西湖凹陷低滲砂巖氣藏可動水飽和度研究

朱文娟，鹿克峰，程　超，時　瓊，宋剛祥

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

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西湖凹陷低滲砂巖氣藏可動水飽和度研究

朱文娟，鹿克峰，程超，時瓊，宋剛祥

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

通過對西湖凹陷22塊巖心進行核磁共振實驗，確定了本區域可動水飽和度的分布規律，并獲得了不同低滲巖樣氣相滲透率與束縛水飽和度關系曲線。西湖凹陷低孔滲儲層的物性好，但可動水飽和度高，這是造成本區氣藏產能低的主要原因。通過氣田實際生產實例，驗證了低孔滲氣藏產水的可能性，為該類氣藏的開發提供指導。

西湖凹陷；低滲氣藏；核磁共振；弛豫時間；可動水飽和度

儲層中的水以兩種形式存在：一種是賦存在細小喉道中的束縛水，另一種是賦存在大孔道中在一定條件下的可動水[1-5]。低滲砂巖氣藏一般都具有較高的含水飽和度，但是不同的低滲砂巖氣藏，其含水的賦存狀態不同，可動性也是完全不同的，可動水飽和度越高其開發效果越差。

目前，實驗室內多數采用核磁共振測試技術測試可動流體飽和度。核磁共振技術是有效認識儲層的重要手段之一，在各油氣田得到了廣泛的發展和應用。國內外很多學者對使用核磁共振技術評價儲層潤濕性進行了大量的實驗和理論研究[6-10]。葉禮友、高樹生等對可動水飽和度與孔隙度、滲透率及原始含水飽和度的對應關系進行了論證[11]，認為可動水飽和度是與孔隙度和滲透率同屬一個層次的低滲砂巖氣藏儲層的固有屬性,能有效表征低滲砂巖儲層產水特征,可作為低滲砂巖氣藏儲層評價參數。

以往文獻對四川盆地須家河組低滲砂巖儲層進行了可動水飽和度與孔隙度和滲透率之間的研究，本文對東海低孔滲氣藏進行了研究，通過對東海22個巖心進行實驗，獲得了可動水飽和度與滲透率以及孔隙度之間的關系，與四川盆地的線性關系相比，東海獲得的線性關系更陡。實驗說明不同的驅替速度下，巖石中部分的束縛水會變成可動水，當含水飽和度達到臨界值時，氣相滲透率會大幅降低。利用東海氣田實際的生產井進行分析，驗證了可動水飽和度與滲透率以及孔隙度的關系，為東海低孔滲氣藏的開發提供有力的指導。

1　可動水飽和度的確定

1.1 核磁共振的原理

核磁共振是原子核和磁場之間的相互作用。核磁共振中有個物理量叫弛豫，弛豫是磁化矢量在受到射頻場的激發下發生核磁共振時偏離平衡態后又恢復到平衡態的過程。標識弛豫速度快慢的常數稱為弛豫時間，弛豫時間分布反映了巖石介質內比表面的分布及其對展布在內表面上流體作用力的強弱。

利用離心后的核磁含水飽和度與原始含水飽和度對比，確定儲層原始含水飽和度對應的離心力P。在離心力P條件下，離心后得到的核磁共振T2譜線，根據巖心離心前后的核磁共振T2譜計算T2截止值。即分別將飽和水狀態和束縛水狀態的巖心T2譜按照弛豫時間從小到大將其核磁信號逐步累加,得到飽和水和束縛水狀態下巖心T2譜累積分布曲線。然后在飽和水狀態累積曲線上確定一點,使該點對應的核磁共振累積信號等于束縛水狀態核磁共振總信號,則該點對應的弛豫時間即為該巖心的T2截止值[12]。

圖1是T2儲層巖樣的弛豫時間譜示意圖，圖中的兩條譜線分別是巖心飽和水狀態和在離心力P離心后對應的T2馳豫時間譜，離心力P離心后的T2譜線與橫軸包圍的面積代表巖心原始含水飽和度的信息，飽和狀態T2譜線與離心力P離心后的T2譜線之間的面積代表原始含氣飽和度信息，其中藍色虛線段為T2截止值標定線，其右側與離心力P離心后的T2譜線包圍的面積就是巖心的可動水信息，由此可計算出實驗巖心可動水飽和度[11]。

