不同類型致密氣層對產(chǎn)能貢獻的實驗評價方法*

唐洪明，馮于恬，何溥為，張烈輝，趙 峰

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川 成都 610500 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500

不同類型致密氣層對產(chǎn)能貢獻的實驗評價方法*

唐洪明1，2，馮于恬2，何溥為2，張烈輝1，趙 峰2

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川 成都 610500 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500

針對在建立巖芯含水飽和度時，用地層水飽和經(jīng)常出現(xiàn)鹽析、用無離子水飽和會導(dǎo)致水敏/鹽敏損害等問題，提出將巖芯進行550°C高溫處理2 h，鈍化氣層中的水/鹽敏性黏土礦物，再使用無離子水建立不同含水飽和度開展評價實驗，能有效消除此類實驗誤差；且?guī)r芯可以重復(fù)實驗，既克服了巖芯非均質(zhì)性帶來的誤差，又能節(jié)約大量的珍貴巖芯。以四川盆地合川須二低滲氣層I、II、III類氣層為研究對象，利用該方法評價了不同類型氣層對產(chǎn)能的貢獻率，研究表明高溫處理后巖芯沒有產(chǎn)生微裂縫，絕對滲透率下降5%左右。

致密氣層；產(chǎn)能；貢獻率；黏土鈍化；實驗評價

唐洪明，馮于恬，何溥為，等．不同類型致密氣層對產(chǎn)能貢獻的實驗評價方法[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，36（4）：182–188．

Tang Hongming,Feng Yutian,He Puwei,et al．Experimental Methods for Evaluating Productivity Contribution of Different Types of Low Permeability Gas Reservoir[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（4）：182–188．

引言

文獻調(diào)研表明，實驗評價氣層的產(chǎn)能、水鎖、相滲、啟動壓差、滑脫效應(yīng)等，需要建立不同的含水飽和度，不管是從高到低，或者低到高，采取氣驅(qū)、高速離心、毛細管自吸等方法建立不同含水飽和度，評價實驗方法存在以下幾點不足：（1）部分方法選用地層水飽和巖芯，氣體驅(qū)替建立含水飽和度，巖芯易出現(xiàn)鹽析堵塞喉道[1]，尤其是高礦化度地層水的氣層；（2）部分方法選用蒸餾水代替地層水飽和巖芯，富含蒙脫石、伊/蒙間層的巖芯會出現(xiàn)水敏/鹽敏損害；（3）選擇代表不同類型儲層的巖芯，分別開展評價實驗，巖芯微觀非均質(zhì)性很難消除。同時，實驗壓差和圍壓很難保持一致，導(dǎo)致計算出的產(chǎn)能可對比性較差[2]。

四川盆地合川須家河組二段氣藏，I類區(qū)及I類儲層開發(fā)效果較好，但其開發(fā)鉆探程度已經(jīng)很高，II、III類區(qū)作為產(chǎn)能接替意義重大。但II、III類區(qū)中的低滲致密氣層是否有產(chǎn)能，貢獻率是多少尚不十分清楚，這在一定程度上制約了II、III類區(qū)塊勘探開發(fā)步伐；本文以該氣田儲層巖芯為代表，在新建立的實驗方法基礎(chǔ)上，評價了不同類型氣層的產(chǎn)能及產(chǎn)能貢獻率，為氣田開發(fā)方案調(diào)整提供依據(jù)，類似問題在致密氣藏都存在。

1 合川須二氣藏儲層基本地質(zhì)特征

四川盆地合川須家河組二段巖芯，氣層巖性為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，氣層類型以及孔隙基本特征見表1（實驗所用巖芯為主力氣層巖芯），氣層填隙物主要為黏土礦物，絕對含量平均為9.0%，黏土以薄膜狀伊/蒙混層為主，相對含量62.1%，綠泥石相對含量32.9%（圖1a）。

表1 合川須二段儲層分類評價標準及特征Tab.1 Standards and features for reservoir classification and evaluation in Member 2 of Xujiahe Formation

圖1 高溫處理前后巖芯黏土礦物微結(jié)構(gòu)對比Fig.1 Core clay minerals microstructures comparison before and after high temperature treatment

儲滲段樣品滲透率主要集中在 0.020～0.320 mD，占76.98%，平均滲透率為0.144 mD。須二段儲層具低孔低滲特征，0.020～0.320 mD是產(chǎn)氣段的主要滲透率范圍。儲滲段巖樣孔隙度主要分布在6.00%～12.00%，總平均9.15%。該區(qū)塊各井測試及投產(chǎn)后普遍產(chǎn)地層水，水型為CaCl2型，總礦化度187 486～196 454 mg/L，本次實驗采用的平均礦化度190 000 mg/L。

