对于超深层气藏，模拟地层高温、开展地层温度条件下的单相渗流实验和气水两相渗流实验并研究温度对超深层气藏渗流能力变化的影响规律十分必要。何祖清等^［1］得到了碳酸盐岩样品不同有效围压条件下渗透率与温度（30~120 ℃）的关系。郭肖等^［2］测试了常温低压和高温高压条件下（10~150 MPa、50~150 ℃）的气水相渗曲线，得到了温压对气相相对渗透率影响较大的结论。方建龙等^［3］对比了地层高温高压条件（160 ℃、116 MPa）和常温常压条件下的气水相渗曲线，结果表明，地层条件下致密气藏气水黏度比、密度比以及界面张力更低，气水两相共渗区间更大、气水两相渗流能力更强。李治平等^［4］研究了温度（20~140 ℃）和压力（15~45 MPa）对于气水界面张力的影响程度，研究结果表明气水界面张力受压力变化影响更大。还有大部分学者^［5-8］研究了温度（20~1 000 ℃）对砂岩渗透率的影响。目前针对碳酸盐岩关于温度对渗流能力影响的研究，主要集中在温度对气水两相渗流能力的影响规律，且存在争议^［9-17］，总体认为温度主要通过改变油水界面张力、黏度比、润湿性以及岩石结构等方式影响储层渗流能力的变化，而对缝洞发育、非均质性极强的多类型超深层碳酸盐岩及其气体单相渗流特征的研究较少。因此，本文将气体单相渗流实验和气水两相渗流实验及界面张力实验相结合，针对超深层碳酸盐岩气藏多类型储层温度对渗流能力的影响进行系统的研究，得到温度对超深层碳酸盐岩气藏多类型储层渗流能力的影响规律，从而为现场气藏开发提供理论支持。

选取高石梯—磨溪区块台内灯四段气藏3块全直径岩心进行温度对渗流影响的实验，实验分为升温和降温2个过程，3块岩样见图 1，其岩石物性如表 1所示。所取3块全直径岩样均为中—细晶云岩，XRD分析结果表明，其矿物组分非常接近，白云石占95.7%~99.1%、萤石占0.2%~3.9%、石英占0.4%~3.2%、方解石在0.5%以下，扫描电镜EDS电镜发现白云石晶体表面伴有少量沥青质和伊利石充填^［18-20］。由于目的储层受构造运动和后期次生作用影响，孔隙结构以晶间孔和晶间溶孔为主，同时发育溶洞和微裂缝^［21-22］。3块全直径岩样孔隙度分布在5%~12%之间，渗透率分布在（0.03~43）×10^-3 μm²之间，充分体现了超深层碳酸盐岩储层的非均质性。参考行业标准《SY/T6110—2016气藏描述方法》和灯影组储集类型划分标准^［23］，将3块全直径岩样分为孔隙型、孔洞型和裂缝—孔洞型。其中DS4为孔隙型、DS5为孔洞型和DS6为裂缝—孔洞型。按照目的地层矿化度配置地层水，此外为保证实验安全，实验所用气体均为高纯氮气。

渗流实验流程如图2所示，采用最新引进的TC-180型超高压多功能驱替系统以实现对地层温度和压力条件的模拟。TC-180驱替系统相对常规驱替装置采用高强度钛合金复合材料，能承受180 MPa和200 ℃的高温，堵头和活塞处选择氟胶密封圈进行多级密封，保证气体在高温高压条件下整体系统的密封性能。

使用高压悬滴法测定实验所用高纯氮气和水之间的在高温和高压条件下的界面张力，采用自主设计的高温高压界面张力测试装置，将悬滴室、摄像机和注入系统连接，如图3流程图所示。其中，悬滴室可通电加温、通气加压，其耐高温200 ℃、耐高压200 MPa。

