——以松遼盆地長嶺氣田登婁庫組氣藏為例

摘　要：致密砂巖儲層巖石孔隙結構復雜，孔隙內水的賦存狀態和可動性難以確定，影響氣井的產能確定和生產動態預測。為了認識該類儲層氣水滲流特征，根據鑄體薄片和壓汞等實驗資料，分析了松遼盆地長嶺氣田下白堊統登婁庫組氣藏儲層的孔隙結構，選取具有代表性的巖樣，通過核磁共振、氣驅水等實驗，研究了巖石孔隙中水的賦存特征及其流動性，進而研究儲層巖石在不同含水條件下對氣體滲流的影響。結果表明：致密砂巖細小孔喉內的水流動性差，殘余水飽和度較高，其大小不僅與巖石孔隙結構和物性相關，而且還與其中的氣體流動有關；氣體在含水孔隙內的流動受毛細管壓力和滑脫效應影響存在非達西滲流特征，啟動壓力梯度的大小與儲層滲透率和含水飽和度密切相關，登婁庫組儲層Sw／K值大于1000mD^-1以后，啟動壓力顯著增大。該成果為該類氣藏合理開發技術政策的制定提供了依據。

關鍵詞：松遼盆地  致密砂巖  低滲透率  登婁庫組氣藏  孔隙結構  氣水滲流  啟動壓力  實驗

Occurrence characteristics of tight sandstone pore water and its influence on gas seepage：A case study from the Denglouku gas reservoir in the Changling Gas Field，southern Songliao Basin

Abstract：The complex structure of rock pores in a tight sandstone reservoir makes it more difficult to determine the occurrence and mobility of pore water，which will have a great impact on the productivity determination and dynamic performance prediction of a gas well．This paper aims to know about the water and gas seepage characteristics of a tight sand gas reservoir．According to the experimental data of casting thin sections and mercury penetration，we first analyzed the pore structure of the Denglouku gas reservoir in the Changling Gas Field，southern Songliao Basin．Then，with some representative samples selected there，we studied the occurrence characteristics and mobility of rock pore water through experiments of nuclear magnetic resonance and gas-drive water。ere．On this basis，we finally discussed the impact of reservoir rocks on gas seepage under different aquiferous conditions．The following results were achieved．First，the water in the small pore throat of tight sandstones is difficult to flow so the residual water saturation is be coming higher and its value depends not only on the pore structure and physical properties of rocks，but on gas flow in the pore throat．Second，because of the influence of capillary pressure and slippage effect，there is non Darcy gas seepage in aquiferous pores．The level of starting pressure gradient relates to permeability and water saturation in the reservoir．When the value of Sw／K is greater than 1000mD^-1，the starting pressure gradient will increase significantly．This study provides the reference in the development of more rational technologies to explore and exploit such type of gas reservoirs．

Keywords：Songliao Basin，tight sandstone，low permeability，Denglonku gas reservoir layers，pore structure，water and gas seepage，starting pressure，experiment

致密砂巖儲層巖石孔隙結構復雜，孔喉細小，孔隙內水的賦存狀態和可動性難以確定，氣水滲流機理認識難度大，影響氣井的產能確定和生產動態預測^[1-9]。筆者以長嶺氣田登婁庫組氣藏為例，通過對致密砂巖孔隙結構特征、水的賦存特征及氣水滲流特征等開展實驗研究，從滲流機理上分析了影響低滲致密砂巖氣藏開發的主控因素，為該類氣藏合理開發技術政策的制定提供依據。

1　登婁庫組氣藏儲層特征

長嶺氣田位于松遼盆地南部長嶺斷陷中部隆起帶，儲層下白堊統登婁庫組主要為淺水三角洲平原分流河道沉積形成的一套砂泥巖，氣層巖性主要是細砂巖和粉細砂巖。砂巖成分比較單一，砂巖的礦物成熟度和成分成熟度均較低，石英含量一般在35％～40％，長石含量介于20％～30％，巖屑含量介于30％～40％，巖屑成分主要為火山巖，顆粒分選中等一較好，磨圓度一般為次圓狀，結構成熟度中等，巖石類型綜合定名為長石巖屑砂巖^[10-11]。

