致密砂岩气是当前全球非常规天然气勘探开发的关键领域，其开发规模在国际上处于领先地位。2021年全球新增储量1.04×10¹²m³，世界天然气剩余可采储量为192×10¹²m³。中国致密砂岩气资源丰富，分布范围广泛，鄂尔多斯、四川、松辽、塔里木、渤海湾和准噶尔盆地等均有分布，其中千亿方以上大气田11个。

图1 中国主要致密砂岩气田分布

苏里格气田作为我国致密砂岩气田的典型代表，其位于内蒙古鄂尔多斯市境内的苏里格庙地区，是我国首个探明储量超万亿立方米的大气田，总资源量达到了5.5万亿立方米，气田年产气量从2013年以来已实现连续12年稳产，2022年更是突破300亿方。这充分显示了苏里格气田的资源量之丰富以及巨大的开发潜力。然而，苏里格致密砂岩气藏普遍存在的低渗透、低压、低丰度以及强非均质性等特点，导致气井的稳产期相对较短，气藏的产能低下，采收率不尽如人意，对储量的控制程度也较低。

图2 苏里格气田年产量统计结果

研究者深入探索致密砂岩储层多孔介质内部的渗流特征，在微纳米尺度以及理论分析的基础上，开展气水两相渗流力学机制研究。从实验和理论解析等多方面对致密砂岩气藏气水两相的力学机制和渗流规律进行了分析研究。主要工作如下：

（1）利用原子力显微镜、压汞仪和核磁共振仪等实验设备分析了致密砂岩储层的微观特征和结构信息。结果表明，低渗致密砂岩储层的微观孔喉半径很小，储层渗流能力整体偏低，储层越致密，渗流能力越低。

图3 压汞仪和原子力显微镜测试结果（a. 致密砂岩岩样毛管压力曲线；b. 原子力显微镜二维图像）

（2）创新设计了高压气水分离装置（授权发明专利），可在储层压力条件下准确实现气水两相的分离与计量，同时完善了气水相对渗透率的计算方法，在此基础上开展了储层压力条件下的气水相对渗透率测试实验，获得了储层条件下气水两相相对渗透率曲线。结果表明，孔隙压力增加，相渗曲线显示束缚水饱和度上升、共渗区间变窄，气水两相渗透率降低。

图4 不同孔隙压力和渗透率条件下的气水相对渗透率曲线（a. 不同孔隙压力；b. 不同渗透率）

（3）基于牛顿运动定律，推导了致密砂岩气藏气水两相渗流模型，并在该模型稳定运行，受力达到平衡时，推导了稳态渗流模型，以此为基础对苏里格致密砂岩气井进行了产能和采收率评价。

图5 渗流模型的应用（a. 利用渗流模型计算得到不同喉道分布岩样对应的渗透率；b. 不同生产压差时气藏采出程度随时间的变化曲线）

研究结果有效表征了气水两相渗流的力学机制与作用机理，完善了致密砂岩气藏气水两相渗流的理论框架，准确评价了苏里格气田的产能和生产动态。