对各类型岩样分别进行不同温度下气体单相渗流和气水两相渗流的实验。

（1）将事先筛选好的岩心进行清洗、烘干，并按实验流程连接实验装置。

（2）从室温20 ℃开始，进行第一个温度测点的实验。

（3）对岩心加围压，利用增压系统对岩心夹持器系统增压，边加围压边对岩心进行驱替，逐步增大围压至130 MPa，流压逐步上升到56 MPa，防止净压差过大使岩心物性发生变化。

（4）待上游与下游压力稳定时，保持上、下游压力不变，测量出口端气流稳定后流量及此时的压差，计算气相渗透率。

（5）升高温度到下一个温度测点，从20 ℃到120 ℃设置不同的温度测点，待温度达到设定温度后，再稳定2 h，然后进行步骤（4）。

（6）直到测完所有温度点，升温实验结束。

（7）升温实验结束后再降温，分别设置不同的温度，待温度稳定后，测量该温度下的岩心渗透率。

依据国家标准《GB/T28912—2012岩石中两相流体相对渗透率测定方法》，采用非稳态气驱水方法测定所选取的3块全直径岩样的高温高压条件及常温高压条件下的气水相渗曲线。具体步骤如下：

（1）根据现场资料在室内复配地层水。

（2）将岩心清洗、烘干并称取干重，抽真空饱和地层水，称取湿重，计算得到岩心中实际饱和水量。

（3）将已饱和模拟地层水的全直径岩样装入岩心夹持器，加压到地层压力56 MPa，保持常温条件。

（4）根据岩样的孔渗大小选择合理的驱替压差，用驱替泵以一定的压力使地层水通过岩样，待驱替岩样进出口的压差和出口流量稳定后，连续测定3次水相渗透率，其相对误差小于3%，以此水相渗透率作为气水相对渗透率的基础值。

（5）连接高纯氮气瓶，控制进口压力和出口压力的压差为合理的驱替压差恒压驱替氮气。

（6）调整好出口端水、气体体积计量系统，开始气驱水实验，实验过程记录实验温度，驱替压差，各个时刻的产水量及产气量等数据。

（7）气驱水至残余水状态，连续测定残余水状态下气相有效渗透率3次后结束常温条件下气水两相渗流实验。

（8）重复步骤（2）、（3）并升温至地层温度120 ℃，而后重复步骤（4）—（7），最后结束高温条件下气水两相相渗实验。

实验数据处理主要采用JBN方法，数据处理时将气水体积和气水黏度校正到对应的温压条件下。

实验步骤参考《SY/T 5370—1999 表面及界面张力测定方法》。

（1）打开气体增压系统，将高压氮气打入悬滴室中，模拟地层压力。

（2）打开中间容器，滴入配置好的地层水，调整灯光和摄像头角度，使图像处理系统视野中的水滴形状轮廓清晰。

（3）通电将悬滴室温度升温至测试温度后，稳定30 min，测定该温度下的气水界面张力值，温度从25 ℃到175 ℃设定不同的温度值。

所有实验都进行过3次，结果误差在5%以内，以保证实验结果的可重复性，最终实验结果为3次实验结果的平均值。

对3块不同类型的全直径岩样在不同温度条件下的单相渗流实验结果、气水两相渗流实验结果和气水物性进行分析，得到温度对于超深层碳酸盐岩气藏气体单相渗流能力和气水两相渗流能力的影响规律。

