低渗透气藏气水两相渗流模型及其产能分析

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1、第２９卷第９期天然气工业开发及开采低渗透气藏气水两相渗流模型及其产能分析倡１１１２朱光亚刘先贵高树生郝明强１．中国石油勘探开发研究院廊坊分院渗流所２．中国石油勘探开发研究院开发所朱光亚等．低渗透气藏气水两相渗流模型及其产能分析．天然气工业，２００９，２９（９）：６７‐７０．摘要开发实践与室内实验表明，低渗透气藏的气、水渗流规律不遵循达西定律。为此，建立了符合低渗透气藏气水耦合渗流特征的广义达西渗流模型，推导得到了低渗透砂岩气藏气水两相稳态径向渗流问题的半解析解。利用该模型对广安低渗透气田气水同产气井建立了单井气、水两相流入动态关系理论曲线，模拟计算了气井的合理井距及生产

2、压差。算例表明，含水饱和度是影响气井产能的主控因素，当含水饱和度达到４０％时，气井无阻流量的损失幅度约为７０％；低渗气井的合理生产压差应该控制在５～１０MPa，井距以６００m内为宜。实验和计算结果可以为低渗气藏气水同产气井产能预测及井距评价提供科学、适用的依据。关键词低渗透油气藏气水两相渗流非达西流阈压生产能力DOI：１０．３７８７／j．issn．１０００‐０９７６．２００９．０９．０１８0引言1低渗透气藏的非线性渗流规律近年来，在我国四川和鄂尔多斯等西部盆地发1．1单相气体的非线性渗流规律现了拥有上万亿立方米天然气资源量的低渗透砂岩气体由于易压缩、易流动的特点使得其在

3、低渗［１］气藏，这些气藏普遍具有低孔、低渗透和高含水饱透储层中的流动易受到压力和流速的影响表现出非［２‐４］［４］和度等特点。研究表明，束缚水条件下低渗透多线性的渗流特征。气体在高速流动时表示为：孔介质气体渗流存在类似液体渗流的“启动压力梯g２楚p＝v＋gv（１）K度”特征（本文称为阈压梯度）。阈压梯度与含水饱1．2单相水的非线性渗流规律和度和渗透率有关，随含水饱和度升高而增大，随渗［３］由于界面阻力的作用使得水在低渗透储层中也透率减小而增大。目前，使用的两相渗流方程主［２］［５］不遵循常规的达西定律。故提出描述这种非达西要是基于Muskat、Buckley和Lever

4、ett等人推广渗流规律的方程为：的广义两相达西渗流理论体系。但达西定律的这种［６］K楚p推广只能有条件的成立，即相对渗透率不受渗流v＝楚p（２）＋楚p系统的压力和速度影响，而只是流体饱和度的单值可以看出越大，非线性越强，当＝０时，渗流函数（Muskat假设）。低渗透介质中气体受流速、界变为达西渗流。即［３］面因素的影响表现出非达西渗流规律并没有体现Kv＝（楚p－）（３）在目前通用两相渗流方程中，导致以其为指导的产能预测结果与实际效果偏差较大，无法有效指导低由渐近线的定义可知式（３）是式（２）的渐进表达渗透气藏开发。因此，研究考虑压力和流速影响的式，该式表明非线性渗流规律

5、介于达西渗流与非达低渗透气藏气、水两相非达西渗流特征及其影响因西渗流之间。素，建立相应的渗流模型进行单井气、水产能预测，1．3气水两相的非线性渗流规律对高效合理开发低渗透气藏具有重要意义。实验表明，较之于中高渗透岩心而言，低渗透岩倡本文受到国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（编号：２００７CB２０９５００）和中国石油科学研究与技术开发项目（编号：２００８D‐１５０２‐１６）的联合资助。作者简介：朱光亚，１９７５年生，工程师，博士；现主要从事低渗透油气藏渗流力学及应用研究工作。地址：（０６５００７）河北省廊坊市万庄４４号信箱。电话：（０１０）６９２１３３１４，１３８３

6、２６５１８０５。E‐mail：cn＿zgy＠１６３．com·１·开发及开采天然气工业２００９年９月样气相、水相最大相对渗透率值较小。气、水共渗区域较窄，随含水饱和度升高，水相相对渗透率上升缓慢，水相形成连续流动，而气相无因次渗透率迅速下［３］降接近于０，出现所谓的“水锁”现象（图１）。［５］Muskat等人建立的两相渗流运动方程成立的前提是相对渗透率仅是含水饱和度的函数，而不受压力、流速以及界面阻力的影响。即Kvi＝－Kri（Sw）楚pii＝g，w（４）iμ图2不同含水饱和度下低渗透岩样的气体克氏曲线图2气水两相非达西产能模型与稳态解析解假设一口气水两相流气井位于均质、

7、水平等厚的无限大地层中，储层中发生气、水两相等温渗流，符合非线性渗流方程式（５）、式（６），气、水彼此互不相溶，忽略重力及毛细管力的影响。当低渗透多孔图1高、低渗透岩样气水两相相渗透率对比图介质中的流体遵循非线性渗流方程式（５）、（６）时，气体在低渗透多孔介质中遵循二项式运动规律，即式然而，低渗透岩样气体渗流受含水饱和度影响［７］（１），相应的产能方程可写为：的同时也受到压力、流速乃至界面阻力的作用。图２２２２pe－pw＝C１Qsc＋C２Qsc＋D（９）表明，当含水饱和度（Sw）小于５０％时，气体渗流遵μpscZTre珔珚其中：C１＝ln