致密砂岩气藏水相圈闭损害实验研究及应用

致密砂岩气藏已成为当前油气勘探开发的重点，但水相圈闭损害严重影响其勘探开发效益。鄂尔多斯盆地北部塔巴庙致密砂岩气藏具有低孔低渗、低压、高毛管力、高有效应力、低初始含水饱和度、天然裂缝一定程度发育和粘土矿物丰富多样等特征。对塔巴庙致密砂岩气藏地质特征和水相圈闭损害机理的研究表明，致密砂岩气藏潜在水相圈闭损害严重，并通过典型致密砂岩岩样的毛管自吸实验和水相圈闭指数APt实验评价证实水相圈闭损害的严重性。毛管自吸实验揭示出，物性越好、初始含水饱和度越低的储层更易发生自吸诱发的水相圈闭损害。综合地质特征和实验结果，分析了塔巴庙地区应用屏蔽暂堵钻井完井液防止水相圈闭损害而促使盒2＋3段高产气藏及时发现的原因。     

川东南官渡气田致密砂岩气藏水相圈闭损害潜力

水相圈闭损害是致密砂岩气藏最致命的损害方式，但由于其损害过程的复杂性，常用的评价方法和指标均具有某些局限性，尚未形成公认的准确预测和评价水相圈闭损害的方法。以四川盆地东南部官渡气田致密砂岩气藏为例，通过地质特征分析和水相毛细管自吸等实验揭示致密砂岩气藏的水相圈闭损害特点，以势能原理为指导，运用势差法评价了致密砂岩气藏的水相圈闭损害程度。分析结果表明，研究区水相圈闭损害总体为中等偏强，且随着储层渗透率降低，水相圈闭指数增加。研究指出，应遵循以预防水相圈闭损害为主，解除损害为辅的原则，各项作业须采取必要措施以尽量减少水基工作液侵入。     

致密砂岩储层水相圈闭损害及防治方法探索

致密砂岩气藏孔喉细微、毛管压力高、局部超低含水饱和度,极易发生水相圈闭损害,降低气井产能。利用相圈闭系数法评价了鄂尔多斯盆地M气田上石盒子组水相圈闭损害程度,通过展开毛管自吸、液相滞留评价实验分析了损害发生的原因,利用界面润湿性修饰处理剂FW-134开展了损害预防及解除研究。结果表明,上石盒子组储层潜在强水相圈闭损害;物性相对较好的盒2+3段储层水相自吸能力较盒1段强,液相平均返排率10%数47%,滤液返排率22.4%数32.3%,物性好的储层返排率相对较高;润湿性修饰为气润湿能有效抑制液相自吸,液相返排率由56.3%提高到了83.4%,使气测渗透率恢复程度由66.1%提高至88.2%。利用界面修饰处理剂使岩石润湿性由水湿变为气润湿,是有效预防和缓解致密气藏水相圈闭损害发生的重要途径,对恢复气井产能具有重要意义。     

裂缝-孔隙型致密砂岩气藏水相圈闭损害模式

裂缝一孔隙型致密砂岩气藏具有低孔低渗、高毛管压力、裂缝发育、水湿性、高束缚水饱和度等地质特征.在钻井完井、增产改造及气藏开发过程中,滤液和边底水等侵入会导致气井近井地带舍水饱和度上升,气相渗透率下降,致使发生水相圈闭损害.针对裂缝-孔隙型致密砂岩气藏的地质特征,对裂缝-孔隙网络系统在钻井和开发过程中不同的水相圈闭损害模式进行了研究,探讨了基块和裂缝系统中工作液和边底水侵入导致水相圈闭损害的形成过程和损害机理,提出在钻井、完井、修井、增产改造及开采过程中.通过屏蔽暂堵及欠平衡等技术减少工作液侵入量、优化工作液、增大返排压差、减少界面张力、蒸发或加热降低含水饱和度以及排水采气、均衡开发等措施防治水相圈闭损害.     

