致密砂岩气藏水相圈闭损害实验研究及应用

致密砂岩气藏已成为当前油气勘探开发的重点，但水相圈闭损害严重影响其勘探开发效益。鄂尔多斯盆地北部塔巴庙致密砂岩气藏具有低孔低渗、低压、高毛管力、高有效应力、低初始含水饱和度、天然裂缝一定程度发育和粘土矿物丰富多样等特征。对塔巴庙致密砂岩气藏地质特征和水相圈闭损害机理的研究表明，致密砂岩气藏潜在水相圈闭损害严重，并通过典型致密砂岩岩样的毛管自吸实验和水相圈闭指数APt实验评价证实水相圈闭损害的严重性。毛管自吸实验揭示出，物性越好、初始含水饱和度越低的储层更易发生自吸诱发的水相圈闭损害。综合地质特征和实验结果，分析了塔巴庙地区应用屏蔽暂堵钻井完井液防止水相圈闭损害而促使盒2＋3段高产气藏及时发现的原因。     

鄂尔多斯盆地北部致密砂岩气藏应力敏感性实验评价

鄂尔多斯盆地北部致密砂岩气藏具有低孔、低渗、低压的特点，气藏准确评价及经济开发难度较大。以气层原地有效应力点为基准进行应力敏感性评价，能够客观反映气层原地物性特征及开发中孔隙压力下降带来的渗透率损害程度。文章以鄂尔多斯盆地北部上古生界致密砂岩为研究对象，分基块及裂缝岩样进行应力敏感性实验。实验评价结果表明，致密砂岩渗透率损害程度随有效应力增加而增加，裂缝岩样应力敏感性损害程度比基块更强．生产压差较大时储层渗透率降低过快，对致密砂岩气藏稳产和提高最终采收率不利。     

鄂尔多斯盆地北部塔巴庙地区气层识别与预测

塔巴庙地区位于鄂尔多斯盆地北部伊陕斜坡带，气层主要为上古生界山西组山1段和下石盒子组盒1段河道砂体。总结塔巴庙地区气层的岩石学、电性、地球物理特征，建立了识别气层、水层、干层的测井参数解释标准，并根据地震特殊处理，对塔巴庙地区的山1、山2、盒1、盒2等主要产层段的储集层进行了含气性预测，认为塔巴庙地区砂体主体分布区基本较为有利，尤其是DT1井—昌鸡兔—带砂体发育，含气饱和度高，为最有利区。同时，这种分布特征也证实了盆地北部上古生界深盆气藏的成藏特征。     

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盐城气田是江苏油田至今发现的储量最大的气田。该区上覆地层压力较高（上覆地层压力系数高达1．20），又不下技术套管，钻井液密度不能平衡地层压力，发生严重跨坍，损失时间长，最后不得已把钻井液密度提高，造成了大量漏失，对气层造成严重的损害（储层压力系数小于1），而且该区岩心、气层特性等资料都缺乏，如何利用有限的资料，快速预测气层损害机理和损害程度，采取有效保护气层技术，是非常关键的、必要的。文章通过对盐城地区气层的储层特征分析及实验研究，表明该气藏属低渗气藏，粘土矿物以绿泥石和伊利石为主、具有各层组渗流能力变化大、气层压力低等特性；初步探讨了该地区气层损害机理：含水饱和度较高、水敏性严重、水锁及液相聚集损害、入井液水锁严重、气藏应力敏感性较强；进行了气层保护技术的研究，提出了使用高抑制性的低界面张力型的水基钻井液、完井液及加速储层中入井流体的反排等预防措施；建议采用压裂和酸化对低渗气层改造，消除钻井及其它类型的损害。     

屏蔽暂堵钻井完井液技术在低压低渗气藏的应用效果分析

鄂北地区大牛地气田是典型的低压、低渗裂缝性砂岩气藏，该区储层损害机理以储层液锁损害、应力敏感损害，以及水敏、盐敏损害等为主。使用适合该区储层的屏蔽暂堵钻井完井液技术，在鄂北大牛地气田多口探井及开发准备井进行了现场试验，取得了显著的效果。     

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川西侏罗系蓬莱镇组气藏属于浅层低渗砂岩气藏，其储层特征和损害机理在国内同类气藏中具有典型性和代表性。文章通过现代岩心分析手段和系列模拟实验较为系统地探讨和评价了其储层损害机理和损害程度。研究结果表明，蓬莱镇组气藏主要损害机理为水锁损害，同时还具有较强的碱敏性、水敏性和裂缝应力敏感性，钻井完井过程中主要表现为工作液滤液水锁和固相侵入损害。文章最后提出了相应的储层保护建议。     