登婁庫組氣藏各井巖心分析孔隙度在2％～7％之間，常規滲透率分布在0.01～0.3mD之間，孔隙度大于4％的樣品巖性均以細砂巖為主，整體上屬于致密砂巖。由于儲層巖性致密，孔隙度較低，孔喉半徑小，毛細管壓力大，氣水分異較難，造成儲層束縛水飽和度相對較高，形成了登婁庫組儲層氣藏含氣飽和度相對低、構造范圍內普遍含氣的基本特征。氣藏為多層含氣、疊置分布，沒有邊底水和明顯的氣藏邊界，局部可能存在原生地層水，含水飽和度介于32％～54％，平均為43％。

2　孔隙結構與氣水賦存特征

登婁庫組儲層巖石以次生溶蝕孔隙為主，儲集空間類型主要有殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內溶孔和膠結物溶孔等，粒間溶孔是登婁庫組最主要的儲集空間類型，占孔隙總量的48％左右，其次為殘余粒間孔和粒內溶孔，各約占20％和4.5％^[10-11]，裂縫不發育，這就決定了低孔低滲是其主要的物性特征。

壓汞實驗表明，巖樣排驅壓力高，在0.778～19.975MPa之間，平均為4.357MPa，對應最大喉道半徑小，在0.037～0.945mm之間，平均為0.457mm；孔喉均值系數較大，在11.553～16.172之間，總孔隙喉道半徑的平均值較小，窄喉道在整個孔隙喉道中占優勢；分選系數較大，在0.727～2.241之間，孔隙大小不均勻，分布不集中，孔隙分選性差。

經過成藏作用后，巖石孔隙中各類孔、喉中均有水的賦存，其賦存狀態受控于孔喉大小、形狀以及巖石表面物理性質等^[12]，對于氣藏儲層來說，一般在細小孔喉處賦存的水較多。通過巖樣飽和水后進行氣驅水和核磁共振實驗，分析了登婁庫組巖石中水的賦存特征。巖樣含水飽和度為100％時測試的核磁共振T2譜曲線反映的是孔隙內全部水體積，曲線下包面積代表了巖樣的全部孔隙體積。在不同壓差氣驅水后(氣驅水過程的驅替壓差由小到大逐步增加)，巖樣達到不同含水飽和度，隨著氣驅壓差的增大，巖樣含水飽和度降低，T2譜曲線下降(圖1)，相鄰T2譜曲線之間的面積代表了兩條曲線對應驅替壓力變化所引起的可動流體變化量，因此由相鄰T2譜曲線之間的面積分布及大小可看出可動水來自哪些孔隙及總量多少^[13]。

圖2是不同物性巖樣的實驗結果，由于巖樣初始狀態為完全含水，含水飽和度在氣驅壓力起始點下降較大(累計驅出水量大)，隨著氣驅壓力增加，含水飽和度下降幅度減小。不同壓差氣驅后含水飽和度下降幅度受孔隙度影響大，孔隙度大的巖樣含水飽和度最終下降幅度一般較大，而孔隙度相近的巖樣，滲透率小的飽和度最終下降幅度則小。

巖石孔隙內含水飽和度的變化可分為兩個部分：一部分是大孔隙中的可動水，這部分水在較小的氣驅壓力下就能被驅出；另一部分是小孔隙中的殘余水和大孔隙表面的水膜，這部分水在氣驅壓力較低時不易被驅出，但隨著氣驅壓力增大到一定程度后，氣流將帶動部分水流動，且這部分水逐漸成為可動水的主要來源。所以，當氣驅壓力大于臨界驅動壓力時，不僅是較大孔隙中的水將大多數被驅出，而且隨著氣驅壓力增加，較小孔隙內的部分水也將被驅替出來，孔隙壁附著的水膜逐漸變薄。因此，對于致密砂巖氣藏，儲層巖石孔隙中殘余水飽和度不僅與巖石孔隙結構和物性相關，還與其中的氣體流動有關，隨滲流壓差增大，氣體流速增加，孔隙內殘余水減少。