油气藏水相圈闭损害预测新方法——相圈闭系数法

准确预测水相圈闭损害是储层保护技术和增产改造措施优选的基础。目前的预测方法，如渗透率损害率、水相圈闭损害指数和总水体积等，多用来预测油层水锁损害，且因考虑因素不够全面或使用不够简便，而不能较好地预测水相圈闭损害，尤其是致密气层的水相圈闭损害。根据初始含水饱和度、储层压力、流体性质和储层孔隙结构等对水相圈闭损害的影响机理，提出了预测水相圈闭损害程度的相圈闭系数法，研究了其对渗透率、初始含水饱和度和压差的敏感性，给出了预测标准。相圈闭系数是无因次量，具有考虑因素全面、实用简便、易于推广等特点，已经应用到致密气藏水相圈闭损害预测，并取得了较好效果。     

巴喀致密砂岩气藏水锁/水相圈闭伤害评价

针对致密砂岩气藏储层特征,分析了水锁/水相圈闭伤害的机理与影响因素,利用巴喀致密砂岩气藏天然岩心,研究了储层渗透率、孔隙度、甲醇浓度、毛细管自吸地层水深度等因素对地层含水饱和度和伤害程度的影响。实验结果表明,随着储层中含水饱和度上升,气相渗透率明显下降,并在含水饱和度为0%～40%范围内下降幅度加剧;当含储层水饱和度超过60%的临界值时,会造成极强的水锁/水相圈闭伤害。这一结果对在气藏改造措施中合理控制含水饱和度具有指导意义。     

致密砂岩气藏水相圈闭损害自然解除行为研究

致密砂岩气藏的高毛细管力及强水湿性使其易产生水相圈闭损害,影响气藏及时发现、准确评价及经济开发。目前消除水相圈闭的物理化学方法,由于可能诱发其他储层损害,应用尚受到限制。选取鄂尔多斯盆地渗透率小于0.1×10^-3μm²、介于(0.1~0.3)×10^-3μm²之间和大于0.3×10^-3μm²的致密砂岩岩样,利用氮气在恒定高压差与递增压差驱替原地有效应力下饱和模拟地层水岩样的实验,揭示致密砂岩水相自然返排行为。结果表明：随着时间增加,含水饱和度逐渐下降,渗透率越高,含水饱和度降低幅度越大,残余水饱和度越低;渗透率介于(0.1~0.3)×10^-3μm²之间的岩样,在前150h递增驱替比恒定高压差驱替含水饱和度降低慢,但水相返排率更高。分析表明,致密砂岩水相圈闭损害严重,孔隙结构、渗透率和压力梯度是影响水相返排的重要因素,孔喉非均质性强的储层宜采用递增压差驱替的方式;水相返排过程包括驱替和蒸发2个阶段,当气相在不同孔喉中形成渗流通道后,可适当提高压差加速水相蒸发。     

南堡凹陷5号构造沙河街组火山岩岩性分布及储层特征

目前,南堡凹陷已在沙河街组火山岩中发现了很好的油气显示,并获得了工业油气流,显示了沙河街组火山岩储层的勘探潜力。研究层段火山岩的岩性分布复杂,种类较多。岩相以爆发相、溢流相、喷溢相及火山沉积相为主,局部存在侵出相。以多期火山活动为特征,每一期次的火山活动中所形成的岩性、岩相及储层的储集空间类型及孔隙结构存在差异。杏仁体内孔和溶蚀粒间孔是研究区的主要储集空间,裂缝不仅是连通孔隙与裂缝、裂缝与裂缝及孔隙与孔隙的枢纽,也是主要的储集空间。而构造作用、风化淋滤及热液活动是控制火山岩储层发育的主要地质因素。     

致密砂岩气藏水锁损害及解水锁实验研究

塔里木油田B区块目标层段为白垩系巴什基奇克组,井深大于6000m,储层岩性致密,孔隙度分布在1.0%~9.4%,渗透率分布在0.011×10-3~8.56×10-3μm2,孔隙度与渗透率关系较差,储层总体孔隙发育程度低,渗透率差,非均质性严重,微裂缝发育,毛细管力高,黏矿物含量高,在完井及压裂过程中极易受到水锁损害。基于该区块地质特征分析潜在水锁损害及水锁空间,发现毛细管水近乎占据了储集空间的一半,气相渗流极其困难。使用DSRT-II型低渗敏感性评价试验仪,应用岩心流动实验从宏观角度分析水锁损害,采用核磁共振T2谱测试,从微观角度定量分析水锁损害程度,结果表明该区块水锁损害使渗透率降低99%,液锁量90%以上,主要分布在微孔隙0.01~250nm中,水锁损害严重。结合水锁损害机理与室内实验研究,优选解水锁剂,借助毛细管自吸实验、核磁共振测试、渗透率损害率评价,进行解水锁实验研究。结果表明,优选的解水锁剂SATRO-1和HUL能有效降低毛细管力,减小自吸侵入深度,并有助于小孔喉液体返排。      

