致密砂岩气层毛细管自吸水锁损害及控制因素

致密砂岩气层具有特殊的微观储层地质特征,在开发过程中极易形成水锁损害,而目前水锁损害主要通过检测宏观物性参数的变化来表征,未能刻画微观机理及控制因素。文中基于核磁共振T2谱、核磁成像等手段,建立了一套致密砂岩毛细管自吸水锁损害定量、可视化表征方法。研究表明:物性较好的岩心孔喉半径大、迂曲程度低,岩心自吸强度大于扩散强度;初始含水饱和度越低,毛细管自吸强度越大,流体主要分布在半径0.01μm以下的小孔隙内;裂缝可以降低孔隙迂曲程度,扩大流体与基质的接触面,加速毛细管自吸水锁损害的形成;毛细管半径越小对应的自吸毛细管力越强,流体优先通过自吸进入半径0.01μm以下的孔隙。孔喉半径和孔隙迂曲程度是影响致密砂岩气层自吸水锁损害形成的重要因素。     

致密砂岩气藏水锁效应机理探析——以苏里格气田东南区上古生界盒8段储层为例

水锁效应是影响气井生产开采的重要因素,在低渗透、特低渗透的致密砂岩气藏中,由于孔喉细小,水锁效应影响更加显著。根据致密砂岩气藏储层岩石中液相流体的开采前后受力特征;探讨了致密砂岩气藏生产过程中水锁效应的发生机理。利用高压压汞、气水相渗等实验分析资料,分析了压力与含水饱和度以及气相相对渗透率的关系;结果表明:压力与含水饱和度呈良好的指数关系,而压力与气相相对渗透率呈明显对数关系。随着生产压差的增大,会导致含水饱和度的升高,而含水饱和度的升高使得气相渗流能力降低,最终造成了水锁伤害程度的加重。合理的控制生产压差对于减轻气井生产过程中水锁效应,延缓气井见水有着重要意义。     

异常低含水饱和度储层的水锁损害

当储层原始含水饱和度低于束缚水饱和度时,称异常低含水饱和度储层,一般意义的水锁指数就不能反映该类储层的水锁损害过程和解除水锁损害的难易程度。为此,通过异常低含水饱和度储层水锁损害机理研究,提出了这类储层存在暂时性水锁和永久性水锁观点。暂时性水锁是指油、气反排外来工作液至束缚水饱和度过程中造成的水锁,是可以解除的;永久性水锁是指油、气反排外来工作液降至束缚水饱和度后再也不能降低了,从而达不到原始含水饱和度,造成一部分水锁永远无法解除。将该研究方法运用于长庆气田上古生界致密砂岩气藏的水锁损害评价实验中,结果表明:储层渗透率越低,束缚水饱和度与原始含水饱和度差值就越大,永久性水锁损害和暂时性水锁损害就越强,解除暂时性水锁所需时间越长。     

基于致密砂岩气藏初始含水饱和度的水锁伤害评价

针对现有的水锁伤害评价方法不适用于致密气藏岩心的现状,建立了基于初始含水饱和度情况下的抽真空饱和水锁伤害评价方法,完成一种塔里木油田聚磺钻井液滤液对岩心的水锁伤害实验,并通过使用气测渗透率的方法,测定污染前后岩心的渗透率变化,计算钻井液滤液对岩心的水锁伤害程度的方法。该实验方法可以对比初始含水饱和度条件下岩心的气体渗透率和束缚水饱和度条件下的气体渗透率变化情况,相对于常规方法更加符合气藏的实际状况。实验过程中,设计了致密砂岩气藏较低初始含水饱和度的建立方法。另外,开展实验评价了抽真空饱和时间、气驱返排时间、气驱流速等对抽真空饱和法的影响。用建立的实验方法测定了塔里木油田聚磺钻井液滤液对致密岩心的水锁伤害程度为54.83%~72.73%。      

