煤層氣測速敏實驗新方法探索

李永壽,伊向藝,盧 淵,鄭 華

(1.成都理工大學能源學院,四川成都610059;2.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室)

煤層氣測速敏實驗新方法探索

李永壽1,伊向藝1,盧 淵1,鄭 華2

(1.成都理工大學能源學院,四川成都610059;2.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室)

煤層氣藏保護研究需要進行儲層速度敏感性評價實驗,但目前尚無該實驗的標準方案。常規方法是效仿石油行業標準,由于煤層氣藏本身的特殊性,需改進實驗方案提出適合煤層的標準?；谟蜌庑袠颂岢隽诵碌拿簩託鉁y試實驗方法,并與常規方法進行了對比,實驗結果表明煤層具有弱速敏或無速敏。

煤層氣;速度敏感性;氣測方法

儲層的速度敏感性是儲層對流體流動速度變化帶來的影響在儲層滲透性能上的反映,用于判斷在一定速度流體的作用下儲層內部微粒的運移狀況及滲透性損害程度。對于常規碎屑巖儲層,需要通過巖心流動實驗評價其是否發生了速敏傷害。對于既是生成巖又是儲集巖的非常規儲層煤層,同樣也需要界定其是否會發生速度敏感,從而制定合理的開采速度。因為煤巖質軟,在高速流體作用下煤粉顆粒易于松動和脫落,并隨高速流體一起運移,當微粒滯留在喉道中時會造成儲層滲透性傷害,降低產氣量。

1 存在的問題及新方法的提出

煤層無論在氣體存儲和產出機理,還是在孔隙結構、滲流特征、巖石力學等物性方面都與常規儲層存在著巨大差別。這就迫切需要提出適合煤層敏感性評價的實驗新方法。

常規煤層速敏實驗依據石油行業標準《SY/ T5358-2002儲層敏感性流動實驗評價方法》,實驗流體選用模擬地層水或標準鹽水。然而對于煤層氣藏,大多數儲層屬于低孔低滲,天然巖心的滲透性無法滿足液體的流通,所以需要使用氣體作為實驗流體。因為氣體與液體密度相差巨大,二者在儲層中的流動及與儲層微粒的作用特性上存在很大差異,用液體作實驗介質不能反映氣藏開發時儲層的真實狀況。此外由于氣藏本身被氣體飽和,液測臨界流速并不能代表氣體在巖心中的流速,所以選用氣測才能滿足氣藏保護研究的實際需要[1]。

由于煤層埋深普遍較淺,有效應力一般在6～8 MPa之間,所以將常規實驗中圍壓2MPa改為6 MPa。在6MPa圍壓作用下,應力敏感性較弱,減弱了實驗中應力敏感帶來的影響。此外煤層在圍壓大于2MPa時氣體滑脫效應消失[2],能真實模擬地層條件下煤巖的滲流環境。在實際排水采氣生產過程中,煤層內是氣液兩相流,所以方案中采用了氮氣加濕的方法模擬兩相流動。

2 實驗方法

2.1 試劑及材料

用蒸餾水配制的模擬地層水;氮氣;晉城煤樣。

2.2 實驗方法

在采用氣測的前提條件下,對比評價常規的速敏實驗方法與改進的新方法。實驗中評價速敏性選用兩個參數,一個是臨界流速,另一個是速敏指數D。

式中:——臨界流速前巖樣的平均滲透率;Kmin——臨界流速后巖樣滲透率的最小值。

在實驗結束后反向注入氮氣驅替,依次提高返排壓差,記錄對應返排壓差下的煤樣滲透率Kg,直至滲透率趨于穩定,再與煤樣初始滲透率Kgi做比值計算滲透率返排恢復率γ:

3 實驗結果與討論

3.1 常規實驗方法結果

速敏研究結果如圖1所示。由圖看出隨著流量的增加,除J1外其余巖心滲透率不下降,反而有所上升,說明不存在速敏。原因是煤巖疏水接觸角為78°～85°,即水與煤巖的親水性較差,氣體流過時不能使疏水的微粒脫落和運移[3]。對于J1而言,雖然滲透率有下降,但變化幅度較小,僅為0.09×10-3μm2,并且從臨界點后并沒有持續下降,而是趨于平穩。這可能是由于流量增大后沖刷出煤粉顆粒,堵塞細小吼道,但又不足以堵塞較大滲流通道,滲透率表現出略微降低。據式(1)計算J1的速敏指數為12.9%,所以煤巖的氣體速敏程度一般為弱速敏或無速敏,許多巖心無臨界流速。