特低渗砂岩储层敏感性实验研究

通过分析长庆某区块的岩性特征、物性特征、孔隙孔喉结构、裂缝及储层温度压力系统等进行系统研究,得到长庆某区块的潜在损害因素,在此基础上进行储层敏感性实验分析,进一步得到储层的损害机理。分析结果表明,储层整体敏感性较弱,速敏、水敏、盐敏、碱敏弱,酸敏强,应力敏感性强。在该区块作业中需要控制合理的钻井完井液密度,钻井完井液体系宜尽量采取高矿化度体系,在采取增产措施过程中需采取预防措施应对酸化压裂带来的额外损害。     

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。     

应用屏蔽暂堵技术提高致密砂岩气层测井识别能力

致密砂岩气层低孔低渗、低初始水饱和度和裂缝发育等特征使其极易受到钻井完井液损害。钻井完井液侵入诱发的水相圈闭损害将使测井数据不能反映地层真实情况,导致气层测井响应弱或无,错判漏失气层。屏蔽暂堵技术在井壁形成薄、韧和渗透率近于0的滤饼,能减少和防止固相侵入和水相圈闭损害。以鄂尔多斯盆地北部塔巴庙致密砂岩气藏为研究对象,通过屏蔽暂堵钻井完井液室内评价和现场应用前后常规测井资料分析指出,屏蔽暂堵技术改善滤饼质量、井径和井壁粗糙度,为测井数据提供良好的采集环境,提高气层测井响应和测井解释含气饱和度,促使了高产气层发现。通过毛细管自吸实验揭示出水相圈闭损害是暂堵技术前未发现盒2+3高产气层的原因。     

鄂尔多斯塔巴庙地区上古生界天然气成藏机理分析

以鄂尔多斯塔巴庙地区上古生界气藏的天然气组分特征、气藏产层现今压力特征和区域性裂缝特征研究为基础,对气藏的成藏过程进行了分析。据二次运移特征把成藏分为两个阶段:一是天然气首先主要富集于盒1段及其以下层段中,形成高温高压的太原组、山西组和盒1段等早期气藏;二是区域抬升剥蚀后,下伏天然气沿后期产生的大量高角度裂缝再运移进入浅部的盒2~3段中形成压力系数高和轻烃含量高的晚期气藏。具有物性封闭和超压封闭双重作用的上石盒子组泥质岩区域盖层和天然气运聚动平衡,使大量天然气得以保存至今。     

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文章对鄂北塔巴庙地区低压低渗透岩样进行了大量的渗透率试验，获得了盒1段、山1段和太原组岩样的孔隙度、水平渗透率和垂向渗透率的试验结果，为有限元模型中产能预测提供了试验数据。用三维空间有限元法对鄂北塔巴庙地区低压低渗气层进行了大量的射孔完井渗流场模拟研究。分析了射穿污染带深度150 mm的射孔完井，模型参数中可以改变射孔深度、孔径、孔密以及相位角等几何参数，详细分析了大量的射孔孔眼内流体流速、压实带外边界渗流速度、渗流压力场以及孔眼内的压力降曲线，获得了低压低渗气层的射孔参数优化结果。根据研究结果，推荐用Φ177.8 mm套管完井，测试层段采用YD-127枪1 m超深弹，孔径13.4 mm，射孔密度20孔/m，相位角采用90°右旋布孔，以及得出了合理的负压设计参数，为鄂北塔巴庙地区气田低压低渗气层提供了最优射孔方案。同时，对于鄂北塔巴庙地区气田低压低渗气层全井段，既要保证最大产量，又要保证射孔孔眼稳定性，最佳理论生产压差建议为10.8 MPa。     

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鄂尔多斯盆地上古生界盒8段气藏属典型的低孔低渗的砂岩岩性气藏，受沉积环境的影响，盒8段储层在盆地中较为发育，但储层段物性及含气性在横向上存在着严重的非均质性〔1〕。因此，在鄂尔多斯盆地利用地震烃类检测技术进行含气性预测，就成为寻找优质储层的关键技术。文章从SLG气田盒8段气藏入手，通过Aki-Richards公式AVO建模、结合多波二维〔2〕地震资料，深入研究了SLG盒8段气藏的烃类检测方法。研究认为，在地震资料进行高保真振幅处理的基础上，采用AVO技术对鄂尔多斯盆地盒8段砂岩气藏进行烃类检测是可行的。     

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低渗储气藏通常具有低孔、低渗、低压、强水锁等特性，减少外来液体侵入储层，加快压裂液返排，提高压裂液返排率，将直接影响压后的单井产量。文章针对鄂北塔巴庙地区上古生界气藏石盒子组盒1段和山西组山1段，在充分认识储层地质特征的基础上，对N₂增能水基压裂液进行了大量的室内研究，尽可能降低由于压裂液侵入储气层而造成的伤害。同时，通过现场实施表明，该压裂液配方体系能较好地满足压裂工艺及储层的物性，提高了压后压裂液返排率，取得较好的单井产量。     

