高温高压气藏高矿化度地层水结盐实验研究

2017-01-07唐弘程

重庆科技学院学报（自然科学版） 2016年6期

关键词：矿化度气藏气田

王彬唐弘程曹臻鄢雨

(1. 中石化西南油气分公司川东北采气厂，四川阆中 637400；2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东深圳 518067；3. 中国石油新疆油田分公司准东采油厂，新疆阜康 831511)

高温高压气藏高矿化度地层水结盐实验研究

王彬1唐弘程2曹臻1鄢雨3

气藏；高矿化度地层水；结盐实验；驱替实验

高矿化度地层水对于气藏开发的影响逐渐受到重视[1]。在开发中后期，地层水的高矿化度会影响气藏开采动态、流体性质和气井产能，使储层流体相态特征复杂化，降低储层流体渗流能力和气井自喷生产效益[2]。目前在文23气田、克深气田、千米桥气田均发现了地层水结盐现象，其中文23气田62%的气井受到地层水结盐的影响[3]。

现有成果中，在研究油气藏相态特征时大多未考虑地层水的影响，相关数学模型仅从理论上分析了结盐的可能性，开展的物理实验也较少[4]。仅少数学者对文23气田结盐进行了研究[5-7]。

本次研究以东部某气田的地层水样和岩心为对象，开展了地层水结盐可视化实验、天然气-地层水平衡闪蒸实验、地层水流动驱替实验及岩心伤害实验，从流体相互作用和流固耦合两方面着手，分析高矿化度地层水结盐规律。

1 地层水结盐可视化实验

在高矿化度地层水气藏降压过程中，伴随着气体的采出，气藏体系相态特征不断变化，促使地层水蒸发并引起地层水中盐类的溶解平衡向结晶方向运动。由于储层较深且泄气面积较大，难以实现地层水结盐可视化分析，因而相关实验中较少分析地层水的影响。本次实验使用加拿大DBR公司的固相沉积测定仪进行地层水结盐可视化实验。实验选取东部某气田地层水数据，相关数据见表1。将地层水和天然气按照体积比3 ∶7注入到PVT装置中，实验温度保持150 ℃，逐级降压，采用高清摄像机对地层水部分进行拍照。

表1 东部某气田地层水测试及复配样品数据 mg/L

图1所示为高矿化度气藏降压开采过程中地层水变化。观察高矿化气藏地层水溶解度曲线和不同压力点地层水变化，可以看到地层水溶解度曲线随着压力降低而降低。在降压开采过程中，地层水中固相从无到有，当压力从120 MPa下降到30 MPa时，地层水中并没有固相析出；当压力下降到30 MPa时，地层水中开始出现结盐颗粒，颗粒漂浮在地层水中，地层水逐渐接近溶盐极限；当压力下降到10 MPa时，固相颗粒附着在PVT筒壁面，结晶颗粒大量出现。实验证实了地层水结盐的规律。当压力降低到一定程度时才会发生结盐，说明结盐主要发生在开发中后期。结盐现象发生在井周围一定泄气面积内，若超过该面积，则结盐现象不明显。

图1 高矿化度气藏降压开采过程中地层水变化

2 天然气-地层水平衡闪蒸实验

图2 地层水中Cl-和Na+含量变化

图3 地层水中Ca2+和含量变化

3 地层水流动驱替实验

地层水结盐除了受到流体相互作用的影响外，还受到地层水-岩石流固耦合的影响。高矿化度地层水对储层物性的伤害主要表现为孔隙度损伤和渗透率损伤。孔隙度和渗透率损伤导致渗流能力降低，流通通道缩短，有效孔隙体积缩小。采用高温高压驱替装置，针对东部某气田的岩心饱和地层水建立原始含水饱和度资料。在10 MPa的压力下驱替地层水通过岩心，测量入口处和出口处的地层水密度，实验完成后对岩心进行电镜扫描。实验温度为150 ℃，实验前测量出岩心孔隙度和渗透率。为了减少实验误差，测量了8个测量点的地层水密度。

