裂縫性氣藏水封氣嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮，通過降低井底壓力來降低裂縫中壓力以形成較大的基質(zhì)—裂縫壓差是實(shí)現(xiàn)解封的重要手段，但影響解封過程的眾多因素尚不明確。為此，開展了裂縫性水封氣藏解封壓差測試實(shí)驗(yàn)和微觀排水孔隙尺度模擬，明確了不同因素對解封壓差和解封效率的影響規(guī)律，建立了裂縫性水封氣藏解封壓差預(yù)測模型，揭示了水封氣解封過程中氣體微觀排水特征、流體微觀分布演化規(guī)律以及不同因素對氣驅(qū)排水解封的作用機(jī)制。研究結(jié)果表明：①解封壓差是評價(jià)裂縫性水封氣藏解封難易程度的重要指標(biāo)，儲(chǔ)層滲透率、潤濕性、氣水界面張力、水封程度和裂縫壓力是影響解封特征的關(guān)鍵因素。隨著基質(zhì)滲透率降低，水封段塞對氣體流動(dòng)的阻礙作用增強(qiáng)，解封壓差大幅增加；同時(shí)，解封壓差會(huì)隨著水封程度和裂縫壓力的增加而增大。②利用潤濕反轉(zhuǎn)劑可改善孔隙壁面潤濕性，降低氣水界面張力，且隨著基質(zhì)滲透率增加，潤濕反轉(zhuǎn)劑更容易進(jìn)入基質(zhì)孔隙并改善其潤濕性，解封壓差的降低幅度更顯著；但隨著潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度的增加，由于表面潤濕性和氣水界面張力的共同作用，解封壓差呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。③解封效率是評價(jià)解封效果的重要指標(biāo)，且不同因素對解封壓差和解封效率的影響機(jī)理存在差異。當(dāng)裂縫內(nèi)壓力增加時(shí)，氣體微觀波及效率提高，解封效率增加；隨著潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度的增加，解封效率呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢；孔隙壁面潤濕性由親水性轉(zhuǎn)化為疏水性，對指進(jìn)現(xiàn)象有明顯的抑制作用，能夠大幅提高解封效率；同時(shí)氣水界面張力降低，對指進(jìn)現(xiàn)象產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，解封效率略微降低。結(jié)論認(rèn)為，裂縫性水封氣藏可通過降低井底壓力和注入潤濕反轉(zhuǎn)劑的方法實(shí)現(xiàn)解封，對該類氣藏的高效開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1裂縫性水封氣藏解封實(shí)驗(yàn)

為了研究氣藏儲(chǔ)層滲透率、水封程度、裂縫內(nèi)壓力和潤濕性等因素對解封壓差的影響，設(shè)計(jì)了不同巖心滲透率、水封段塞長度、出口端裂縫回壓、潤濕性的水封氣解封實(shí)驗(yàn)，研究解封壓差變化規(guī)律。

1.1材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：長度為70 mm、直徑為25 mm的人造砂巖巖心（表1）、純度為99.9%的氮?dú)?、礦化度濃度為5%的模擬地層水、蒸餾水、潤濕反轉(zhuǎn)劑（上海福田化工科技有限公司生產(chǎn)的TF282型氟碳表面活性劑），實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為儲(chǔ)層溫度50℃。

表1巖心參數(shù)表

1.2裂縫性水封氣藏解封壓差測試

實(shí)驗(yàn)流程包括以下3個(gè)階段：

1）實(shí)驗(yàn)前的體積標(biāo)定。計(jì)算連接實(shí)驗(yàn)裝置的管線與接頭處存在的固定體積，包括巖心出口端三通閥與采出液計(jì)量器間的固定體積（V1）以及三通閥與巖心夾持器巖心間的固定體積（V2）。

2）水封段塞制備及裂縫內(nèi)壓力控制。將巖心夾持器垂直放置（圖1），使用驅(qū)替泵從巖心夾持器下端（出口端）低速注入不同長度的水段塞來模擬不同的水封程度，此時(shí)巖心出口端面與巖心夾持器堵頭間形成的裂縫中也充滿水。通過控制出口端壓力（回壓）可直接控制裂縫的壓力，從而研究基質(zhì)—裂縫間壓差變化對解封過程的影響。水封段塞長度計(jì)算公式如下：

式中Lw表示水封段塞長度，cm；Q表示注入速度，cm3/s；t表示注入時(shí)間，s；V1表示巖心出口端三通閥與采出液計(jì)量器間的固定體積，cm3；V2表示三通閥與巖心夾持器巖心間的固定體積，cm3；V0表示巖心體積，cm3；?表示巖心孔隙度。

3）氣體增壓注入。將巖心夾持器水平放置，利用注入泵以恒定速度向入口端注入氣體，以增加巖心中水封段塞兩端壓差，直至出口端氣體突破則停止加壓，此時(shí)巖心兩端壓差為解封壓差。另外，可通過改變出口端回壓來模擬不同裂縫壓力，通過改變巖心滲透率、水封段塞長度和巖心出口端回壓，研究不同因素對解封壓差的影響規(guī)律。

具體實(shí)驗(yàn)方案如下：①滲透率，分別選取5.0 mD、1.0 mD、0.5 mD、0.2 mD、0.03 mD和0.012 mD的巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；②水封程度，根據(jù)式（1）設(shè)計(jì)水封段塞長度為0.1～4.0 cm；③裂縫內(nèi)壓力，通過改變出口端壓力來模擬裂縫中壓力，巖心出口端回壓分別設(shè)置為5.0 MPa、3.0 MPa、1.0 MPa和0.1 MPa，圍壓設(shè)定為15 MPa；④潤濕性，首先開展巖石表面潤濕性測試實(shí)驗(yàn)，弄清不同潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度時(shí)的潤濕特性，然后利用潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度分別為0.001 5%、0.003 0%、0.010 0%的溶液改變巖心潤濕性。

1.3潤濕反轉(zhuǎn)劑作用下的界面性質(zhì)測試

氟碳表面活性劑具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，能夠降低氣水界面張力，同時(shí)將巖石表面的水潤濕性轉(zhuǎn)變?yōu)闅鉂櫇裥?，達(dá)到降低解封壓差的作用。通過不同濃度的潤濕反轉(zhuǎn)劑對巖樣薄片進(jìn)行表面潤濕處理，采用全自動(dòng)界面張力儀和光學(xué)接觸角儀測量氣水界面張力和接觸角，進(jìn)而確定不同潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度下的潤濕特性。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：①選用氟碳表面活性劑TF282，配制質(zhì)量濃度0.001 5%、0.003 0%、0.005 0%、0.010 0%、0.020 0%的表面活性劑溶液；②對不同濃度的表面活性劑進(jìn)行氣水界面張力測試；③將巖心切成2～3 mm厚的薄片，拋光打磨后放入不同的表面活性劑溶液中老化48 h；④將老化后的巖心薄片放置在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥后取出冷卻備用；⑤將巖心薄片放置在光學(xué)接觸角測量儀上，采用懸滴法測定不同濃度條件下表面活性劑處理后巖心薄片的接觸角。