井筒積液對儲層傷害及產能的影響

田 巍，杜 利，王 明，韓加芳，朱維耀

(1.中國石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001；2.臺玻集團天津玻璃有限公司，天津 301609；3.北京科技大學，北京 100083)

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井筒積液對儲層傷害及產能的影響

田 巍1，杜 利1，王 明1，韓加芳2，朱維耀3

(1.中國石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001；2.臺玻集團天津玻璃有限公司，天津 301609；3.北京科技大學，北京 100083)

為了定量研究井筒積液對低滲透致密氣藏儲層傷害程度，設計了井筒積液傷害實驗評價物理模擬方法，利用某氣田真實巖心開展了實驗研究，并分析了井筒積液對產量的影響程度。結果表明：巖心在反向注入一定體積的工作液后，造成滲透率不同程度的降低，初期滲透率傷害率和最終滲透率傷害率分別為44.79%和28.69%；正向通氣后滲透率仍不能恢復到注液前的狀態，滲透率低的巖心受到傷害較嚴重；在較低的含水飽和度變化區間上，滲透率變化率下降的幅度較大；井筒積液污染儲層造成產能下降幅度達到31%。井筒積液的影響不可忽視，油氣田生產現場應該制訂合理的開關井生產制度，這對于油氣田的持續高效開發具有重要的現實意義。

井筒積液；滲透率傷害率；滲透率可恢復率；含水飽和度；產能；低滲致密砂巖氣藏；吐哈盆地

0 引 言

井筒積液是由施工工作液、外來侵入流體、地層水、凝析水等無法被氣體攜帶排出而積聚在井筒內的液體[1-8]，這些被聚集的液體在開關井、井筒回壓、巖石潤濕性以及微孔隙毛管力等作用方式下對儲層的微毛管孔道產生反滲吸效應，形成反滲吸水鎖，反滲吸的存在進一步堵塞了氣體滲流的通道，降低氣體有效滲透率，加劇了儲層的傷害，對于低滲透凝析氣藏，該現象更為顯著[9-12]。目前對于水鎖效應的研究有大量的文獻報道[12-16]，也有具體的測定表征方法，但對于反滲吸水鎖傷害的室內研究報道很少[3]，對于反滲吸水鎖對儲層傷害的程度也一直不是很清晰。根據井筒積液產生的機理，設計出了一種室內定量測定井筒積液反滲吸水鎖傷害的方法及表征方法，并分析了井筒積液傷害對產能的影響，為后續相關課題的研究提供參考。

1 儲層物性特征

研究儲層為吐哈盆地某低滲致密砂巖氣藏儲層，儲層巖性是以伊利石為主的灰色中粗砂巖及巨粗砂巖，粒徑分布疏密不均，膠結類型以壓嵌型為主，以孔隙型、孔隙型—壓嵌型為輔。儲集空間類型主要為溶蝕粒內孔、剩余粒間孔及微裂縫。孔隙半徑主要為1～150 μm，分布范圍較大；喉道極其細小，喉道半徑平均為0.477 μm，分布范圍較窄，平均喉道半徑主要為0.100～0.600 μm，主流喉道半徑為0.119～0.814 μm，平均毛管半徑為0.119～0.384 μm；顆粒分選以中等為主，接觸方式以線接觸為主。巖心滲透率為0.010 0×10-3～1.000 0×10-3μm2，孔隙度平均為4.531%，滲透率平均為0.051 0×10-3μm2，滲流能力差，開發難度大，屬于較差的儲集層。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

根據文獻資料[1-8]，井筒積液反滲吸儲層傷害通常影響的是近井地帶儲層滲透率。由于井筒積液傷害儲層主要是通過回壓、關井等引起，實驗通過反向注入一定體積工作液的方法模擬積液反向滲吸的過程。選取0.3倍孔隙體積的反向注液，靜置一段時間后，測定開始正向通氣時氣體有效滲透率作為傷害后的初始滲透率，正向通氣后直至巖心質量不再減少為止，將此時儲層傷害穩定的滲透率作為最終滲透率，通過上述測得的2個有效滲透率與原始氣測滲透率進行比較求得2個時間節點的滲透率傷害率，以最終滲透率傷害率作為井筒積液反滲吸儲層傷害評價的參考值。

2.2 儀器設備

滲流裝置選用Auto-floodTM(AFS300TM)驅替評價系統；使用三軸向巖心夾持器；注入驅替泵流量為0.01～50.00 mL/min(壓力不大于70 MPa)；流速精度為±0.3%(最大密封泄漏為0.25 μL/min)，顯示最小值為0.01 μL/min，恒壓模式下能達到1.00 μL/min。