用数字岩心确定低渗透砂岩水锁临界值

探明水锁内在因素与损害程度之间的联系机制对水锁抑制措施的研发至关重要,但常规的水锁物理实验只能研究宏观水锁损害后的结果,而无法探讨其微观机理。为此,通过高分辨率微CT扫描构建了低渗透砂岩三维数字岩心,并建立了与之等价的孔隙网络模型,利用孔隙级流动模拟开展了由毛细管力控制的虚拟"自吸"实验,探讨了润湿性、含水饱和度、孔喉结构参数等微观内在因素与水锁损害程度的联系机制。结果表明:(1)润湿性从水湿依次过渡到气湿,水锁损害程度逐渐减轻,只要将强水湿毛细管环境转变为弱气湿,就能有效地减轻水锁损害,提高气井产能;(2)初始含水饱和度与束缚水饱和度之间差异越大,水锁损害越严重;(3)水锁损害程度与配位数呈负相关关系,而与孔喉比呈正相关关系;(4)在现有研究条件下,由中等尺寸喉道组成的地层更容易水锁。结论认为,存在一个临界喉道半径使得水锁最为严重。     

致密砂岩气藏损害特征及评价技术

致密砂岩气藏具有孔喉细小、 裂缝发育、 超低初始含水饱和度等特点, 在勘探开发过程中易受到损害, 其中水锁和应力敏感是最致命的损害方式。利用毛细管力自吸 －离心法、 Ｄ Ｐ Ｔ指数法和自研实验装置评价了致密砂岩气藏在过平衡和欠平衡条件下的水锁损害程度; 利用毛细管流动孔隙结构仪、 Ｃ Ｔ扫描等手段评价了致密砂岩气藏的应力敏感性。结果表明, 致密砂岩气藏有很强的水锁损害潜力, 即使在欠平衡条件下水相自吸对气藏仍然有一定程度的损害, 过低的欠压值不能达到有效保护储层的目的。随着有效应力的增加, 致密砂岩储层基块孔径明显减小, 裂缝渗透率大幅度降低; 在应力加载初期裂缝闭合程度较大, 后期减缓。在水基欠平衡钻井过程中,水锁和应力敏感的叠加效应使储层损害程度大幅度地增加。储层原始地层条件的真实模拟以及将室内评价实验结果与现场工程设计紧密结合是下步研究工作的重点。     

低渗透致密气藏水基欠平衡钻井损害评价技术

低渗致密砂岩气藏具有孔喉细小、强亲水、裂缝发育等特点,在作业过程中易于受到损害,即使在欠平衡条件下,仍然具有一定的损害可能.在水基欠平衡钻井条件下,低渗致密砂岩气藏主要的损害方式为水锁和应力敏感.利用裂缝可视化测试系统、毛管流动孔隙结构仪等分析测试手段评价了低渗致密气藏的水锁和应力敏感损害.研究表明,低渗致密气藏在欠平衡条件下仍有很强的水锁损害可能,初始渗透率越低,水锁损害程度越大;有效应力一定时,欠压值越小,水锁损害程度越大,过小的欠压值不能起到保护储集层的作用;欠压值一定时,有效应力越大,水锁损害程度越大.目前对欠平衡条件下的水锁损害评价还处于摸索阶段,下一步工作的重点是储集层原地作业条件的真实模拟以及将室内实验结果应用于现场工程设计.图7表6参13     

低渗透气藏水锁损害定量评价模型

为了定量评价低渗透气藏潜在的水锁损害,基于相对渗透率和启动压力梯度模型,建立了低渗透气藏水锁损害定量评价模型,分析了水锁损害深度、启动压力梯度和应力敏感对水锁损害程度的影响。分析发现,该模型的预测结果与致密砂岩水锁损害实验结果吻合较好;水锁损害深度越大,潜在的水锁损害程度越严重;流体启动压力梯度越大,液相越难以返排,添加表面活性剂能够提高流体返排效率;高返排压差有利于液相返排,但应力敏感可能导致水锁损害程度增大,在启动压力梯度较低时影响尤其明显。研究结果表明,水锁损害是水相滞留引起的气相相对渗透率降低与应力敏感导致的绝对渗透率降低协同作用的结果,确定合理的返排压差能够减轻水锁对低渗透气藏的损害。      

