低滲透砂巖氣藏束縛水飽和度研究

王利花

【摘 要】對于低滲透砂巖氣藏而言，束縛水飽和度是氣相和氣、水兩相滲流的臨界參數，也是計算含氣飽和度、表征低滲透砂巖氣藏開發潛力特征和儲層評價的一個重要參數；巖心中束縛水飽和度的準確確定將直接影響儲層油氣評價的準確性、儲量計算的合理性和產能預測的可靠性；因此，準確的確定低滲透砂巖氣藏巖心的束縛水飽和度意義重大。

【關鍵詞】低滲透 氣藏 束縛水 飽和度

1孔隙介質中束縛水的賦存狀態

在巖心飽和水的狀態下，低滲透砂巖氣藏儲層孔隙介質中水的賦存狀態可分為自由（可動）水和束縛水。可動水賦存于較大孔隙中間，受巖石骨架的作用力相對較小，在一定的外加驅動力作用下可以自由流動和產出；束縛水存在于極微小的孔隙和較大孔隙的壁面附近，由于受巖石骨架的作用力較大，被毛管力所束縛而難以流動。束縛水包括毛細管束縛水和薄膜束縛水；毛細管束縛水是指當排驅壓力無法克服毛管壓力時，被滯留在微毛細管孔隙中和其他毛細管孔隙細小孔道彎曲處不能流動的水；薄膜束縛水是指因親水巖石表面分子力的作用而滯留在孔隙壁上的束縛水。由于低滲透致密砂巖巖心中毛細管孔隙和微毛細管孔隙等小孔隙所占比例較大，而較大孔隙所占比例較小，因此巖心中束縛水主要為毛細管束縛水，并且整個束縛水飽和度較高。

2非穩態恒壓氣驅法結合核磁共振技術建立束縛水飽和度

2.1原理與方法

非穩態恒壓氣驅法建立束縛水飽和度的優點是其驅替過程與儲層中束縛水的形成過程相似；其原理是以一維兩相滲流理論和氣體狀態方程為依據，當以恒定的壓力將非潤濕相（氣）注入飽和潤濕相（水）的巖樣中時，非潤濕相的氣體將驅替出巖樣孔隙中的水；由于巖石微觀孔隙結構的非均質性，在驅替過程中會有部分水以水膜或泡滴的形式存在，且在提高驅替壓力時，仍然很難被驅替出來。理論上認為，此時巖樣中的剩余含水飽和度即為束縛水飽和度，剩余水則主要分布在小喉道、盲端、由小喉道包圍的大孔隙及邊壁處。

核磁共振技術作為一項快速、無損、反映孔隙信息全面的檢測技術，可對巖樣孔隙內流體的賦存狀態、可動流體或束縛流體的含量進行定量分析測量。通過對氣驅不同階段、不同含水飽和度下核磁共振變化情況的分析，可以從微觀角度分析巖心孔隙中水的賦存狀態的變化情況及束縛水建立過程，為氣驅法建立束縛水狀態提供微觀依據。

2.2最佳驅替孔隙體積倍數的確定

以平均驅替壓差下氣驅法驅替孔隙體積倍數為依據來衡量是否達到束縛水狀態，并對巖心在3個恒定壓差下開展了氣驅實驗。在驅替初期，巖心中可動水被大量驅出，含水飽和度下降很快；隨著平均驅替壓差下的驅替孔隙體積倍數的逐漸增加，含水飽和度下降趨勢逐漸減緩；當驅替孔隙體積倍數達到34～42及42～50時，平均驅替壓差下的孔隙體積倍數內含水飽和度減小僅為0.8%，含水飽和度變化基本趨于穩定。另外通過對巖心在3個平均驅替壓差下氣驅至不同孔隙體積倍數時的核磁共振分析可知：在氣驅初期，大量可動水被驅出；隨著驅替孔隙體積倍數的增加，當驅替孔隙體積倍數達到42～50時，變化很細微，再增加驅替孔隙體積倍數時，巖心中的含水分布基本趨于穩定，剩余含水飽和度基本保持不變，其他氣驅結果也有類似規律。

2.3驅替壓差對含水飽和度變化及束縛水飽和度影響

由于氣體滲流存在對流擴散作用，流動的氣體會帶走巖心中一部分水，但通過宏觀稱重法和微觀核磁共振分析氣驅巖心中含水飽和度分布變化情況可知，在平均驅替壓差下的驅替孔隙體積倍數達到50左右時，巖心中含水飽和度已趨于穩定，可動水基本被驅出，再增加驅替孔隙體積倍數時，剩余含水飽和度變化極其微弱，此時可認為氣驅巖心已基本達到束縛水狀態；所以對于低滲透氣藏巖心而言，可以把平均驅替壓差下驅替孔隙體積倍數達到50左右時的含水飽和度作為束縛水飽和度。

3非穩態恒壓氣驅法與離心法束縛水飽和度對比分析

離心法是依靠高速離心機所產生的離心力，代替外加的排驅壓力從而達到非潤濕相（氣）驅替潤濕相（水）的目的。在離心機高速旋轉下，由于巖心中的潤濕相與巖心外非潤濕相的密度不同，使得兩種流體受到的離心力也不同，非潤濕相借助這種離心力克服毛管壓力進入巖心，排驅出潤濕相；離心機轉速越高，產生的離心力差就越大，克服的毛管力就越大，從而非潤濕相就能進入更小的孔隙。若離心力選擇恰當，由離心法來建立束縛水飽和度具有不破壞巖樣、實驗相對簡單、周期短、費用低且數據豐富等特點使其更易于操作和實現。

低滲透砂巖氣藏儲層巖石孔隙以毛細管孔隙和微毛細管孔隙為主，毛細管孔隙中的流體多數是可動流體，而微毛細管孔隙中的流體多數不可動。基于非穩態恒壓氣驅法和離心法建立束縛水飽和度的優勢，對兩種方法建立的束縛水飽和度進行了對比和分析。由于兩種建立束縛水飽和度方法原理上的差異，必然引起實驗結果有所差異，由統計可得：離心法得到的巖心的束縛水飽和度均值高于氣驅法；每塊巖心的離心法束縛水飽和度與氣驅法平均束縛水飽和度之間的絕對誤差最小為0.51%，最大為10.74%，平均值為4.0%。總體看來，氣驅法束縛水飽和度與離心法束縛水飽和度誤差較小，吻合程度較好，綜合兩種方法可較準確給出低滲透砂巖氣藏巖心的束縛水飽和度。

4結論與認識

（1）低滲透砂巖氣藏巖心在平均驅替壓差下氣驅法驅替孔隙體積倍數達到50左右時，巖心中含水飽和度已趨于穩定，此時可把巖心含水飽和度作為束縛水飽和度。

（2）低滲透砂巖氣藏巖心在氣驅不同階段的含水飽和度與平均驅替壓差下的驅替孔隙體積倍數、驅替時間之間存在極好的相關性；但達到束縛水狀態所用驅替時間是隨著驅替壓差和滲透率而變化的，不能作為衡量是否達到束縛水狀態的依據。

（3）在合理的驅替壓差范圍內，驅替壓差的增加在一定程度上使氣驅不同階段的含水飽和度和束縛水飽和度都趨于減小，但減小幅度有限；在滿足氣驅實驗要求并結合現場實際生產情況前提下，可選擇合適的驅替壓差，實現快速準確地建立束縛水飽和度。

參考文獻：

[1]郭平.致密氣藏束縛與可動水研究[J]；天然氣工業，2006年10期.

[2]郭平.對低滲氣藏滲流機理實驗研究的新認識[J].天然氣工業，2007年07期.