西湖凹陷低渗砂岩气藏可动水饱和度研究

2016-10-27朱文娟鹿克峰宋刚祥

石油地质与工程 2016年5期

关键词：岩样气藏含水

朱文娟，鹿克峰，程　超，时　琼，宋刚祥

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030)

西湖凹陷低渗砂岩气藏可动水饱和度研究

朱文娟，鹿克峰，程超，时琼，宋刚祥

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030)

通过对西湖凹陷22块岩心进行核磁共振实验，确定了本区域可动水饱和度的分布规律，并获得了不同低渗岩样气相渗透率与束缚水饱和度关系曲线。西湖凹陷低孔渗储层的物性好，但可动水饱和度高，这是造成本区气藏产能低的主要原因。通过气田实际生产实例，验证了低孔渗气藏产水的可能性，为该类气藏的开发提供指导。

西湖凹陷；低渗气藏；核磁共振；弛豫时间；可动水饱和度

储层中的水以两种形式存在：一种是赋存在细小喉道中的束缚水，另一种是赋存在大孔道中在一定条件下的可动水[1-5]。低渗砂岩气藏一般都具有较高的含水饱和度，但是不同的低渗砂岩气藏，其含水的赋存状态不同，可动性也是完全不同的，可动水饱和度越高其开发效果越差。

目前，实验室内多数采用核磁共振测试技术测试可动流体饱和度。核磁共振技术是有效认识储层的重要手段之一，在各油气田得到了广泛的发展和应用。国内外很多学者对使用核磁共振技术评价储层润湿性进行了大量的实验和理论研究[6-10]。叶礼友、高树生等对可动水饱和度与孔隙度、渗透率及原始含水饱和度的对应关系进行了论证[11]，认为可动水饱和度是与孔隙度和渗透率同属一个层次的低渗砂岩气藏储层的固有属性,能有效表征低渗砂岩储层产水特征,可作为低渗砂岩气藏储层评价参数。

以往文献对四川盆地须家河组低渗砂岩储层进行了可动水饱和度与孔隙度和渗透率之间的研究，本文对东海低孔渗气藏进行了研究，通过对东海22个岩心进行实验，获得了可动水饱和度与渗透率以及孔隙度之间的关系，与四川盆地的线性关系相比，东海获得的线性关系更陡。实验说明不同的驱替速度下，岩石中部分的束缚水会变成可动水，当含水饱和度达到临界值时，气相渗透率会大幅降低。利用东海气田实际的生产井进行分析，验证了可动水饱和度与渗透率以及孔隙度的关系，为东海低孔渗气藏的开发提供有力的指导。

1　可动水饱和度的确定

1.1 核磁共振的原理

核磁共振是原子核和磁场之间的相互作用。核磁共振中有个物理量叫弛豫，弛豫是磁化矢量在受到射频场的激发下发生核磁共振时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程。标识弛豫速度快慢的常数称为弛豫时间，弛豫时间分布反映了岩石介质内比表面的分布及其对展布在内表面上流体作用力的强弱。

利用离心后的核磁含水饱和度与原始含水饱和度对比，确定储层原始含水饱和度对应的离心力P。在离心力P条件下，离心后得到的核磁共振T2谱线，根据岩心离心前后的核磁共振T2谱计算T2截止值。即分别将饱和水状态和束缚水状态的岩心T2谱按照弛豫时间从小到大将其核磁信号逐步累加,得到饱和水和束缚水状态下岩心T2谱累积分布曲线。然后在饱和水状态累积曲线上确定一点,使该点对应的核磁共振累积信号等于束缚水状态核磁共振总信号,则该点对应的弛豫时间即为该岩心的T2截止值[12]。

图1是T2储层岩样的弛豫时间谱示意图，图中的两条谱线分别是岩心饱和水状态和在离心力P离心后对应的T2驰豫时间谱，离心力P离心后的T2谱线与横轴包围的面积代表岩心原始含水饱和度的信息，饱和状态T2谱线与离心力P离心后的T2谱线之间的面积代表原始含气饱和度信息，其中蓝色虚线段为T2截止值标定线，其右侧与离心力P离心后的T2谱线包围的面积就是岩心的可动水信息，由此可计算出实验岩心可动水饱和度[11]。

图1　低渗透储层岩样的T2弛豫时间谱示意图

1.2T2截止值的确定

通过核磁共振岩心分析，结合室内离心标定法对气田的岩心标定T2截止值。

对气田的岩心分别进行不同离心力实验。通过数据拟合，确定岩心最佳离心力为2.07 MPa。对气田不同层位的22块岩心进行T2截止值标定，实验结果见图2～图4。岩样核磁共振图谱以双峰形态为主，有部分岩心呈现单峰形态。结果表明储层中孔隙结构类型较为多样，随着岩心渗透率的增大，右锋逐渐右移。

