超低含水飽和度致密砂巖氣藏?fù)p害因素

卓仁燕（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)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(chǔ)層中，其中致密砂巖氣的產(chǎn)量非?？捎^，甚至占據(jù)了總產(chǎn)量的1/5。致密砂巖氣藏具有其自身的特點(diǎn)，其中最大的特點(diǎn)就是孔隙度、滲透率低，毛細(xì)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(shù)，國外已對其進(jìn)行了相當(dāng)多的研究，但少有研究關(guān)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?fù)p害因素方面，更是沒有具體的研究。超低含飽和度氣藏毛細(xì)管壓力大，工作液不易被排出，導(dǎo)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(fā)的影響，以期能夠?yàn)橹旅苌皫r氣藏的開發(fā)提供依據(jù)。

1 理論簡述

毛細(xì)管壓力平衡理論認(rèn)為，儲(chǔ)集層的初始含水飽和度與束縛水飽和度應(yīng)該是相等的。隨著致密砂巖氣藏開發(fā)水平的不斷提高，研究學(xué)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(gòu)造導(dǎo)致其毛細(xì)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(chǔ)層含水飽和度會(huì)有所增高，會(huì)對儲(chǔ)層造成不同程度的損害。

2 實(shí)例論證

鄂爾多斯地區(qū)的致密砂巖氣藏的含水量非常低，產(chǎn)出的天然氣純度較高。特殊的地質(zhì)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(tài)存在，并且基本是吸附在孔隙表面。通過一系列調(diào)研，發(fā)現(xiàn)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(chǔ)層含水飽和度普遍低于65%，甚至低于5%，個(gè)別層位的含水飽和度低于1%，具有超低含水飽和度。當(dāng)巖心的含水飽和度一旦高于65%，其滲透率將降低，甚至達(dá)到0。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，致密砂巖的初始含水飽和度在12%～57%范圍內(nèi)，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(chǔ)層超低含水飽和度對于天然氣儲(chǔ)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(chǔ)層的孔吼結(jié)構(gòu)尺寸較小，導(dǎo)致孔吼中的毛細(xì)管壓力較高，如果具有超低含水飽和度，這種毛細(xì)管壓力失去了束縛水平衡，其毛細(xì)管自吸率會(huì)更高。在鉆井工程過程中，很容易產(chǎn)生井筒附近致密氣層的含水飽和度增加，氣相滲透率也會(huì)隨之降低。

3.1 水相更易侵入

致密砂巖氣藏的形成與高溫?zé)嵫莼嘘P(guān)，水中溶質(zhì)會(huì)因?yàn)楦邷囟龀?，這些鹽類溶質(zhì)會(huì)附著在氣層巖石的表面。當(dāng)初始含水飽和度很低的時(shí)候，毛細(xì)管自吸率也會(huì)隨之升高，一旦水相入侵，這些溶質(zhì)會(huì)與帶電粒子發(fā)生作用，生成水和鹽，繼而水相滲透性增強(qiáng)，水相侵入的動(dòng)作會(huì)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(qū)的致密砂巖氣藏的例子來說明，A區(qū)的這個(gè)致密砂巖氣藏初始含水飽和度為30%左右，其儲(chǔ)集層的孔隙度越大，儲(chǔ)層的含水飽和度越小。當(dāng)孔隙度超過3.6%的時(shí)候，含水飽和度的分布區(qū)間在25%～45%，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，其含水飽和度的最低值約13%。巖心分析數(shù)據(jù)表明，束縛水飽和度最高可達(dá)65%，初始含水飽和度最低達(dá)到13%，此時(shí)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(qiáng)

致密砂巖是多孔結(jié)構(gòu)，致密砂巖中含有非常豐富的礦物質(zhì)，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(chǎn)生水敏、鹽敏現(xiàn)象，極易導(dǎo)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(chǔ)集層孔隙中，致使巖石的礦物環(huán)境發(fā)生變化，物理化學(xué)反應(yīng)容易把黏土礦物結(jié)構(gòu)破壞，造成黏土礦物膨脹，流體的流動(dòng)阻力也會(huì)隨之增大，當(dāng)水相需要反排的時(shí)候會(huì)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(jié)果準(zhǔn)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(huì)導(dǎo)致裂縫及儲(chǔ)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(huì)被視為低產(chǎn)，或者不具備開采價(jià)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(shí)，鉆井液在儲(chǔ)層中發(fā)生毛細(xì)管自吸和液相滯留的現(xiàn)象，含水飽和度會(huì)持續(xù)增加，氣層也會(huì)出現(xiàn)低阻現(xiàn)象，測井解釋中的含氣飽和度會(huì)逐漸走低，這樣就會(huì)造成一些高產(chǎn)氣藏被誤判。

4.2 氣層含水飽和度增加對氣體傳質(zhì)的影響

實(shí)驗(yàn)選取致密砂巖巖樣，在模擬儲(chǔ)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(zhì)效率。數(shù)據(jù)表明，氣體在致密砂巖中的流動(dòng)呈非達(dá)西滲流，含水飽和度越高，氣體滲透率越低。

5 結(jié)語

致密砂巖氣藏的孔吼構(gòu)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(chǔ)存量，能夠讓氣相流動(dòng)滲透能力增強(qiáng)，這為氣藏開發(fā)提供了有利的自然條件。同時(shí)，超低含水飽和度儲(chǔ)層的損害因素也非常多，由于毛細(xì)管自吸率高，液相更易侵入，黏土礦物膨脹會(huì)造成液相的反排困境和氣相滲透率降低，也會(huì)使氣體的傳質(zhì)時(shí)間延長，影響油氣的開采。在實(shí)際的開采過程中，含水飽和度不僅能影響對儲(chǔ)層好壞的判斷，還會(huì)影響儲(chǔ)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，