川西侏罗系蓬莱镇组浅层低渗气藏水锁损害研究

水锁损害是川西侏罗系蓬莱镇组浅层低渗砂岩气藏的主要储层损害类型之一。理论探讨和实验研究表明，毛管力在水锁形成中起着关键作用；采用甲醇混合液饱和风干法和毛管力自吸离心饱和法能够快速有效地建立低渗岩心含水饱和度；蓬莱镇组气层含水饱和度大于65％以后气体相对渗透率接近0，钻井液滤液造成的水锁损害大于模拟地层水。给出了避免和减轻该气藏水锁损害的措施。     

巴喀致密砂岩气藏水锁/水相圈闭伤害评价

针对致密砂岩气藏储层特征,分析了水锁/水相圈闭伤害的机理与影响因素,利用巴喀致密砂岩气藏天然岩心,研究了储层渗透率、孔隙度、甲醇浓度、毛细管自吸地层水深度等因素对地层含水饱和度和伤害程度的影响。实验结果表明,随着储层中含水饱和度上升,气相渗透率明显下降,并在含水饱和度为0%～40%范围内下降幅度加剧;当含储层水饱和度超过60%的临界值时,会造成极强的水锁/水相圈闭伤害。这一结果对在气藏改造措施中合理控制含水饱和度具有指导意义。     

裂缝-孔隙型低渗气藏损害室内评价方法研究

低渗透裂缝-孔隙型天然气藏具有低孔隙度、低渗透率、高含水饱和度、高应力敏感性和高毛细管压力的特点，使得气藏损害具有不同于油藏损害的特殊性。建立与裂缝-孔隙型气藏相适应的评价方法和标准，搞清裂缝-孔隙型气藏的损害机理，是进行裂缝-孔隙型气藏保护的关键。而建立裂缝-孔隙型气藏评价方法的核心是裂缝性岩心的制备技术。文中提出了3种裂缝性岩样的制备方法，即天然裂缝性岩样的骑缝钻取法、天然岩心人造裂缝方法和预制裂缝压制法。评价实验表明，低渗透裂缝-孔隙性致密砂岩气藏具有很强的应力敏感性和水锁效应，水锁损害和应力敏感性损害是其主要损害因素，说明裂缝性岩样制备方法、应力敏感性和水锁效应评价方法可行。     

水基压裂液对致密砂岩气层的损害机理——基于《水基压裂液性能评价方法：SY/T 5107—2016》的改进

目前，针对压裂液的损害评价主要参考《水基压裂液性能评价方法：SY/T 5107—2016》（以下简称行业标准），而行业标准设定的压裂液驱替岩心过程与实际压裂施工中压裂液高压快速侵入储层的过程不吻合，并且压裂液损害评价实验未考虑压裂液残渣、破胶方式、原始含水饱和度等因素的影响，从而影响了评价结果准确性。为此，选取塔里木盆地库车坳陷迪北地区下侏罗统阿合组（J1a）致密砂岩岩心，通过改进实验流程与方法来模拟压裂液侵入致密砂岩气层的过程，评价了压裂液对气层的损害程度，进而系统剖析了损害机理。研究结果表明：①改进后的压裂液损害评价方法，考虑了气层的原始含水饱和度（小于束缚水饱和度）、压裂过程中的高压瞬间“击穿”效应、压裂液残渣等因素的影响，能更加客观地评价压裂液对致密砂岩气层的损害程度；②基于行业标准的评价结果显示，压裂液对致密砂岩气层渗透率的损害程度为中等偏强，而改进后方法得到的损害程度则为中等偏弱；③压裂液残渣滞留于裂缝中是对渗透率造成损害的主要因素，残渣易堵塞裂缝与缝面孔，绝大多数残渣滞留在基质岩心表层（侵入深度小于3 cm）孔隙中，基质孔隙对残渣有过滤作用；④压裂液从岩心表面向内部运移的过程中，高分子聚合物依次以薄膜层状、局部片团状、晶体包裹状滞留于储层孔隙中；⑤实验条件下，岩心中会产生盐析晶体，盐析晶体在岩心中分布不均，裂缝中盐析晶体与高分子聚合形成复合包裹体，基质孔隙中盐析晶体与少量伊利石等碎片包裹形成复合体；⑥速敏产生的运移微粒通常与残渣、高分子聚合物等形成复合包裹体，进而堵塞裂缝与孔隙。     

