低滲致密氣藏密閉取心含水飽和度校正
——以東海盆地西湖凹陷花港組儲(chǔ)集層為例

付焱鑫

（中海石油（中國(guó)）有限公司 上海分公司 研究院，上海 200335）

西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部，東與釣魚(yú)島隆褶帶毗鄰，北接福江凹陷，南鄰釣北凹陷，西以虎皮礁、海礁、漁山東隆起為界，總面積約5.9×104km2[1].近幾年來(lái)，西湖凹陷油氣勘探在低滲致密儲(chǔ)集層獲得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了一批大型低滲致密氣藏，氣藏埋藏深度大于3 000 m，儲(chǔ)集層以低孔低滲致密為主，孔隙度一般在12%以下，滲透率大部分小于1 mD.西湖凹陷低滲致密氣藏資源潛力巨大，約占西湖凹陷天然氣總資源量的80%[2]，這部分低滲致密儲(chǔ)量如何經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)是目前面臨的難題。而準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)量，原始含氣飽和度是必須要用到的關(guān)鍵參數(shù)之一。對(duì)于低滲致密氣藏，原始含水飽和度不僅是氣體單相滲流和氣水兩相滲流的關(guān)鍵參數(shù)，也是計(jì)算含氣飽和度的重要參數(shù)，是表征低滲致密氣藏開(kāi)發(fā)潛力特征的重要參數(shù)[3]，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)原始含水飽和度對(duì)于勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。與常規(guī)儲(chǔ)集層相比，低滲致密砂巖儲(chǔ)集層原始含水飽和度一般較高，較小的誤差就可能使儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)很大偏差。因此，如何為東海西湖凹陷低滲致密氣藏的儲(chǔ)量評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的原始含氣飽和度，就是本文要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

對(duì)于純氣藏，原始含水飽和度即是束縛水飽和度，確定束縛水飽和度的巖心實(shí)驗(yàn)分析方法較多，通常認(rèn)為密閉取心法最為準(zhǔn)確，可以代表地層的實(shí)際情況，但也存在多種影響因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)分析得到的含水飽和度與原始含水飽和度誤差較大。尤其是常規(guī)密閉取心，不能保持地層壓力，從鉆井取心到化驗(yàn)分析，有多種因素會(huì)引起油、水飽和度的變化，誤差可以達(dá)到10%～30%[4-6].因此，有必要對(duì)室內(nèi)測(cè)得的含水飽和度進(jìn)行校正。前人對(duì)油藏密閉取心飽和度的校正進(jìn)行了比較深入的研究[7-14]，校正方法較多，但是對(duì)氣藏密閉取心飽和度校正的研究相對(duì)較少。本文在低滲致密氣藏密閉取心揮發(fā)量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮巖石孔隙形變的氣藏密閉取心含水飽和度的校正方法，力求使得密閉取心巖心實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果能夠反映地層真實(shí)的飽和度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)井解釋含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定。

1 密閉取心飽和度影響因素

在巖心從地下到地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的過(guò)程中，引起飽和度變化的影響因素很多，主要有以下幾種：①巖石孔隙體積的變化會(huì)影響飽和度[9]；②巖心“脫氣”導(dǎo)致的含水飽和度偏低[11]；③巖心出筒后即暴露在空氣中，油會(huì)揮發(fā)，因外界環(huán)境條件而揮發(fā)或者吸收水分，導(dǎo)致含水飽和度偏低或者偏高；④密閉率不高時(shí)，由于鉆井液侵入，外界水進(jìn)入巖心，導(dǎo)致含水飽和度偏高；⑤實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中的誤差，如果嚴(yán)格按照取樣或者實(shí)驗(yàn)分析的規(guī)范操作，就可以降低到最小，從而可以忽略，密閉率不高的巖心樣品可以棄用。巖心“脫氣”導(dǎo)致的含水飽和度損失和巖心出筒后水的揮發(fā)可以歸為一類(lèi)，即含水飽和度損失，可通過(guò)水的揮發(fā)量實(shí)驗(yàn)來(lái)校正含水飽和度。在理論上，孔隙形變引起的飽和度失真可以校正，也是本文重點(diǎn)考慮的因素之一。

