盒8致密砂岩储层气水驱替特征及其形成机理

黄国丽，强 腾，薛 辉，吴小斌，王泉波

(1.延安大学石油工程与环境工程学院；2.延长石油(集团)油气勘探公司天然气勘探开发部，陕西延安716000；3.中国石油长庆油田勘探开发研究院，陕西西安710065；4.陕西延长石油油气勘探公司采气一厂，陕西延安716000)

致密砂岩油气藏在所有非常规油气藏中资源潜力最大[1]，研究区盒8储层主要为岩屑质石英砂岩和石英砂岩，岩屑含量较低，几乎不发育长石，填隙物平均含量高达14.81%，孔隙度为6.22%，渗透率为0.93×10-3μm2，为典型的致密砂岩储层。盒8储层面孔率0.7%～2.1%，以晶间溶孔和溶蚀粒间孔为主，平均孔径为10～30 μm。该类储层孔喉细小，含水情况对气相相对渗透率的影响会直接影响采气能力。因此针对该类储层展开气水驱替实验分析气水驱替特征及其形成机理既为研究成藏提供支撑，也是决定致密气藏开发的关键，能为确定气藏合理的开采模式提供依据[2，3]。

1 盒8储层流体渗流特征

盒8储层非稳态法气水相对渗透率曲线呈现两种基本形态(如图1)，气水两相渗流特征均反映出束缚水饱和度高，束缚水饱和度在34.2%～70.5%之间，平均为54.82%；两相流动范围窄；大部分样品随着储层含水饱和度的增加，水相相对渗透率急剧增大，气相相对渗透率急剧减小；储层的相渗曲线中等渗点处含水饱和度高，分布在71.2%～87.6%之间，平均为73.26%，交叉点处含水饱和度值均大于70%，普遍较高，说明该储层总体上呈强的亲水性。盒8储层13个样品最大含水饱和度较大，在81.90%～97.70%之间，平均值高达88.52%，盒8储层含水饱和度普遍较高。在两相区内气相和水相的有效渗透率均较低，共渗点也很低，等渗点处两相相对渗透率为0.095×10-3μm2。

图1A中当地层含水饱和度小于52.8%时，储层产纯气；含水饱和度为52.8.0%～91.2%时，气水同出；含水饱和度大于91.2%时，基本只产水。总的来说，随着含水饱和度增加，水相渗透率急剧增大，气相渗透率快速下降。图1B中，当地层含水饱和度小于61.2%时，储层产纯气；含水饱和度为61.2%～95.1%时，气水同出；含水饱和度大于95.1%时，基本只产水。随着含水饱和度增加，气相渗透率下降很快，而水相渗透率增加很慢。表现在生产上，含水采气时，产气量和产水量均较低，采气效率不高。

(Krg—气相相对渗透率，Krw—水相相对渗透率)

2 薄片气水驱替实验分析

盒8储层砂岩岩心模型经抽提、烘干、切片、磨平、制样等工序之后，在室温下，首先抽真空，利用氮气加压，使岩样饱和黏度为1.00 MPa·s的蒸馏水(加少量甲基蓝，呈蓝色)，同时液测岩样渗透率，再逐渐加压(低于0.2 MPa)驱替至只出气时，统计原始含气饱和度Sgi(根据注入体积和和出液体积计算)，并利用显微镜和图象采集系统直接观察流体在实际岩石孔隙空间的分布特征(如图2)，最后计算驱水效率，并分析驱替特征。

C39-1驱替前后对比 C56驱替前后对比

图2样品驱替前后对比照片

Ed=(Swi-Swr)/Swi×100%

Swi：原始含水饱和度，Swr：残余含水饱和度

本次实验所用C39-1样品岩性为粗粒岩屑质石英砂岩，孔隙度和渗透率分别为9.4%和0.74×10-3μm2；C56样品岩性为中粒岩屑质石英砂岩，孔隙度和渗透率分别为5.1%和0.21×10-3μm2。样品C39-1的物性及水波及面积都大于样品C56(如图2)。因样品都属于致密砂岩储层，显示为非活塞式驱替过程，实验结果如表1所示，同一流程下，样品C39-1驱替过程中样品上部有明显流动路径，仅角隅带残留，由于非均质性强，中部区域波及程度最低，最终气驱效率为68.6%，气驱波及面积大。样品C56整体致密，最终气驱效率为46.3%。最终C39-1的束缚水饱和度为31.4%，C56的束缚水饱和度为53.7%。结合流体渗流特征，当含水饱和度大于32%时，就会出现产水情况，要避免产水影响采气。

