石磊邵龍義王皆明朱華銀

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院；3. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油氣地下儲(chǔ)庫(kù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間動(dòng)用率實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

石磊1，2，3邵龍義1王皆明2，3朱華銀2，3

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院；3. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油氣地下儲(chǔ)庫(kù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)高速注采氣運(yùn)行過(guò)程中伴隨水體往復(fù)運(yùn)移，建庫(kù)儲(chǔ)層地質(zhì)條件和水體滲流特征對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間動(dòng)用效率影響較大。針對(duì)國(guó)內(nèi)典型水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層特征，開(kāi)展周期注采模擬飽和度場(chǎng)、核磁共振分析等實(shí)驗(yàn)。將物理模擬結(jié)果與數(shù)值模擬相結(jié)合，通過(guò)多方案對(duì)比分析注采參數(shù)，并利用相似準(zhǔn)則轉(zhuǎn)換為礦場(chǎng)指標(biāo)。研究結(jié)果表明：水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)多周期注采運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)部分儲(chǔ)集空間未動(dòng)用的現(xiàn)象，三維飽和度場(chǎng)和核磁特征譜表明氣驅(qū)純氣帶是提高空間動(dòng)用的主力區(qū)，而氣水過(guò)渡帶是導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)空間動(dòng)用效果變差的主要區(qū)域，排驅(qū)擴(kuò)容、氣水互鎖作用效果與儲(chǔ)氣庫(kù)的注采速度和儲(chǔ)集空間物性分區(qū)密切相關(guān)；對(duì)于華北典型水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)多周期注采運(yùn)行而言，在注氣速度為291×104m3/d、采氣速度為533×104m3/d時(shí)，26%庫(kù)容為無(wú)效庫(kù)容。研究結(jié)果為水驅(qū)氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)及優(yōu)化注采運(yùn)行提供參考。

水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)；儲(chǔ)集空間動(dòng)用率；周期注采；飽和度場(chǎng)；核磁共振

我國(guó)大規(guī)模的天然氣開(kāi)發(fā)利用和天然氣長(zhǎng)輸管道的興建帶動(dòng)了地下儲(chǔ)氣庫(kù)的需求和建設(shè)。我國(guó)商業(yè)性儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)較晚，已建儲(chǔ)氣庫(kù)大部分為枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)［1-4］。枯竭氣藏在改建儲(chǔ)氣庫(kù)前經(jīng)多年衰竭開(kāi)采存在一定規(guī)模的邊底水，侵入水體占據(jù)部分孔隙，受非均質(zhì)性等因素影響儲(chǔ)層氣水關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致可動(dòng)含氣孔隙體積減少，儲(chǔ)氣庫(kù)氣驅(qū)效率降低［5］。為了提高氣藏采收率并且加快儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)關(guān)于水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)和建庫(kù)效率的影響因素做了大量研究：GRIGG R B［6］、HABERL J［7］等認(rèn)為高速流對(duì)氣水兩相滲流以及儲(chǔ)層滲透率有重要影響；生如巖［8-10］等發(fā)現(xiàn)邊底水體積小于10倍孔隙體積時(shí)，水體能夠補(bǔ)充氣藏能量、改善開(kāi)發(fā)效果；班凡生［11-13］等通過(guò)研究枯竭油氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)過(guò)程發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層物性、水體侵入以及氣水滲流變化規(guī)律等是影響建庫(kù)效率的主要因素，并提出注采速度與氣驅(qū)效率存在一定相關(guān)性。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前的研究工作主要定性地描述了影響建庫(kù)效率的主要因素。

儲(chǔ)氣庫(kù)注采參數(shù)評(píng)價(jià)技術(shù)表現(xiàn)出巨大的潛力，其提高儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行效率的機(jī)理在于通過(guò)調(diào)整注采速度改善氣水剖面，從而改善儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果［14-19］。筆者通過(guò)綜合考慮水驅(qū)氣藏的地質(zhì)、開(kāi)發(fā)特征，利用儲(chǔ)氣庫(kù)多功能智能驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展了水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬實(shí)驗(yàn)、核磁在線分析實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行物理模擬的精細(xì)數(shù)值模擬，分析國(guó)內(nèi)典型水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采參數(shù)指標(biāo)，從而指導(dǎo)礦場(chǎng)應(yīng)用。

