本發(fā)明涉及氣藏開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法。

背景技術(shù)：

在國外已發(fā)現(xiàn)氣藏中，低滲透裂縫性邊底水氣藏占有相當大的比例，它對天然氣產(chǎn)量貢獻占據(jù)十分重要位置。隨著我國天然氣勘探開發(fā)程度不斷加深，低滲透裂縫性邊底水氣藏探明儲量和產(chǎn)量也在逐年增加。裂縫性氣藏因其復(fù)雜結(jié)構(gòu)比非裂縫氣藏的開發(fā)更為困難。若氣藏存在邊底水，一旦水沿裂縫通道向氣井竄流，造成部分氣體被水封隔，使氣井產(chǎn)量大幅降低甚至停產(chǎn)，這將嚴重影響氣藏的采收率和開發(fā)效益。為高效開發(fā)此類氣田，就必須采取優(yōu)化氣井生產(chǎn)參數(shù)，目前主要依靠數(shù)值模擬和物理模擬方法來獲取合理生產(chǎn)參數(shù)，但由于人造巖心和實驗方法制約，目前僅采用數(shù)值模擬方法。與數(shù)值模擬相比較，物理模擬可以比較真實地再現(xiàn)氣藏開發(fā)實際過程，其實驗結(jié)果更能客觀反映氣藏開發(fā)規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于克服背景技術(shù)中存在的現(xiàn)有物理模擬實驗中難以模擬邊底水裂縫性氣藏水侵定位的問題，而提供一種低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法。該低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法，所取得的實驗數(shù)據(jù)能夠比較真實反映低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵規(guī)律，并且可以利用它來優(yōu)化氣藏開發(fā)參數(shù)。

本發(fā)明解決其問題可通過如下技術(shù)方案來達到：該低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法，包括以下步驟：

(1)制備巖心：巖心由石英砂和膠結(jié)物制備，制備好的巖心由高滲透和低滲透區(qū)域組成，巖心固化前按照預(yù)先設(shè)計的裂縫長度、寬度和與水平面角度，在巖心低滲透區(qū)域預(yù)定位置放置淀粉紙；

(2)布置電極并澆鑄巖心：沿步驟(1)的巖心裂縫方向布置若干對電極，各對電極間距離1.5cm，電極正負極橫跨裂縫，間距1.5cm；電極一端深入巖心中部，另一端高出巖心表面2cm；巖心壓實，加溫固化；在巖心低滲透區(qū)域主平面上布置測壓孔和采氣孔，在巖心高滲透區(qū)域布置底水或邊水注入孔，采用環(huán)氧樹脂整體澆鑄巖心，確保巖心孔隙與外部環(huán)境完全隔離；

(3)巖心置入壓力容器并連接閘門：將步驟(2)處理好的巖心放入壓力容器，用管線將測壓孔、注入孔和采氣孔與壓力容器內(nèi)部輸出孔相連，用漆包線將巖心上各個電極與壓力容器內(nèi)部輸出線相連；封閉壓力容器，向容器內(nèi)注水，使容器內(nèi)水壓恒定在3～12MPa，確保該壓力始終高于巖心孔隙內(nèi)氣體壓力0.1MPa；將高壓氣瓶與壓力容器外部采氣孔閘門相連，將水容器與壓力容器外部注入孔閘門相連；

(4)邊底水氣藏水侵物理模擬：

①打開壓力容器外部注水孔閘門，巖心抽空飽和水，再關(guān)閉閘門；②調(diào)節(jié)氣瓶輸出壓力為模擬氣藏壓力P，打開壓力容器外部采氣孔閘門，氣體進入巖心高低滲透區(qū)域孔隙，壓力穩(wěn)定后關(guān)閉氣源；

③在采氣孔上安裝回壓閥，用于調(diào)節(jié)回壓值；

④將水容器與注水孔相連，水容器中水與巖心高滲透區(qū)域水連為一體，氣源向水容器提供壓力P，該系統(tǒng)用于模擬邊水或底水；

⑤按照實驗?zāi)康囊笤O(shè)置回壓值，打開采氣孔閘門進行衰竭式采氣，定期記錄采氣量、各個測壓點壓力和電極間電流值，直至巖心孔隙壓力降低到設(shè)計值為止。

