SPE99739MSP在凝析气藏中通过润湿反转成气润湿来提高产量重点.docx

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SPE99739MSP在凝析气藏中通过润湿反转成气润湿来提高产量重点

在凝析气藏中，通过润湿反转成气润湿来提高产量

摘要

随着井眼附近压力降低到露点以下时，许多凝析气藏的产能会由于气体在井眼凝结而大幅下降。

润湿反转方法已在实验条件下被证明是成功的。

然而在真实的低渗岩石中进行实验的却很少。

通常这些在井眼附近凝结而使产量降低的凝析气藏渗透率是很低的。

在本文中，我们用东濮凝析天然气藏0.1mD的渗透率的岩石样品进行试验。

首先，我们制备了一个新的、更便宜的化学物质，它在使岩石从水润湿变化到气润湿方面非常有效。

这个化学品在温度为170℃时热稳定性很好。

实验结果还表明，这种化学品在很高矿化度下也是有效的。

其次，自发吸水作用实验也显示了润湿性反转对采收率的影响。

再者，在润湿反转成良好的亲气性前后，我们测量了气、水的相对渗透率。

实验结果表明，在润湿反转后，气、水两相的相对渗透率都显著的增加了。

残余水饱和度降低了，气体产量也由于润湿性改变而大大提高了。

引言

东濮凝析气藏位于中国河南。

这个气藏渗透率非常低，约为0.1mD，温度很高，160℃左右。

天然气产量低，这是因为由于反凝析作用造成了井筒附近渗透率低和液体封锁。

在东濮凝析气藏进行了不同类型的施工措施，包括大规模压裂。

然而，天然气产量没有增加显着。

对于大多数油藏或气藏，降低井底压力是提高产能的一个常规方法。

但是这对于凝析气藏来说在技术上是并不可行的。

在许多低渗透凝析气藏中，压力降低到露点压力以下时，天然气产量可能会由于井筒附近的反凝析现象而下降。

已有的例子表明，液体的凝析可能会使天然气井停产。

Boometal.说，即使低凝析的贫气藏，当大量天然气涌入井口时，也会在井眼附近形成相对较高的液体凝析饱和度。

润湿性反转（气相润湿）方法已经在理论上和实验研究方面被证明是可行的。

Li和Firoozabadi已经通过一个简单的网络模拟出了凝析气藏天然气和流体的相对渗透率。

他们的研究结果表明，当多孔介质的润湿性由很好的亲液性转变成良好的亲气性时，气井的产能大大的增加了。

请注意，凝析气藏中许多天然形成的岩石是亲液的。

后来Li和Firoozabadi用实验证明了气-液岩体系中岩石的润湿性可以由很好的亲液性（亲油或者亲水）转变到良好的亲气性。

他们还说，在气-液-岩体系残余油饱和度中，可以通过润湿反转成气润湿显著地提高原油采收率和气相相对渗透率。

然而很少有人通过真实的低渗透储层岩石改变润湿性使之良好的亲气性做实验。

由于井筒附近反凝析而损害的凝析气藏通常情况下渗透率是很低的。

本文中，东濮凝析气藏就是一个渗透率小于0.1mD的气藏。

油-水-岩体系中润湿性改变已被广泛研究。

Kamath研究了用润湿清洁剂进行水驱；他指出，从现有的文献数据中对成功的水驱洗涤剂下一个明确的定义是很困难的。

我们想澄清一下，在这项工作中，我们的重点是改变气-水（石油）岩体系的润湿性而不是油-水-岩体系的润湿性。

在本文中，我们用东濮凝析气藏渗透率约为0.1mD的岩样进行实验。

渗吸实验显示了润湿反转对采收率的影响。

在润湿性改变成亲气性前后，我们测量并对比了气相和水相的相对渗透率。

最后，对比分析了润湿性由良好的亲水性到良好的亲气性前后的实验数据。

实验

本实验中，我们用四个直径约3.7厘米的岩心段塞做实验，它们均取之于目标凝析气藏（东濮气藏）。

孔隙度约为9％，渗透率介于0.054至0.096mD之间。

孔隙度和渗透率的数据以及四个岩心样本的大小列于表1中。

通常用于渗吸实验的实验装置与Li和Horne所用的是相似的。

装置图解如图1所示。

图1中也给出了A12-1岩样的图片。

对A12-1岩样进行化学处理，使之由良好的亲水性变成良好的亲气性，润湿性变化前后我们分别做渗吸实验。

空气是气相，盐水是液相。

盐水的成分是矿化度约为70000毫克/升的地层水。

岩石被化学剂饱和，并且润湿性随着时间慢慢改变。

时间约为8个小时。

化学剂饱和以后，岩石被移出大约一个小时，然后烘干，以去掉剩余的液态化学剂。