表1 薄片气驱水实验结果

3 形成机理分析

盒8储层以浅灰色、灰色中砂岩和灰色粗砂岩为主，砂岩大多数为粗粒结构，碎屑接触方式为线接触，碎屑分选性表现中等—较好，整体结构成熟度比较好，颗粒磨圆度中等。砂岩的碎屑颗粒成分在78.00%～90.00%之间，平均占84.19%，成分主要为岩屑质石英砂岩和石英砂岩，石英含量高，岩屑含量较低，碎屑粒度总体偏粗，粒间主要被填隙物充填，填隙物约占10.00%～25.00%之间，主要有高岭石、伊利石、绿泥石、方解石和硅质胶结物，局部能见石英镶嵌式胶结。另有少量菱铁矿及铁方解石，呈它形晶形式充填孔隙。样品C39-1和C56中普遍存在的亲水性矿物，最高达到90%的石英，还有在颗粒边缘及孔隙内充填的高岭石、伊利石、绿泥石等亲水性的粘土矿物，造成样品普遍强亲水性。

样品C39-1和C56岩性、颗粒分选性，杂基、胶结物含量大致相当，石英含量都较高，C39-1样品以粗粒为主，C56样品以中粒为主，颗粒间孔隙充填情况也存在差异，C56样品中可见明显的方解石连晶式胶结(图3-A)，方解石胶结物达到5%，而C39-1样品中方解石胶结物明显较少，仅0.5%，这些钙质胶结物使C56样品渗透率低于C39-1样品，造成其流体波及面积小。虽然其中的粘土胶结物较C56样品多，但是孔隙中薄膜式充填的粘土矿物能促进溶蚀作用，粘土胶结物没有完全堵塞孔喉，其间分布的微孔提供了流体渗流的残余孔喉，可以为有机酸的注入提供通道，在两个样品中形成了规模相当(面孔率0.7%)的各种类型的溶孔(图3-B及图3-C)。

A.C56方解石连晶式胶结—5(+) B.C56溶蚀粒间孔和晶间溶孔—5(-) C.C39-1微裂缝孔和溶蚀粒间孔—5(-)

图3C56及C39-1样品颗粒间填充情况

孔隙大小和类型影响着孔隙度，喉道大小和孔喉的连通情况影响着渗透率和储层的有效性[6，7]。C56样品和C39-1样品孔隙类型见图4。排驱压力对应的孔喉半径为最大连通孔喉半径。该参数既反映了储集岩孔隙喉道的集中程度，又反映了孔隙喉道的大小。

一般来说，排驱压力越小、最大连通孔喉半径越大，储层物性就越好，流体驱替效率更高。样品C39-1最大连通孔喉半径为1.564 μm，样品C56最大连通孔喉半径为0.49 μm(表2)。通过表2的对比可以得出C39-1样品物性更好，主流孔喉半径比样品C56要大，相对应的C39-1样品的排驱压力和中值压力更小，由图5A也可以看出C39-1样品孔喉半径分布更集中，分选性更好，这都有利于流体在其中的渗流。C56样品颗粒粒径较C39-1样品小，方解石胶结物明显多，达到5%，并可见明显的方解石连晶式胶结，由此造成C39-1样品的物性优于样品C56，主要孔喉半径相对较大，分布相对均匀，排驱压力低，气驱替润湿相水时所受阻力小，气相波及面积也相对较大，所以样品C39-1最终的气驱效率较高。石英、粘土矿物等亲水矿物的大量富集，且普遍小孔细喉的特征造成这两个样品的束缚水饱和度都较高，在含水饱和度较高时，气相渗透率下降很快，对该类储层产气影响大。

表2 盒8储层样品压汞参数

4 结论

盒8段储层样品石英含量高，粘土富集，造成普遍强亲水性，束缚水饱和度普遍超过50%，岩石亲水，原始含气饱和度低，两相区内气相和水相的有效渗透率均较低；当盒8气层含水饱和度高于32%的时候，部分储层中就开始出现可动水。大量的钙质胶结物，特别是连晶式胶结的方解石造成C56样品渗透率低于C39-1样品，薄膜式充填的粘土矿物促进溶蚀作用，造成样品溶孔发育，但样品间孔喉大小差异明显，C39-1样品主流孔喉半径相对较大，排驱压力和中值压力小，物性更好，孔喉半径分布集中，分选性好，气驱替润湿相水时所受阻力小，气相波及面积也相对较大，所以样品C39-1最终的气驱效率较高。由于多方解石胶结物且对流体渗流影响明显，该类气层通过酸化处理能达到增加采气效果的目的。