本發(fā)明與上述背景技術(shù)相比較可具有如下有益效果：利用該低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法，隨裂縫巖心配產(chǎn)量增加，穩(wěn)產(chǎn)采氣生產(chǎn)時間縮短，累計產(chǎn)氣量減少。在裂縫巖心縫長和夾角相同條件下，與無底水情況相比較，底水推進導(dǎo)致穩(wěn)產(chǎn)期縮短，累計采氣量減??；對于底水裂縫巖心，在裂縫與水平面夾角固定條件下，隨裂縫長度增加，縫尖與采氣井間距離減小，它們間壓差增加，底水推進速度增大，水鎖區(qū)域面積增大，采氣量損失率增加。利用該低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法可優(yōu)化氣藏開發(fā)參數(shù)。

附圖說明：

附圖1含水飽和度與色彩對應(yīng)關(guān)系；

附圖2為巖心1采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖；

附圖3為巖心2采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖；

附圖4為巖心3采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖；

附圖5為巖心4采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖；

附圖6為巖心5采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖；

附圖7為巖心6采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系圖。

具體實施方式：

下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明：

實施例1

低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法：

(1)制備及固化巖心：巖心由石英砂和膠結(jié)物組成，石英砂與膠結(jié)物質(zhì)量百分比：石英砂85％～95％，膠結(jié)物15％～5％。巖心外觀尺寸：長×高×厚＝30～60cm×30～60cm×4.5～9cm，由高滲透(1000×10^-3μm²～10000×10^-3μm²)和低滲透(0.1×10^-3μm²～10×10^-3μm²)區(qū)域組成，其中高滲透區(qū)域尺寸：長×高×厚＝30～60cm×1.5～3.0cm×4.5～9cm。巖心固化前按照預(yù)先設(shè)計裂縫長度、寬度和與水平面角度，在巖心低滲透區(qū)域預(yù)定位置放置淀粉紙(厚度由重疊紙張數(shù)量控制)；

(2)沿巖心裂縫方向布置若干對電極，各對電極間距離1.5cm。電極正負極橫跨裂縫，間距1.5cm；電極一端深入巖心中部，另一端高出巖心表面2cm；巖心壓實，加溫固化；在巖心低滲透區(qū)域主平面上布置測壓孔和采氣孔，在巖心高滲透區(qū)域布置底水或邊水注入孔，采用環(huán)氧樹脂整體澆鑄巖心，確保巖心孔隙與外部環(huán)境完全隔離；

(3)將步驟(2)處理好的巖心放入壓力容器，用管線將測壓孔、注入孔和采氣孔與壓力容器內(nèi)部輸出孔相連，用漆包線將巖心上各個電極與壓力容器內(nèi)部輸出線相連；封閉壓力容器，用手搖泵向容器內(nèi)注水，使容器內(nèi)水壓恒定在3～12MPa，確保該壓力始終高于巖心孔隙內(nèi)氣體壓力0.1MPa；將高壓氣瓶(氣源，氮氣或空氣或天然氣)與壓力容器外部采氣孔閘門相連，將水容器與壓力容器外部注入孔閘門相連。

(4)邊底水氣藏物理模擬

a、不考慮水侵實驗情況下：

①關(guān)閉壓力容器外部注水孔閘門，調(diào)節(jié)氣瓶輸出壓力為模擬氣藏壓力P，打開壓力容器外部采氣孔閘門，氣體進入巖心高低滲透區(qū)域孔隙，壓力穩(wěn)定后關(guān)閉氣源；②在采氣孔上安裝回壓閥，用于調(diào)節(jié)回壓值；③按照實驗?zāi)康囊笤O(shè)置回壓值，打開采氣孔閘門進行衰竭式采氣，定期記錄采氣量和各個測壓點壓力，直至巖心孔隙壓力降低到設(shè)計值為止。

b、考慮水侵實驗的情況下：

①打開壓力容器外部注水孔閘門，巖心抽空飽和水，再關(guān)閉閘門；②調(diào)節(jié)氣瓶輸出壓力為模擬氣藏壓力P，打開壓力容器外部采氣孔閘門，氣體進入巖心高低滲透區(qū)域孔隙，壓力穩(wěn)定后關(guān)閉氣源；③在采氣孔上安裝回壓閥，用于調(diào)節(jié)回壓值；④將水容器與注水孔相連，水容器中水與巖心高滲透區(qū)域水連為一體，氣源向水容器提供壓力P，該系統(tǒng)用于模擬邊水或底水；⑤按照實驗?zāi)康囊笤O(shè)置回壓值，打開采氣孔閘門進行衰竭式采氣，定期記錄采氣量、各個測壓點壓力和電極間電流值，直至巖心孔隙壓力降低到設(shè)計值為止。

