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1、 低渗气井水锁伤害程度评价方法研究 摘要：水锁伤害是低渗气井最普遍和最严重的伤害类型，常见的评价方法是基于室内实验方法评价，由于水锁伤害程度是随时间变化而动态改变的，水锁伤害实验所需的时间长且需要大尺寸岩心，因此对现场进行水锁伤害的评价指导作用有限。通过对气、水两相渗流的对流扩散方程进行求解，计算液相侵入区气相的渗透率变化及水锁伤害半径，同时考虑气相启动压力梯度的影响，建立了水锁伤害对产能影响的动态评价模型。结算表明：气井水锁伤害半径一般在3.5-5.7m范围内；一旦形成水锁伤害气井产能降低80%以上。通过该方法实现了低渗气井水锁伤害程度的动态评价，对解水锁工艺及低产原因诊断具有重要的指导意义
2、。关键字：水锁；启动压力；伤害半径；评价模型；产能影响Research on Evaluation Method of Water Block Damage Degree in Low Permeability Gas WellsLI Jingsong, LIU Huisheng, LIU Zixiong, LIU Rumin, XIN Jing, WANG Tao, MA DongxuOilfield Production Research Institute, China Oilfield Services Limited, Tianjin 300459, ChinaAbstract：Wa
3、ter lock damage is the most common and most serious type of damage in low-permeability gas wells. The common evaluation method is based on indoor experimental methods. Since the degree of water lock damage changes dynamically with time, the water lock damage experiment takes a long time. In addition
4、, large-size cores are required, so the evaluation and guidance of water lock damage on site is limited. By solving the convective diffusion equation of gas and water two-phase seepage flow, the permeability change of the gas phase in the liquid phase intrusion zone and the water lock damage radius
5、are calculated, and the influence of the gas phase starting pressure gradient is considered to establish the dynamics of the water lock damage on the production capacity. Evaluation model. The settlement shows that the water lock damage radius of gas wells is generally within the range of 3.5-5.7m;
6、once water lock damage is formed, the gas well productivity is reduced by more than 80%. Through this method, the dynamic evaluation of the damage degree of water lock in low-permeability gas wells is realized, and it has important guiding significance for the water lock release technology and the d
7、iagnosis of the causes of low production.Key words：water lock; starting pressure; damage radius; evaluation model; productivity impact0引言低渗气井在开发过程中，由于储层具有严重的非均质性，孔隙吼道尺度较小，地层产水或者外来液体包括酸化压裂液、钻完井液、固井泥浆等在毛细管力作用下侵入后，会逐渐占据气相通道，当通道中含水饱和度达到60%以上时，该通道中气相渗透率基本为0，形成严重的水锁伤害，导致气井产能大幅度降低甚至不产,严重影响低渗气藏的开发效果1-5。由于缺少
8、准确的水锁伤害程度评价方法，无法准确判断水锁伤害半径，大大降低了解水锁工艺的成功率。目前在评价水锁伤害时，常用的方法是通过室内实验进行评价，即将饱和水的岩心进行气驱测定不同含水饱和度下的气相渗透率，能够从机理上认识水锁对渗透率及产能的影响，唐海等人6通过室内实验确定了储层渗透率、气水相渗曲线、粘土矿物含量及种类是影响低渗气井水锁伤害的主要因素；张荣军等人7采用凝析油气藏的岩心渗透率影响实验发现低渗储层较大的毛管力是导致储层伤害的主要原因;周小平等人8认为含水饱和度、储层润湿性以及开采工艺对水锁伤害影响较大；吕渐江等人9通过气水两相渗流实验提出了低渗气藏水锁研究的新方法；姚茂堂等人10采用室内实
