缝一孔隙间水相渗吸、水相圈闭气的形成、水相圈闭动力学模型和水相圈闭损害防治研究等方面的主要进展,认为在含水致密气藏开发过程中,应采取早期预测、主动防御、优选开发方式、合理安排排水采气井及其产量、适时调整压力场分布及整体控制均衡开发等措施,以便有效地预防和治理水相圈闭损害。关键词:致密储层;气藏;水相圈闭;开发;水侵;储层保护在致密气藏(如致密砂岩、致密碳酸盐岩、致密火山岩气藏等)开发过程中,边底水侵入会减小甚至阻断天然气渗流通道,使气相渗透率下降,水相圈闭损害发生。水相圈闭损害是气藏开发中普遍存在的问题,可导致气藏采收率下降 50%以上[1] ,甚至被迫关井停产,严重制约气藏的开发效果。许多学者通过实验及建立模型对水相圈闭损害机理进行了研究,深化了对水相圈闭规律的认识。但已有的研究主要集中在工作液导致的近井壁地带的水相圈闭损害,对边底水侵入引起的水相圈闭损害研究相对较少,且对开发过程中水相圈闭损害机理的认识还不十分清楚。全面认识开发过程中的水相圈闭损害机理及防治研究现状,对制定最佳开发方案或调整方案、提高致密气藏最终采收率和开发效益都具有重要的意义。一、水相圈闭损害机理研究进展1、关于水相圈闭损害方式研究在含边底水致密气藏开发过程中,随天然气的采出,气藏压力逐渐下降。当压降波及到边底水区域时,边底水侵入气藏形成气液两相流,气相渗透率急剧下降。裂缝是致密气藏主要的渗流通道,发生水侵时边底水首先沿裂缝侵入。宏观上,侵入水进入裂缝阻碍了基质中气体向裂缝流动,加剧了气藏分割,当分割恶化到基块中的气体难以流动时,就形成区块圈闭。微观上,在毛管压力作用下,侵入水向主缝两侧的支缝网络和孔隙介质中渗吸,微细裂缝和基质孔隙表面水膜不断增厚,基块中气体的流动性降低,当流动性降低到很小时,天然气就处于被封隔的状态,形成孔隙圈闭。气藏裂缝大小和分布的不均匀、不规则性、水气区之间的连通状况和压降梯度等决定着侵入水和圈闭气的分布规律,加上储层宏观结构和微观结构上的非均质性、各向异性和不连续性,侵入水在气藏中纵窜横侵时形成水中有气、气中有水的复杂水相圈闭关系心 (图 1)。致密气藏的非均质性、水湿性、超低含水饱和度、高毛管压力和裂缝发育等都是诱发水相圈闭损害的地质因素。边底水的侵入,改变了气藏的原来环境,加上压力和温度的变化,易诱发岩石矿物和地层水气间的物理—化学反应,导致储渗空间及渗流阻力的改变。如粘土微粒的膨胀分散、气相长链烃的析出粘附、乳化液滴的形成和堵塞等,都使渗流通道变得更窄,更多的气相渗流孔道被阻断;压降导致的应力敏感也使水相圈闭程度加剧。区块圈闭和孔隙圈闭大大降低了气相渗透率和气藏采收率。很多学者对水相圈闭损害进行了研究。前苏联学者通过研究采收率及残余气饱和度变化规律,得出低速驱时,圈闭气范围减小;高速驱时非均质性开始表现出来,采收率随驱动速率提高而下降。贺承祖指出致密储层中的水相圈闭损害更为严重,通过研究引起水相圈闭损害的动力学及热力学原因,指出侵入流体的界面张力、润湿性、粘度、压降及微孔隙半径等决定着水相圈闭的损害程度。 通过实验研究指出气驱及汽化有助于解除水相圈闭损害。李菊花根据灰色理论原理,建立定性判别水相圈闭损害程度的灰色关联分析法。国内外学者对圈闭气形成机理的认识及解除方法的探索不断深化,对裂缝—孔隙问水的渗吸及气水两相流理论进行了大量的研究,储层润湿性转变和气水界面移动规律的探索也取得很大进展,从多方面推导出水侵量的计算方法,水相圈闭模拟研究及应用已取得一定的成效,这些都对构建开发过程中水相圈闭防治技术体系起到积极的推动作用。