1 物理模擬研究

Physical simulation

將周期注采模擬實(shí)驗(yàn)、核磁在線分析實(shí)驗(yàn)、微觀可視化模擬實(shí)驗(yàn)3種實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合：周期注采模擬實(shí)驗(yàn)可以提供儲(chǔ)氣庫(kù)多周期注采氣量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；核磁在線分析實(shí)驗(yàn)用于認(rèn)識(shí)不同注采階段孔隙空間可動(dòng)流體變化規(guī)律；微觀可視化模擬實(shí)驗(yàn)可直接觀察儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采過(guò)程中氣水兩相滲流過(guò)程，為水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采過(guò)程中儲(chǔ)集空間動(dòng)用機(jī)理分析提供可視化支持。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

Experimental apparatus

實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程如圖1所示，主要由模型分析、水體能量調(diào)節(jié)、氣驅(qū)、液驅(qū)、采集計(jì)量等模塊組成［20］。其中模型分析模塊由三維模型和核磁共振分析裝置組成，用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模型飽和度場(chǎng)和孔隙空間可動(dòng)流體的分析；水體能量調(diào)節(jié)模塊用于儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際運(yùn)行中的水體運(yùn)移過(guò)程模擬；氣驅(qū)、液驅(qū)模塊用于向核磁共振分析模塊中巖心夾持器中注入氣體、液體；采集計(jì)量模塊用于計(jì)量壓力、溫度、流量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)最高工作壓力可達(dá)70 MPa。

圖1 儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬實(shí)驗(yàn)裝置流程Fig. 1 Flow chart of experimental apparatus for simulating the cyclic injection and production of gas storage

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

Experimental model

通過(guò)微觀可視化模擬實(shí)驗(yàn)觀測(cè)儲(chǔ)氣庫(kù)微觀孔喉內(nèi)周期注采氣水驅(qū)替過(guò)程。微觀模型采用透明的二維玻璃模型，采用光化學(xué)刻蝕工藝，將孔隙網(wǎng)絡(luò)模型精密光刻到平板玻璃上，最后經(jīng)高溫高壓燒結(jié)制成。標(biāo)準(zhǔn)模型大小為40 mm×40 mm，孔隙體積一般為50 μL，最小孔徑可達(dá) 10 μm。

通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)三維物理模擬以流體飽和度云圖的方式，直觀展示儲(chǔ)氣庫(kù)注采過(guò)程中氣水運(yùn)移特征。根據(jù)華北儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層物性分區(qū)制作三維填砂模型，模型直徑40 cm，高度35 cm，孔隙度為5.2%，滲透率為7.3 mD。

利用注采核磁在線物理模擬以1D譜和T2譜的方式，進(jìn)一步精細(xì)分析儲(chǔ)氣庫(kù)循環(huán)周期注采過(guò)程中各區(qū)帶儲(chǔ)集空間動(dòng)用規(guī)律。選取華北儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層3塊典型天然巖樣，巖性統(tǒng)一為碳酸鹽巖，但物性存在差異，基本參數(shù)見(jiàn)表1。代表儲(chǔ)層上部的樣品物性較好，孔隙度4.5%，滲透率10.5 mD，說(shuō)明其儲(chǔ)集和滲流能力相對(duì)較好；儲(chǔ)層下部巖樣物性較差，孔隙度低、滲透率小，儲(chǔ)滲能力較差。根據(jù)礦場(chǎng)縱向物性由高到低排列分區(qū)特征，將巖樣按高滲、中滲、低滲順序串聯(lián)組合作為儲(chǔ)層模型，代表儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心樣品基本物性參數(shù)Table 1 Basic physical property parameters of core samples in the experiment