圖1 部分煤巖氣體速敏評價實驗曲線

3.2 新方法實驗結果

改進實驗方案后,煤層的速敏曲線及返排恢復率曲線如圖2、圖3所示。很明顯,滲透率仍隨著流量的增大而增大,沒有速敏的表現。在氣體反向驅替恢復過程中,隨著驅替流量的增加,滲透率也是逐漸增加直至穩定。煤樣的損害率為12.77%,滲透率恢復率為25.6%。

圖2 煤樣J6速敏曲線及返排曲線

在J6實驗中,煤樣被地層水完全飽和。但實際煤層并不是完全被地層水飽和的,而以氣液兩相存在,實驗中無法確定煤樣的含水飽和度。所以先用完全飽和的J6巖心進行驅替;再選用完全干燥沒有飽和地層水的J7巖心進行驅替。實際情況應介于兩者之間,從而可以判斷出實際的滲透率變化情況。

由圖4看出,J7滲透率隨壓力的增加而成下降趨勢。因為J7是干燥巖心,濕氣進入巖心后,在巖心細小孔喉內會產生賈敏效應。由于毛細管阻力的作用,滲透率表現出降低的趨勢。在返排恢復過程中,滲透率出現異常情況。隨著氣體流量增加,滲透率有遞減現象。這可能是由于煤層是裂隙性儲層,在正向驅替時有煤粉顆粒被帶入裂隙而未被帶出煤樣。結果在反向驅替時,又被氣體反向驅替進入到吼道更細小的裂隙處。壓差越大,帶入的煤粉顆粒越多,裂隙就堵塞的越嚴重,所以滲透率呈現下降。J7煤樣的損害率為15.3%,滲透率恢復率為30. 2%。J6和J7巖心的傷害率都較低,說明煤樣不存在速度敏感傷害。

圖3 煤樣J6返排滲透率恢復曲線

圖4 煤樣J7速敏曲線及返排曲線

圖5 煤樣J7返排滲透率恢復曲線

盡管新方法與常規方法結果都表明煤層不存在速度敏感,但是新方法在測試原理上更符合煤層的真實情況。圍壓的增大使煤樣中的裂縫和割理受到壓縮,孔喉變窄,毛細管阻力增加,滲流能力降低,更容易受到其他敏感性及外來液體的損害。速敏及水敏實驗,煤樣的顆粒運移和粘土膨脹,比有效應力為2MPa時,更容易出現喉道堵塞,滲透率降低的現象。氣液兩相的流動更符合煤層中煤層氣的滲流。由于煤層是裂隙性儲層,煤粉在裂隙中的運移會使得裂縫或者增大或者減小,從而宏觀上表現為滲透率增大或者減小。

4 結論

(1)對于煤層氣藏的速敏評價,使用氣體作為流體介質進行評價實驗更為合理?？紤]到儲層內是氣液兩相流,所以提出氣體過水加濕來模擬兩相流。

(2)通過實驗可知煤巖具有弱速敏或無速敏。

(3)雖然通過氣體加濕模擬兩相流,但是無法確定具體的含水飽和度大小。所以實驗還需改進,通過調節并控制準確的含水飽和度來更真實反映地層條件。

(4)在改進的新方法條件下進行了其他敏感性傷害實驗,效果十分明顯,說明改進的方案具有一定的實用性。但以上的改進僅是初步探索,建立更完善的煤層傷害評價標準還是亟待解決的。

[1] 景岷雪,王慶威,唐滌.儲層氣體速敏性評價實驗方法研究[J].天然氣勘探與開發,2008,31(3):46-49

[2] 傅雪海,秦勇,韋重淘.煤層氣地質學[M].北京:中國礦業大學出版社,2007:120-128

[3] 鄭軍,賀承祖,馮文光,等.煤氣儲層應力敏感、速敏和水敏性研究[J].鉆井液與完井液,2006,23(4):77-78

TE125

A

1673-8217(2010)05-0132-02

2010-04-29

李永壽,1985年生,成都理工大學能源學院油氣田開發工程專業在讀碩士研究生,主要從事油氣藏增產技術研究。

編輯:李金華