2 密閉取心飽和度校正方法

對(duì)于油藏來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)貙又胁淮嬖谔烊粴舛挥杏?、水兩相時(shí)，油、水飽和度滿(mǎn)足以下關(guān)系式：

根據(jù)巖心數(shù)據(jù)是否滿(mǎn)足（1）式，可以檢查密閉取心分析飽和度的合理性。對(duì)于氣藏，雖然Sgi+Swi=100，但是無(wú)法測(cè)得原始含氣飽和度，只能根據(jù)原始含水飽和度來(lái)間接計(jì)算。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，影響含水飽和度的因素有兩種：地下到地面降壓、降溫過(guò)程中，巖石孔隙體積增大，導(dǎo)致含水飽和度偏低；巖心出筒后裸露在空氣中，水的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致含水飽和度降低。如果直接采用常規(guī)密閉取心化驗(yàn)分析的含水飽和度，會(huì)使含氣飽和度偏高，影響儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的精度。因此，對(duì)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要先進(jìn)行含水飽和度校正。

2.1 水的揮發(fā)量校正

從巖心出筒到采樣完成密封的處理過(guò)程中，水的揮發(fā)量與巖心暴露在空氣中的時(shí)間、地面空氣的溫度、濕度以及地下與地面的溫度差等多種因素有關(guān)，一般情況下，上述因素所造成的水揮發(fā)量都可以與時(shí)間建立關(guān)系[12]。

首先對(duì)西湖凹陷5井密閉取心段進(jìn)行揮發(fā)量實(shí)驗(yàn)。根據(jù)揮發(fā)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，含水飽和度損失量與巖心出筒到取樣完成所需的時(shí)間呈正比（圖1）。并且由圖上還可以看出，巖心出筒后2.0～24.0 h，含水飽和度損失速率降低，而巖心暴露于空氣中的0.5 h之內(nèi)含水飽和度損失最快。顯然，巖心出筒后暴露在空氣中所受到的影響，取決于現(xiàn)場(chǎng)采集巖心樣品的速度。

圖1 西湖凹陷5井密閉巖心含水飽和度損失量與巖心出筒后取樣時(shí)間的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)大部分樣品基本是在巖心出筒后7 min左右完成采樣的，因此，通過(guò)含水飽和度損失量與孔隙度的關(guān)系（圖2），可以得到含水飽和度的校正公式：

圖2 西湖凹陷5井密閉巖心7 min時(shí)含水飽和度損失量與孔隙度的關(guān)系

2.2 覆壓校正

常規(guī)密閉取心飽和度分析的最大局限性是不能夠保持地層條件[13]，巖心從地下到地面，隨著壓力和溫度的降低，巖心孔隙度會(huì)改變，巖心中孔隙體積會(huì)變大，而巖石骨架顆粒的體積理論上幾乎不變，尤其是低滲致密儲(chǔ)集層巖心。基于此建立了考慮巖石孔隙形變的飽和度校正公式：

3 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

西湖凹陷5井目標(biāo)儲(chǔ)集層埋深為3 500～4 000 m，孔隙度10%左右，滲透率1 mD左右，常規(guī)密閉取心一筒9 m，收獲率100%，密閉率100%.巖心出筒后10 min內(nèi)完成采樣，取樣按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5366—2000《油田開(kāi)發(fā)井取心資料技術(shù)要求》，測(cè)試嚴(yán)格執(zhí)行了GB/T 29172—2012《巖心分析方法》。因此，實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中造成的誤差可以不予考慮，只在揮發(fā)量校正的基礎(chǔ)上，再對(duì)巖心分析的含水飽和度進(jìn)行覆壓校正。