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

Experimental method and procedure

儲(chǔ)氣庫(kù)的注采模擬應(yīng)與庫(kù)區(qū)的實(shí)際運(yùn)行情況相匹配。在實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮了水淹氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)的實(shí)際狀況：儲(chǔ)層中含邊、底水；運(yùn)行中的儲(chǔ)層壓力波動(dòng)；注采的時(shí)間短，屬?gòu)?qiáng)注、強(qiáng)采；運(yùn)行周期長(zhǎng)，多循環(huán)注采。注采模擬先后完成前期準(zhǔn)備、成藏、開(kāi)采、建庫(kù)、采氣及循環(huán)注采6個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需記錄時(shí)間、氣液流量、壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)束對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。周期注采模擬實(shí)驗(yàn)采用定流速驅(qū)替方式，由于氣體具有強(qiáng)壓縮性，進(jìn)入巖心的氣體流速和壓力都處于非穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)法對(duì)模型的滲流能力進(jìn)行分析。為此，通過(guò)對(duì)比相同注采條件不同注采流速下的注采氣量，以含氣孔隙空間的方式量化評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣庫(kù)空間動(dòng)用效率。

通過(guò)微觀可視化實(shí)驗(yàn)?zāi)M高溫、高壓地層條件下儲(chǔ)氣庫(kù)微觀孔喉內(nèi)周期注采氣水驅(qū)替過(guò)程。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用顯微鏡對(duì)注采氣過(guò)程中不同階段時(shí)刻的氣水分布變化進(jìn)行可視化觀測(cè)，并實(shí)時(shí)攝像記錄孔喉內(nèi)流體動(dòng)用及運(yùn)移圖像。

通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)三維物理模擬實(shí)驗(yàn)可以在周期注采模擬高溫、高壓環(huán)境下，對(duì)地層條件下儲(chǔ)氣庫(kù)模型內(nèi)多相流體分布特征進(jìn)行觀測(cè)。利用電阻率分析儀對(duì)模型進(jìn)行三維飽和度場(chǎng)在線分析，獲得注采運(yùn)行過(guò)程中模型飽和度云圖，通過(guò)顏色梯度變化反映模型不同截面、不同區(qū)塊位置流體運(yùn)移規(guī)律，其中顏色偏藍(lán)代表含水飽和度高，顏色偏紅代表含氣飽和度高。通過(guò)對(duì)比注采不同階段下的多相流體飽和度云圖，分析水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)集空間動(dòng)用特征。

在周期注采模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用核磁共振分析儀對(duì)巖心夾持器內(nèi)的巖心進(jìn)行可動(dòng)流體參數(shù)在線分析，獲得不同注采周期下巖心模型T2譜、1D譜曲線，1D譜曲線可反映巖心不同截面位置孔隙空間流體分布特征，T2譜曲線可反映巖心不同尺度孔隙空間流體分布特征［21］。通過(guò)對(duì)比不同注采周期下的T2譜和1D譜曲線，可以分析多周期注采模擬過(guò)程中儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間不同尺度孔隙和不同截面位置流體動(dòng)用特征，進(jìn)而評(píng)價(jià)水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)不同區(qū)帶和不同階段的動(dòng)用特征。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Experimental result

圖2為儲(chǔ)氣庫(kù)微觀可視化模擬實(shí)驗(yàn)圖像，分別清晰展示了儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采過(guò)程中的膨脹攜液作用和氣水互鎖作用。

圖2 微觀可視化模擬實(shí)驗(yàn)圖像Fig. 2 Picture of microscopic visual simulation experiment

由圖2（a）可見(jiàn)，儲(chǔ)氣庫(kù)采氣周期孔隙空間高壓氣體快速膨脹，孔隙壁面水膜由厚逐步變薄，說(shuō)明采氣周期驅(qū)動(dòng)壓差下孔隙空間內(nèi)可動(dòng)水隨氣體一并采出，含氣孔隙空間增加，儲(chǔ)集空間得到有效動(dòng)用，由于儲(chǔ)氣庫(kù)高滲區(qū)大尺度孔隙毛管阻力較弱，膨脹攜液作用更為顯著。由圖2（b）可見(jiàn)，儲(chǔ)氣庫(kù)高速注采過(guò)程中氣水兩相在微細(xì)孔喉處反復(fù)剪切，局部區(qū)域出現(xiàn)氣水混相，加之氣水兩相界面張力的疊加作用，在有限驅(qū)替壓差作用下無(wú)法動(dòng)用，說(shuō)明周期注采中局部孔隙空間出現(xiàn)束縛水和殘余氣，有效含氣孔隙空間降低，儲(chǔ)集空間動(dòng)用受到影響，由于低滲區(qū)小尺度孔隙空間剪切作用更加突出，氣水互鎖現(xiàn)象嚴(yán)重。