制備巖心1～巖心6：

①巖心1～巖心3：裂縫長度28.0cm、18.7cm和9.3cm，與水平方向夾角為45°；

②巖心4～巖心6：與水平方向夾角為30°、60°和90°，裂縫長度28.0cm。

采用D08-8C/ZM型氣體流量計測量氣體流量，秒表記錄采氣時間，為提高環(huán)氧樹脂密封巖心耐壓能力，將巖心置于盛滿水的密閉壓力容器內(nèi)，利用手搖泵對容器內(nèi)水加壓，確保水壓大于巖心孔隙內(nèi)氣體壓力。

實驗步驟

①底水裂縫巖心制作；

②將巖心放入壓力容器內(nèi)，連接電極線、測壓管線和采氣管線，密封壓力容器；

③從壓力容器底部閘門灌入自來水，直至上部閘門排水為止，關(guān)閉上下閘門；

④利用手搖泵向壓力容器內(nèi)注水，直至容器內(nèi)部水壓升高到3MPa為止；

⑤利用高壓氣瓶向巖心內(nèi)注空氣，直至壓力升高到2.6MPa為止；

⑥測試衰竭式開發(fā)和底水水侵對采氣效果影響；

1、氣井配產(chǎn)量對氣藏開發(fā)效果的影響：

實驗巖心為“巖心1”～“巖心6”，氣井配產(chǎn)量為30mL/min，50mL/min和100mL/min，通過采氣時間、瞬時產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量和壓力等指標來評價氣井配產(chǎn)量對氣藏開發(fā)效果的影響。

在“巖心1～巖心6”上開展不同配產(chǎn)量采氣實驗，測量采氣量和各個測壓點壓力實驗數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表1。

表1測試結(jié)果

從表1中可以看出，對于同一裂縫形態(tài)的巖心，配產(chǎn)量對采氣時間和累積采氣量有影響。隨著配產(chǎn)量的增大，采氣時間縮短，累積采氣量減小，采氣損失率增大。當配產(chǎn)量較大時，在采氣過程中，壓力下降速度較快，裂縫作為氣體的主流通道不斷進行能量補充，而小孔道內(nèi)氣體無法得到充分開發(fā)，因此使得氣藏的采氣損失率增大。相反，當配產(chǎn)量較小時，壓力下降速度較慢，小孔道內(nèi)氣體由于壓差作用開發(fā)較為充分，進而使得氣藏的采氣損失率減小。

2、底水裂縫突進對氣藏開發(fā)效果的影響：

在配產(chǎn)量為30mL/min條件下，在“巖心1～巖心6”上開展底水水侵對采氣量影響實驗，記錄采氣時間，累積采氣量和各個測壓點壓力，測試結(jié)果見表2。

表2采氣量實驗數(shù)據(jù)

從表2中可以看出，在巖心裂縫形態(tài)和配產(chǎn)量相同的條件下，有無底水對采氣量存在影響。當氣藏存在底水時，氣藏的采氣時間減少，累積采氣量減少。這是因為，對于存在裂縫的氣藏，儲層基質(zhì)部分為主要儲氣空間，裂縫為主要滲流通道，底水水侵時，由于裂縫滲流阻力小，在壓差作用下底水會沿裂縫突進，與此同時，裂縫中的水向周邊基質(zhì)孔隙入侵，封閉氣體的滲流通道，大量孔隙中的氣體被封隔，形成“水鎖”，導(dǎo)致采氣量降低。

對比巖心1、巖心2和巖心3可以發(fā)現(xiàn)，在巖心裂縫夾角和配產(chǎn)量相同的條件下，裂縫長度對采氣量損失率存在影響。當裂縫長度從9.3cm增加到28.0cm時，采氣量損失率從6.9％增加到9.0％。分析表明，隨著裂縫長度的增大，儲層滲流系統(tǒng)更加順暢，流體的導(dǎo)流能力隨之提高，底水活動增強，氣井的水侵速度加快，氣井穩(wěn)產(chǎn)期隨之縮短導(dǎo)致采氣損失率增大。此外，隨著裂縫長度的增大，水鎖面積增大，所以采氣損失率增大。