3个不同类型岩心的升温曲线见图4所示。以缝洞型DS6岩心为例［图4（a）］，在同等地层压力下，随着温度的上升，岩心的气相渗透率呈幂函数不断下降，且渗透率在（0.038~0.524）×10^-3 μm²之间变化。以升温初始点的气相渗透率为基础值，可以得到不同温度下气相渗透率的降低率［图4（b）］。以DS6岩心为例，在地层压力下，20 ℃时的渗透率0.524×10^-3 μm²为初始渗透率，当温度处于60 ℃时，渗透率比初始渗透率降低了72.50%，当温度处于120 ℃时，渗透率比初始渗透率降低了92.69%。由此发现，随温度上升，渗透率变化率的绝对值逐渐增大，但增大幅度减缓，渗透率变化率最终趋于不变。气相渗透率随温度变化拟合式的斜率表达式为y'=-1.469×52.43x-2.469，将该斜率的绝对值命名为渗透率变化系数，其值反映了该点温度对渗透率的影响程度［图4（c）］。以岩心DS6为例，当温度处于20 ℃时每升高单位温度渗透率降低4.72×10^-5 μm²，而当温度处于60 ℃时每升高单位温度渗透率降低3.14×10^-6 μm²，当温度处于120 ℃时每升高单位温度渗透率降低5.66×10^-7 μm²。随着温度的升高，岩心的渗透率变化系数在不断减小，说明随着温度的升高，岩心渗透率受温度影响的程度越来越小，且存在拐点即高于某温度时渗透率受温度的影响很小，本文将渗透率变化系数发生明显改变的点对应的温度称为该岩样渗透率的温度上限，即岩样温敏性出现大幅度变化的温度点。在图4（c）中可以很明显地看出当温度高于40~60 ℃区间时，DS6的渗透率降低幅度很小且趋于稳定，其渗透率变化系数很小，约为初始渗透率变化系数的10%。通过拟合交线法计算得到不同类型岩心具体的温度上限。如图5所示，以缝洞型DS6为例，将温度低于40 ℃和温度高于60 ℃的点分别拟合，并做拟合线的交点，该点即为温度上限。计算得到DS6升温过程中的温度上限为47 ℃。

同理升温过程对于其他岩样渗透率展现出相近的影响规律，得到其余类型岩样升温过程中的渗透率变化参数（表2）。对比升温过程中不同类型岩样的气相渗透率随温度变化的情况，由图4（a）可以看出，在地层压力条件下，各类型岩样的气相渗透率均随温度升高而降低，地层温度条件下（120 ℃）的渗透率可比地面温度条件下（20 ℃）的渗透率降低70%以上，其中缝洞型为92.69%，对温度的敏感性最强，孔隙型次之为81.51%，孔洞型为72.65%，温敏性最弱。在升温过程中，由于温度上升，气体黏度升高，气相渗透率下降，气体黏度原因导致的渗透率改变是可逆的；此外，升温过程中岩样中的部分矿物汽化，部分吸附水或层间水析出^［24］，导致岩样失水而脆性变大，微粒运移，堵塞狭小的喉道，升温导致白云石晶体膨胀从而使孔喉变窄或堵塞部分喉道^［25］，导致气相渗透率下降，孔喉结构原因导致的渗透率改变是不可逆的。考虑微裂缝和小孔喉相对于孔洞更容易因升温而发生闭合，因此含有裂缝较多的缝洞型岩心的渗透率变化率最高，其次是小孔隙发育的孔隙型，孔洞型温敏程度最低。计算得到各类型岩样的温度上限，各类型岩样的温度上限十分接近，均分布在50 ℃左右，表明各类型岩样在高于50 ℃、低于120 ℃时，其渗透率受温度影响不大。