1.4.1 儲(chǔ)氣庫(kù)注采三維動(dòng)用特征 圖3為儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬三維飽和度場(chǎng)，分別清晰展示了儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)前水淹、注氣周期排驅(qū)擴(kuò)容及采氣周期膨脹攜液現(xiàn)象。圖3（a）中水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)模型處于注采周期前，各部位表現(xiàn)出不同程度藍(lán)色，說(shuō)明模型整體處于水淹狀態(tài)。圖3（b）中儲(chǔ)氣庫(kù)模型處于注氣周期，模型頂部偏紅，含氣飽和度較高，邊部和底部偏藍(lán)，含水飽和度較高，說(shuō)明模型整體處于注氣排驅(qū)擴(kuò)容階段，但由于模型存在一定非均質(zhì)性，部分儲(chǔ)集空間排驅(qū)動(dòng)用效果不佳。圖3（c）中儲(chǔ)氣庫(kù)模型處于采氣周期，模型內(nèi)部壓力迅速降低，邊部和底部藍(lán)色區(qū)域向紅色轉(zhuǎn)變，含水飽和度降低，說(shuō)明在氣體高速采出膨脹攜液作用下，儲(chǔ)集空間內(nèi)的可動(dòng)水不斷降低，但由于局部區(qū)域孔喉細(xì)小，毛管阻力較強(qiáng)，部分儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果不佳。在注氣排驅(qū)和膨脹攜液共同作用下，模型含氣飽和度值隨注采輪次增加而升高，但變化幅度逐步減小，氣水分布趨于穩(wěn)定。

圖3 儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬三維飽和度場(chǎng)Fig. 3 3D saturation feld in cyclic injection-production simulation of gas storage

1.4.2 儲(chǔ)氣庫(kù)注采分區(qū)帶動(dòng)用特征 圖4為儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬核磁共振特征曲線。核磁1D譜曲線與縱坐標(biāo)軸所包圍成的面積代表全部充填水的孔隙空間，不同注采周期下的包圍面積變化可反映巖心模型垂向各截面位置孔隙空間水體的動(dòng)用狀況；核磁T2譜曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍成的面積代表全部充填水的孔隙空間，不同注采周期下的包圍面積變化可反映巖心模型不同尺度孔隙空間水體的動(dòng)用狀況。

圖4 儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬核磁共振特征曲線Fig. 4 NMR characteristic curve in cyclic injection-production simulation of gas storage

由圖4（a）可看出，隨注采周期增加，不同部位含水呈下降趨勢(shì)。多周期注采過(guò)程中模型核磁1D譜特征曲線仍呈梯形形態(tài)，但代表縱向不同部位空間的1D曲線逐步向左側(cè)移動(dòng)，其中代表高滲的頂部孔隙空間下降幅度較為明顯，說(shuō)明在多周期注采氣過(guò)程中氣體的膨脹攜液作用下，頂部高滲孔隙中水首先被攜帶出，下部低滲孔隙中的水被攜帶出的難度較大，含水下降幅度較小。因此，儲(chǔ)氣庫(kù)含氣飽和度隨注采輪次增加而升高，其中高滲透率區(qū)孔喉較為發(fā)育、連通性好，可動(dòng)水更容易被排驅(qū)攜帶出儲(chǔ)集空間，含氣飽和度增幅較大，而低滲區(qū)正好相反。建庫(kù)運(yùn)行中頂部高滲孔隙空間是儲(chǔ)氣庫(kù)含氣空間增加的主要區(qū)域。