2、关于圈闭气形成机理研究储层的孔隙网络结构、润湿性及压降梯度等影响着气水运移速度和聚集形态,对水侵后圈闭气的形成和分布起着决定性的作用。应用可视化微观储层模型,利用激光刻蚀技术,在光学玻璃板上刻蚀出岩石的真实孔隙网络结构,借助显微放大、录像、图像分析和实验计量等技术,观测模型中的气水流动,进行气水两相渗流微观机理研究,可实现从微观渗流机理的定性分析到过程的定量描述,揭示圈闭气形成机理及微观分布特征 (表 1)。可以预见,致密裂缝—孔隙型气藏一旦被边底水侵入,水将首先沿裂缝窜人,圈闭基块中的天然气;当水从相对均质部位推进到与流动方向相交的裂缝时,水进入裂缝并沿裂缝流动而改变了原来的流向,将大量孔隙和微细裂缝中的气体圈闭起来;侵入水也会圈闭一些无井控制的裂缝不发育的含气边缘区天然气。当侵入水进入井底后,必将导致气产量急剧下降,从而使采收率大幅降低。3、关于润湿性转变及水膜厚度研究气藏岩石的水湿性是导致水相圈闭损害的重要因素之一。、 等研究了岩心经化学剂处理后由强水湿向中性润湿的转变,气水两相渗透率都相应增大,有助于减轻水相圈闭损害。对水驱过程中水膜厚度的变化,向阳通过测定任一水驱时刻的含水饱和度即可测定岩心在不同时刻的水膜厚度[3],指出随着地层压力的下降,驱替水逐渐进入气层,水湿性使孔隙和裂缝表面水膜厚度逐渐增大,含水饱和度和水膜厚度的变化控制着被圈闭气的动态,并通过对饱和度和水膜厚度变化的计算来研究水相圈闭损害及治理效果。4、关于水侵量计算方法研究关于水侵量的计算,R J 基于达西定律提出了稳态水侵的计算方法,这是最简单的稳态水侵量计算模型。 对 稳态水侵模型进行了修正。 J 发展了一种简单易行的方法来模拟有限水层的水侵行为。陈元千基于水驱气藏的物质平衡方程,提出气田天然水侵的判断及确定水侵程度的方法。匡建超对水侵量计算的物质平衡法进行了改进,提出了综合总目标函数最优化方法。用物质平衡方程计算水侵量是常用的基本方法。当气藏压力下降时,由于水的流入使气藏压力下降变慢,可采用稳态法、非稳态法及拟稳态法对水侵量进行解析计算。如果已知准确的气藏平均地层压力,利用无因次水侵量的拉普拉斯变换的数值反演,结合生产动态数据,建立计算水驱气藏最优化数学模型,可计算出累计水侵量及水体的大小。应用气藏的生产指示曲线资料也可进行气藏水侵量的计算[4]。由于致密气藏的非均质性及地下岩石—气—水关系的复杂性,决定了水侵量的准确计算无疑是困难的,仍需要继续探索。5、关于水相圈闭动力学模型研究数值模拟是研究水驱气藏两相渗流的重要手段。刘晓丽建立了水气两相渗流与孔隙—裂隙双重介质变形的流固耦合数学模型,反映孔隙、裂隙对发生于其中的物理过程的控制与影响。指出在水侵过程中气体渗流存在启动压力,气相压力先增大后减小,而水相压力一直有减小趋势。得出流固耦合作用对于地质体的变形分析和地下流体的运移具有很大影响,且影响随时间的推移而增大。利用孔隙网络模型研究多孔介质内渗流规律是近年来逐渐发展起来的一种计算机模拟技术。基于逾渗理论和孔隙介质中的微观渗流机理,对难以用实验法获取水驱气过程相对渗透率的问题,将实际多孔介质复杂的孔隙空问用统一连通关系的模型化网络来代替,通过拟合获取相渗曲线,确定孔隙结构参数,反映岩石的微观孔隙结构特征,从而研究孔隙介质中水气渗流及水相圈闭规律,也是一个值得重视的研究途径。二、水相圈闭损害早期防治研究进展1、早期主动防御方面气藏开发早期主动防御,是预防水相圈闭损害的重要措施。在原始气水界面尚未形成压力差时主动排水,含气区采气的同时在水体区排水,使两区压力均衡下降,避免气水区压力差的出现导致水侵。