同理得到3个不同类型岩心的降温曲线如图6所示。由图6（a）可知，对比降温过程中不同类型岩样的渗透率随温度的变化曲线，随着温度的降低，不同类型的岩样均呈现出气相渗透率回升的趋势，且皆呈幂函数变化规律。以缝洞型DS6岩心为例，岩样进入降温过程后［图6（a）］，渗透率在（0.038 3~0.091 6）×10^-3 μm²之间变化。以升温初始点的气相渗透率为基础值，可以得到不同温度下气相渗透率的变化率［图6（b）］。当温度降低到60 ℃时，缝洞型DS6的渗透率比初始渗透率降低90.1%，当温度降低到20 ℃时，渗透率比初始渗透率降低82.52%。气相渗透率随温度变化的斜率的绝对值为渗透率变化系数，反映了该点温度对渗透率的影响程度，作渗透率变化系数随温度变化的曲线如图6（c）所示。随着温度的降低，岩心的渗透率变化系数在不断增大，说明随着温度的降低，温度对于岩心的影响越来越大，且存在渗透率变化率的拐点。对于缝洞型DS6，在图6（c）可以很明显地看出当温度处于40~60 ℃区间时，渗透率变化率开始由逐渐平稳变为大幅度增加。即也存在一个温度上限值，当温度低于温度上限值时，随温度降低渗透率增加的幅度开始明显变大。以DS6岩心为例，当温度处于120 ℃时每降低单位温度渗透率增加1.56×10^-7 μm²，而当温度处于40 ℃时每降低单位温度渗透率增加8.2×10^-7 μm²，当温度处于20 ℃时每降低单位温度渗透率升高2.33×10^-6 μm²。当温度不断降低时，温度对于渗透率的影响也越来越大。同样利用拟合交线法求得缝洞型DS6的温度上限为48.5 ℃，即温度低于这一温度时，其气相渗透率增长速度变快。

同理其他类型岩样降温过程中渗透率变化的规律和缝洞型十分接近，得到其余岩样在降温过程中的渗透率变化参数（表3）。对比不同类型岩样的渗透率变化参数，由图6（b）可知，降温过程中孔洞型岩样渗透率回升的程度最高，其次是孔隙型，缝洞型岩样回升的程度最低。在地层压力条件下，从地层温度120 ℃降低到地面温度20 ℃，孔洞型岩样DS5的气相渗透率比升温前初始渗透率只降低9.46%；孔隙型岩样DS4的气相渗透率比初始降低了27.63%；缝洞型岩样DS6的气相渗透率比初始渗透率降低了82.52%。孔洞型岩样裂缝发育程度低、孔喉尺寸较大^［26］，温度降低孔洞型岩样气相渗透率的主要方式是通过高温增大气体黏度，因此大部分渗透率的改变是可逆的；对于小孔喉较为发育的孔隙型岩样，升温过程中气相渗透率降低主要是由于白云石晶体受热膨胀，喉道变狭窄，以及岩石升温变脆导致部分微粒运移，较多的孔隙因为微粒运移而闭合^［25］，因此降温过程部分渗透率不可逆；缝洞型岩样中微裂缝十分发育，升温过程中微粒运移大量堵塞微裂缝喉道导致降温过程中大部分渗透率的改变不可逆。

不同类型岩样在降温过程中的温度上限均在40~60 ℃之间，同样使用拟合交线法对不同类型岩样具体的温度上限求值（图7），得到各类型岩样的温度上限十分接近，均在48 ℃左右。对比升温和降温过程中的温度上限可知，孔隙型DS4和孔洞型DS5在降温时的温度上限均有所降低，而DS6的温度上限则有所提高。温度上限升高导致岩样降温过程中气相渗透率上升更为缓慢、温敏性更强，通过温度上限在升温降温前后的变化可将岩样分为2类：一类为耐温型岩样，即一次升温降温过程后温度上限不变或降低；另一类为温敏型岩样，即一次升温降温过程后温度上限提高。缝洞型岩样为温敏型岩样，孔隙型和孔洞型岩样为耐温型岩样。