對比巖心1、巖心4、巖心5和巖心6可以發(fā)現(xiàn)，在巖心裂縫長度和配產(chǎn)量相同的條件下，裂縫夾角對采氣量損失率存在影響。當裂縫夾角分別30°、45°、60°和90°時，采氣量損失率分別為18.7％、9.0％、12.7％和10.7％。由此可見，裂縫與水平面夾角大小決定了底水影響含氣區(qū)域面積大小和形狀以及水鎖氣量的多少，進而決定了采氣量損失率大小。

最后，從表2中還可以看出，氣藏有無底水對采氣過程結(jié)束時巖心內(nèi)壓力分布存在影響。當氣藏存在底水時，底水優(yōu)先沿著裂縫推進，同時滲透到裂縫附近區(qū)域，從而大大增加了氣體從基質(zhì)孔隙流向裂縫的滲流阻力，在局部區(qū)域造成“氣鎖”。因此，采氣過程結(jié)束時，底水氣藏壓力較高。

實驗表明，巖心中某點電導(dǎo)率與孔隙中含水飽和度密切相關(guān)，即隨著含水飽和度增加，電導(dǎo)率升高。為了描述裂縫巖心底水前緣推進規(guī)律，首先在標準巖心上建立電導(dǎo)率與含水飽和度關(guān)系，然后將裂縫巖心底水推進實驗過程中測得電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成含水飽和度，建立起含水飽和度與時間關(guān)系，據(jù)此獲得底水前緣推進規(guī)律。

含水率與色彩對應(yīng)關(guān)心見圖1。

(1)“巖心1”(裂縫長度28cm，與水平面夾角45°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖2。

從圖2可以看出，大約240min底水開始沿裂縫突進，420min時達到裂縫尖端。與此同時，底水沿裂縫壁面向基質(zhì)孔隙滲流，滲透距離逐漸增加。

(2)“巖心2”(裂縫長度19.7cm，與水平面夾角45°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖3。

從圖3可以看出，大約300min底水開始沿裂縫突進，420min時達到裂縫尖端。與此同時，底水沿裂縫壁面向基質(zhì)孔隙滲流，滲透距離逐漸增加。

(3)“巖心3”(裂縫長度9.3cm，與水平面夾角45°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖4。

從圖4可以看出，360min時開始水侵，450min時底水沿裂縫水侵到達裂縫前沿，在此過程中裂縫中的含水飽和度在不斷增加。

(4)“巖心4”(裂縫長度28cm，與水平面夾角30°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖5。

從圖5可以看出，330min時開始水侵，510min時底水沿裂縫水侵到達裂縫前沿，在此過程中裂縫內(nèi)含水飽和度逐漸增加。

(5)“巖心5”(裂縫長度28cm，與水平面夾角60°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖6。

從圖6可以看出，270min時開始水侵，480min時底水沿裂縫水侵到達裂縫前沿，在此過程中裂縫內(nèi)含水飽和度逐漸增加。

(6)“巖心6”(裂縫長度28cm，與水平面夾角90°，配產(chǎn)量30mL/min)采氣過程中底水推進前緣與時間關(guān)系見圖7。

從圖7可以看出，300min時開始水侵，480min時底水沿裂縫水侵到達裂縫前沿，在此過程中裂縫中的含水飽和度在不斷增加。

綜上所述，當裂縫巖心裂縫角度相同時，隨縫長增加，底水突進時間提前。當縫長相同時，與裂縫夾角30°和90°相比較，45°或60°時裂縫與采氣井口距離較近，裂縫尖端與采氣井間壓差較大，導(dǎo)致底水推進速度較大，底水突進時間較早。因此，隨裂縫與水平面夾角增大，采氣量損失率呈現(xiàn)“減小–增加–減小”變化規(guī)律。

利用該低滲透裂縫性邊底水氣藏水侵定位物理模擬方法，通過隨裂縫巖心配產(chǎn)量的增加，穩(wěn)產(chǎn)采氣生產(chǎn)時間縮短，累計產(chǎn)氣量減少。在裂縫巖心縫長和夾角相同條件下，與無底水情況相比較，底水推進導(dǎo)致穩(wěn)產(chǎn)期縮短，累計采氣量減小；對于底水裂縫巖心，在裂縫與水平面夾角固定條件下，隨裂縫長度增加，縫尖與采氣井間距離減小，它們間壓差增加，底水推進速度增大，水鎖區(qū)域面積增大，采氣量損失率增加。