2 動態(tài)實驗評價

2.1 實驗評價原理與步驟

巖芯選取與實驗步驟：根據(jù)合川氣藏須二段氣層分類表（表1）選擇具有代表性的巖芯，按照下面步驟進行處理：

（1）巖芯初始滲透率測試

將高溫處理前的巖芯進行氣測滲透率測試，并記錄該滲透率。根據(jù)現(xiàn)場氣層分類方案，選取I、II、 III類氣層代表性的巖芯，實驗只評價基塊，不考慮裂縫；測試巖芯孔隙度、滲透率等基本參數(shù)。

（2）馬壺爐高溫處理

將巖芯放入馬壺爐緩慢加溫，先后用50，100，200，300和400°C，分別加溫30 min，再將溫度調(diào)至550°C烘烤2 h，待巖芯自然冷卻后取出，圖1為處理前后儲層微觀結(jié)構(gòu)對比，處理后的巖芯未產(chǎn)生裂縫且儲層微觀結(jié)構(gòu)、黏土礦物微結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，巖芯膠結(jié)強度略有減弱，但變化不大。圖2為550°C高溫處理前后巖芯中黏土的X–射線衍射曲線對比，高溫處理前伊/蒙間層中蒙脫石的d（001）晶面峰介于1.2～1.5 nm，高溫后d（001）晶面變?yōu)?.0 nm，即伊/蒙間層d（001）晶面特征峰完全轉(zhuǎn)化成伊利石的d（001）晶面特征，與文獻[3–5]的認識相同，即巖石中礦物經(jīng)高溫后晶形無變化，巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)也沒有明顯變化，但是鈍化了儲層的中敏感性礦物，降低或消除了實驗中鹽析、水敏/鹽敏等的影響。

圖2 高溫處理前后黏土X–射線衍射曲線對比Fig.2 Clay X–ray diffraction curve comparison before and after high temperature treatment

（3）高溫處理后巖芯滲透率測試

巖芯進行550°C高溫處理可能會導(dǎo)致巖芯潤濕性和應(yīng)力敏感性的改變，從而影響致密氣藏巖芯滲透率。據(jù)前面分析，高溫處理后巖石中蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化，二者親水性相同，故不會影響巖石潤濕性。應(yīng)力敏感性實驗評價存在應(yīng)力敏感點，一般為10～15 MPa，在應(yīng)力敏感點前滲透率變化較大[6-7]，故根據(jù)行業(yè)標準SY/T 5358—2002，對高溫處理前后的巖芯做了應(yīng)力敏感評價，最大圍壓40 MPa。應(yīng)力敏感實驗數(shù)據(jù)見表2，經(jīng)過高溫處理后的巖芯應(yīng)力敏感程度均為中等偏弱，且高溫處理前后滲透率損害率變化范圍＜2%，應(yīng)力敏感性變化不大。

對I、II、III類氣層各30個巖芯高溫處理前后的滲透率進行對比，I類氣層處理前平均滲透率為0.261 mD，處理后為0.248 mD；II類氣層處理前平均滲透率為0.171 mD，處理后為0.164 mD；III類氣層處理前平均滲透率為0.052 mD，處理后為0.050 mD；巖芯經(jīng)過高溫處后滲透率下降約5%。

（4）建立巖芯含水飽和度

將高溫處理后的巖芯抽真空，飽和蒸餾水；氮氣作為驅(qū)替介質(zhì)，按照高到低的順序建立不同含水飽和度60%、50%、40%。

表2 550°C高溫處理前后巖芯應(yīng)力敏感性對比Tab.2 Core stress sensitivity comparision between 550°C before and after treatment

（5）巖芯流動性實驗

對建立飽和度的巖芯，在恒定驅(qū)替壓差1.5，2.0，2.5和3.0 MPa等4個壓力點測試其滲透率或者氣體流量。為了保證實驗數(shù)據(jù)的準確性，巖芯測試一個數(shù)據(jù)點后，將巖芯烤干，抽真空飽和后再依次建立不同飽和度，再測試另一個壓差點的滲透率或者氣體流量。實驗裝置見圖3，巖芯夾持器的出口端使用皂沫流量計測試流量。

圖3 巖芯流動性實驗流程簡圖Fig.3 Core flow experiment flow chart

（6）實驗室氣測流量與現(xiàn)場產(chǎn)能的轉(zhuǎn)換

將實驗室測試氣體流量轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)單位[8]

式中：Q—產(chǎn)氣量，×104m3/d；rw—井眼半徑，m，此處取0.15 m；h—產(chǎn)層有效厚度，m，為了便于對比計算時取單位厚度1.0 m；QR—實驗室?guī)r芯標準狀況下的流速，m3/s；D—實驗巖芯的直徑（全直徑垂直流動），cm。