实验测试得到0.1~160 MPa、25~175 ℃对应的氮气—水的界面张力如图8所示（限于篇幅只展示部分）。

查资料可知不同温压条件下的氮气和水的密度及黏度，绘制界面张力、水气密度差和水气黏度比随温度变化曲线（图9）。分析界面张力值和水气密度差随温度变化曲线可知，同一压力（0.1 MPa除外）下，从40 MPa到160 MPa，随温度升高，界面张力和水气密度差的变化规律一致，都是先增大后减小，且上下变化幅度不大，即温度对界面张力的影响幅度很小。0.1 MPa时，当温度低于100 ℃时，水气密度差和界面张力均较高，但当温度高于100 ℃时，水汽化为气态，水气密度差瞬间降低至几乎为0，而气水界面张力也因此降低至几乎为0。相较气水界面张力和水气密度差而言，同一压力下，水气黏度比受温度影响较大，随温度增加，水气黏度比下降幅度较大，且不断接近于1。0.1 MPa时，当温度低于100 ℃时，水为液态，水气黏度比较高，但当温度高于100 ℃时，水汽化为气态，水气黏度比瞬间降低至1左右。

得到3块全直径岩样常温高压下和高温高压下的气水相渗曲线并进行对比（图10），将不同条件下的气水相渗曲线的特征值制表（表4）。高温高压条件下的气水两相渗流曲线与常温常压条件下的气水两相渗流曲线相比存在差异，高温高压相对于常温高压：①孔洞型DS5号岩样的残余水饱和度降低4.07%，残余水饱和度对应的气相相对渗透率上升0.078 2，等渗点饱和度降低2%，等渗点饱和度对应的气相相对渗透率上升0.02；②缝洞型DS6号岩样的残余水饱和度降低8.21%，残余水饱和度对应的气相相对渗透率上升0.261 6，等渗点饱和度降低1.55%，等渗点饱和度对应的气相相对渗透率上升0.091；③孔隙型DS4号岩样的残余水饱和度降低8.5%，残余水饱和度对应的气相相对渗透率上升0.091 6，等渗点饱和度降低2%，等渗点饱和度对应的气相相对渗透率上升0.014。由此可见，高温条件下各类型岩样具有更强的气水两相渗流能力和更大的气水两相共渗区。温度上升导致气体分子和水分子的流动能力增强，气水两相的渗流能力均有所增强。结合不同温度下气水物性，高温条件下气水黏度更接近，气驱水驱替效率和波及系数更大，因此残余水饱和度更低。相对常温高压的气水相渗曲线，高温高压条件下气水相渗曲线更能代表实际地层的气水两相渗流特征。

（1）随温度升高，超深层碳酸盐岩气藏目的储层不同类型岩样单相渗流能力均呈幂函数下降，当达到极值后，随温度降低则均呈幂函数上升。一次升温降温后，缝洞型岩样不可逆程度最高，为82.52%，升温过程中气相渗透率随温度变化经验公式为y=52.43x-1.469，降温过程为y=0.4214x-0.509；孔隙型岩样不可逆程度次之，为27.63%，升温过程中气相渗透率随温度变化经验公式为y=1.9163x-1.014，降温过程为y=0.7236x-0.824；孔洞型岩样不可逆程度最低，为9.46%，升温过程中气相渗透率随温度变化经验公式为y=1.2871x-0.835，降温过程为y=1.0445x-0.813。

（2）在温度20~120 ℃范围内，各类型岩样均存在44~50 ℃的温度上限，即温度高于温度上限时，各类型岩样渗透率随温度变化不大。根据升温和降温过程中温度上限的变化将岩样分为温敏型岩样（缝洞型）和耐温型岩样（孔隙型和孔洞型）。

（3）温度升高对于多类型超深层碳酸盐岩气藏气体单相渗流能力降低的影响机理主要为气体黏度上升、渗流黏滞力增加，白云石晶体受热膨胀，导致狭窄的孔喉进一步缩小，部分岩石颗粒中的吸附水和层间水汽化，导致岩石颗粒变脆、微粒运移堵塞狭窄孔喉。因此，缝洞型岩样的温敏程度最高，孔隙型次之，孔洞型最低。

（4）温度升高主要通过降低水气黏度比来提高气驱水效率和气水两相渗流能力，地层温度下的水气黏度约为常温条件的1/3，温度对气水界面张力的影响不大。高温高压条件下气水相渗曲线更能代表实际地层的气水两相渗流特征。