基于微觀滲流特征的低滲氣藏儲(chǔ)層分類研究

伍銳東，黃導(dǎo)武，蔡 華，嚴(yán)申斌，時(shí) 瓊，朱文娟，王 進(jìn)

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

?

基于微觀滲流特征的低滲氣藏儲(chǔ)層分類研究

伍銳東，黃導(dǎo)武，蔡 華，嚴(yán)申斌，時(shí) 瓊，朱文娟，王 進(jìn)

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

摘 要：海上某凹陷低滲氣藏開發(fā)目前處于探索實(shí)踐階段，其微觀孔隙結(jié)構(gòu)、滲流特征尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。此文通過恒速壓汞、核磁共振、巖心驅(qū)替等實(shí)驗(yàn)手段，系統(tǒng)研究了儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征、可動(dòng)水飽和度及相應(yīng)的產(chǎn)水機(jī)理、氣水滲流規(guī)律等，并建立了以“滲透率、孔隙度、主流喉道半徑、含氣飽和度、可動(dòng)水飽和度”五特征參數(shù)為基礎(chǔ)的低滲儲(chǔ)層分類圖版，為海上低滲氣藏有效開發(fā)模式實(shí)踐、選井選層提供了評價(jià)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：低滲氣藏；孔隙結(jié)構(gòu)；可動(dòng)水飽和度；儲(chǔ)層評價(jià)

海上M凹陷自“十一五”期間開始針對低滲氣藏定向井壓裂開發(fā)進(jìn)行了一些探索及實(shí)踐，取得較好的效果。近幾年隨著勘探工作的深入，在M凹陷X區(qū)深層發(fā)現(xiàn)了大量的低滲氣藏，壓裂實(shí)踐發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能低、且多數(shù)井不同程度的產(chǎn)水。為此對X區(qū)低滲儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層水賦存狀態(tài)、不同含水飽和度條件下氣體滲流規(guī)律等開展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上提出多參數(shù)低滲儲(chǔ)層綜合分類標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)低滲氣藏開發(fā)選井選層提供了評價(jià)基礎(chǔ)。

1 低滲氣藏儲(chǔ)層評價(jià)參數(shù)分析

選取了X區(qū)58塊巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，滲透率小于0.1×10-3μm2的巖心占20%，滲透率在0.1×10-3～ 0.5×10-3μm2之間的巖心占57%，滲透率大于1×10-3μm2的巖心僅占14%，研究區(qū)塊屬于典型低滲儲(chǔ)層。

1.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

利用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)對巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，如孔道大小、喉道大小、以及某一級(jí)別喉道數(shù)量等信息。

由圖1、圖2可知，不同滲透率巖心的孔道半徑分布相差不大，而喉道半徑卻相差很大，說明喉道分布是決定儲(chǔ)層滲流性質(zhì)的主要因素。若儲(chǔ)層滲透率主要由較大的喉道所貢獻(xiàn)，那么流體的滲流通道大，滲流阻力小，滲流能力強(qiáng)，儲(chǔ)層的開發(fā)潛力大［1-3］。此外，圖2還表明主流喉道半徑與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系，具體表現(xiàn)為：滲透率小于0.1×10-3μm2，對應(yīng)主流喉道半徑小于0.5μm；滲透率在0.1×10-3～0.5×10-3μm2，主流喉道半徑在0.5 ～ 1μm；滲透率大于0.5×10-3μm2，主流喉道半徑大于1μm。

圖1 不同滲透率巖樣孔道半徑分布圖

圖2 不同滲透率巖樣喉道半徑分布圖

圖3為主流喉道半徑與滲透率的關(guān)系對比圖，從圖中可以看出主流喉道半徑與滲透率對數(shù)有較好的線性關(guān)系，滲透率不同，對應(yīng)主流喉道半徑差異明顯。相同滲透率條件下，M凹陷X區(qū)低滲儲(chǔ)層主流喉道半徑要低于蘇里格和須家河氣田，因而相比于蘇里格及須家河氣田，M凹陷低滲氣藏開發(fā)難度更大。

圖3 主流喉道半徑與滲透率關(guān)系對比圖

1.2 儲(chǔ)層水的賦存狀態(tài)

水是影響氣藏開發(fā)的關(guān)鍵因素，氣藏一旦見水，產(chǎn)量將顯著降低。儲(chǔ)層中水主要以兩種形式存在［4-5］：一種是賦存在細(xì)小喉道中極難流動(dòng)的束縛水；另一種是賦存在大孔道中在一定條件下可以流動(dòng)的可動(dòng)水。確定儲(chǔ)層中水的賦存狀態(tài)，特別是可動(dòng)水飽和度，是判定氣藏出水的可能性及出水量的重要指標(biāo)之一［6-8］。