采气速度、排水井位及排水量大小的确定,可借助数值模拟等手段,由气藏动态监测作出调整,从而对水相圈闭损害进行有效的预防。2、水侵动态早期预测方面水侵动态的早期预测,可根据水驱气藏的物质平衡方程推导出水侵动态预测模型,预测水侵动态[5]。对水侵强度,可根据气田地质资料,如用区域对比法、地层剖面分析、构造断裂分析等方法进行早期预测,或根据试采资料,运用压降动态法、水侵体积系数法、单井压降储量累计法以及系统单并分析法等进行预测。可利用同一地质层系中已开发的邻近气藏的原始地层压力、气水界面压力、气水界面海拔等资料,绘制原始地层压力和原始气水界面海拔与原始气水界面压力间的关系曲线,建立回归方程,能够预测新构造同层系的原始气水界面。如利用川东 10 个石炭系气藏的已知资料可预测出新开发石炭系气藏的原始气水界面。应用多种预测方法并进行对比分析,根据实践数据检测调整,可对水侵动态进行较准确的早期预测。3、水侵早期识别方面水侵早期识别是实施水相圈闭损害防治的重要内容。如果观测到气井大量出水、在气层下部含水、足够高的水相渗透率(≥50x 10ˉ3 /平方微米) 以及随着时间的增长产水量增多,就可认为已发生水侵口。识别水侵有多种方法,通过气井产出水、压降曲线、不稳定试井以及运用物质平衡法等可对水侵进行早期识别。为降低识别的风险,应该在不同阶段应用不同方法,动静结合,综合最多的水侵信息进行气藏水侵早期识别。对致密气藏,由于非均质的复杂性,为预防水相圈闭损害,当开发前不能证实是否为水驱气藏时,暂时按有水气藏进行试采;当试采不能确定地层水的活跃程度时,可按水活跃气藏编制开发方案,在投入正式开发后,加强水侵动态研究,明确水侵强度后适时调整开发方案。4、早期整体治理方面有效地进行水相圈闭的预防和治理,需早期整体治水。根据底水观察井证实气水界面不移动、气藏为弹性气驱后,荷兰的格罗宁根底水气田增大开发井打开程度,采收率可达90%。四川相国寺石炭系边水气藏,早期也重视边水能量和水侵检测,用数值模拟方法预测水侵量并合理配产,采收率也达 90%以上。四川中坝须二段气藏和威远震旦系气藏都采用了整体治水的方法。中坝须二气藏自从 1978 年中 4 井产水后,在北部水淹区人工排水,降低水层压力阻止边水推进,预期可提高采收率 8.05 %~11.07%,是一个整体治水的成功范例。威远震旦系低含 藏由于底水侵入,不仅导致水相圈闭损害,而且使气井腐蚀严重。在开发含硫水驱气藏时,更应采取主动型开发方式早期整体治水。俄罗斯奥伦堡气藏开发中地层水纵窜横侵,水相圈闭损害严重,用聚丙烯酰胺与地层水配成高分子聚合物粘稠液,在地层水活跃的断裂带、裂缝发育带建立阻水屏障,采收率由 40%上升到93%,整体治水也取得了很好的效果。三、开发过程中水相圈闭损害防治研究进展1、不同类型水驱气藏开发过程中水相圈闭防治对不同类型水驱气藏开发过程中水相圈闭损害的防治如表 3 所示。2、优选最佳开发方式水驱致密气藏的最佳开发方式,是将地质和渗流特征与采气工艺技术研究紧密结合,以最优的排水部位、排水时间、排水量和相适应的排水工艺,获得最大采气量和经济效益。在开发方式的选择七,目前美国侧重于机械排水与其它方法的结合;独联体到家重视泡沫与机械排水的结合;我国则在气举和泡排等方面应用广泛,组合工艺也在应用和发展中。总结水驱气藏的开发经验,可通过控制气井产量防止气藏能量下降过快、充分利用气藏早期能量以气带水、早期同步排水采气、建立阻水屏障等开发方式和治理措施,减轻水相圈闭损害。对于底水气藏,采取以气带水自喷方式生产,当气层能量降低到不能自喷时,用人工举升方式排水;对于边水活跃的气藏实行早期边部同步排水,水气区能量同步降低,使地层水难以侵入气区。