圖1　低滲透儲層巖樣的T2弛豫時間譜示意圖

1.2T2截止值的確定

通過核磁共振巖心分析，結合室內離心標定法對氣田的巖心標定T2截止值。

對氣田的巖心分別進行不同離心力實驗。通過數據擬合，確定巖心最佳離心力為2.07 MPa。對氣田不同層位的22塊巖心進行T2截止值標定，實驗結果見圖2～圖4。巖樣核磁共振圖譜以雙峰形態為主，有部分巖心呈現單峰形態。結果表明儲層中孔隙結構類型較為多樣，隨著巖心滲透率的增大，右鋒逐漸右移。

圖2　滲透率0.12×10-3μm2核磁共振測試

圖3　滲透率0.80×10-3μm2核磁共振測試

圖4　滲透率1.02×10-3μm2核磁共振測試

1.3可動水飽和度的確定

根據核磁共振獲得的T2截止值以及T2圖譜形狀，確定出不同巖樣的可動水飽和度和原始含水飽和度。表1為氣田22塊巖心核磁共振測試結果。

表1　巖心核磁共振測試結果

核磁共振可動水飽和度與孔隙度、滲透率關系見圖5～圖6，表明隨著孔隙度和滲透率的增大，可動水飽和度降低。

2　驅替速度對含水飽和度的影響

應用微觀玻璃模型研究氣水運移微觀滲流機理。實驗用的微觀仿真玻璃模型是一種透明的二維玻璃模型，采用光化學刻蝕工藝，將巖心鑄體薄片的真實孔隙系統抽提出符合實驗要求的孔隙網絡系統，精密光刻到平面玻璃上,最后經高溫燒結制成。標準模型大小為40 mm×40 mm，孔隙直徑一般為50 μm，最小孔徑10 μm，孔道截面為橢圓形。給模型加一定大小的圍壓，實驗過程中將微觀模型置于顯微鏡下，在顯微鏡的觀察孔連接攝像頭，然后接入數碼攝像機和監視器,隨時觀察氣、水滲流的實驗過程。分別用0.02 mL/min、0.05 mL/min、0.15 mL/min的驅替速度氣驅水，從驅替后含水飽和圖(圖7～圖9)中可以看出，驅替速度越大，模型中的含水飽和度越低。說明不同的驅替速度下，巖石中部分的束縛水會變成可動水，在近井地帶流速過高導致可動用水增加。對于低滲砂巖氣藏，由于其自身的物性較差，水是影響氣藏開發的關鍵因素。

圖5　可動水飽和度與孔隙度關系

圖6　可動水飽和度與滲透率關系

為了研究氣體在低滲砂巖中的滲流特征滲流規律，對巖樣進行了氣體流態實驗，測量巖心干重W和飽和地層水充分后巖心濕重W0。根據巖心的孔、滲物性參數，確定一個合適的驅替壓力，在該驅替壓力下用加濕氮氣驅替巖心中的地層水，直至達到束縛水狀態，取出巖心測量濕重Wl，計算此時的束縛水飽和度S1。然后依次減小驅替壓力驅替巖心，待壓力、流量穩定后記錄驅替壓力和流量值，測量濕重W2，計算含水飽和度S2。S1和S2的相對誤差在5%之內為有效，研究束縛水飽和度S=(S1+S2)/2下的氣體滲流規律。

圖7　驅替速度0.02 mL/min含水飽和度77.59%

圖8　驅替速度0.05 mL/min含水飽和度34.35%

圖9　驅替速度0.15 mL/min含水飽和度21.12%

圖10是不同低滲巖樣氣相滲透率與束縛水飽和度關系曲線。從圖中可以看出，隨著含水飽和度的增大，氣相滲透率逐漸降低，當含水飽和度大于臨界含水飽和度后，氣相滲透率將隨含水飽和度增加而迅速減小，滲流特征發生了質的變化。滲透率大于0.5×10-3μm2的巖樣，40%是巖樣臨界含水飽和度；對滲透率小于0.5×10-3μm2的巖樣，35%是巖樣臨界含水飽和度。