圍壓系統和回壓系統使用高精度多級柱塞驅替泵(Teledyne isco100-DX)控制；回壓采用美國巖心公司生產的BP-100空氣彈簧回壓閥；采用DXD高精度數字壓力傳感器采集壓力，在30～100 ℃條件下，測試精度為±0.02%；采用高線性壓差傳感器(型號為validyne)精確采集巖心兩端的壓力差，系統自動采集數據并完成相應數據分析。

2.3 實驗步驟

按照實驗方案的要求，設計測定步驟：①將巖心在107 ℃烘干12 h，而后測定巖心長度、直徑、滲透率、孔隙度等基礎數據；②將巖心裝入夾持器，加上圍壓、回壓，檢查系統封閉性，檢漏無問題后，升溫至實驗溫度，通氮氣測定初始滲透率；③將巖心反向注入0.3倍孔隙體積的工作液，靜置2 h；④測定巖心含液初始正向滲透率，繼續通氮氣，而后隔一段時間稱量巖心質量，待巖心質量不再變化時，測定此時的正向滲透率，結束實驗。

3 實驗結果與分析

實驗選用標準鹽水作為模擬地層水，鹽水礦化度為80 000 mg/L，使用氮氣作為驅替氣體。選取長度約為7.0 cm、直徑為2.5 cm的同一層位巖心開展實驗，結果見圖1。研究表明：在反向注入0.3倍孔隙體積工作液后，巖心正向滲透率出現了不同程度的降低，在正向通氣體的過程中，巖心滲透率會逐漸恢復，但不可能恢復到注液前的狀態。可見，反向注液能導致巖心正向滲透率降低，即井筒積液反滲吸會對近井儲層造成不同程度的傷害。

圖1 滲透率傷害率隨滲透率的變化

實驗數據分析發現：初期滲透率傷害率平均值為44.79%，在氣驅至含水穩定后的巖心滲透率傷害率平均值為28.69%，反向注液對滲透率傷害非常明顯。隨著滲透率的增加，初期滲透率傷害率與最終滲透率傷害率均表現為先急劇降低，而后逐漸趨于平緩(圖1)；以0.100 0×10-3μm2為分界點將整個滲透率傷害率變化曲線分為2段，滲透率范圍為0.010 0×10-3～0.1 000×10-3μm2時，滲透率傷害率隨滲透率變化而變化的幅度較大；滲透率范圍為0.100 0×10-3～1.000 0×10-3μm2時，滲透率傷害率隨滲透率變化而變化的幅度較為平緩；圖1中滲透率由0.031 2×10-3μm2增至0.095 7×10-3μm2、由0.261 1×10-3μm2增至0.963 8×10-3μm2，其初期滲透率傷害率降低的幅度分別為7.07%和5.01%，最終傷害率降低的幅度分別為6.75%和4.44%，滲透率低于0.100 0×10-3μm2范圍內受的傷害較為嚴重，滲透率傷害率降低幅度相對較大。

將圖1中初期傷害率與最終傷害率的差值定義為滲透率可恢復率(即圖中2條曲線之間的部分)。圖1中巖心滲透率分別為0.062 5×10-3、0.261 1×10-3、0.963 8×10-3μm2，滲透率可恢復率分別為16.77%、15.79%、15.22%，通過數據分析發現：隨著滲透率的增加，2條線的間距越來越小，即滲透率越高的巖心其滲透率可恢復率越小。這是因為滲透率越高的巖心，其大孔喉數量相對較多，對滲透率的貢獻也較大，因此，外界水侵入巖石后，首先進入大孔喉，這部分水基本是可動用的，只有少量水進入與大孔喉相連通的毛管中，而這部分毛管對滲透率的貢獻極小，當正向通氣后較大毛管中的液體易被動用排出，滲透率得到部分恢復，較小毛管中的液體即使很難排出，對滲透率影響也較小；從滲透率變化的數值來看，由于高滲透率巖心在傷害前的原始滲透率基數大，因此，高滲透率巖心可恢復的滲透率實際數值要遠遠高于低滲透巖心可恢復的滲透率實際值。

圖2為正向通氣過程中滲透率恢復曲線。曲線端點為井筒積液儲層傷害的初始傷害率和最終傷害率，通氣后隨著氣體的滲流，巖心中的含水飽和度逐漸降低，使得滲透率逐漸恢復。由圖2可知，隨著含水飽和度的降低，滲透率變化率逐漸下降，且下降的幅度越來越大，滲透率逐漸得到恢復，滲透率為0.031 2×10-3μm2的巖心，在含水飽和度由29.12%降至26.25%再降至23.75%的過程中，其滲透率變化率下降幅度分別為3.34%和5.89%，在相差較小的含水飽和度下降區間內，低含水飽和度區間的滲透率變化率降幅大于高含水飽和度區間；滲透率越高的巖心，含水穩定時的含水飽和度越小，其滲透率變化率也越小，因此，滲透率越高的儲層受到井筒積液傷害的程度越小。

