The evaluation method for mobile water saturation of tight sandstone gas reservoir

Development of Energy Science August 2013, Volume 1, Issue 2, PP.16-21

The Evaluation Method for Mobile Water Saturation of Tight Sandstone Gas Reservoir Yong Hu 1, 2,3†, Huayin Zhu 2, Min Yang 4, Changmin Guo2, Chunyan Jiao 2, Xuan Xu 2 1. Northeast petroleum university, Daqing Heilongjiang 163318, China 2.Langfang Branch, Research institute of Exploration and Development, Petro China, Langfang Hebei 065007, China 3.The key laboratory of gas reservoir formation and development, Langfang Hebei 065007, China 4.Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Petro China Tarim Oilfield company, Korla 841000, China †Email:

huy69@petrochina.com.cn

Abstract The mobility and occurrence state of water in the pore of gas formation is one of the important factors affecting the gas production.

By means of multiple methods such as log interpretation, NMR and gas drive water experiments, in this paper a set of evaluation and procedure has been established on the mobility of the water in the pore of gas formation, and a case study on Sulige gas field is also investigated to analyze the occurrence state of original water in the pore with different structures, and the moveable condition as well as changing trend, and to reveal that the moveable water increased with the pressure under gas field development. The result indicates that after long time accumulation, the water with varying occurrence states in the kinds of pores is in balance, namely, bound water; while in the course of gas development, with the decline of reservoir pore pressure and the imbalance of gas and water, suffering from both the dilatation energy and the pressure driven by gas, the bound water connecting pores will be transformed to movable water, and on the permeable channel, the both water are in alternation. Therefore, with respect to the tight gas sandstone development, the mobility of pore water in reservoir rock is the key issue that can’t be avoided.

Keywords: Tight gas Sandstone; Water in the Pore of Gas Formation; Movable Water; Evaluation Method

致密砂岩气藏储层岩石孔隙水可动性评价 胡勇 1,2,3，朱华银 2,3，杨敏 4，郭长敏 2,3，焦春艳 2,3，徐轩 2,3 1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007 3.中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室，河北 廊坊 065007 4.新疆塔里木油田勘探开发研究院天然气所，新疆 库尔勒 841000 摘

要：多数低渗致密砂岩气藏储层岩石孔隙含水，其赋存状态及可动性对于致密砂岩储层渗流特征和气井生产动态的

影响非常大。本文综合利用测井解释、核磁共振、岩心实验等多项技术，建立了一套致密砂岩储层孔隙水可动性评价方 法和流程。以苏里格气田为例，研究了储层岩石孔隙原始含水在不同孔隙结构中的赋存模式以及气藏开发过程中随气驱 压差增加，储层孔隙水的可动条件、动态变化过程。结果表明：经过长期成藏作用后，储层岩石孔隙水以不同模式赋存 于各类孔隙中并处于平衡状态（即束缚水），在气藏发过程中随着储层孔隙压力下降，气水平衡条件被打破，在膨胀能 和气驱压力共同作用下，连通孔隙内的束缚水部分会转变为可动水并在渗流通道上两者（可动水、束缚水）交互变化。 因此，对于致密砂岩气藏开发来说，储层岩石孔隙水的可动性是不可回避的一个关键问题。 关键词：致密砂岩气；气层孔隙水；可动水；评价方法

引言 影响气藏开发的水主要有两大来源，一种是气藏储层孔隙内赋存的原始地层水即气层孔隙水，一种是边 - 16 http://www.ivypub.org/des/

底水侵入。气层孔隙水的可动性主要受水的赋存状态、孔隙结构特征[1,2]、气驱压力大小等因素影响，在气藏 开发中，孔隙水的二次分布会影响气相渗流能力，从而影响气井产量，因此对气层孔隙水的可动性[3-5]进行评 价对于气藏合理开发具有重要意义。本文综合利用测井、核磁共振、增压气驱水等实验技术，着重解决气层 孔隙水在不同孔隙结构中的赋存模式及可动性分析。

评价方法

1

致密砂岩气层可动水主要受原始含水饱和度大小及分布、储层物性、气驱压力等因素影响。针对这一 问题，本文建立了如下评价方法，分三步对致密砂岩气藏储层孔隙水可动性进行了评价。

确定原始含水饱和度大小

1.1

储层孔隙含水是可动水的基础条件，因此对于气藏储层可动水的研究首先要清楚地层条件下储层原始 含水大小，主要以下两种方法： 第一种方法是测井解释，第二种方法是通过钻井取无钻井液污染的新鲜岩样进行测试。如本文中用于 研究的岩心渗透率分别为 0.025mD、0.04mD、0.221mD，通过上述方法确定其原始含水饱和度大小分别为 75.7%，64%，48.5%（见表 1）。 表 1 因素水平表 测井解释