3　實例分析

A井生產氣藏孔隙度主要為9.8%～11.9%，平均11.0%；滲透率主要為(0.3～1.1)×10-3μm2，平均0.7×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層。對應可動水與孔隙度的關系曲線，可動水飽和度為4%～8%；對應可動水與滲透率的關系曲線，可動水飽和度為4%～6%，推測出水量為1～20 m3/d。該層投產初期基本不產水，經過壓裂措施后，隨著采氣量增加，產水量也增加至10～15 m3/d。說明措施后，隨著產氣量的增加，儲層中部分的束縛水變成可動水被產出。

圖10　氣相滲透率和巖心水飽和度關系

B井生產氣藏含水飽和度為65%，孔隙度為7.3%～10.5%，平均為9%，滲透率(0.08～0.39)×10-3μm2，平均為0.17×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層；對應可動水與孔隙度的關系曲線，可動水飽和度為7%～10%；對應可動水與滲透率的關系曲線，可動水飽和度為7%～11%；推測出水量25～50 m3/d。該層措施前無產出，經過儲層改造后，該井日產水約45 m3。說明含水飽和較高時，氣相滲透率較低，措施后，儲層中部分的束縛水變成可動水，氣井出現氣水同出現象。

通過實際低滲儲層的生產與可動水飽和度進行對比，說明利用可動水飽和度與滲透率和孔隙度之間的關系可以為低滲儲層的出水進行預測。

4　結論

根據核磁共振實驗，建立了西湖凹陷低滲透氣藏可動水飽和度與滲透率以及孔隙度之間的關系，對比四川盆地的研究結果，本區低孔滲儲層的物性較好，但可動水飽和度高，這是造成氣藏產能低的主要原因。通過對氣田低滲氣藏實際的生產實例進行分析，驗證了低孔滲氣藏中束縛水在一定壓差下可變成可動水。

[1]李久娣,胡科. DH 氣藏殘余氣飽和度實驗研究[J].西南石油大學學報，2014,36(1):107-112.

[2]付大其,朱華銀. 低滲氣層巖石孔隙中可動水實驗[J].大慶石油學院學報,2008,32(5):23-26.

[3]周德志.束縛水飽和度與臨界水飽和度關系的研究[J].油氣地質與采收率,2006,13(6): 81-83.

[4]郭平,黃偉崗,姜貽偉,等.致密氣藏束縛與可動水研究[J].天然氣勘探與開發,2006, 26(10):99-101.

[5]高健波,劉玉明,張群,等. 潿洲油田低滲儲層長巖心驅替實驗研究[J].中外能源,2011,16(3):60-63.

[6]孫軍昌,楊正明. 核磁共振技術在油氣儲層潤濕性評價中的應用綜述[J].科技導報,2012,30(7):65-71.

[7]付金華,石玉江. 利用核磁測井精細評價低滲透砂巖氣層[J].天然氣工業,2002,22(6): 39-42.

[8]運華云,趙文杰,劉兵開,等.利用T2分布進行巖石孔隙結構研究[J].測井技術,2002, 26(1):18-21.

[9]趙杰姜,亦忠,王偉男,等.用核磁共振技術確定巖石孔隙結構的實驗研究[J].測井技術,2003,27(3): 185-188.

[10]高瑞民.核磁共振測試天然氣可動氣體飽和度[J].天然氣工業,2006,26(6): 33-35.

[11]葉禮友,高樹生.可動水飽和度作為低滲砂巖氣藏儲層評價參數的論證[J].石油天然氣學報,2011,33 (1): 57-59.

[12]孫軍昌,郭和坤. 低滲火山巖氣藏可動流體T2截止值實驗研究[J].西南石油大學學報,2010,32 (4): 109-113.

編輯：王金旗

1673-8217(2016)05-0067-04

2016-04-06

朱文娟，工程師，碩士，1983年出生，2009年畢業于長江大學油氣田開發專業，現從事油氣田開發方面的研究工作。

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