通过实验，可清楚地观察到岩心上杂乱分布的白色颗粒，结晶现象明显。图4 所示为驱替实验中的入口密度和出口密度。

图4 驱替实验中的入口密度和出口密度

观察对比实验前后的地层水密度，可看到结盐发生之后地层水密度明显降低，降低幅度在10%左右，排出的地层水密度接近于1。这说明地层水在通过岩心的过程中发生了结盐现象，形成了结盐颗粒沉淀。图5所示为放大200倍的实验后岩心电镜扫描图，可观察到明显的晶体颗粒。由于杂质的存在，立方体略有圆角，晶体表面有阶梯状凹陷，呈粒状或块状，岩心粒间孔和缝中充填有晶体颗粒。这些晶体颗粒以NaCl晶体为主，伴有其他盐类晶体。

图5 放大200倍的实验后岩心电镜扫描图

4 孔渗伤害结盐实验

将流动驱替实验中所用岩心置于高温下进行渗流蒸发，测定地层水完全蒸发后的岩心孔隙度和渗透率。图6所示为结盐前后岩心孔隙度和渗透率。岩心发生结盐现象后，孔隙度和渗透率均有损伤，储层物性向左下方移动，且岩心物性越差，损伤程度越严重。孔隙度平均损伤率为7.00%，最大损伤率为15.00%；渗透率平均损伤率为10.00%，最大损伤率为16.03%。总体上，渗透率的损伤大于孔隙度损伤。图7为岩心渗透率和渗透率损伤率曲线。可以看到，岩心渗透率和渗透率损伤率曲线呈明显的指数关系，原始渗透率越低，岩心的损伤率越大。

图6 结盐前后岩心孔隙度和渗透率

图7 岩心渗透率和渗透率损伤率曲线

5 结语

研究发现，当压力下降到30 MPa时，体系中开始出现结盐颗粒，颗粒漂浮于地层水中；当压力下降到10 MPa时，大量颗粒开始附着于观察窗的表面。这说明高矿化度地层水在低压条件下可发生显著的结盐现象。

地层水驱替实验结果表明，流经岩心后，地层水的密度降低了10%左右，结盐后岩心上有明显的白色结晶颗粒，电镜扫描图上可以看到明显的粒状或块状结晶颗粒，结晶以NaCl晶体为主，伴有其他盐类晶体。

地层结盐后，孔隙度和渗透率均有损伤，孔隙度损伤率为7.00%，渗透率损伤率为10.00%，原始渗透率越低，损伤越严重。这说明结盐现象对低渗透或特低渗透储层物性的影响不可忽略。

[1] 马超，李伦，肖杰，等.玉场油田盐间地层水结盐规律研究[J].科学技术与工程，2015(35):165-169.

[2] 顾岱鸿，文守成，汪海.气田地层结盐机理实验研究[J].大庆石油地质与开发，2008，27(2):94-96.

[3] 汤勇，杜志敏，孙雷，等.考虑地层水存在的高温高压凝析气藏相态研究[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2010(4):28-31.

[4] 文守成，何顺利，陈正凯，等.气田地层结盐机理实验研究与防治措施探讨[J].钻采工艺，2010(1):86-89.

[5] 王彬，周彪，王新宇，等.沁水盆地柿庄南区块煤层气藏自改造动态分析[J].石油化工应用，2016(2):20-23.

[6] 王长权，杜志敏，汤勇，等.气藏中CO2封存过程气水互溶特性实验研究[J].特种油气藏，2013(3):118-122.

[7] 汤勇，杜志敏，张哨楠，等.高温气藏近井带地层水蒸发和盐析研究[J].西南石油大学学报，2007，29(2)：96-99.

Experiment Research on High Salinity Formation Water Salting-out in High Temperature and High Pressure Gas Reservoirs

WANGBin1TANGHongcheng2CAOZhen1YANYu3

(1. Northeast Sichuan Gas Production Plant, Sinopec Southwest Oil and Gas Branch, Langzhong Sichuan 637400,China; 2. Shenzhen Branch of CNOOC EnerTech Drilling and Production Company, Shenzhen Guangdong 518067, China;3. Zhundong Oilfield District of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Fukang Xinjiang 831511, China)