对刚投入开发不久及尚未开发的裂缝性边底水气藏,如塔里木盆地克拉 2 白垩系水驱气藏,渤海湾盆地千米桥奥陶系潜山水驱气藏,鄂尔多斯盆地下古生界裂缝性碳酸盐岩和上古生界裂缝性致密砂岩水驱气藏等,须借鉴其它水驱气藏开发中的经验和教训,对地质条件进行深入研究,根据实际情况优选最佳开发方式。3、排水采气治理水相圈闭目前常用的排水采气举升工艺有自喷、气举、泡排、机抽、柱塞、电潜泵、射流泵、优选管柱、复合式等方式。为有效治理水相圈闭损害,除完善原有举升工艺的优化选型及复合式应用外,还需不断研究新的:亡艺技术。近年来,国外排水采气技术也不断取得进展,聚合物控水采气技术、井下气液分离回注技术、井下气举工具和软件优化设计技术、智能人工举升配套技术、单井排水与气减工程相结合的多学科气藏整体治水技术等的研究和应用,使排水采气工艺向经济高效、高度自动化、智能化的方向发展。超声波排水采气丰富的排水采气技术。通过在井下建立人工超声波场对地层积水的空化作用,使局部地层积水快速雾化随气排出,开放地层产气微细裂缝,圈闭气得以流动产出。井下气液分离同井回注技术和装置的研制[6],将推动排水采气技术的深入发展。利用井下水气分离装置对地层产出的水进行分离并直接回注到某个选定的层位或报废地层中,大幅降低了举升成本及地面处理费用,减少了环境污染,减轻了水相圈闭损害,提高气藏采收率。气水联合开采工艺也在应用和发展中。4、整体控制,适时调整压力场分布裂缝的大小和分布是影响水相相圈闭损害程度的主要地质因素,压降是上要动态因素。把气藏视为一个统一的系统,同时考虑纯气井、气水同产井、水淹井的开采,通过综合地质研究、气藏描述、动态监测、数值模拟等手段,优化开发方案,科学确定排水井、采气井、气水同产井的井位和产量,适时调整压力场分布,在未水侵区、已水侵区、水体区协调开采,均衡开发,减少水侵波及范围和被圈闲气,达到最大限度地降低水相圈闭损害,提高开发效益和气藏采收率的 H 的。四、建议积极突破高含硫水驱气藏水相圈闭损害防治技术和发生水侵后的排水采气技术。进一步健全接近储层实际状况的模拟技术,选择有效措施控制致密气藏开发过程中的水相圈闭损害技术。把气藏作为一个统一的整体,建立适宜水驱气藏开发的排水采气优化决策专家系统。发展人工智能举升系统,研制人工智能举升配套装备。研发井下气液分离同井回注技术,提高气藏的综合开发效益及最终采收率。参考文献:[1] 钟孚勋.四川盆地天然气开发实践与认识 2(增刊):8] 康毅力,罗平亚.川 I 西致密含气砂岩钻井完井地层损害控制战略 [J].天然气工业,1 999,19(4) :40- 50.[3] 向阳,向丹致密砂岩气藏水驱动态采收率及水膜厚度研究.成都理亡学院学报.1999, 26(4):389 391[4] 李传亮.气藏水侵量的计算方法研究[J].新疆石油地质.2003,24(5):430 ] 张新征.裂缝型有水气藏水侵动态早期预测方法研究 都:西南石油大学,硕士论文,2005.[6] 黄艳,余朝毅.国外排水采气工艺技术现状及发现趋势[J].钻采工艺,2005,28(4) :57—60.
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:致密气藏开发过程水相圈闭损害机理及预防措施研究进展
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-47464.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开