（7）產(chǎn)能相對貢獻率的計算

產(chǎn)能相對貢獻率的計算：產(chǎn)能相對貢獻率為I、II、III類氣層3個并聯(lián)巖芯相同測試條件下測試的產(chǎn)能求和作為分母，而相同條件下I、II、III類氣層分別測試的產(chǎn)能為分子，它們間的比值為產(chǎn)能相對貢獻率。

（8）數(shù)據(jù)篩選

實驗取得了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，文章僅列舉含水飽和度為40%時，不同恒壓下評價不同類型儲層對產(chǎn)能及貢獻率，對比性分析建立的新方法蒸餾水飽和巖芯與地層水飽和天然巖芯的實驗評價結(jié)果。

2.2 巖芯實驗評價結(jié)果

本文選了兩組實驗結(jié)果作為對比：第一組巖芯為高溫處理且無離子水飽和建立含水飽和度，第二組為天然巖芯地層水飽和建立含水飽和度。巖芯基本參數(shù)見表3，來自合川6井，須二段，埋深2 150～2 200 m。

表3 巖芯基本參數(shù)Tab.3 The parameter of cores

圖4為實驗評價結(jié)果，I–1、II–1和III–1分別代表I、II、III類氣層，當含水飽和度為40%時，在壓差為1.5～3.0 MPa，每類儲層都有產(chǎn)能（圖4a），低壓條件下，各類氣層的產(chǎn)能均比較低，隨著壓差的增大，產(chǎn)能大幅度增加：壓差為1.5 MPa時，I、II、III氣層單位厚度基塊氣層的產(chǎn)能分別為48，30，16 m3/（d·m），產(chǎn)能較低；當壓差增加到3.0 MPa時，I、II、III氣層對應(yīng)基塊氣層的產(chǎn)能分別為224，142，63 m3/（d·m），壓差增加2倍，測試產(chǎn)能增加3～5倍。因為無法預(yù)測和計算加砂壓裂形成的新裂縫、天然構(gòu)造縫對產(chǎn)能的貢獻，壓差為3.0 MPa時，實驗測試的產(chǎn)能與實際礦場井相比產(chǎn)能仍然較低。但氣藏本身的儲量和產(chǎn)量還是取決于基塊的儲集和滲流能力，因此評價基塊對產(chǎn)能的貢獻仍然具有意義。

圖4b是根據(jù)圖4a的產(chǎn)能數(shù)據(jù)換算出各類氣層的產(chǎn)能相對貢獻率，隨著壓差增大，低滲氣層（基塊）對產(chǎn)能的貢獻率呈下降趨勢，但在實驗條件下，壓差對各類氣層產(chǎn)能貢獻率影響程度＜5%。評價實驗表明，恒定含水飽和度為40%時，I、II、III氣層對產(chǎn)能的貢獻率分別為53%、32%、15%左右；氣層的原始滲透率是決定產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。高溫處理后的巖芯使用無離子水建立含水飽和度，同一巖芯可以重復(fù)實驗，既克服了巖芯非均質(zhì)性給實驗帶來的誤差，又能節(jié)約大量的珍貴巖芯，為開展研究工作帶創(chuàng)造了很好條件，實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律性較強。

圖4 高溫處理后巖芯，壓差對不同類型氣層產(chǎn)能及其相對貢獻率影響對比Fig.4 Comparison of effect of pressure on productivity contribution rate after high-temperature treatment

圖5為采用模擬地層水飽和巖芯建立含水飽和度40%實驗，N2驅(qū)替，巖芯編號為I–2、II–2和 III–2分別代表I、II、III類氣層，地層水礦化度為190 g/L，開展圖4中相同的評價實驗。

圖5 未高溫處理巖芯，不同類型氣層產(chǎn)能及其相對貢獻率隨壓差的變化圖Fig.5 Productivity and its relative contribution rate changes with different pressure without high-temperature treatment