3　氣水滲流實驗分析

3．1　不同含水條件下的氣體滲流特征

前人研究表明^[14-16]，致密砂巖中由于復雜的孔隙結構，氣體滲流存在非達西特征。筆者通過氣驅水實驗分析表明，當驅替壓差較小時，氣體不能驅動水形成流動，只有當驅替壓差大于某一臨界值，足以克服水鎖產生的毛細管阻力才能發生流動，這在滲流曲線上表現為啟動壓差。對同一巖樣，其含水飽和度越高，氣體始流動所需的驅動壓差越大，氣體開始流動后，驅替壓差越大流量越大；巖樣含水飽和度越低，相同驅替壓差下流量越大。但是，壓差增大滲透率不一定變大，當巖樣含水飽和度較高時，隨著驅替壓差的增大(平均壓力倒數減小)，氣體滲透率有的增加，有的減?。划攷r樣含水飽和度較低時，隨著驅替壓差的增大(平均壓力倒數減小)，氣體滲透率普遍呈先降低后增加的特點，這是因為前期主要受滑脫效應的影響，而后期，當平均壓力倒數低于一定程度后(即驅替壓差大于一定值后)，這時氣體帶動部分孔隙中的水流動，或使孔隙壁的水膜變薄，氣體滲流通道增加。因此氣體滲透率開始增加(圖3)。含水飽和度越高，這種水的可動性對氣體滲流的影響越明顯。

分析每塊巖樣的滲流曲線發現，當含水飽和度大于40％～50％時，毛細管阻力占主導地位，而滑脫效應的影響相對較小，反映為滲透率隨驅替壓差的增大而增大。當含水飽和度較低時(40％以下)，水主要占據小孔隙和大孔隙表面，氣體在相對大孔隙中流動較為通暢，此時滲透率隨著驅替壓差的增大而減小，滑脫效應占主導地位。

3．2　啟動壓力梯度特征

巖石孔隙介質中，由于氣水潤濕性的差異和毛細管壓力的作用，水優先占據小孔喉和孔隙壁面，并且由于氣體的易壓縮性，其在含水的孔隙中流動時，首先選擇大的孔隙，隨著流動壓差的增大，逐漸驅動小一些吼道的水或使孔隙壁面的水膜變薄，在未形成連續氣流的孔喉處氣體前沿呈跳躍式前行，且容易被水卡斷^[17]，這就是氣體在含水孔隙介質中流動存在啟動壓力梯度的微觀機理。表現在滲流曲線上，流量與壓差并不呈線性關系，通過數據擬合可以求出不同含水飽和度時的啟動壓力，除以巖樣長度即為啟動壓力梯度，將全部巖樣的實驗數據繪于同一圖上(圖4)，發現啟動壓力梯度隨含水飽和度增大而增大，且巖樣滲透率越小，這種趨勢越明顯，當含水飽和度大于50％以后，啟動壓力梯度明顯增大。進一步通過數據分析發現，啟動壓力梯度與含水飽和度和滲透率的比值(Sw／K)具有很好的相關性(圖5)，呈以下的指數函數關系：

l=0.03921e^{0.00079(Sw/K)}

式中l為啟動壓力梯度，MPa／cm；Sw為含水飽和度；K為巖石滲透率，mD。

當Sw／K小于1000mD^-1時，啟動壓力梯度較低，當Sw／K大于1000mD^-1以后，啟動壓力梯度顯著增大。因此，對致密氣藏來說，由于K值小，在較低的含水飽和度時就可能存在較大的啟動壓力梯度，使致密氣藏在開發過程中需要建立較大的壓差生產，克服由毛細管壓力產生的氣體滲流阻力，儲層含水越高，氣體滲流能力越差，氣藏開發越困難。

4　結論

1)致密砂巖孔隙內水的流動性差，儲層條件下的殘余水飽和度不僅與巖石孔隙結構和物性相關，還與其中的氣體流動有關，隨滲流壓差增大，孔隙內殘余水減少。

2)氣體在含水巖石孔隙中流動受毛細管壓力和滑脫效應影響存在非達西滲流特征，孔隙含水飽和度在40％～50％時，毛細管阻力占主導地位，滲透率隨驅替壓差的增大而增大；含水飽和度較低時，滑脫效應占主導地位，滲透率隨著驅替壓差的增大而減小。

3)受毛細管壓力的影響，氣體在含水孔隙中滲流存在啟動壓力梯度，其大小與巖石含水飽和度和滲透率密切相關。登婁庫組儲層Sw／K值大于1000mD^-1以后，啟動壓力顯著增大。

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本文作者：朱華銀  徐軒  高巖  胡勇  安來志  郭長敏

作者單位：中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發重點實驗室

  中國石油勘探開發研究院廊坊分院

  中國石油北京油氣調控中心