3.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

對(duì)5井密閉取心采取了3種巖心處理方式：敲樣-海上、敲樣-密封、鉆塞-蠟封。

敲樣-海上是指在海上鉆井平臺(tái)打開(kāi)密閉取心筒后直接敲樣，在鉆井平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到含水飽和度。敲樣-密封是指在海上鉆井平臺(tái)敲樣后快速裝入密封瓶中，帶回陸地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含水飽和度測(cè)試。鉆塞-蠟封是指將密閉巖心段蠟封后放在冰箱中保存帶回陸地實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)液氮鉆塞取樣再進(jìn)行含水飽和度測(cè)試。

圖3 西湖凹陷5井密閉取心層段測(cè)井綜合解釋成果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖3）看，敲樣-密封和鉆塞-蠟封測(cè)試的含水飽和度規(guī)律性較好，數(shù)值基本一致，敲樣-海上測(cè)試的含水飽和度略低，規(guī)律性略差，可能是因?yàn)樘炱椒Q(chēng)量受到平臺(tái)晃動(dòng)影響導(dǎo)致的誤差所致，但總體看來(lái)差別不大。

3.2 飽和度校正前后對(duì)比

對(duì)比5井花港組低滲致密儲(chǔ)集層典型樣品含水飽和度校正前后情況可以看出（表1），揮發(fā)含水飽和度校正量為2.5%～11.3%，平均為6.2%；覆壓含水飽和度校正量為2.7%～5.8%，平均為3.7%，總的校正量平均為9.9%.由此可見(jiàn)，揮發(fā)校正和覆壓校正都是有必要的，通過(guò)校正可以降低密閉取心含水飽和度的誤差，從而提高測(cè)井解釋的精度，可準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)量。

表1 西湖凹陷5井花港組低滲致密儲(chǔ)集層典型樣品校正量統(tǒng)計(jì) %

3.3 基于巖心分析標(biāo)定的測(cè)井綜合解釋結(jié)果

根據(jù)上述校正后的含水飽和度對(duì)測(cè)井解釋含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定，可以發(fā)現(xiàn)根據(jù)5井實(shí)際巖電參數(shù)和地層水等資料進(jìn)行測(cè)井資料處理與綜合解釋得到的含水飽和度與密閉取心分析的含水飽和度吻合較好（圖3），說(shuō)明校正后的密閉取心分析含水飽和度是合理的。

4 結(jié)論

（1）低滲致密氣藏常規(guī)密閉取心受多種因素影響，其中有兩種因素不可忽略，其一是地層到地面條件改變導(dǎo)致的巖石孔隙形變，其二是水的揮發(fā)導(dǎo)致的含水飽和度損失，需進(jìn)行校正才能投入使用。

（2）分析了3種不同巖心處理方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，3種方式都能夠正確反映氣藏的原始含水飽和度，從降本增效的角度出發(fā)，可以采用鉆塞-蠟封的方式，并且在西湖凹陷新鉆井的應(yīng)用效果較好。

（3）文中給出的密閉取心含水飽和度校正方法，從原理及應(yīng)用效果來(lái)看，不需細(xì)究各個(gè)影響因素，操作簡(jiǎn)單，適用于東海西湖凹陷低滲致密氣藏密閉取心含水飽和度的校正。為該區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，對(duì)其他低滲致密氣藏含氣飽和度的評(píng)價(jià)有很好的借鑒作用。

符號(hào)注釋

Bw——水的體積系數(shù)，約等于1，無(wú)量綱；

Sgi——地層原始含氣飽和度，%；

Soi——地層原始含油飽和度，%；

Swi——地層原始含水飽和度，%；

ΔSw7——巖心出筒7 min時(shí)含水飽和度損失量，%；

Sw巖心——密閉巖心分析的含水飽和度，%；

Vb——巖石骨架體積，cm3；

Vwi，Vw——分別為地層和巖心地面的原始含水體積，cm3；

VφF，VφS——分別為地層和巖心地面的孔隙體積，cm3；

φF，φS——分別為地層和巖心地面的孔隙度，%.