由圖4（b）可看出，隨注采周期增加，不同尺度孔隙空間含水呈下降趨勢(shì)。雖然多周期注采過(guò)程中模型核磁T2譜特征曲線仍呈雙峰形態(tài)，但代表不同尺度孔隙空間的T2曲線逐步向下移動(dòng)，其中代表大尺度孔隙空間的右峰下降幅度較為明顯，說(shuō)明在多周期注采氣過(guò)程中氣體的膨脹攜液作用下，大尺度孔隙中毛管力作用力較低，其孔隙中的水首先被攜帶出，小尺度孔隙中毛管力作用力相對(duì)較高，其孔隙中的水被攜帶出的難度較大，因此左側(cè)峰下降幅度較小。因此，在儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行過(guò)程中不同尺度孔隙空間含氣飽和度逐步增加，其中大尺度孔隙空間是儲(chǔ)氣庫(kù)含氣空間增加的主要區(qū)域。

1.4.3 注采參數(shù)分析 通過(guò)儲(chǔ)集空間動(dòng)用率反映儲(chǔ)氣庫(kù)多周期注采運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果［16］。

式中，Grm為有效庫(kù)容；p/Z為視地層壓力，MPa；pi/Zi為原始視地層壓力，MPa；Gp為累積產(chǎn)氣量，m3；Swi為原始含水飽和度；Cf為巖石有效壓縮系數(shù)，MPa-1；Cw為地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；We為邊水運(yùn)移量，mL；Wp為采出水量，mL；Bw為水體體積系數(shù)；Vge為含氣孔隙空間中水侵部分孔隙體積，mL；Vrm為可動(dòng)含氣孔隙體積，即含氣孔隙空間中可動(dòng)用部分孔隙體積，mL；Bgi為氣體體積系數(shù)；Srm為可動(dòng)含氣飽和度，即孔隙空間中可動(dòng)用部分所占孔隙體積百分?jǐn)?shù)；V為孔隙體積，mL；Vg為含氣孔隙體積，mL；φ為儲(chǔ)集空間動(dòng)用率，即可動(dòng)用孔隙空間體積與含氣孔隙空間體積的比值。

以儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際礦場(chǎng)的運(yùn)行壓力區(qū)間和水體能量為基礎(chǔ)，分析注采物理模擬實(shí)驗(yàn)的注采速度參數(shù)，進(jìn)而以此反演礦場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)?；趦?chǔ)氣庫(kù)周期注采運(yùn)行方式，研究不同注氣速度對(duì)儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果的影響。以采氣速度1.1 mL/min、注氣速度0.6 mL/min為基準(zhǔn)（實(shí)際運(yùn)行中采氣速度為注氣速度的1.8倍），設(shè)定無(wú)因次注采速度（實(shí)際注采氣速度與基準(zhǔn)注采速度的比值）1、4、7、10、13、16、19、22、25、28、31進(jìn)行注采模擬，其中注氣速度設(shè)定為采氣速度的1.8倍。由圖5可見(jiàn)，在儲(chǔ)氣庫(kù)注氣上限壓力、采氣下限壓力相同條件下，當(dāng)采氣速度是采氣速度基準(zhǔn)1.1 mL/min的16倍時(shí)可動(dòng)含氣飽和度為44.9%、儲(chǔ)集空間動(dòng)用率為81%，動(dòng)用效果較好，之后繼續(xù)提高注采速度，動(dòng)用程度呈降低趨勢(shì)。其原因在于儲(chǔ)集空間孔隙結(jié)構(gòu)分布的復(fù)雜性，氣體優(yōu)先進(jìn)入連通較好的孔隙，氣驅(qū)壓力無(wú)法及時(shí)向低滲微細(xì)孔喉波及，導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)部分儲(chǔ)集空間無(wú)法有效動(dòng)用；而當(dāng)注采速度過(guò)低時(shí)，雖動(dòng)用效率較高，但不能滿足市場(chǎng)需求。因此，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)礦場(chǎng)與市場(chǎng)供需關(guān)系，合理設(shè)定注采氣速度，以保證儲(chǔ)氣庫(kù)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

圖5 注采速度與儲(chǔ)集空間動(dòng)用特征參數(shù)相關(guān)曲線Fig. 5 Correlation curve between injection-production rate and characteristic parameter of reservoir space mobilization