利用核磁共振分析技術(shù)可以得到巖樣可動(dòng)水飽和度，原理是分別測定巖心飽和水狀態(tài)和利用300 psi（2 068 kPa）離心力離心后對應(yīng)的T2馳豫時(shí)間譜（圖4），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，T2截止值標(biāo)定線右側(cè)與離心后的乃譜線包圍的面積就是巖心的可動(dòng)水信息，由此可計(jì)算出巖心可動(dòng)水飽和度。

圖4 M凹陷低滲儲(chǔ)層典型巖樣T2弛豫時(shí)間譜示意圖

將核磁共振技術(shù)分析得到的可動(dòng)水飽和度分別對巖心孔隙度、滲透率作圖（圖5、圖6）后發(fā)現(xiàn)，所測試的樣品可動(dòng)水飽和度展布范圍為3.0% ～ 10.9%，平均值為6.9%；可動(dòng)水飽和度與孔隙度、滲透率并沒有很好的對應(yīng)關(guān)系。原因是可動(dòng)水飽和度不僅受孔隙大小及連通性的影響，而且與巖心不同大小孔喉分布的比例有密切關(guān)系，因此，可動(dòng)水飽和度可以作為獨(dú)立于孔隙度、滲透率之外的儲(chǔ)層評價(jià)屬性之一。

圖5 可動(dòng)水飽和度與孔隙度關(guān)系

圖6 可動(dòng)水飽和度與滲透率關(guān)系

根據(jù)陸上典型低滲氣藏生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)［9］，氣井是否產(chǎn)水的臨界可動(dòng)水飽和度為6%，可動(dòng)水飽和度低于6%的氣井不產(chǎn)水，介于6% ～ 8%的氣井少量產(chǎn)水，介于8% ～ 11%的氣井大量產(chǎn)水，大于11%的氣井嚴(yán)重產(chǎn)水甚至水淹。海上M凹陷X區(qū)與須家河、蘇里格氣田可動(dòng)水飽和度關(guān)系如圖7所示，X區(qū)可動(dòng)水飽和度低于須家河須四井區(qū)和須二井區(qū)，高于蘇里格氣田可動(dòng)水飽和度，與須六井區(qū)可動(dòng)水飽和度屬于同一區(qū)間，主要集中在4% ～ 8%，處于少量產(chǎn)水區(qū)；也有小部分大于8%，處于大量產(chǎn)水區(qū)。

圖7 海上M凹陷X區(qū)可動(dòng)水飽和度分布及與陸上典型低滲氣田對比圖

1.3 不同含水飽和度下氣體滲流特征

儲(chǔ)層含水飽和度對巖心的滲流能力特別是氣體的滲流能力影響較大。通常情況下，儲(chǔ)層含水飽和度越高，氣相滲透率越低。原因是巖心的親水特性，大量束縛水分布在巖石孔喉表面［10-12］，將減少氣體的滲流空間，導(dǎo)致氣相滲透率降低。為研究本區(qū)低滲氣層束縛水飽和度對氣體滲流能力的具體影響程度，通過實(shí)驗(yàn)測定了不同滲透率巖樣在不同束縛水飽和度下的氣相滲透率變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 巖樣氣相滲透率與含水飽和度關(guān)系圖

圖9 典型巖樣氣相滲透率隨巖心含水飽變化幅度關(guān)系圖

由圖8、圖9可以看出，隨著含水飽和度的增大，氣相滲透率逐漸降低，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急劇減?。徊煌瑵B透率巖樣對應(yīng)不同的臨界含水飽和度：對于滲透率小0.5×10-3μm2的巖樣，臨界含水飽和度在35%左右；對于滲透率在0.5×10-3～ 1×10-3μm2的巖樣，臨界含水飽和度在40%左右；而對滲透率大于1×10-3μm2的巖樣，其臨界含水飽和度則在50%左右。由此可見，低滲氣藏有效開發(fā)要求其含氣飽和度比常規(guī)氣藏更高。

2 低滲氣藏儲(chǔ)層綜合分類

根據(jù)上述的儲(chǔ)層綜合分類評價(jià)參數(shù)，結(jié)合M凹陷X區(qū)低滲氣藏特點(diǎn)，選取滲透率、孔隙度、主流喉道半徑、可動(dòng)水飽和度、含氣飽和度的五個(gè)參數(shù)做為儲(chǔ)層評價(jià)參數(shù)，制定了低滲氣藏儲(chǔ)層評價(jià)圖版，如表1所示。

表1 海上M凹陷低滲氣藏儲(chǔ)層分類圖版

參考文獻(xiàn)：

［1］王尤富，凌建軍.低滲透砂巖儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)研究［J］.特種油氣藏，1999，6（4）：25-28.

［2］朱華銀，付大其，卓興家，等.低滲氣藏特殊滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究［J］. 天然氣勘探與開發(fā)，2009，7（3）：39-41.