双疏性表面处理预防致密储层水相圈闭损害实验研究

传统的屏蔽暂堵技术不能有效防止致密储层中工作液的侵入,而以往靠降低界面张力排驱液相的方法效果短暂。在工作液中加入氟表面活性剂,增大润湿接触角,是一种降低毛管力减弱毛管自吸的新方法。润湿实验筛选出能将致密砂岩由液润湿改变为气润湿的氟表面活性剂。100℃下将岩心片浸泡在含所选氟活性剂的滤液中处理40 min,岩心片与滤液和水的接触角分别为120°和110°。毛管自吸、岩心流动实验表明,处理后岩心总吸水量降低了60%,自吸速率较处理前降低了40%～50%,驱替速率约是处理前的2倍。表明,氟活性剂能够有效改变储层岩心的润湿性,具有预防水相圈闭损害的应用潜力。     

南堡凹陷沙三段致密砂岩气成藏条件

在对烃源岩和储层基本特征分析的基础上,采用生烃潜力法恢复了烃源岩的排烃历史,并从数值模拟的角度研究了储层孔隙度的演化历史。结果表明,渤海湾盆地南堡凹陷沙河街组三段具有良好的致密砂岩气成藏地质条件：中等-好的供气源岩和广泛分布的致密储层,烃源岩与致密储层紧密相邻,天然气成藏时间和储层致密时间配置较好。烃源岩的排气高峰时间是在馆陶期到明化镇早期,储层致密的时间是馆陶末期到明化镇早期。在生烃增压造成的气体膨胀力作用之下,天然气可近源聚集在紧邻烃源岩分布的致密透镜状岩性砂体中,形成连续型致密砂岩气藏。     

渤海湾盆地杜寨气田深层致密砂岩气成藏机理

截至目前,我国发现并成功开采的致密砂岩气藏主要分布于中西部地区,气源岩有机质类型为偏腐殖型;而天然气成因类型为油型气的致密砂岩气藏则较为少见,尚缺乏系统的研究。为此,以渤海湾盆地东濮凹陷杜寨气田古近系始新统沙河街组三段(以下简称沙三段)气藏为例,应用地质、地球化学、测井等资料,对沙三段中—下亚段致密砂岩气的成藏地质背景进行了系统研究,并在依据储集成岩演化、充注动/阻力演化及烃源岩热演化等成藏要素对天然气成藏阶段进行划分的基础上,根据储层成岩演化序列与油气成藏期次间的耦合关系分析其成藏过程。研究结果表明:(1)沙三段气藏成因类型为油型气的致密砂岩气,具备有机质丰度及成熟度较高的优质烃源岩、累计厚度较大且分布范围较广的储集层、与烃源岩互层的良好的源储配置关系、充足的成藏动力及良好的封盖保存条件等有利的成藏条件;(2)沙三中—下亚段储集层致密,浮力作用下天然气很难发生有效充注,欠压实作用、生烃作用等引起的异常高压是天然气充注的主要动力;(3)沙三中—下亚段经历了两期致密化过程和两期油气充注,致密砂岩气整体具有"先致密、后成藏"的特征,其成藏过程可分为4个演化阶段。     

基于气水相对渗透率曲线的产水气井开采效果评价——以苏里格气田致密砂岩气藏为例

如何定量评价不同产水量对气井开采效果的影响程度,一直是业内期待解决的问题。为此,依据气水两相渗流理论,在深入对比研究的基础上,提出了利用气水相对渗透率曲线定量评价产水气井开采效果的新方法,从而实现了对产水气井产能、产量、最终累计采气量和采收率的定量评价。进而以鄂尔多斯盆地苏里格气田致密强非均质性砂岩气藏为例,充分利用不同类型及不同产水程度气井实际生产动态资料,在进行大量计算的基础上,验证了该方法的实用性与可靠性,最终建立了苏里格气田产水气井在不同水气比条件下,气井产能、产量、最终累计采气量及采收率定量评价的经验公式和图版,为现场推广应用提供了技术支撑。研究结果表明:目前苏里格气田西区产水严重,水气比变化范围大,若平均水气比为1.0 m~3/10~4m~3,则气井产能、累计采气量及采收率的降低程度分别为24.4%、24.4%、17.4%;若气井水气比为2.0 m~3/10~4m~3,则气井产能、累计采气量及采收率的降低程度分别为40.2%、40.2%、33.2%。     

