超低含水饱和度致密砂岩气藏损害因素

卓仁燕（中联煤层气有限责任公司，山西 吕梁033200）

我国天然气资源十分丰富，主要分布于碎屑岩、碳酸盐岩、致密砂岩储层中，其中致密砂岩气的产量非常可观，甚至占据了总产量的1/5。致密砂岩气藏具有其自身的特点，其中最大的特点就是孔隙度、渗透率低，毛细管压力高，使得致密砂岩气的开采难度增大。含水饱和度是致密砂岩气藏的重要物性参数，国外已对其进行了相当多的研究，但少有研究关注含水饱和度的成因，尤其是超低含水饱和度致密砂岩气藏损害因素方面，更是没有具体的研究。超低含饱和度气藏毛细管压力大，工作液不易被排出，导致气藏的开采难度增大。本文以鄂尔多斯致密砂岩气藏为例，分析超低含水饱和度对于气藏开发的影响，以期能够为致密砂岩气藏的开发提供依据。

1 理论简述

毛细管压力平衡理论认为，储集层的初始含水饱和度与束缚水饱和度应该是相等的。随着致密砂岩气藏开发水平的不断提高，研究学者意识到初始含水饱和度可能与束缚水饱和度不一致，且致密砂岩的特殊构造导致其毛细管压力较大，束缚水饱和度也较高，其含水饱和度普遍低于束缚水饱和度。在天然气开采过程中，储层含水饱和度会有所增高，会对储层造成不同程度的损害。

2 实例论证

鄂尔多斯地区的致密砂岩气藏的含水量非常低，产出的天然气纯度较高。特殊的地质条件使致密砂岩气藏的含水饱和度非常低，通常以束缚水形态存在，并且基本是吸附在孔隙表面。通过一系列调研，发现大牛地气田岩心的束缚水饱和度值为65%左右，含水饱和度在28%左右，鄂尔多斯致密砂岩储层含水饱和度普遍低于65%，甚至低于5%，个别层位的含水饱和度低于1%，具有超低含水饱和度。当岩心的含水饱和度一旦高于65%，其渗透率将降低，甚至达到0。实验数据表明，致密砂岩的初始含水饱和度在12%～57%范围内，且初始含水饱和度低于束缚水饱和度，说明超低含水饱和度是客观存在的，致密砂岩储层超低含水饱和度对于天然气储量的提高和开采都提供了比较便利的条件。

3 致密砂岩超低含水饱和度损害因素

致密砂岩储层的孔吼结构尺寸较小，导致孔吼中的毛细管压力较高，如果具有超低含水饱和度，这种毛细管压力失去了束缚水平衡，其毛细管自吸率会更高。在钻井工程过程中，很容易产生井筒附近致密气层的含水饱和度增加，气相渗透率也会随之降低。

3.1 水相更易侵入

致密砂岩气藏的形成与高温热演化有关，水中溶质会因为高温而析出，这些盐类溶质会附着在气层岩石的表面。当初始含水饱和度很低的时候，毛细管自吸率也会随之升高，一旦水相入侵，这些溶质会与带电粒子发生作用，生成水和盐，继而水相渗透性增强，水相侵入的动作会被加剧。

3.2 水相返排困境加剧

水相反排问题我们可以借助A 区的致密砂岩气藏的例子来说明，A区的这个致密砂岩气藏初始含水饱和度为30%左右，其储集层的孔隙度越大，储层的含水饱和度越小。当孔隙度超过3.6%的时候，含水饱和度的分布区间在25%～45%，经过实验分析，其含水饱和度的最低值约13%。岩心分析数据表明，束缚水饱和度最高可达65%，初始含水饱和度最低达到13%，此时的水相饱和度最低约50%，如下图。

3.3 气藏对流体的敏感性增强

致密砂岩是多孔结构，致密砂岩中含有非常丰富的矿物质，使地层流体的酸碱值保持在4～9 之间，这种酸碱度很容易产生水敏、盐敏现象，极易导致酸敏和碱敏损伤。对于含水饱和度超低的气藏，天然气含量较多，水分含量较少，外来流体越容易滞留在储集层孔隙中，致使岩石的矿物环境发生变化，物理化学反应容易把黏土矿物结构破坏，造成黏土矿物膨胀，流体的流动阻力也会随之增大，当水相需要反排的时候会非常困难。

4 超低含水饱和度致密砂岩气层损害的工程影响

4.1 影响测试结果准确度

在钻井施工的过程中，如果井筒裂缝中有液相滞留，就会导致裂缝及储层的含水饱和度提升，气相渗透率降低，在工程检测的过程中就会被视为低产，或者不具备开采价值。在测井解释过程中，由于钻井液与超低含水饱和度的气层接触时，钻井液在储层中发生毛细管自吸和液相滞留的现象，含水饱和度会持续增加，气层也会出现低阻现象，测井解释中的含气饱和度会逐渐走低，这样就会造成一些高产气藏被误判。

4.2 气层含水饱和度增加对气体传质的影响

实验选取致密砂岩岩样，在模拟储层压力条件下，取不同初始含水饱和度的岩样，在不同压差下测量其气体传质效率。数据表明，气体在致密砂岩中的流动呈非达西渗流，含水饱和度越高，气体渗透率越低。

5 结语

致密砂岩气藏的孔吼构造特征让其具有超低含水饱和度，超低含水饱和度可以增加天然气的储存量，能够让气相流动渗透能力增强，这为气藏开发提供了有利的自然条件。同时，超低含水饱和度储层的损害因素也非常多，由于毛细管自吸率高，液相更易侵入，黏土矿物膨胀会造成液相的反排困境和气相渗透率降低，也会使气体的传质时间延长，影响油气的开采。在实际的开采过程中，含水饱和度不仅能影响对储层好坏的判断，还会影响储层的气相渗透率。因此，致密砂岩气藏超低含水饱和度研究对于油气开采具有重要的意义，