极少量的化学剂残留在岩石表面；结果由于吸附，表面能减少，固体表面变成良好的亲气性。

在化学处理前，我们测试了气饱和岩石的渗吸作用。

在化学溶剂处理后，岩石由良好的亲水性变成良好的亲气性，我们再重复同样的方法测量渗吸作用。

测量气-水相对渗透率的装置图如图2所示。

很长一段时间以来，用渗透率不足0.1mD的岩样测量气-水相对渗透率确实很难。

主要的问题在于，测量相对渗透率的仪器波及不到的体积比岩样的孔隙体积大的多。

由于这一原因，设计了一套装置（见图2）来测量气-水相对渗透率，这样使得仪器波及不到的体积（死区）尽可能小。

试验中，由于岩石低的渗透率，气-水相对渗透率是用非稳态方法测量的。

没有化学处理，岩石开始饱和了矿化度为70000ppm的地层水，并测量了绝对渗透率。

然后，盐水被氮气替代。

随着时间变化，记录下气和水的总产量。

岩样进出口的压力也随时间被测量，直到不再产出水时。

在没有经过化学处理时测量气-水相对渗透率后，其岩心是清洁、干燥的。

在岩样被化学处理，改变润湿性以后，重复同样的步骤测量气-水相对渗透率。

用JBN方法计算水和气的相对渗透率。

结果

在这个实验中，化学处理前后对东濮凝析气藏岩心样品进行了渗吸实验和气浸实验。

用润湿反转前后的测量的实验数据计算出岩石氮气驱过程中气、水相对渗透率。

使用一种新的化学试剂实现了润湿性的改变。

这一部分将对相对渗透率、产量和采收率的实验结果进行介绍和讨论。

Li和Firoozabadi实验所使用的使润湿性由亲液变为亲气的化学剂非常昂贵，在油田使用中，经济上是不可行的。

为此，在筛选了众多我们找到了一种新的化合物。

这种化学剂（WA12）比Li和Firoozabadi所使用的便宜20倍左右。

研发这种化学剂在油田上经济应用是可能的。

在室温条件下进行了渗吸实验，以测试这种新的化合物是否可以改变从东濮凝析气藏取样的极低渗透岩心样本（A12-1）的润湿性，使之从亲水性变成亲油性。

化学处理前后渗吸实验的结果如图3所示。

从图3我们可以看到，通过渗吸作用，未经化学处理的储层岩石的最终采收率约为0.597PV。

经过化学处理后，进入储集岩的水量为零。

润湿性反转和简要说明将在下面讨论。

目前只有两种类型的力：

重力和毛细管力。

这两种力控制着渗吸作用，如图1所示。

在这种情况下，毛管压力是驱动力而重力是阻力。

在渗吸过程中，无论加没加化学处理剂重力都不会改变。

因此，就像图3所示的那样，采收率降低的唯一可能性就是在渗吸过程中毛管压力的改变而引起的。

我们采用一个简单的毛管压力公式：

（1）

是毛管压力；

，

分别是渗透率和孔隙度；

是表面张力；

是近似接触角；

我们发现化学处理并没有改变界面张力，而孔隙度和渗透率也几乎没有改变。

鉴于以上分析和根据公式1，润湿性变化可用引起采收率降低的接触角来表示（如图3），因此图3显示的结果表明：

新的化学物质只能改变低渗透性岩层的润湿性，使岩层由水润湿明显的转向气润湿，这些低渗透性的岩样采自东濮凝析气藏。

为了更好的表明化学物质对岩石润湿性改变的程度，将1滴蒸馏水放在经过化学处理的空气饱和岩石上方（见图4）。

水没有吸收进岩石里，相反它形成了一个球形状水滴.通过水相的被测量的接触角约121°。

这个结果非常接近接近Li和Firoozabad报道过的数值，被测量的接触角是大于90°。

这表明，渗透性为0.093md水湿性岩石通过化学物质的处理已经很好的转向气湿润。

图5显示一滴油放在经过化学物质处理的饱和气岩石上。

油也没有吸进低渗透岩石里经过油向的被测量的接触角大约是106°。

这个数值比Li和Firoozabad报道中的数值大。

我们能从图5中可以看到通过油向的被测量的接触角的数值，并且我们还能了解到低渗透性的水湿性岩石经过化学处理后能很好的转向气润湿性。

在这项研究中，化合物的热稳定性是非常重要的，因为东濮凝析油藏有着160℃的高温。

为适应油藏高温需要，化合物的热稳定性应该提前被测试并且被核实。

实验程序和结果被简洁的描述在这里。

掺有WA12的100毫升溶液填充在一个不锈钢汽缸里，并用氮气加压到5MPa。

然后把这个装有溶液的汽缸密封并把它放在烤炉上，使这个烤炉逐渐加温到170℃。

类似与图3显示的那样，在170℃的温度下，48小时后用装在汽缸里的陈化的溶液反复操作渗吸实验。

