近日，中国科学院武汉岩土力学研究所冒海军副研究员联合西南石油大学等完成的最新成果—气藏储气库多轮注采相对渗透率实验研究(Experimental Study on Gas–Water Relative Permeability Behavior during Multi-Cycle Injection–Production in Gas Reservoir Storage)在GeoStorage《地质储存》(英文刊)在线发表。欢迎下载、阅读、转发和引用！

全文网址：

https://gs.yandypress.com/index.php/3080-8812/article/view/147/168       引用格式：

Wang KJ, Mao HJ, Dai XJ. 2026. Experimental Study on Gas–Water Relative Permeability Behavior during Multi-Cycle Injection–Production in Gas Reservoir Storage. GeoStorage, 2(2), 172-179. https://doi.org/10.46690/gs.2026.02.05.

一、研究背景

作为天然气产供储销体系的"稳定器"，气藏储气库是保障我国能源安全的关键设施。但长期反复的注气-采气操作，会悄然改变储层内部的微观结构和流体分布，引发储气能力的"隐形损耗"。近期，中国科学院武汉岩土力学研究所与西南石油大学的研究团队通过高温高压实验，揭示了这一过程的核心机制，为储气库的高效运维提供了关键数据支撑。

研究背景：为什么要关注多周期注采？

地下储气库就像埋在地下的"巨型天然气储罐"，通过旺季采气、淡季注气的方式实现天然气的峰谷调节。目前，我国90%以上的地下储气库由枯竭油气藏改建而成，这类设施依托已有的地质条件和基础设施，建设成本更低、安全性更高。

但与传统油气藏不同，储气库需要经历数十次甚至上百次的注采循环。在这个过程中，储层岩石会受到反复的应力扰动，孔隙结构和流体分布会发生不可逆的变化，直接影响储气库的有效工作气量和注采效率。过去的研究大多基于静态模型或单次注采实验，难以反映长期多周期注采的真实影响。

二、主要内容

实验设计：还原地下深处的注采环境

研究团队选取新疆某枯竭气藏改建的储气库作为研究对象，采集了深度4100米的砂岩岩心样本，涵盖中孔中渗和低孔低渗两种典型储层类型。实验在高温高压条件下进行，完全模拟地下95℃、40-45MPa的真实环境。

实验采用非稳态法（改进JBN法）测量气水相对渗透率，模拟了多周期交替注采过程，并通过三轴循环加载-卸载模拟原地应力扰动，系统分析了注采周期、应力变化和操作压力对储层渗流能力的影响。

核心发现：多周期注采引发的"隐形损耗"

1. 残余气饱和度显著上升，有效气量减少

实验结果显示，随着注采周期增加，岩石的强亲水性和界面张力作用会导致气相被分割成孤立气泡滞留，残余气饱和度平均上升约12%-15%。这意味着每次注采循环后，都会有一部分天然气被困在储层孔隙中无法被采出，导致有效工作气量逐渐下降。

2. 气相相对渗透率下降，注采效率降低

随着注采周期增加，气相相对渗透率曲线整体下移，呈现出明显的循环滞后现象。这意味着在相同的含气饱和度下，天然气的流动能力逐渐减弱，需要更高的压力才能实现相同的注采速度，直接导致注采效率降低、能耗增加。

3. 提压扩容需谨慎，可能加剧残余气滞留

研究对比了40MPa和45MPa两种操作压力条件，发现提压至45MPa后，虽然束缚水饱和度降低使总储气孔隙体积略有增加，但残余气滞留效应也随之增强，有效工作气量面临下降风险。这一发现为储气库提压扩容工程提供了重要的参考依据。

研究意义：为储气库高效运维提供科学依据

这项研究首次系统揭示了枯竭气藏改建储气库在多周期注采过程中，气水相对渗透率的演化规律和滞后效应，弥补了现有研究的不足。研究成果可以直接应用于：优化储气库注采方案，降低残余气滞留，提高有效工作气量；科学评价提压扩容的可行性，避免盲目提压导致的库容损失；建立更准确的储气库动态模型，提升预测精度和运维效率，为新建储气库的地质筛选和设计提供参考依据

展望：未来研究方向

未来研究将进一步深化多周期注采下储层微观结构演化机制，开发更精准的储层动态预测模型，为我国地下储气库的高效运行和提压扩容提供更全面的理论支持，助力国家能源安全保障体系建设。

图1 水-气相对渗透率曲线（实验组1）

图2 水-气相对渗透率曲线（实验组2）

图3 水-气相对渗透率曲线（实验组3）

图4 水-气相对渗透率曲线（实验组4）

图5 水-气相对渗透率曲线对比图

作者简介：

第一作者：王锴杰，西南石油大学2023级硕士研究生，主要从事枯竭气藏储气库选址评价、动态分析等方面的研究工作。

通讯作者：冒海军，博士、副研究员、硕士生导师。主要从事石油工程岩石力学研究，主要研究工作包括：气藏储气库四维应力场建模分析、泥页岩与碳酸盐岩力学参数求取与工程应用、尾矿材料与散体材料力学特性与工程应用等，主持国家自然科学基金项目2项，国家973项目子课题1项，其他涉及碳酸盐岩油气藏开发、石油钻井工程等方向课题4项、矿山尾矿库、排土场等方向横向课题10余项。近年来发表论文20余篇，获得国家科技进步二等奖1项，江西省科技进步一等奖1项，中国岩石力学与工程学会科技进步二等奖1项。