圖2 井筒積液傷害滲透率恢復曲線

該研究結果對低滲透儲層中氣井生產具有指導意義，在氣井生產時，產水氣井不要輕易關井，一旦關井，在很短時間內由于反滲吸現象將導致近井地帶儲層含水飽和度急劇上升，在近井地帶形成反滲吸水鎖效應，這對氣井產能將帶來較大影響。

4 產能影響分析

井筒積液污染儲層主要是指井筒附近近井儲層造成的表皮傷害，傷害深度一般都相對較淺，積液進入儲層后隨著開采的進行會有一部分被氣體攜帶滲流再次進入井筒，儲層剩余液體一般很難排出，此時吸附在儲層中的液體便成為了儲層的一部分，儲層吸附侵入液引起的表皮效應使滲透率下降并最終穩定，巖石的基礎物性參數和微觀結構等并沒有發生變化，只是儲層滲透率發生改變。因此，按照直井產能公式(1)分別計算儲層傷害前后產能的變化，不考慮表皮系數的影響，分析井筒積液對產能的影響，判斷積液對產能影響程度。

(1)式中：K為氣層滲透率，10-3μm2；h為生產層有效厚度，m；Zsc為標準狀況下的氣體偏差因子；Tsc為標準狀況下的溫度，K；pR為地層壓力，MPa；pwf為井底流壓，MPa；μi為初始條件下的氣體黏度，mPa·s；Zi為初始條件下的氣體偏差因子；psc為標準狀況下的地面壓力，MPa；re為氣井泄氣半徑，m；rw為氣井井筒半徑，m；T為地層溫度，K。

研究儲層參數為：干氣層原始滲透率為0.051 0×10-3μm2，按照實驗結果擬合求得傷害后滲透率為0.035 3×10-3μm2，pR為36.25 MPa，Tsc為293 K，地層溫度為350 K，標準狀況偏差因子為0.89，初始條件偏差因子為0.91，黏度為0.022 mPa·s，泄壓半徑為500 m，井筒半徑為0.1 m，有效厚度為10 m。按照上述參數計算的侵害前后日產量見表1。由表1可知，井底流壓較高時，井筒積液傷害引起的日產量變化較小；隨著井底流壓的降低，井筒積液傷害引起的日產量變化幅度越來越大，在井底流壓從原始地層壓力分別降低到31、21、11 MPa的情況下，日產量與未侵害前日產量相比分別降低了0.834×104、2.062×104、2.818×104m3/d，降低幅度達31%。分析認為：在較高的井底流壓下，井筒壓力和井底流壓差值較大，流體經井底流向井筒，近井附近高速流向井底的流體使得井筒積液很難反向滲入近井儲層中，因此，近井儲層受到的儲層傷害較小；當井底流壓較小時，井底流壓和井筒壓力的差值變小，使得井筒積液相對較易通過井底反向滲入到近井儲層中去，導致產量與未侵害前相比下降較多。產水的氣井在關井一段時間后，井筒壓力和井底流壓差值更小，井筒積液更易反向滲吸而污染近井儲層，這對于開井生產后氣體產出很不利。

表1 儲層侵害前后日產量變化

5 結論及建議

(1) 對巖心反向注入一定體積工作液，會導致巖心滲透率不同程度的降低，初期滲透率傷害率和最終滲透率傷害率平均為44.79%和28.69%；正向通氣后巖心滲透率得到一定的恢復，但仍不能恢復到干巖心的狀態。

(2) 最終滲透率傷害率隨滲透率的增加先急劇降低，而后逐漸趨于平緩；滲透率可恢復率隨著滲透率的增加而減小，高滲透率巖心可恢復的滲透率實際數值遠遠高于低滲透巖心可恢復的滲透率實際值；隨著含水飽和度的降低，滲透率變化率逐漸下降，且下降的幅度越來越大，直至含水穩定。

(3) 由井筒積液引起日產量下降幅度達到31%，井底流壓越低，井筒積液傷害引起的產量變化越明顯；建議產水的氣井不要輕易關井，盡量保持井底流壓比井筒壓力足夠大，以防止發生近井帶反滲吸水鎖，進而影響氣體采出。

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編輯 王 昱

20150909；改回日期：20151115

國家重點基礎研究發展計劃(“973”計劃)“頁巖氣多場耦合非線性滲流理論研究”(2013CB228002)

田巍(1981-)，男，工程師，2005年畢業于華北水利水電大學給水排水工程專業，2015年畢業于北京科技大學流體力學專業，獲博士學位，現主要從事油氣田開發、三次采油技術和提高采收率滲流實驗方面的研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.030

TE37

A

1006-6535(2016)02-0124-04