2 數(shù)值模擬研究

Numerical simulation

2.1 數(shù)值模型建立

Establishment of numerical model

針對(duì)華北儲(chǔ)氣庫(kù)不同區(qū)帶分別計(jì)算對(duì)應(yīng)有效孔隙體積，作為有效庫(kù)容參數(shù)分析的基礎(chǔ)。根據(jù)蘇橋潛山氣藏的地質(zhì)、測(cè)井等資料，建立了三維精細(xì)地質(zhì)模型，并通過(guò)模型粗化和氣藏巖石及流體參數(shù)添加，建立了華北水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的三維動(dòng)態(tài)模型。通過(guò)歷史擬合調(diào)整各項(xiàng)氣藏參數(shù)，使得數(shù)值模擬與實(shí)際氣藏開(kāi)發(fā)、建庫(kù)及運(yùn)行相一致。通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)不同階段儲(chǔ)層流體分布數(shù)值模擬，得出儲(chǔ)氣庫(kù)地下儲(chǔ)集空間中的氣水分布狀況，見(jiàn)圖6。

圖6 華北儲(chǔ)氣庫(kù)三維地質(zhì)模型Fig. 6 3D geologic model of gas storage in North China

根據(jù)華北儲(chǔ)氣庫(kù)礦場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行注采壓力區(qū)間設(shè)定數(shù)值模擬運(yùn)行壓力區(qū)間?；谙嗨茰?zhǔn)則，將物理模擬實(shí)驗(yàn)注采氣流量反演到礦場(chǎng)［22-23］，實(shí)驗(yàn)與礦場(chǎng)注采氣速度關(guān)系見(jiàn)式（5）、表2。

式中，η為時(shí)間相似變量；L為幾何相似變量；φ為孔隙度；下角標(biāo)1表示模型，2表示礦場(chǎng)。

表2 華北儲(chǔ)氣庫(kù)數(shù)值模擬注采參數(shù)換算結(jié)果Table 2 Conversion result of injection-production parameters in the numerical simulation of gas storage in North China

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

Analysis on the numerical simulation results

根據(jù)水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)數(shù)值模擬結(jié)果，將整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)由下至上可劃分為水淹帶、氣水過(guò)渡帶、氣驅(qū)純氣帶、建庫(kù)前純氣帶4個(gè)區(qū)帶，具體見(jiàn)表3。

表3 水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)地層區(qū)帶定義Table 3 Defnition of stratigraphic zone in water-fooding gas storage

圖7為儲(chǔ)氣庫(kù)周期注采模擬區(qū)帶動(dòng)用效果對(duì)比圖，可見(jiàn)周期注采開(kāi)始之后，氣水過(guò)渡帶動(dòng)用率初期下降顯著，后期逐步趨于穩(wěn)定，含氣空間動(dòng)用率由79.6%降至77.6%，說(shuō)明氣水過(guò)渡帶隨注采周期增加動(dòng)用效果逐步變差，并保持在相對(duì)較低的水平。氣驅(qū)純氣帶動(dòng)用率初期增幅顯著，后期逐步趨于穩(wěn)定，動(dòng)用率由83.0%增至85.7%，說(shuō)明氣驅(qū)純氣帶動(dòng)用效果隨注采周期增加逐步改善；建庫(kù)前純氣帶動(dòng)用率周期注采過(guò)程中較高，動(dòng)用率保持在87.8%～88.3%之間，說(shuō)明建庫(kù)前純氣帶動(dòng)用效果相對(duì)較好，并隨注采周期增加保持相對(duì)穩(wěn)定。

圖7 周期注采模擬區(qū)帶儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果Fig. 7 Reservoir space mobilization result of the zones in cyclic injection-production simulation

統(tǒng)計(jì)分析儲(chǔ)集空間動(dòng)用參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4，結(jié)果表明相對(duì)于低速注采，高速注采條件下的水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)中26%庫(kù)容無(wú)法有效動(dòng)用（見(jiàn)圖8）。