致密砂岩气藏润湿性对液相圈闭损害的影响

致密砂岩储层易因外来工作液入侵造成严重的液相圈闭损害,岩石表面润湿性对于液相圈闭损害程度具有重要影响。使用氟碳表面活性剂Zonyl8740处理岩心,降低岩心表面能,制得不同润湿程度的岩心。通过岩心驱替和毛管自发渗吸实验分别研究了气湿岩心和液湿岩心的束缚水饱和度、自吸油水动态;建立初始含水饱和度岩心流动实验,对比了钻井液加入气湿反转剂前后液相圈闭损害率。实验表明,致密砂岩表面由液湿反转为优先气湿可大幅度减弱毛管自吸效应、降低自吸液量和最终滞留饱和度。气湿反转剂可有效减少钻井液对储层液相圈闭损害。对预防致密砂岩储层液相圈闭损害具有一定指导意义。     

页岩气储层伤害30年研究成果回顾

目前页岩气储层伤害主要依据碎屑岩和碳酸盐岩研究方法,重点研究渗流能力影响因素。结果认为,内因主要是孔隙度低易水锁,黏土矿物含量较高易水化膨胀堵塞通道,页岩表面毛细管力增加气体流动阻力,高温高压环境削弱工作流体性能易增加储层液相残留量,页岩气中二氧化碳流向地面过程中污染工作流体增加储层液相残留量;外因主要是工作液抑制能力不足造成储层黏土水化膨胀,工作液侵入、工作液残留、工作流体添加剂残留、工作液生成生物被膜阻碍气体流动,生产压差过小导致井眼附近液相挥发速度较慢造成水锁堵塞渗流通道。尚未系统研究形成产能过程中解吸、扩散能力伤害及其原因,以及钻完井、储层改造、排采伤害对储层解吸、扩散能力的影响。没有形成系统的页岩气储层伤害基础理论,也没有室内和矿场公认的评价方法。     

中国致密砂岩气藏勘探开发关键工程技术现状与展望

中国致密砂岩气藏具有低孔低渗、裂缝发育、局部超低含水饱和度、高毛管压力、地层压力异常、高损害潜力等工程地质特征。经过10多年持续攻关，已经形成了裂缝性致密砂岩气藏保护屏蔽暂堵技术系列、气体钻井及全过程欠平衡完井保护技术系列，成功试验了CO2泡沫压裂液体系、N2增能压裂液体系和低摩阻高黏度瓜胶有机硼冻胶压裂液大排量套管注入的大型压裂工艺。实践证明，贯彻储集层保护与改造并举的方针，实现全过程储集层保护是致密砂岩气藏及时发现、准确评价和经济开发的重要保证。建议加强致密砂岩岩石物理学基础研究，重视水平井及特殊工艺井的钻井及完井储集层保护配套技术应用，大力提高增产改造技术的适应性，形成针对不同类型致密砂岩气藏的配套技术系列。参42     

含水致密砂岩气藏可动用储量评价新方法及其应用

确定可动用储量是气藏开发评价的核心工作,也是开发方案科学编制的重要基础。致密砂岩储层一般具有基质致密、高含水饱和度等特征,其基质储量动用十分缓慢,气藏开发早期难以准确评价。根据气藏衰竭开采过程中压降漏斗特征,采用长岩心多点测压物理模拟实验方法及流程,模拟测试了常规空气渗透率分别为1.630 mD、0.580 mD、0.175 mD、0.063 mD的含水储层孔隙压力在衰竭开采过程中的变化特征,建立了一套面积占比方法,实现了对可动用储量进行量化评价,提出了一套提高气藏储量动用技术的对策与建议。以井控范围400 m为例,分别评价了瞬时产气量降为10%时的初期配产和极限动用条件两种情况下的储量动用情况。研究结果表明：含水致密砂岩气藏的采出程度与储层渗透率、含水饱和度、废弃产量等因素密切相关,总体上基质越致密、含水饱和度越高、废弃产量越大,则采出程度越低;通过优化加密井网、人工裂缝规模与基质的匹配关系,避开可动水层、实施控水增气开采,降低废弃产量、延长气井生命周期等技术措施可以提高采出程度。     