［3］劉曉旭，胡勇，朱斌，等.氣體低速非達(dá)西滲流特征參數(shù)分析與計(jì)算［J］. 斷塊油氣田，2006，13（6）：27-29.

［4］王春艷，王衛(wèi)剛，周雄兵.低滲透氣藏滲流的影響因素研究［J］.吐哈油氣，2009，14（3）：30-33.

［5］鄧英爾，黃潤秋，麻翠杰，等.含束縛水低滲透介質(zhì)氣體非線性滲流定律［J］. 天然氣工業(yè)，2004，24（11）：88-91.

［6］李進(jìn)，吳小慶.低滲透非達(dá)西氣體滲流模型及計(jì)算方法［J］. 斷塊油氣田，2006，13（5）：46-47.

［7］張琰，崔迎春.低滲氣藏主要損害機(jī)理及保護(hù)方法的研究［J］.地質(zhì)與勘探，2000，36（5）：76-78.

［8］劉曉旭，胡勇，李寧，等.低滲砂巖氣藏氣體特殊滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究與分析［J］. 特種油氣藏，2007，14（1）：80-83.

［9］葉禮友.川中須家河組低滲砂巖氣藏滲流機(jī)理及儲(chǔ)層評價(jià)研究［D］. 山東廊坊：中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，2011.

［10］吳英，寧正福.低滲氣藏非達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)及影響因素分析［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26（6）：35 -39.

［11］戴強(qiáng)，段永剛，陳偉，等.低滲透氣藏滲流研究現(xiàn)狀［J］.特種油氣藏，2007，14（1）：11 -14.

［12］邱玉春.低滲透率含氣砂巖的物性特征與評價(jià)準(zhǔn)則［J］.測井與射孔，1999，2（1） ： 42- 48.

按此分類標(biāo)準(zhǔn)，M凹陷X區(qū)H2氣藏屬Ⅰ類氣藏，儲(chǔ)層物性較好，有自然產(chǎn)能，預(yù)測開發(fā)效果較理想；T1氣區(qū)屬Ⅱ類氣藏，儲(chǔ)層物性較差，無自然產(chǎn)能，有少量可動(dòng)水，儲(chǔ)層改造后可經(jīng)濟(jì)開發(fā)；H1氣區(qū)屬Ⅱ ～ Ⅲ類氣藏，儲(chǔ)層物性差、可動(dòng)水飽和度高，難以經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）海上M凹陷X區(qū)不同滲透率巖心的孔道半徑分布特征差別較小，而喉道半徑卻相差很大，表明喉道分布是決定儲(chǔ)層滲流性質(zhì)的主要因素。

（2）核磁共振分析表明，X區(qū)低滲儲(chǔ)層可動(dòng)水飽和度大部分介于6% ～ 11%之間，因此大部分氣井都存在少量水同產(chǎn)的現(xiàn)象。

（3）不同含水飽和度與氣相滲透率關(guān)系表明，X區(qū)臨界含水飽和度在35% ～ 50%之間，且隨著滲透率的降低而減?。划?dāng)含水飽和度大于臨界含水飽和度后，氣相滲透率急劇降低。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，建立了海上M凹陷X區(qū)以“滲透率、孔隙度、主流喉道半徑、含氣飽和度、可動(dòng)水飽和度”五特征參數(shù)為基礎(chǔ)的低滲儲(chǔ)層評價(jià)圖版，該圖版為低滲氣藏開發(fā)選井選層提供了評價(jià)基礎(chǔ)。

中圖分類號(hào)：TE311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.046

文章編號(hào)：1008-2336（2016）02-0046-04

收稿日期：2016-03-15；改回日期：2016-04-08

第一作者簡介：伍銳東，男，2010年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程學(xué)院，獲碩士學(xué)位，主要從事油氣田開發(fā)工作。Email：wurd@cnooc.com.cn。

Classifcation of Gas Reservoir with Low Permeability Based on Micro-fow Characteristics

WU Ruidong， HUANG Daowu， CAI Hua， YAN Shenbin， SHI Qiong， ZHU Wenjuan， WANG Jin
（Shanghai Branch of CNOOC Ltd.， Shanghai 200030， China）

Abstract：Because the development of gas reservoir with low permeability in one offshore sag is still in the stage of practical exploration at present， the micro-pore structure， micro-fow characteristics have not been systematically studied. Based on the experimental data from constant rate mercury injection， nuclear magnetic resonance image， core displacement test， the authors studied the micropore structure characteristics， movable water saturation and the corresponding mechanism of water generated and the law of gaswater seepage fow， and established a chart for the classifcation of low permeability reservoir by taking into consideration of fve characteristic parameters i.e. permeability， porosity， dominant throat radius， gas saturation， movable water saturation. This provides a useful reference for the effcient development of offshore and for the selection of well and layer.

Keywords：Low permeability gas reservoir； pore structure； movable water saturation； reservoir evaluation