新鲜岩样

空气渗透率，mD

原始含水饱和度，%

0.04

48.5

分析孔隙水的赋存状态及分布特征

1.2

水在多孔介质中的赋存状态受控于孔喉大小、形状以及岩石表面物理性质等，本文首先分析了岩石的 孔喉结构特征，在此基础上建立岩石孔喉结构理想模型，研究了不同孔喉结构中水的赋存状态及受力情 况，为孔隙水的可动性评价奠定基础。 孔喉结构分析 1000.00 100.00

毛管压力,MPa

1.2.1

10.00 1.00 进汞 退汞

0.10 0.01 100

80

60

40

20

0

汞饱和度,%

图 1 压汞曲线（K=0.04mD）

图 2 铸体薄片（K=0.04mD）

- 17 http://www.ivypub.org/des/

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

累计分布频率，％

67.468

33.580

8.713

16.600

5.344

2.038

1.019

0.501

0.246

0.122

0.060

0.030

0.015

0.0074

0.04mD

喉道半径，um

图 3 喉道半径累计分布频率.

采用压汞（图 1）和铸体薄片（图 2）对岩心孔隙结构进行了分析，结果表明，致密砂岩孔隙结构十分 复杂，孔喉细小。本文中渗透率 0.04mD 的岩心，累计分布频率图（图 3）上 50％以上的喉道半径小于 0.086m，排驱压力 0.7326MPa。 1.2.2

不同孔隙中水的赋存状态

图 4 核磁共振 T2 谱

图 5 孔隙水的赋存状态及分布特征模型

通过岩心核磁共振（见图 4）检测表明，经过成藏作用后，岩心各类孔、喉中均有水的赋存，其中细小 孔、喉中赋存量较大。建立理想的孔隙模型，对孔隙水受力及赋存状态进行了分析（见图 5 和表 2）：（1） 在表面张力作用下，孔隙水以“薄水膜”模式赋存于大孔隙和裂缝表面，气驱过程中这部分水具有一定可动 性；（2）在表面张力和毛管压力作用下，孔隙水以“厚水膜”模式赋存于微孔隙和较大喉道中，气驱过程 中这部分水是初期产水的主要来源；（3）在毛管压力作用下，孔隙水以“水柱”模式赋存于细小喉道中， 这部分水可动性较差，需要较大的气驱压力才能被驱动；（4）在气藏压力封闭下，孔隙水以“水珠”模式 封闭于盲端，这部分水几乎是不可动的水。 表 2 孔隙水受力与赋存状态分析

孔隙类型

1.3

裂缝

大孔隙

小孔隙

喉道

盲端

作用力

界面张力

界面张力＋毛管力

毛管力

挤压力

残余水赋存模式

薄水膜

厚水膜

水柱

水珠

气层孔隙水可动性评价 在气藏投入开发前，储层孔隙内气、水均处于平衡状态，孔隙水基本都是（残余）束缚水。在气藏衰

竭开采过程中，储层孔隙压力下降，在气水膨胀能和气体流动驱替力作用下，部分孔隙（残余）束缚水会 转化为可动水，在渗流通道上与气体共同流动。本文综合利用逐级增压气驱实验方法和核磁共振实验技 - 18 http://www.ivypub.org/des/

术，研究了孔隙残余水开始流动时的最小驱替压力以及随驱替压力增加孔隙可动水变化规律，分析了气藏 衰竭开采过程中储层岩石孔隙残余水与可动水的相互转化过程。 1.3.1

气藏孔隙水可动条件及变化规律

实验中，首先恢复建立储层岩石含水饱和度，然后开展逐级增压气驱实验，研究岩石孔隙水的可动条件 及变化规律。实验结果表明：只有在气驱压力达到一定值时，储层岩石孔隙水才有可能转化为可动水，储层 岩石孔隙可动水变化规律是，随气驱压力增加呈先增加后逐步降低趋势变化（图 6）。 6 K=0.04mD

可动水饱和度，％

5 4 3 2 1 0 3

4

5

6 7 驱替压差，MPa

8

9

10

图 6 逐级增压气驱过程中可动水变化规律

1.3.2

残余水与可动水可相互转化

在逐级增压气驱实验过程中，对每个气驱压力点下的岩心进行核磁共振检测，可以观察气驱过程中孔隙 水的变化特征。结果表明：驱替压力达到一定值时，连通孔隙内的部分残余水均有可能转化为可动水，但小 孔隙和喉道内的水为主（图 7-①）；但可动水在渗流通道上流动时可能会在大孔隙、裂缝表明发生二次分布 并可能再次成为残余水（图 7-②）。