含水40%時，氣層的產(chǎn)能總體趨勢是隨著壓差的增大各類氣層產(chǎn)能有所增加（圖5a），規(guī)律與論文建立的方法評價結(jié)果相同，但是數(shù)據(jù)的波動性大。在壓差為1.5 MPa時，I、II、III氣層單位厚度基塊氣層的產(chǎn)能分別為30，21，18 m3/（d·m），產(chǎn)能較低；當壓差增加到3.0 MPa時，I、II、III氣層對應(yīng)產(chǎn)能分別為57，51，19 m3/（d·m），壓差增加2倍，I類儲層測試產(chǎn)能增加最大，接近2倍，代表III類氣層的III–2號巖芯產(chǎn)能隨著驅(qū)替壓差的增大，產(chǎn)能幾乎沒有變化，主要是由于飽和地層水巖芯，地層水礦化度高達190 g/L，建立含水40%飽和度時，部分鹽析對喉道進行了堵塞，給評價實驗帶來誤差或者錯誤的結(jié)果。致密巖芯喉道小且以管束狀喉道為主，孔喉連通性差，巖芯產(chǎn)生鹽析后對該類氣層影響大[9-14]。圖5b是根據(jù)圖5a的數(shù)據(jù)換算出的各類氣層對產(chǎn)能的相對貢獻率，隨著隨驅(qū)替壓差的變化，III類氣層對產(chǎn)能的貢獻率降低，II類氣層貢獻率波動性變化，I類氣層的貢獻率呈增加的趨勢，主要是I類儲層孔喉相對粗大，受鹽析影響程度相對較小。

3 結(jié) 論

（1）提出實驗巖芯的高溫處理，鈍化敏感性礦物，并用無離子水建立含水飽和度，為評價單一含水飽和度對氣層滲流影響提供了新方法?？蓮V泛應(yīng)用于研究致密氣層水鎖、相滲、啟動壓差、滑脫效應(yīng)等評價實驗，既能避免水敏、鹽敏、鹽析等影響，巖芯又能重復(fù)使用，消除巖芯微觀非均質(zhì)性對研究帶來的誤差。

（2）論文研究方法計算的產(chǎn)能僅代表裸眼井基塊的產(chǎn)能，測試產(chǎn)量比實際氣井產(chǎn)能低，因為無法預(yù)測和計算加砂壓裂形成的新裂縫、天然構(gòu)造縫對產(chǎn)能的貢獻。但氣藏本身的儲量和產(chǎn)量還是取決于基塊的儲集和滲流能力，因此評價基塊對產(chǎn)能的貢獻仍然具有意義。

（3）論文建立的新方法在研究含水飽和度、壓差對氣體產(chǎn)能、產(chǎn)能貢獻等方面取得的認識有較強的規(guī)律性，氣層原始滲透率是決定產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。天然巖芯直接飽和地層水評價不同類型氣層對產(chǎn)能、產(chǎn)能貢獻率等，由于鹽析等原因，數(shù)據(jù)的波動性大，規(guī)律性較差。

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何溥為，1987年生，男，漢族，四川都江堰人，碩士，主要從事儲層地質(zhì)及油田開發(fā)方面的研究工作。

張烈輝，1967年生，男，漢族，四川仁壽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事復(fù)雜油氣田滲流及開發(fā)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研究。

趙峰，1980年生，男，漢族，四川自貢人，副教授，博士，主要從事非常規(guī)油氣藏儲層損害機理與保護技術(shù)的教學(xué)和科研工作。

編輯：王旭東

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Experimental Methods for Evaluating Productivity Contribution of Different Types of Low Permeability Gas Reservoir

Tang Hongming1，2,Feng Yutian2,He Puwei2,Zhang Liehui1,Zhao Feng2
1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China 2.School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China

When establishing water saturations in cores，salting-out may occur when using the formation water，and there may be the water/salt sensitivity damages in the process of the deionized water saturation.Those problems bring errors to the experimental results.The present paper provides a method to eliminate the experimental error：by heating the core sample under 550°C for 2 h，passivating the water/salt sensitive clay minerals，and then using the deionized water to build various water saturations during the evaluation experiments，Thus the errors caused by core heterogeneity can be avoided.Besides，the experiment can be proceeded on the same core sample repeatedly. Using this method，we evaluated the productivity contribution rate of the low permeability gas reservoirs of types I，II and III in Member 2 of Xujiahe Formation in Upper Triassic，Hechuan Area，Sichuan Basin.The results show that there is no obvious micro cracks produced after high temperature treatment and the deviation range of permeability is less than 5%.

low permeability gas reservoirs；productivity；contribution rate；clay mineral passivation；experimental evaluation

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2012.03.12.03.html

唐洪明，1966年生，男，漢族，四川武勝人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事儲層地質(zhì)和油氣層保護技術(shù)方面的教學(xué)和研究工作。E-mail：swpithm@vip.163.com

馮于恬，1990年生，女，漢族，四川南充人，碩士研究生，主要從事儲層地質(zhì)及油氣層開發(fā)方向的研究工作。E-mail：263708824@qq.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2012.03.12.03

1674-5086（2014）04-0182-07

TE341

A

2012–03–12 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時間：

時間：2014–07–02

國家杰出青年基金（51125019）；青年基金（51304167）。