低渗透砂岩气藏束缚水饱和度研究

【摘 要】对于低渗透砂岩气藏而言，束缚水饱和度是气相和气、水两相渗流的临界参数，也是计算含气饱和度、表征低渗透砂岩气藏开发潜力特征和储层评价的一个重要参数；岩心中束缚水饱和度的准确确定将直接影响储层油气评价的准确性、储量计算的合理性和产能预测的可靠性；因此，准确的确定低渗透砂岩气藏岩心的束缚水饱和度意义重大。

【关键词】低渗透 气藏 束缚水 饱和度

1孔隙介质中束缚水的赋存状态

在岩心饱和水的状态下，低渗透砂岩气藏储层孔隙介质中水的赋存状态可分为自由（可动）水和束缚水。可动水赋存于较大孔隙中间，受岩石骨架的作用力相对较小，在一定的外加驱动力作用下可以自由流动和产出；束缚水存在于极微小的孔隙和较大孔隙的壁面附近，由于受岩石骨架的作用力较大，被毛管力所束缚而难以流动。束缚水包括毛细管束缚水和薄膜束缚水；毛细管束缚水是指当排驱压力无法克服毛管压力时，被滞留在微毛细管孔隙中和其他毛细管孔隙细小孔道弯曲处不能流动的水；薄膜束缚水是指因亲水岩石表面分子力的作用而滞留在孔隙壁上的束缚水。由于低渗透致密砂岩岩心中毛细管孔隙和微毛细管孔隙等小孔隙所占比例较大，而较大孔隙所占比例较小，因此岩心中束缚水主要为毛细管束缚水，并且整个束缚水饱和度较高。

2非稳态恒压气驱法结合核磁共振技术建立束缚水饱和度

2.1原理与方法

非稳态恒压气驱法建立束缚水饱和度的优点是其驱替过程与储层中束缚水的形成过程相似；其原理是以一维两相渗流理论和气体状态方程为依据，当以恒定的压力将非润湿相（气）注入饱和润湿相（水）的岩样中时，非润湿相的气体将驱替出岩样孔隙中的水；由于岩石微观孔隙结构的非均质性，在驱替过程中会有部分水以水膜或泡滴的形式存在，且在提高驱替压力时，仍然很难被驱替出来。理论上认为，此时岩样中的剩余含水饱和度即为束缚水饱和度，剩余水则主要分布在小喉道、盲端、由小喉道包围的大孔隙及边壁处。

核磁共振技术作为一项快速、无损、反映孔隙信息全面的检测技术，可对岩样孔隙内流体的赋存状态、可动流体或束缚流体的含量进行定量分析测量。通过对气驱不同阶段、不同含水饱和度下核磁共振变化情况的分析，可以从微观角度分析岩心孔隙中水的赋存状态的变化情况及束缚水建立过程，为气驱法建立束缚水状态提供微观依据。

2.2最佳驱替孔隙体积倍数的确定

以平均驱替压差下气驱法驱替孔隙体积倍数为依据来衡量是否达到束缚水状态，并对岩心在3个恒定压差下开展了气驱实验。在驱替初期，岩心中可动水被大量驱出，含水饱和度下降很快；随着平均驱替压差下的驱替孔隙体积倍数的逐渐增加，含水饱和度下降趋势逐渐减缓；当驱替孔隙体积倍数达到34～42及42～50时，平均驱替压差下的孔隙体积倍数内含水饱和度减小仅为0.8%，含水饱和度变化基本趋于稳定。另外通过对岩心在3个平均驱替压差下气驱至不同孔隙体积倍数时的核磁共振分析可知：在气驱初期，大量可动水被驱出；随着驱替孔隙体积倍数的增加，当驱替孔隙体积倍数达到42～50时，变化很细微，再增加驱替孔隙体积倍数时，岩心中的含水分布基本趋于稳定，剩余含水饱和度基本保持不变，其他气驱结果也有类似规律。

2.3驱替压差对含水饱和度变化及束缚水饱和度影响

由于气体渗流存在对流扩散作用，流动的气体会带走岩心中一部分水，但通过宏观称重法和微观核磁共振分析气驱岩心中含水饱和度分布变化情况可知，在平均驱替压差下的驱替孔隙体积倍数达到50左右时，岩心中含水饱和度已趋于稳定，可动水基本被驱出，再增加驱替孔隙体积倍数时，剩余含水饱和度变化极其微弱，此时可认为气驱岩心已基本达到束缚水状态；所以对于低渗透气藏岩心而言，可以把平均驱替压差下驱替孔隙体积倍数达到50左右时的含水饱和度作为束缚水饱和度。

3非稳态恒压气驱法与离心法束缚水饱和度对比分析

离心法是依靠高速离心机所产生的离心力，代替外加的排驱压力从而达到非润湿相（气）驱替润湿相（水）的目的。在离心机高速旋转下，由于岩心中的润湿相与岩心外非润湿相的密度不同，使得两种流体受到的离心力也不同，非润湿相借助这种离心力克服毛管压力进入岩心，排驱出润湿相；离心机转速越高，产生的离心力差就越大，克服的毛管力就越大，从而非润湿相就能进入更小的孔隙。若离心力选择恰当，由离心法来建立束缚水饱和度具有不破坏岩样、实验相对简单、周期短、费用低且数据丰富等特点使其更易于操作和实现。

低渗透砂岩气藏储层岩石孔隙以毛细管孔隙和微毛细管孔隙为主，毛细管孔隙中的流体多数是可动流体，而微毛细管孔隙中的流体多数不可动。基于非稳态恒压气驱法和离心法建立束缚水饱和度的优势，对两种方法建立的束缚水饱和度进行了对比和分析。由于两种建立束缚水饱和度方法原理上的差异，必然引起实验结果有所差异，由统计可得：离心法得到的岩心的束缚水饱和度均值高于气驱法；每块岩心的离心法束缚水饱和度与气驱法平均束缚水饱和度之间的绝对误差最小为0.51%，最大为10.74%，平均值为4.0%。总体看来，气驱法束缚水饱和度与离心法束缚水饱和度误差较小，吻合程度较好，综合两种方法可较准确给出低渗透砂岩气藏岩心的束缚水饱和度。

4结论与认识

（1）低渗透砂岩气藏岩心在平均驱替压差下气驱法驱替孔隙体积倍数达到50左右时，岩心中含水饱和度已趋于稳定，此时可把岩心含水饱和度作为束缚水饱和度。

（2）低渗透砂岩气藏岩心在气驱不同阶段的含水饱和度与平均驱替压差下的驱替孔隙体积倍数、驱替时间之间存在极好的相关性；但达到束缚水状态所用驱替时间是随着驱替压差和渗透率而变化的，不能作为衡量是否达到束缚水状态的依据。

（3）在合理的驱替压差范围内，驱替压差的增加在一定程度上使气驱不同阶段的含水饱和度和束缚水饱和度都趋于减小，但减小幅度有限；在满足气驱实验要求并结合现场实际生产情况前提下，可选择合适的驱替压差，实现快速准确地建立束缚水饱和度。

参考文献：

[1]郭平.致密气藏束缚与可动水研究[J]；天然气工业，2006年10期.

[2]郭平.对低渗气藏渗流机理实验研究的新认识[J].天然气工业，2007年07期.