9、验方法确定了致密砂岩气藏在高温高压条件下水锁伤害率为7.5%-40.8%。针对低渗气井水锁伤害评价的室内实验研究无法确定动态的水锁伤害半径，导致在矿场实际中制定解水锁工艺的设计参数缺少依据，影响解水锁成功率。本研究通过对水锁伤害形成的渗流机理表征，并进行求解，建立了水锁伤害的半径的计算模型，并结合气相启动压力梯度，评价了不同水锁伤害程度对气井产能的影响，对低渗气藏的水锁伤害评价及解水锁工艺提供有效的指导。1 水锁伤害半径计算水锁损害范围及程度目前广泛使用的液相侵入模型主要包括两相流模型和对流扩散模型。两相流模型主要采用达西定律和质量守恒方程求解两相饱和度分布。对流扩散模型将液相侵入视为单相渗流
10、过程，采用对流扩散方程描述侵入液相的浓度分布，进而求解液相侵入前缘。比较而言，对流扩散模型具有形式简单、求解效率高的特点11，因此本研究采用对流扩散模型求解液相侵入深度。如图1所示为低渗气井的水锁损害区，其中井眼半径为rw，供给边界为re，液相侵入区半径为rd。假设致密砂岩气藏均值各向同性，液相侵入为等温达西水平渗流，不考虑毛管力和重力的影响，液相侵入的连续性方程为：(1)式中：p为流体压力，Pa；t为时间，s；r为径向距离，m；kw为液相的有效渗透率，m2；w为液相的黏度，Pas；Ct：为综合压缩系数， Pa-1。图1 液锁侵入区示意图Fig1 Schematic diagram of li
11、quid lock intrusion area采用对流扩散方程求解液相侵入前缘，液相浓度分布方程为：(2)式中：c为液相的浓度，kg/m；D为扩散系数，m2/s；u为液相侵入速度，m/s；为孔隙度，%；Sw为束缚水饱和度；Sgr为束缚气饱和度。扩散系数为：(3)其中f和g为经验系数。液锁损害范围通过下式求解：(4)式中：cd为无因次临界液相浓度；cf：为井壁处侵入的液相浓度，kg/m。2 考虑液相的产能评价方法对于低渗气藏，压力梯度较小时气体不流动，只有当压力梯度大于某临界压力梯度时气体才开始流动12。同时由于近井壁地层气体的流通断面减小，流速增加表现出非达西流动现象。稳态产气过程只考虑气体
12、的单相流动，结合Forchheimer非达西渗流定律13，考虑启动压力梯度的非线性渗流二次方程为：(5)式中：为启动压力梯度，Pa/m；ug为气体黏度，Pas；vg为气体渗流速度，m/s；g为气体密度，kg/m3；为紊流系数，1/m。气体的密度为：(6)式中：M为气体摩尔质量，kg/mol；Z为气体的偏差因子；R为气体常数，8.314 J/(molK)；T为气体的绝对温度，K。将渗流速度表示为标准状况：(7)式中：qsc为标准状况下的气体产量，m/s；psc为天然气在标准状况下的压力，Pa；Ts为天然气在标准状况下的温度，K；Zsc为标准状况下的天然气偏差因子；h为气藏厚度，m。(8)边界条件
13、为：(9)式中：Pw为井底压力，Pa；pe为地层压力，Pa；pd为损害区与未损害区界面处的压力，Pa。式（8）分离变量后两边进行积分变换，g和Z在积分范围内通常视为常数，取其平均值并移除积分符号：(10)式（10）两边积分得到考虑液锁损害的二项式气井产能方程：(11)其中：(12)(13)(14)表皮因子s表征水锁损害造成的气相渗透率降低对产能的影响，A项表征素流效应的影响， 和 表征启动压力的影响。气井产量即可表示为：(15)其中：(16)3 现场应用模型的基础参数如表1所示。表1 模型基础参数Table1 Basic parameters of the model油藏类型润湿性天然气相对密
14、度岩石压缩系数/kPa-1气藏水湿0.65210-7模型网格控制半径/m孔渗分布网格精细化10010070.71随机正态分布克里金插值本次模拟中地质模型的孔隙度和渗透率采用随机正态分布，并利用克里金插值进行网格精细化。地质模型如图2所示：图2 地质模型Fig2 Geological model模拟结果如表2所示：表2 液锁伤害模拟结果Table2 Simulation results of liquid lock damage井名液锁半径/m液锁程度/%绝对无阻流量/104m3/dX-16.382.133.48X-23.532.226.80X-36.575.428.35X-43.748.934
15、.28X-54.238.616.65目标区块X-1井X-5井的伤害半径如图3-图7所示：图3 X-1井伤害半径Fig3 Damage radius of X-1well图4 X-2井伤害半径Fig4 Damage radius of X-2well图5 X-3井伤害半径Fig5 Damage radius of X-3well图6 X-4井伤害半径Fig6 Damage radius of X-4well图7 X-5井伤害半径Fig7 Damage radius of X-5well根据模拟结果可知，研究区块各井的水锁伤害半径在3.5m6.5m范围内，气井水锁伤害发生以后，伤害半径会急剧增大，随后逐渐平缓，表明低渗气井水锁伤害的半径在初期增加较快，当生产半年以后伤害半径增加幅度较小。其中X-3井伤害半径最大,为6.5m，水锁伤害效应显著。目标区块X-1井X-5井在考虑液相伤害后的产能评价结果如图8、图9所示：图8 目标