表4 華北水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容參數(shù)復(fù)核結(jié)果Table 4 Check results of storage capacity parameters of waterfooding gas storage in North China

圖8 華北水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容參數(shù)曲線Fig. 8 Storage capacity parameter curve of water-fooding gas storage in North China

3 結(jié)論

Conclusions

（1）綜合運(yùn)用微觀可視化模擬、三維注采模擬、核磁共振分析系列實(shí)驗(yàn)，建立“孔隙空間流體分布圖”分析方法，直觀表征水驅(qū)氣藏建庫(kù)儲(chǔ)集空間中流體動(dòng)用能力。

（2）氣驅(qū)水純氣帶是提高空間動(dòng)用的主力區(qū)，而氣水過(guò)渡帶是儲(chǔ)集空間動(dòng)用效果變差的主要區(qū)域。注氣排驅(qū)對(duì)水驅(qū)氣藏建庫(kù)擴(kuò)容起到?jīng)Q定作用，而氣水互鎖是導(dǎo)致建庫(kù)空間動(dòng)用效率降低的主要因素。

（3） 國(guó)內(nèi)華北水驅(qū)氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)在高速注采條件下，26%庫(kù)容無(wú)法有效動(dòng)用，其中建庫(kù)儲(chǔ)層物性分區(qū)、注采速度為影響儲(chǔ)集空間動(dòng)用效率的主控因素。

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（修改稿收到日期 2017-06-23）

〔編輯 朱 偉〕

Experimental evaluation on the mobilization ratio of reservoir space in water- fl ooding gas storage

SHI Lei1,2,3, SHAO Longyi1, WANG Jieming2,3, ZHU Huayin2,3
1. China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China;2. Langfang Branch, PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Langfang 065007, Hebei, China;3. CNPC Key Laboratory of Oil & Gas Underground Storage Engineering, Langfang 065007, Hebei, China

As the water moves back and forth during the high-speed injection and production of water-fooding gas storage, the geologic conditions and water fowing characteristics of reservoirs for gas storage building have more effect on the mobilization ratio of reservoir space in the gas storage. In this paper, saturation feld and nuclear magnetic resonance were analyzed in the cyclic injection-production simulation based on the reservoir characteristics of typical water-fooding gas storages at home. The injection-production parameters of multiple programs were comparatively analyzed by combining the physical simulation results with the numerical simulation results, and then converted into the feld index according to the similarity criteria. It is indicated that in the process of multi-cycle injection and production of water-fooding gas storages, some reservoir space is not mobilized. It is shown from 3D saturation feld and nuclear magnetic characteristic spectrum that the pure gas zone of gas displacement is the principal zone to increase the space mobilization and gas-water transitional zone is the main zone to worsen the space mobilization result of gas storage. The displacement based capacity expansion and the water-gas interlocking are in close relation with the injection-production rate of gas storage and the physical property zoning of reservoir space. As for the multi-cycle injection and production of typical water-fooding gas storages in North China,26% storage capacity at the gas injection rate of 291×104m3/d and gas production rate of 533×104m3/d is defned as inactive storage capacity. The research results can be used as the reference for the rebuilding and injection-production optimization of water-fooding gas storages.

water-fooding gas storage; mobilization ratio of reservoir space; cyclic injection-production; saturation feld; nuclear magnetic resonance

石磊，邵龍義，王皆明，朱華銀.水驅(qū)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)集空間動(dòng)用率實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)［J］.石油鉆采工藝，2017，39（4）：405-412.

TE822

A

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0405 – 08

10.13639/j.odpt.2017.04.003

:SHI Lei, SHAO Longyi, WANG Jieming, ZHU Huayin. Experimental evaluation on the mobilization ratio of reservoir space in water-fooding gas storage［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 405-412.

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“致密砂巖氣有效開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)技術(shù)”（編號(hào)：2011ZX05013-002）。

石磊（1982-），2012年獲中科院滲流所博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事儲(chǔ)氣庫(kù)注采機(jī)理研究工作，工程師。通訊地址：（065007）河北廊坊萬(wàn)莊石油礦區(qū)石油分院。E-mail：jinfsh19821230@163.com