超低含水飽和度致密砂巖氣藏損害因素

卓仁燕（中聯煤層氣有限責任公司，山西 呂梁033200）

我國天然氣資源十分豐富，主要分布于碎屑巖、碳酸鹽巖、致密砂巖儲層中，其中致密砂巖氣的產量非常可觀，甚至占據了總產量的1/5。致密砂巖氣藏具有其自身的特點，其中最大的特點就是孔隙度、滲透率低，毛細管壓力高，使得致密砂巖氣的開采難度增大。含水飽和度是致密砂巖氣藏的重要物性參數，國外已對其進行了相當多的研究，但少有研究關注含水飽和度的成因，尤其是超低含水飽和度致密砂巖氣藏損害因素方面，更是沒有具體的研究。超低含飽和度氣藏毛細管壓力大，工作液不易被排出，導致氣藏的開采難度增大。本文以鄂爾多斯致密砂巖氣藏為例，分析超低含水飽和度對于氣藏開發的影響，以期能夠為致密砂巖氣藏的開發提供依據。

1 理論簡述

毛細管壓力平衡理論認為，儲集層的初始含水飽和度與束縛水飽和度應該是相等的。隨著致密砂巖氣藏開發水平的不斷提高，研究學者意識到初始含水飽和度可能與束縛水飽和度不一致，且致密砂巖的特殊構造導致其毛細管壓力較大，束縛水飽和度也較高，其含水飽和度普遍低于束縛水飽和度。在天然氣開采過程中，儲層含水飽和度會有所增高，會對儲層造成不同程度的損害。

2 實例論證

鄂爾多斯地區的致密砂巖氣藏的含水量非常低，產出的天然氣純度較高。特殊的地質條件使致密砂巖氣藏的含水飽和度非常低，通常以束縛水形態存在，并且基本是吸附在孔隙表面。通過一系列調研，發現大牛地氣田巖心的束縛水飽和度值為65%左右，含水飽和度在28%左右，鄂爾多斯致密砂巖儲層含水飽和度普遍低于65%，甚至低于5%，個別層位的含水飽和度低于1%，具有超低含水飽和度。當巖心的含水飽和度一旦高于65%，其滲透率將降低，甚至達到0。實驗數據表明，致密砂巖的初始含水飽和度在12%～57%范圍內，且初始含水飽和度低于束縛水飽和度，說明超低含水飽和度是客觀存在的，致密砂巖儲層超低含水飽和度對于天然氣儲量的提高和開采都提供了比較便利的條件。

3 致密砂巖超低含水飽和度損害因素

致密砂巖儲層的孔吼結構尺寸較小，導致孔吼中的毛細管壓力較高，如果具有超低含水飽和度，這種毛細管壓力失去了束縛水平衡，其毛細管自吸率會更高。在鉆井工程過程中，很容易產生井筒附近致密氣層的含水飽和度增加，氣相滲透率也會隨之降低。

3.1 水相更易侵入

致密砂巖氣藏的形成與高溫熱演化有關，水中溶質會因為高溫而析出，這些鹽類溶質會附著在氣層巖石的表面。當初始含水飽和度很低的時候，毛細管自吸率也會隨之升高，一旦水相入侵，這些溶質會與帶電粒子發生作用，生成水和鹽，繼而水相滲透性增強，水相侵入的動作會被加劇。

3.2 水相返排困境加劇

水相反排問題我們可以借助A 區的致密砂巖氣藏的例子來說明，A區的這個致密砂巖氣藏初始含水飽和度為30%左右，其儲集層的孔隙度越大，儲層的含水飽和度越小。當孔隙度超過3.6%的時候，含水飽和度的分布區間在25%～45%，經過實驗分析，其含水飽和度的最低值約13%。巖心分析數據表明，束縛水飽和度最高可達65%，初始含水飽和度最低達到13%，此時的水相飽和度最低約50%，如下圖。

3.3 氣藏對流體的敏感性增強

致密砂巖是多孔結構，致密砂巖中含有非常豐富的礦物質，使地層流體的酸堿值保持在4～9 之間，這種酸堿度很容易產生水敏、鹽敏現象，極易導致酸敏和堿敏損傷。對于含水飽和度超低的氣藏，天然氣含量較多，水分含量較少，外來流體越容易滯留在儲集層孔隙中，致使巖石的礦物環境發生變化，物理化學反應容易把黏土礦物結構破壞，造成黏土礦物膨脹，流體的流動阻力也會隨之增大，當水相需要反排的時候會非常困難。

4 超低含水飽和度致密砂巖氣層損害的工程影響

4.1 影響測試結果準確度

在鉆井施工的過程中，如果井筒裂縫中有液相滯留，就會導致裂縫及儲層的含水飽和度提升，氣相滲透率降低，在工程檢測的過程中就會被視為低產，或者不具備開采價值。在測井解釋過程中，由于鉆井液與超低含水飽和度的氣層接觸時，鉆井液在儲層中發生毛細管自吸和液相滯留的現象，含水飽和度會持續增加，氣層也會出現低阻現象，測井解釋中的含氣飽和度會逐漸走低，這樣就會造成一些高產氣藏被誤判。

4.2 氣層含水飽和度增加對氣體傳質的影響

實驗選取致密砂巖巖樣，在模擬儲層壓力條件下，取不同初始含水飽和度的巖樣，在不同壓差下測量其氣體傳質效率。數據表明，氣體在致密砂巖中的流動呈非達西滲流，含水飽和度越高，氣體滲透率越低。

5 結語

致密砂巖氣藏的孔吼構造特征讓其具有超低含水飽和度，超低含水飽和度可以增加天然氣的儲存量，能夠讓氣相流動滲透能力增強，這為氣藏開發提供了有利的自然條件。同時，超低含水飽和度儲層的損害因素也非常多，由于毛細管自吸率高，液相更易侵入，黏土礦物膨脹會造成液相的反排困境和氣相滲透率降低，也會使氣體的傳質時間延長，影響油氣的開采。在實際的開采過程中，含水飽和度不僅能影響對儲層好壞的判斷，還會影響儲層的氣相滲透率。因此，致密砂巖氣藏超低含水飽和度研究對于油氣開采具有重要的意義，