低滲透砂巖氣藏束縛水飽和度研究

王利花

【摘 要】對(duì)于低滲透砂巖氣藏而言，束縛水飽和度是氣相和氣、水兩相滲流的臨界參數(shù)，也是計(jì)算含氣飽和度、表征低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)潛力特征和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)；巖心中束縛水飽和度的準(zhǔn)確確定將直接影響儲(chǔ)層油氣評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、儲(chǔ)量計(jì)算的合理性和產(chǎn)能預(yù)測(cè)的可靠性；因此，準(zhǔn)確的確定低滲透砂巖氣藏巖心的束縛水飽和度意義重大。

【關(guān)鍵詞】低滲透 氣藏 束縛水 飽和度

1孔隙介質(zhì)中束縛水的賦存狀態(tài)

在巖心飽和水的狀態(tài)下，低滲透砂巖氣藏儲(chǔ)層孔隙介質(zhì)中水的賦存狀態(tài)可分為自由（可動(dòng)）水和束縛水?？蓜?dòng)水賦存于較大孔隙中間，受巖石骨架的作用力相對(duì)較小，在一定的外加驅(qū)動(dòng)力作用下可以自由流動(dòng)和產(chǎn)出；束縛水存在于極微小的孔隙和較大孔隙的壁面附近，由于受巖石骨架的作用力較大，被毛管力所束縛而難以流動(dòng)。束縛水包括毛細(xì)管束縛水和薄膜束縛水；毛細(xì)管束縛水是指當(dāng)排驅(qū)壓力無(wú)法克服毛管壓力時(shí)，被滯留在微毛細(xì)管孔隙中和其他毛細(xì)管孔隙細(xì)小孔道彎曲處不能流動(dòng)的水；薄膜束縛水是指因親水巖石表面分子力的作用而滯留在孔隙壁上的束縛水。由于低滲透致密砂巖巖心中毛細(xì)管孔隙和微毛細(xì)管孔隙等小孔隙所占比例較大，而較大孔隙所占比例較小，因此巖心中束縛水主要為毛細(xì)管束縛水，并且整個(gè)束縛水飽和度較高。

2非穩(wěn)態(tài)恒壓氣驅(qū)法結(jié)合核磁共振技術(shù)建立束縛水飽和度

2.1原理與方法

非穩(wěn)態(tài)恒壓氣驅(qū)法建立束縛水飽和度的優(yōu)點(diǎn)是其驅(qū)替過(guò)程與儲(chǔ)層中束縛水的形成過(guò)程相似；其原理是以一維兩相滲流理論和氣體狀態(tài)方程為依據(jù)，當(dāng)以恒定的壓力將非潤(rùn)濕相（氣）注入飽和潤(rùn)濕相（水）的巖樣中時(shí)，非潤(rùn)濕相的氣體將驅(qū)替出巖樣孔隙中的水；由于巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，在驅(qū)替過(guò)程中會(huì)有部分水以水膜或泡滴的形式存在，且在提高驅(qū)替壓力時(shí)，仍然很難被驅(qū)替出來(lái)。理論上認(rèn)為，此時(shí)巖樣中的剩余含水飽和度即為束縛水飽和度，剩余水則主要分布在小喉道、盲端、由小喉道包圍的大孔隙及邊壁處。

核磁共振技術(shù)作為一項(xiàng)快速、無(wú)損、反映孔隙信息全面的檢測(cè)技術(shù)，可對(duì)巖樣孔隙內(nèi)流體的賦存狀態(tài)、可動(dòng)流體或束縛流體的含量進(jìn)行定量分析測(cè)量。通過(guò)對(duì)氣驅(qū)不同階段、不同含水飽和度下核磁共振變化情況的分析，可以從微觀角度分析巖心孔隙中水的賦存狀態(tài)的變化情況及束縛水建立過(guò)程，為氣驅(qū)法建立束縛水狀態(tài)提供微觀依據(jù)。

2.2最佳驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)的確定

以平均驅(qū)替壓差下氣驅(qū)法驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)為依據(jù)來(lái)衡量是否達(dá)到束縛水狀態(tài)，并對(duì)巖心在3個(gè)恒定壓差下開(kāi)展了氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)。在驅(qū)替初期，巖心中可動(dòng)水被大量驅(qū)出，含水飽和度下降很快；隨著平均驅(qū)替壓差下的驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)的逐漸增加，含水飽和度下降趨勢(shì)逐漸減緩；當(dāng)驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)達(dá)到34～42及42～50時(shí)，平均驅(qū)替壓差下的孔隙體積倍數(shù)內(nèi)含水飽和度減小僅為0.8%，含水飽和度變化基本趨于穩(wěn)定。另外通過(guò)對(duì)巖心在3個(gè)平均驅(qū)替壓差下氣驅(qū)至不同孔隙體積倍數(shù)時(shí)的核磁共振分析可知：在氣驅(qū)初期，大量可動(dòng)水被驅(qū)出；隨著驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)的增加，當(dāng)驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)達(dá)到42～50時(shí)，變化很細(xì)微，再增加驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)時(shí)，巖心中的含水分布基本趨于穩(wěn)定，剩余含水飽和度基本保持不變，其他氣驅(qū)結(jié)果也有類似規(guī)律。