图 7 逐级增压气驱过程中不同压力下核磁共振 T2 谱

2

苏里格气田储层孔隙水可动性评价

2.1 气层、含气层测井解释的渗透率、含水饱和度 统计苏里格气田 106 口井共 590 个数据点，表明苏里格属于低渗－致密气藏，渗透率为 0.0069mD～ 5mD，累计分布频率（图 8）上中值渗透率为 0.32mD，含水饱和度为 10%～75%，中值为 38%（图 9）。

2.2 苏 6 井区气井产水动态 苏里格气田开发至今已近 10 年，在开发早期，气井几乎不产水或少量产水，统计至 2011 年生产数据， 苏 6 井区 50 口井，其中有 22 口井有产水迹象（图 10）。 - 19 http://www.ivypub.org/des/

100

100 苏里格（106口井， 590个数据）

90

90

苏里格(106口， 590个数据）

80 累计分布频率，％

累计分布频率，％

80 70 60 50 40 30

70 60 50 40 30

20

20

10

10 0

0 0.01

0.1

1

10

0

渗透率，mD

图 8 渗透率累计分布频率

10 20 30 40 50 60 70 80 测井解释气层、含气层的含水饱和度，％

图 9 测井解释气层、含气层含水饱和度

图 10 测井解释气层、含气层含水饱和度

2.3 可动水评价 研究表明：气层孔隙水的可动性与原始含水饱和度大小及分布、岩石渗透率、气驱压差等因素关系密 切，对于一个特定的气藏，岩石渗透率、原始含水饱和度是确定的，因此，开发过程中，可动水的大小主 要取决于生产压差。从图 11 来看，只要气层孔隙含水，在生产中随着地层压力下降，随气驱压力增加，逐 步产出可动水，可动水的多少呈先增加后逐步降低趋势，渗透率高的储层孔隙水可动性较好，产出可动水 较多。

图 11 测井解释气层、含气层含水饱和度

3

结论 （1）气层孔隙水在不同类型孔隙中受力及分布模式均有差异，在一定气驱压力作用下，部分残余水可

以转化为可动水。 （2）气藏开发过程中孔隙水的可动性取决于原始含水饱和度大小及分布、岩石渗透率、气驱压差三大 - 20 http://www.ivypub.org/des/

要素，要合理制订气井生产压差，控制可动水对气相渗流能力的影响。 （3）气藏开发过程中，残余水与可动水相互转化的过程十分复杂： （a）有条件的动：驱替压力达到一定值时，连通孔隙内的部分残余水转化为可动水，小孔隙为主。 （b）交互变换：可动水运移过程中在渗流通道上发生二次分布并可能再次成为残余水。 （c）先增后降：当生产压差增加到一定程度后气井将产出可动水，并呈先增加后逐步降低趋势，如果 气井只产出储层可动水，则水气比也会先增加后降低。

4

结语 （1）气层孔隙水在不同类型孔隙中受力及分布模式均有差异，在一定气驱压力作用下，部分残余水可以

转化为可动水。 （2）气藏开发过程中孔隙水的可动性取决于原始含水饱和度大小及分布、岩石渗透率、气驱压差三大要 素，要合理制订气井生产压差，控制可动水对气相渗流能力的影响。 （3）气藏开发过程中，残余水与可动水相互转化的过程十分复杂： （a）有条件的动：驱替压力达到一定值时，连通孔隙内的部分残余水转化为可动水，小孔隙为主。 （b）交互变换：可动水运移过程中在渗流通道上发生二次分布并可能再次成为残余水。 （c）先增后降：当生产压差增加到一定程度后气井将产出可动水，并呈先增加后逐步降低趋势，如果气 井只产出储层可动水，则水气比也会先增加后降低。

REFERENCES [1] Jones F O, Owens W W. A laboratory study of low permeability gas sands[J]. Journal of Petroleum Technology, 1980, 32(9): 1631-1640 [2] 林玉保, 张江, 刘先贵, 等.喇嘛甸油田高含水后期储集层孔隙结构特征[J]. 石油勘探与开发, 2008, 35(2): 215-219 [3] 邓勇, 陆燕妮, 李进, 等. 低渗透气藏层内次生可动水流动临界条件研究. 天然气勘探与开发, 2011 年 1 月, 34(1): 36-38 [4] 郭平, 等. 致密气藏束缚与可动水研究. 天然气工业, 2006, 26(10): 99-101 [5] 王瑞飞, 陈明强. 特低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素[J]. 石油学报, 2008, 29(4): 558-561

【作者简介】 胡勇（1978-），男，土家族，硕士学位，中国石油勘探开发研究院廊坊分院高级工程师，主要研究领域 为油气田开发。Email: huy69@petrochina.com.cn

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