摘要 產(chǎn)水問題是制約四川盆地川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組低滲透砂巖氣藏高效開發(fā)的關(guān)鍵問題。為給生產(chǎn)現(xiàn)場形成有效防水、治水技術(shù)提供理論依據(jù)，開展了儲層產(chǎn)水機(jī)理研究，通過壓汞、巖樣氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)及微觀可視模型開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)，揭示了儲層高含水及產(chǎn)水機(jī)理。結(jié)果表明：須家河組低滲透砂巖氣藏儲層微細(xì)孔喉發(fā)育，微細(xì)喉道對氣相的毛細(xì)管阻力大，成藏過程中，當(dāng)含水飽和度降低到40％～50％后，成藏動力不足以克服毛細(xì)管阻力使氣相進(jìn)入更微細(xì)的喉道及其控制的孔隙中，決定了儲層高原始含水飽和度的特征；低滲透儲層氣水呈互封狀態(tài)后，在開發(fā)過程中氣體彈性膨脹推動較大孔喉處及其控制的孔隙內(nèi)水相成為可動水，這就是儲層產(chǎn)水的主要原因；水封氣能量、可動水飽和度及生產(chǎn)壓差控制了儲層的產(chǎn)水特征。該研究成果對于降低氣井產(chǎn)水風(fēng)險(xiǎn)，提高單井產(chǎn)量具有重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞  四川盆地  川中地區(qū)  晚三疊世  低滲透砂巖氣藏  儲集層  孔隙  結(jié)構(gòu)  產(chǎn)水機(jī)理  可動水

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組低滲透砂巖氣藏儲層含水飽和度高，氣井普遍產(chǎn)水，氣井過量產(chǎn)水導(dǎo)致氣井產(chǎn)能迅速下降^[1]。認(rèn)識氣藏產(chǎn)水機(jī)理，建立氣藏產(chǎn)水特征預(yù)測方法和技術(shù)手段，對于合理制訂開發(fā)方案，提高單井產(chǎn)量，增加氣藏開發(fā)效果，降低開發(fā)成本具有重要意義。目前，對于須家河組低滲透砂巖氣藏氣水分布特征及控制因素有了一定的認(rèn)識^[2-5]，但氣藏產(chǎn)水機(jī)理及如何預(yù)測氣井產(chǎn)水特征還是一個尚未解決的關(guān)鍵問題。筆者在明確儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，通過巖樣氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)及微觀可視模型開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)，揭示了儲層高含水飽和度的機(jī)理及產(chǎn)水機(jī)理。

1 儲層特征

川中地區(qū)構(gòu)造平緩，一般地層傾角為1°～3°，構(gòu)造受力總體較弱，須家河組氣藏是發(fā)育于平緩構(gòu)造背景下的巖性氣藏，無明顯的邊底水。裂縫總體不發(fā)育，僅在局部井區(qū)和層段見有裂縫，多分布于致密層段。須家河組儲層具有中-低孔隙度、低-特低滲透率、高含水飽和度特征?？紫抖葹?span lang="EN-US">0．5％～l5．55％，滲透率為0．001～5．0 mD，含水飽和度在40％以上^[6-9]。

2 儲層高含水機(jī)理

2．1 儲層微細(xì)孔喉發(fā)育

巖樣壓汞測試結(jié)果表明，須家河組低滲儲層孔喉細(xì)小，微孔喉發(fā)育。儲層滲透率越低，小于0．1 μm的微喉道控制的孔隙體積比例越高(圖1)。對于覆壓滲透率為0．1 mD左有的儲層，由小于0．1 μm的喉道控制的孔隙體積在30％以上，對滲流能力起主要貢獻(xiàn)作用的是0．5～1μm之間的喉道。覆壓滲透率0．01mD左右的儲層，由小于0．1μm的喉道控制的孔隙體積在45％～75％之間，對滲流能力起主要貢獻(xiàn)作用的是0．1～0．5μm之間的喉道。

2．2 微細(xì)孔喉控制高含水飽和度

成藏中的油氣二次運(yùn)移過程中，當(dāng)氣泡的直徑大于儲集層的有效喉道直徑時，毛細(xì)管阻力的作用使得后續(xù)氣泡逐漸連成氣絲，直到水動力同浮力的合力能夠克服毛細(xì)管阻力時，氣絲才開始運(yùn)移^[10]。喉道半徑小于0．2μm后，隨著喉道半徑的減小，毛細(xì)管阻力快速上升。喉道半徑越小，氣相越難以進(jìn)入其控制的孔隙內(nèi)。

應(yīng)用離心機(jī)對飽和地層水的巖樣進(jìn)行離心實(shí)驗(yàn)，得到不同離心力下的殘余水飽和度，模擬成藏過程中不同成藏動力下的束縛水飽和度，揭示不同尺寸孔喉對水相的束縛作用。實(shí)驗(yàn)過程中，離心力大小從50psi(1 psi=6．895 kPa)逐步增大到300 psi。不同離心力離心后的巖樣含水飽和度如圖2所示。在飽和水狀態(tài)下，50 psi離心力能讓含水飽和度降低5％～50％。這是由于較大喉道及其控制的孔隙內(nèi)的水相更容易被驅(qū)替出。隨著含水飽和度的降低，相同離心力增加幅度下含水飽和度的降低幅度越來越小。從毛細(xì)管力計(jì)算公式可看出，孔喉半徑越小，控制的束縛水飽和度越高，0．1 μm的孔喉控制的含水飽和度高達(dá)50％，而且滲透率小于0．05 mD的巖心，0．1μm的喉道控制的含水飽和度均高于50％。這表明儲層微孔喉發(fā)育是該區(qū)須家河組儲層原始含水飽和度高的主要原因。