实验结果显示：

由于水没有吸取进岩石，这种高温下陈化了的化学溶液仍能改变低渗透岩石的润湿性。

这有力的证明了WA12这种化学物的热稳定性。

化学处理使润湿性改变前后，图6显示了对非稳态驱替方法处理过的A12-2岩样测试的气水相对渗透率的数值。

岩石的润湿性从水湿转向气湿后，气水两相的相对渗透率都增加了。

气驱处理后的残余水饱和度由42.38%减少到26.77%；由于岩石的水润湿转向气润湿，在残余水饱和度下的的气相相对渗透率大约增加了2倍。

最终的采收率由0.597PV增加到0.765PV。

润湿反转前后由气驱处理后的残余水饱和度、气相相对渗透率、采收率的数值在表2也被列出。

润湿性转变成气润湿前后的相对渗透率（气比水）的实验数据被列在图7中，我们能从图中看到当水饱和度数值大于某一个特定的数值时，润湿反转后的相对渗透率（气比水）要比润湿反转前的相对渗透率大。

图8描绘了经过气驱处理后的、靠化学物质改变的润湿反转前后的采收率的数值。

经过气驱处理，润湿翻转后的采收率明显的增加了。

润湿反转前后由气驱处理过的采收率的数值在表2也被列出，其数值大约增加了大约17%。

凝析气藏的油井供液能力取决于气体和水的产出率。

图8显示了水润湿转向气润湿后谁的产量有了明显的增加。

油气产量的改变如图9所示。

我们能从图中例子了解到：

由水润湿转向气润湿后，低渗透岩层中的油气产量也显著地增加了。

图10展示了润湿反转前后油气的产出率的对比，由水润湿转向气润湿后，油气的产出率明显的提高了，在一些特定的生产时间，大约提高了20倍。

总之，由以上的所有的实验数据显示：

在低于0.1md的低渗透性岩层中，从水润湿转向气润湿的润湿反转的效果在气—液相对渗透性、油气产量和采收率几方面是非常明显的。

我们完全有理由相信：

在凝析气藏中，润湿反转（水润湿转向气润湿）可以显著地提高气井的产出能力和油气的产量。

结论

根据目前所得到的研究结果可以得出以下结论：

1.发现了一种新的化合物，它能改变低渗透岩石的润湿性，使之很好地由亲水变成亲油。

2.在温度为170℃时，这种化合物具有热稳定性，并且在70000ppm的矿化度下也很稳定。

3.随着化学处理后低渗透岩石的润湿性由很好的亲水转变成亲气时，气相和水相的相对渗透率、采收率以及气体产量都有显著增加。

4.随着润湿性反转成良好的气润湿后，气驱后的残余水饱和度由原来的42.38%降低到26.77%。

5.在油田生产中使用这种化合物是可能的，因为成本低，热稳定性好，以及其他一些良好的物性。

鸣谢

这项研究得到了中原石油勘探院的财政支持，在此非常感谢中国石油勘探院的帮助和出版单位的认可。

术语

A——岩心的截面积，L2

D——岩心样品的直径

k——渗透率，L2

krg——相对渗透率

L——岩样的长度，L

Pc——毛管压力，m/L2

R——采收率

Swr——残余水饱和度

Φ——孔隙度

σ——表面张力，m/L

θp——接触角

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表1岩心样本物性参数

岩心号

长度（cm）

直径（cm）

孔隙度（%）

渗透率（mD）

A12-1

4.058

3.665

8.62

0.093

A12-2

5.084

3.706

9.9

0.096

A12-3

5.062

3.702

8.9

0.088

A12-4

5.056

3.703

8.30

0.054

表2润湿性反转前后岩心物性对比

Swr（%）

Krg（Swr）

R（PV）

润湿反转前

42.38

0.217

0.597

润湿反转后

26.77

0.366

0.765

图1渗吸实验的实验装置及岩心样品

图2测量气-水相对渗透率的试验装置

图3润湿性改变前后渗吸实验的水采收率

图4化学处理后润湿性反转，在岩石上滴一滴水

图5化学处理后润湿性反转，在岩石上滴一滴油（烷）

图6润湿反转成气润湿后气-水相对渗透率数据

图7润湿性转变成气润湿前后的相对渗透率（气比水）

图8润湿性转变成气润湿前后的采收率数据

图9润湿性转变成气润湿前后的气体产量数据

图10润湿性转变成气润湿前后的气体产率的对比数据