2.3驅(qū)替壓差對(duì)含水飽和度變化及束縛水飽和度影響

由于氣體滲流存在對(duì)流擴(kuò)散作用，流動(dòng)的氣體會(huì)帶走巖心中一部分水，但通過(guò)宏觀稱重法和微觀核磁共振分析氣驅(qū)巖心中含水飽和度分布變化情況可知，在平均驅(qū)替壓差下的驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)達(dá)到50左右時(shí)，巖心中含水飽和度已趨于穩(wěn)定，可動(dòng)水基本被驅(qū)出，再增加驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)時(shí)，剩余含水飽和度變化極其微弱，此時(shí)可認(rèn)為氣驅(qū)巖心已基本達(dá)到束縛水狀態(tài)；所以對(duì)于低滲透氣藏巖心而言，可以把平均驅(qū)替壓差下驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)達(dá)到50左右時(shí)的含水飽和度作為束縛水飽和度。

3非穩(wěn)態(tài)恒壓氣驅(qū)法與離心法束縛水飽和度對(duì)比分析

離心法是依靠高速離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力，代替外加的排驅(qū)壓力從而達(dá)到非潤(rùn)濕相（氣）驅(qū)替潤(rùn)濕相（水）的目的。在離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)下，由于巖心中的潤(rùn)濕相與巖心外非潤(rùn)濕相的密度不同，使得兩種流體受到的離心力也不同，非潤(rùn)濕相借助這種離心力克服毛管壓力進(jìn)入巖心，排驅(qū)出潤(rùn)濕相；離心機(jī)轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的離心力差就越大，克服的毛管力就越大，從而非潤(rùn)濕相就能進(jìn)入更小的孔隙。若離心力選擇恰當(dāng)，由離心法來(lái)建立束縛水飽和度具有不破壞巖樣、實(shí)驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單、周期短、費(fèi)用低且數(shù)據(jù)豐富等特點(diǎn)使其更易于操作和實(shí)現(xiàn)。

低滲透砂巖氣藏儲(chǔ)層巖石孔隙以毛細(xì)管孔隙和微毛細(xì)管孔隙為主，毛細(xì)管孔隙中的流體多數(shù)是可動(dòng)流體，而微毛細(xì)管孔隙中的流體多數(shù)不可動(dòng)?；诜欠€(wěn)態(tài)恒壓氣驅(qū)法和離心法建立束縛水飽和度的優(yōu)勢(shì)，對(duì)兩種方法建立的束縛水飽和度進(jìn)行了對(duì)比和分析。由于兩種建立束縛水飽和度方法原理上的差異，必然引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所差異，由統(tǒng)計(jì)可得：離心法得到的巖心的束縛水飽和度均值高于氣驅(qū)法；每塊巖心的離心法束縛水飽和度與氣驅(qū)法平均束縛水飽和度之間的絕對(duì)誤差最小為0.51%，最大為10.74%，平均值為4.0%?？傮w看來(lái)，氣驅(qū)法束縛水飽和度與離心法束縛水飽和度誤差較小，吻合程度較好，綜合兩種方法可較準(zhǔn)確給出低滲透砂巖氣藏巖心的束縛水飽和度。

4結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）低滲透砂巖氣藏巖心在平均驅(qū)替壓差下氣驅(qū)法驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)達(dá)到50左右時(shí)，巖心中含水飽和度已趨于穩(wěn)定，此時(shí)可把巖心含水飽和度作為束縛水飽和度。

（2）低滲透砂巖氣藏巖心在氣驅(qū)不同階段的含水飽和度與平均驅(qū)替壓差下的驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)、驅(qū)替時(shí)間之間存在極好的相關(guān)性；但達(dá)到束縛水狀態(tài)所用驅(qū)替時(shí)間是隨著驅(qū)替壓差和滲透率而變化的，不能作為衡量是否達(dá)到束縛水狀態(tài)的依據(jù)。

（3）在合理的驅(qū)替壓差范圍內(nèi)，驅(qū)替壓差的增加在一定程度上使氣驅(qū)不同階段的含水飽和度和束縛水飽和度都趨于減小，但減小幅度有限；在滿足氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況前提下，可選擇合適的驅(qū)替壓差，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地建立束縛水飽和度。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭平.致密氣藏束縛與可動(dòng)水研究[J]；天然氣工業(yè)，2006年10期.

[2]郭平.對(duì)低滲氣藏滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究的新認(rèn)識(shí)[J].天然氣工業(yè)，2007年07期.