3 儲層產(chǎn)水機(jī)理 

3．1 微觀機(jī)理  

微觀模型含水狀態(tài)下開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，對于低滲透砂巖氣藏來講，由于水相一般為潤濕相，主要分布在微細(xì)孔喉內(nèi)及巖石表面，氣體賦存在孔隙內(nèi)，含水微細(xì)孔喉包圍控制孔隙體，形成氣水互封的狀態(tài)(圖3)。開發(fā)過程中，氣相產(chǎn)出要突破孔喉處水相的束縛作用。

氣藏開發(fā)過程中，隨著儲層壓力逐步下降，壓力降傳導(dǎo)到孔隙內(nèi)的氣體時，氣體體積迅速膨脹，對孔隙表面水相進(jìn)行擠壓，并對微細(xì)孔喉處的水相產(chǎn)生推動力，這種推動力只要大于某一微細(xì)孔喉處的毛細(xì)管力束縛，則這部分微細(xì)孔喉處及其控制的孔隙內(nèi)的殘余水就會被推動，從而運(yùn)移產(chǎn)出成為可動水(圖4)。另一方面，開發(fā)過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于成藏過程，因而開發(fā)過程中驅(qū)替壓力梯度大于成藏過程中的驅(qū)替壓力梯度，故成藏過程中部分末被驅(qū)出的水相可以在開發(fā)過程被驅(qū)替出，成為可動水。對于須家河組氣藏而言，由于微細(xì)孔喉發(fā)育，殘余水飽和度較高，衰竭式開發(fā)過程中壓力梯度大，因而可動水產(chǎn)出量較大，嚴(yán)重影響氣藏產(chǎn)能。

3．2  宏觀機(jī)理

對須家河組2塊低滲透巖樣進(jìn)行了不同壓力梯度下氣驅(qū)飽和水巖樣實(shí)驗(yàn)，在初始高含水飽和度階段，隨著驅(qū)替壓力梯度的增大，殘余水飽和度降低緩慢，主要是由于氣相飽和度小于20％，不能產(chǎn)生連續(xù)氣相運(yùn)移。隨著驅(qū)替壓力梯度的進(jìn)一步增大，氣相飽和度逐步增加，達(dá)到臨界含氣飽和度20％后，形成連續(xù)運(yùn)移，這時氣相運(yùn)移進(jìn)入大喉道及其控制的孔隙中，使得含水飽和度快速降低。當(dāng)含水飽和度降低到50％后，氣相進(jìn)入更細(xì)小的喉道及孔隙的難度加大，驅(qū)替壓力梯度的增加導(dǎo)致含水飽和度緩慢降低(圖5)。須家河組低滲透砂巖氣藏儲層含水飽和度在40％～60％之間，高于束縛水飽和度，存在0～20％的可動水飽和度。驅(qū)替壓力梯度越大，水相越容易動用。

為了進(jìn)一步研究儲層產(chǎn)水的宏觀機(jī)理，開展了兩種氣水狀態(tài)下的物理模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算。一種是氣水分異明顯的儲層，一種是氣水互封狀態(tài)下的儲層再，對比分析水封氣狀態(tài)及氣、水能量對儲層產(chǎn)水的影響規(guī)律。結(jié)果表明，對于氣水分異明顯的低滲儲層，由于水相彈性膨脹能力小，且儲層滲透率低，儲層產(chǎn)水量很小，而且水體倍數(shù)對其影響也很小，對于氣體產(chǎn)能影響不大，可以忽略不計(jì)。對于氣水互封的儲層，采氣過程中巖心的水侵量達(dá)到了0．2 PV，會嚴(yán)重影響氣體產(chǎn)能，可見氣水存在關(guān)系對于氣井產(chǎn)水有重要影響。圖6是不同水封氣量下氣井開發(fā)過程中的水侵動態(tài)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水封氣能量越高，儲層越容易產(chǎn)水；隨可動水飽和度增加(對于束縛水飽和度一定的儲層，即原始含水飽和度增加)，氣井開發(fā)過程中的水侵量顯著增加，南不含水封氣到0．1 PV水封氣，對應(yīng)的水侵量由0增加到近0．12 PV，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能。由此可見，低滲儲層產(chǎn)水量主要受到兩方面的宏觀因素控制：一是水封氣能量大小，二是可動水飽和度高低。

4 結(jié)論

1)須家河組低滲透砂巖儲層孔喉細(xì)小，微孔喉發(fā)育，小于0．1μm的微孔喉控制的孔隙體積比在30％以上；微孔喉毛細(xì)管阻力大，氣相難以進(jìn)入其控制的孔隙內(nèi)，導(dǎo)致儲層高原始含水飽和度。

2)低滲透砂巖儲層氣水成互封狀態(tài)，衰竭式開發(fā)過程中，驅(qū)替壓力梯度大，氣體膨脹推動較大孔喉處及其控制的孔隙內(nèi)水相成為可動水，是產(chǎn)水的主要原因。

3)儲層產(chǎn)水特征主要受控于水封氣能量、可動水飽和度及生產(chǎn)壓差。

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本文作者：高樹生  侯吉瑞   楊洪志  熊偉  胡志明

作者單位：中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院   中國石油大學(xué)(北京)    中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院