图2　渗透率0.12×10-3μm2核磁共振测试

图3　渗透率0.80×10-3μm2核磁共振测试

图4　渗透率1.02×10-3μm2核磁共振测试

1.3可动水饱和度的确定

根据核磁共振获得的T2截止值以及T2图谱形状，确定出不同岩样的可动水饱和度和原始含水饱和度。表1为气田22块岩心核磁共振测试结果。

表1　岩心核磁共振测试结果

核磁共振可动水饱和度与孔隙度、渗透率关系见图5～图6，表明随着孔隙度和渗透率的增大，可动水饱和度降低。

2　驱替速度对含水饱和度的影响

应用微观玻璃模型研究气水运移微观渗流机理。实验用的微观仿真玻璃模型是一种透明的二维玻璃模型，采用光化学刻蚀工艺，将岩心铸体薄片的真实孔隙系统抽提出符合实验要求的孔隙网络系统，精密光刻到平面玻璃上,最后经高温烧结制成。标准模型大小为40 mm×40 mm，孔隙直径一般为50 μm，最小孔径10 μm，孔道截面为椭圆形。给模型加一定大小的围压，实验过程中将微观模型置于显微镜下，在显微镜的观察孔连接摄像头，然后接入数码摄像机和监视器,随时观察气、水渗流的实验过程。分别用0.02 mL/min、0.05 mL/min、0.15 mL/min的驱替速度气驱水，从驱替后含水饱和图(图7～图9)中可以看出，驱替速度越大，模型中的含水饱和度越低。说明不同的驱替速度下，岩石中部分的束缚水会变成可动水，在近井地带流速过高导致可动用水增加。对于低渗砂岩气藏，由于其自身的物性较差，水是影响气藏开发的关键因素。

图5　可动水饱和度与孔隙度关系

图6　可动水饱和度与渗透率关系

为了研究气体在低渗砂岩中的渗流特征渗流规律，对岩样进行了气体流态实验，测量岩心干重W和饱和地层水充分后岩心湿重W0。根据岩心的孔、渗物性参数，确定一个合适的驱替压力，在该驱替压力下用加湿氮气驱替岩心中的地层水，直至达到束缚水状态，取出岩心测量湿重Wl，计算此时的束缚水饱和度S1。然后依次减小驱替压力驱替岩心，待压力、流量稳定后记录驱替压力和流量值，测量湿重W2，计算含水饱和度S2。S1和S2的相对误差在5%之内为有效，研究束缚水饱和度S=(S1+S2)/2下的气体渗流规律。

图7　驱替速度0.02 mL/min含水饱和度77.59%

图8　驱替速度0.05 mL/min含水饱和度34.35%

图9　驱替速度0.15 mL/min含水饱和度21.12%

图10是不同低渗岩样气相渗透率与束缚水饱和度关系曲线。从图中可以看出，随着含水饱和度的增大，气相渗透率逐渐降低，当含水饱和度大于临界含水饱和度后，气相渗透率将随含水饱和度增加而迅速减小，渗流特征发生了质的变化。渗透率大于0.5×10-3μm2的岩样，40%是岩样临界含水饱和度；对渗透率小于0.5×10-3μm2的岩样，35%是岩样临界含水饱和度。

3　实例分析

A井生产气藏孔隙度主要为9.8%～11.9%，平均11.0%；渗透率主要为(0.3～1.1)×10-3μm2，平均0.7×10-3μm2，属于低孔低渗储层。对应可动水与孔隙度的关系曲线，可动水饱和度为4%～8%；对应可动水与渗透率的关系曲线，可动水饱和度为4%～6%，推测出水量为1～20 m3/d。该层投产初期基本不产水，经过压裂措施后，随着采气量增加，产水量也增加至10～15 m3/d。说明措施后，随着产气量的增加，储层中部分的束缚水变成可动水被产出。

图10　气相渗透率和岩心水饱和度关系

B井生产气藏含水饱和度为65%，孔隙度为7.3%～10.5%，平均为9%，渗透率(0.08～0.39)×10-3μm2，平均为0.17×10-3μm2，属于低孔低渗储层；对应可动水与孔隙度的关系曲线，可动水饱和度为7%～10%；对应可动水与渗透率的关系曲线，可动水饱和度为7%～11%；推测出水量25～50 m3/d。该层措施前无产出，经过储层改造后，该井日产水约45 m3。说明含水饱和较高时，气相渗透率较低，措施后，储层中部分的束缚水变成可动水，气井出现气水同出现象。

通过实际低渗储层的生产与可动水饱和度进行对比，说明利用可动水饱和度与渗透率和孔隙度之间的关系可以为低渗储层的出水进行预测。