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項目來源：國家自然科學基金重點項目

主要完成人：張烈輝、熊鈺、賈春生、唐洪明、郭晶晶、趙玉龍等

致密氣藏具有孔喉半徑小、高毛管力、黏土礦物豐富等特征，原生水飽和度高、同時鉆完井等過程中各種濾失水也會導致近井地帶高含水飽和度，這些水極大地阻礙了致密氣的流動。本項目針對降低致密氣藏含水的干化劑研制、干化反應相態、微觀孔喉表征及儲層微觀條件下的干化滲流、干化產能及干化下微尺度數值模擬等關鍵科學問題開展研究。

研究取得了如下創新性成果：

（1）發明了適用于致密儲層的干化劑配方以及干化劑與地層水反應的抗鹽配方，揭示了干化反應延遲作用機理，形成了干化劑在致密儲層微納米孔隙中注入方法的基礎理論，創建了干化劑-致密氣-地層水三相反應相態預測理論與技術。

（2）構建了利用核磁共振和激光雕刻孔隙結構模型聯合表征干化效果的評價方法，定性定量評價了干化劑對不同產狀束縛水的干化效果。

（3）創新了乙醇-水混合流體核磁信號分離技術，形成了致密砂巖干化滲流實驗方法，揭示了干化作用對儲層物性的影響程度，優選了干化劑注入工藝參數。

（4）建立了致密砂巖氣藏耦合干化效應的產能評價及數值模擬模型，評價了干化強度與氣井產能關系、干化效應對氣井生產動態的影響，揭示了干化效應對微觀孔隙尺度致密氣流動能力影響機制。

相關成果在國內外期刊發表論文54篇，出版學術專著4部（其中Elsevier出版專著2部），申請國家發明專利18項（授權10項）、軟件著作權8件，獲全國石油天然氣標準化技術委員會突出貢獻獎1項，中國石油和化工自動化行業協會科技進步二等獎1項，中國石油和化學工業聯合會科技進步二等獎1項，四川省人民政府自然科學二等獎1項，四川省人民政府科技進步二等獎1項。

科普介紹：

致密氣是我國天然氣勘探開發的重要領域，但面臨著資源品質趨于劣質化、有效開發及提高采收率技術有待提升、開發成本較高等問題。目前致密氣藏開發主要采用水平井多段壓裂或縫網壓裂方式投產，但該技術對濾失水和原生水水鎖造成的天然氣流動通道阻礙只能通過氣井生產過程的氣流自身清潔作用來緩解，地層高含水飽和度造成的井筒產水主要靠化學泡沫劑排水，但產水對致密氣氣藏深井而言往往會導致氣井低產、直至無產。

針對致密儲層原始含水飽和度高和壓裂等井筒作業后侵入地層的濾失水導致的高含水飽和度阻礙天然氣流動的問題（行業內常常稱為“水鎖效應”），亟需開展地層水“干化”降低儲層含水飽和度、解放天然氣流動能力新方法和新技術的研究。特別是針對孔隙型致密氣藏的開發來講，如何降低致密儲層開采下限，較大幅度提高致密氣的采收率，是當前較為迫切的任務。

相對于常規中高滲氣藏來講，致密氣藏的儲層孔喉中膠結物黏土含量較高，且這些黏土礦物以片狀、毛發狀和絲狀切割孔喉空間，使本來就很小的微納米孔喉的流動孔隙空間進一步減小。在地層水飽和度較高的情況下，地層水在遇到這些片狀、毛發狀和絲狀黏土礦物時，由于潤濕和吸附作用的影響，在氣體的流動和擾動下，孔喉空間中會形成類似肥皂膜式的薄膜堵塞流動，像小孩吹肥皂沫游戲一樣，只有薄膜兩邊達到一定的壓差、薄膜才會破裂，后續的氣體才能向前流動。眾所周知，生產井的大部分氣體壓力損耗是在井周圍一定距離范圍之內，因此如果能夠使這個范圍內的地層水在一定程度上被“干化”掉，將大幅度提高氣井產量。

“干化”面臨的主要問題是：①如何使高礦化度地層水既能蒸發“干化”又能產生烴類氣體增加返排能力，而且還能夠不析出固體鹽類、不造成流動通道堵塞；②如何能夠讓地下致密儲層中的天然氣快速流動、快速地開采出來；③采用什么方法對這種過程進行模擬分析。

從理論上講，把致密儲層孔喉空間內的地層水蒸發掉一部分是可行的，但是地下致密氣藏的高溫、高壓條件極大地限制了地面實驗成果的應用；實驗上對致密多孔介質內地層水的賦存狀態、運移方面已有相當大的突破，但由于深地高溫高壓下進行精細處理手段和方法等的限制，仍無法有效改變致密儲層因層內可動水和高原生水飽和度導致的低產問題，特別是針對高含水飽和度的孔隙型儲集層。我們在研究中發明了高溫高壓下對該類地層水的“干化處理劑”和防止“干化”過程中析出鹽類損傷儲層流動能力的抗鹽劑等，使部分地層水通過反應轉化為烴類氣體、部分地層水因化學反應而產生的熱量蒸發成氣相。大量微觀刻蝕模型實驗、核磁共振測試和巖心實驗顯示，所發明的“干化處理劑”可顯著提高氣孔率和氣體流動能力。

由于致密天然氣儲存在接近納米級的孔隙、甚至納米級孔隙中，在解決高溫高壓下“干化”和抗鹽后，如何注入和反應并進行有效返排是另外一個主要問題。因此，項目研究過程中開展了“干化劑”微納米顆粒懸浮注入和“干化劑”流體形式注入地層的實驗和評價，研究了金屬離子型碳族化合物在超臨界CO2的溶解特性和增溶問題，并在相態實驗基礎上建立了考慮干化反應的相態預測理論方法，為注入工藝設計和返排等提供了基本理論基礎。在施工返排中，主要返排CO2、烴類氣體、凝析水和少量乙醇，環保友好無毒。考慮干化反應的相態預測理論中，針對關鍵組分“水”給出了準確的能量預測方法，該方面在“物理化學”領域中處于國際領先層次。編制的溶解度預測、含干化反應的相態預測基本工具和實驗測試對比準確性較好。

“干化”的最終目的是提高產量，干化過程的滲流涉及到高效返排和氣井生產能力評價以及合理產量安排等分析工作。研究工作中，以致密儲層微納米孔隙結構測試表征和微觀刻蝕模型中“干化”反應流動實驗為基礎，建立了考慮“干化”效應影響的流動模型和模擬分析方法，對致密儲層“干化”及耦合過程進行模擬計算和評價。從實驗和理論兩個方面對注采參數進行了研究和評價分析。

項目提出的地層水“干化”降低儲層含水飽和度、解放天然氣流動能力的新方法新技術，為致密氣藏單井產量提高、采收率提高提供了新的途徑和領域。