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油气化探在鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气勘探开发中显示出良好的应用前景和较好的经济效益，化探方法对寻找气藏具有明显的指向作用。针对目前方法较多、没有系统理论认识的情况，作者通过对油气化探方法分析原理和应用实践进行系统分析研究，总结出如下认识：①酸解烃方法是目前在鄂尔多斯盆地北部寻找上古生界气藏的最有利方法，但应用时应排除土壤碳酸盐含量的干扰；②野外合理采样、室内注重层位、岩性等数据的校正，可最大限度的排除干扰因素的影响；③盆地北部的地球化学背景场与其特殊的地貌有着紧密联系，总体表现为北高南低形态；④化探异常形态最有利的是复合环状和环中环状，异常整体分布呈北东—南西向，与主要目的层的储层展布特征基本一致；⑤油气化探在鄂尔多斯盆地北部的实践结果证明，它对寻找上古生界气藏具有明显的指向作用和较高的成功率。     

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下石盒子组是鄂尔多斯盆地北部大牛地气田的主要勘探目的层。文章从沉积相和岩石学特征入手，结合常规薄片分析、孔渗分析、压汞试验分析成果，利用数理统计方法，对下石盒子组储层特征进行了分析研究，结果表明该套储层为低孔隙、低渗透率储层，具有较高的排驱压力，较小的孔喉半径，且孔喉分选性差。储集空间以残余粒间孔隙和溶蚀孔隙为主，有少量微裂缝和粒间孔隙。笔者利用孔隙度（φ）、渗透率（K）、排驱压力（p_d）、饱和度中值压力（p_c50）和孔隙喉道半径（R_m）5个参数对储层进行了分类，划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。经压裂测试证明，Ⅰ、Ⅱ类储层是本区具有工业价值的储层，是增储上产的主要目的层。     

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依据近期勘探资料，结合前人研究成果，通过对中央古隆起的形态、核部出露地层、形成发育的力源机制及其演化特征进行系统分析后认为：鄂尔多斯盆地中央古隆起形成于早寒武世，来自祁连海槽由西向东的挤压应力和秦岭海槽由南向北的挤压应力是中央古隆起形成和发育的动力学基础。在鄂尔多斯盆地由裂谷沉积发展为碳酸盐岩台地的过程中，中央古隆起先后经历了台内隆起和台缘隆起两个阶段。因此，中央古隆起的持续发育对鄂尔多斯盆地古生界沉积格局和天然气的早期成藏具有重要的控制作用，指出古隆起区及其周缘斜坡带，目前仍具有较大的勘探潜力。     

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在钻井、完井和增产改造等各种作业过程中，近井地带由于钻井完井液的侵入，含水饱和度升高，且有效应力也发生变化，二者综合作用使气层有效渗透率大幅度降低。文章选取鄂尔多斯盆地上古生界典型致密砂岩样品，进行了恒定有效应力不同含水饱和度下气相渗透率实验、干岩样和不同含水饱和度条件下岩样应力敏感实验。实验结果表明，含水饱和度升高对致密砂岩气相渗透率损害严重；水的存在加剧了致密砂岩应力敏感程度，且含水饱和度越高应力敏感性越强；干岩样在3 MPa围压时的渗透率大约是40~50 MPa围压下含水饱和度为45%时气相渗透率的10~3000倍，将常规测量渗透率校正为原地条件下渗透率要考虑有效应力和初始含水饱和度的影响，防止滤液侵入对于致密气层的保护具有十分重要的意义。     

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岩石组分和裂缝是影响致密砂岩气藏损害程度的重要因素，研究岩石组分和裂缝对致密砂岩气藏应力敏感性影响能够为钻井、完井作业及开发致密砂岩气藏中的储层保护提供基础参数。文章以鄂尔多斯盆地北部上古生界致密砂岩气藏盒1段、山1段及太原组三个层位为研究对象，选取基块及裂缝岩样进行应力敏感性实验，采用应力敏感性系数S_s对实验结果进行评价。不同层位基块岩样对比显示岩屑含量越高其应力敏感性越强，同一层位基块岩样与裂缝岩样的应力敏感性系数对比表明裂缝的存在大大增加了致密砂岩储层应力敏感性。     

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鄂尔多斯盆地北部经过多年的勘探与研究，已发现丰富的油气资源，在勘探上取得了较大突破，发现了大牛地大型气田。但大牛地上古生界砂岩气藏致密低渗，进行加砂压裂投产必不可少。依据对气藏51次井（层）的压后测试资料分析，表明盒3段压后无阻流量较高，盒2段次之，向下逐渐减小，整体呈现出高产井主要集中分布在上部盒2～3段的特点。综合分析储层沉积微相、岩石学特征、物性、含气性、压裂施工参数、压裂施工工艺以及压裂造缝情况，认为储层质量优及其含气丰度高是该区气藏压后获得巨大产能的基础，人工压裂缝造缝半长在50 m以上是压后获得高产的关键。文章分析方法对同类型气藏的科学开发具有一定的指导和借鉴意义。