致密砂岩气藏长岩心压力损失及渗透率损害评价实验

致密砂岩气藏具有低孔、低渗、孔隙结构复杂、孔隙连通性差等特点,易受到水锁效应严重损害。为此,根据致密砂岩气藏的水锁机理以及储层条件,选择对应储层的长岩心,开展了不同储层条件、不同水锁程度下的压力损失评价和渗透率损害评价实验,并提出了压力损失和渗透率损害率2个概念,表征水锁效应对压力传播过程和储层渗透率的损害程度。结果表明:在气田开发过程中,水锁效应对物性较差、气测渗透率较低的储层损害最大,应提前实施预防措施;物性较好、气测渗透率较高的储层可根据其压力损失和渗透率损害率决定是否需要采取优化措施。针对不同储层,合理地实施解除水锁工艺对于气井的生产以及经济效益具有重要意义。     

致密砂岩气藏高温高压敏感性评价及机理探讨——以塔里木盆地B区块致密气藏为例

致密砂岩气藏储量丰富,因其低孔低渗、高毛细管力、高黏土矿物含量、孔喉细小、非均质严重等特点,导致其易受到敏感性损害。目前大多数敏感性评价研究针对常规中、低渗储层,对于致密砂岩气藏敏感性评价技术尚未成熟。文中以塔里木盆地B区块致密砂岩气藏为例,通过岩心流动实验,进行模拟地层条件下的高温高压敏感性评价。结果表明,该区块高温高压敏感性具有弱速敏损害、中等偏强水敏损害、中等偏弱盐敏损害、中偏弱碱敏损害、弱酸敏损害、强应力敏感损害的特点。进一步运用X射线衍射、扫描电镜、铸体薄片等测试手段,分析了B区块致密气藏矿物类型、体积分数、形态及分布特征,剖析了敏感性的成因——储层敏感性矿物及微观孔喉结构。     

致密砂岩气藏充注模拟实验及气藏特征——以川中地区上三叠统须家河组砂岩气藏为例

致密砂岩气藏岩石孔喉细小、孔隙结构复杂、含水饱和度较高且主控因素不明,制约了对天然气规模成藏机制的认识和气水分布的预测。为此,以四川盆地中部（以下简称川中地区）上三叠统须家河组致密砂岩气藏为研究对象,应用基于低场核磁共振与高压驱替装置有机结合的模拟实验设备,开展致密砂岩在不同驱替压力下气驱水过程的在线动态模拟,研究不同压力下气、水在岩石中的赋存及流动特征,定量表征流体饱和度与充注压力、岩石孔径等的关系,探讨致密砂岩气富集机理。研究结果表明：①决定须家河组气藏含气饱和度高低的储集主体是孔径介于0.1～10.0 µm的储集空间;②含气饱和度总体上有随孔隙度和渗透率增大而升高的趋势,孔渗条件相近时,含气饱和度高低主要受控于孔径大于1.0 µm的储集空间,大孔径占比越高,含气饱和度越大;③须家河组致密砂岩在3.0～5.5 MPa充注压力下达到总含气饱和度的70%,此后随充注压力增大,含气饱和度增幅缓慢且总量小;④“小压差驱动、相对大孔径空间储集的耦合”是低生气强度区致密砂岩形成较高含水饱和度大中型气田的重要因素。结论认为,川中地区须家河组储层“孔径小、生气强度低、近源聚集”的特点决定了其主要以小压差驱动、相对大孔径空间储集,天然气可以规模富集成藏,但储层含水饱和度高。