陆相断陷盆地特殊岩性致密油藏地质特征与勘探实践——以束鹿凹陷沙河街组致密油藏为例

随着非常规油气勘探进入快速发展阶段,中国致密油气勘探取得了丰硕成果。基于多年非常规油气勘探实践,结合陆相断陷盆地致密油藏特征,初步将中国陆相盆地致密油藏分为致密砂岩油藏和特殊岩性致密油藏。特殊岩性致密油藏包括泥灰岩型致密油藏、碳酸盐砾岩型致密油藏、凝灰岩型致密油藏等。与常规致密砂岩油藏相比,特殊岩性致密油藏储层成因特殊,储集空间类型多样,常规地球物理方法预测困难。通过对冀中坳陷束鹿凹陷沙河街组三段下亚段泥灰岩-砾岩致密油藏的解剖,建立了束鹿地区特殊岩性致密油藏的成藏模式。对于特殊岩性致密油藏的勘探,需要多因素综合分析,总结致密油成藏控制因素,建立适合探区的油气成藏模式,以此指导后续勘探开发。     

致密砂岩气藏水平井多学科综合导向新技术——以鄂尔多斯盆地为例

鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气藏的储层主要表现为近南北方向条带状展布,河道分叉、交汇频繁,单砂体接触方式以侧向加积形成的多层式接触为主,河流交汇处砂体具有近东西向横卧分布的特征,给水平井地质导向带来了很大的难度。为了提高水平井储层钻遇率,系统分析了水平井地质导向现状和储层沉积特征,利用三维地质建模与三维地震对储层空间展布进行预测,同时结合对已钻水平井砂体空间展布的认识,不断完善和丰富水平井地质导向技术与方法,形成了"小层精细对比入靶、地质小尺度、地震大方向"的多学科思维深度融合的综合导向新技术,并进行了现场应用。研究结果表明:①沉积模型导向可在入靶过程中精确制导,提高一次入靶成功率,是斜井段入靶导向的主要方法 ;②地质建模导向可指导水平井钻进,但与地下真实地质体存在着一定的误差,可作为水平段辅助导向方法 ;③三维地震导向可区分复合河道界限和判断优势砂体空间相对位置,对水平段导向有很好的预判和指导性,是水平段导向的主要方法 ;④新方法在致密砂岩气示范区应用于水平井62口,实现平均水平段长1 430 m、平均砂岩钻遇率86.2%、平均气层钻遇率70.2%,水平井气层钻遇率提高了10%以上。     

致密砂岩气藏充注模拟实验及气藏特征——以川中地区上三叠统须家河组砂岩气藏为例

致密砂岩气藏岩石孔喉细小、孔隙结构复杂、含水饱和度较高且主控因素不明,制约了对天然气规模成藏机制的认识和气水分布的预测。为此,以四川盆地中部（以下简称川中地区）上三叠统须家河组致密砂岩气藏为研究对象,应用基于低场核磁共振与高压驱替装置有机结合的模拟实验设备,开展致密砂岩在不同驱替压力下气驱水过程的在线动态模拟,研究不同压力下气、水在岩石中的赋存及流动特征,定量表征流体饱和度与充注压力、岩石孔径等的关系,探讨致密砂岩气富集机理。研究结果表明：①决定须家河组气藏含气饱和度高低的储集主体是孔径介于0.1～10.0 µm的储集空间;②含气饱和度总体上有随孔隙度和渗透率增大而升高的趋势,孔渗条件相近时,含气饱和度高低主要受控于孔径大于1.0 µm的储集空间,大孔径占比越高,含气饱和度越大;③须家河组致密砂岩在3.0～5.5 MPa充注压力下达到总含气饱和度的70%,此后随充注压力增大,含气饱和度增幅缓慢且总量小;④“小压差驱动、相对大孔径空间储集的耦合”是低生气强度区致密砂岩形成较高含水饱和度大中型气田的重要因素。结论认为,川中地区须家河组储层“孔径小、生气强度低、近源聚集”的特点决定了其主要以小压差驱动、相对大孔径空间储集,天然气可以规模富集成藏,但储层含水饱和度高。     

辫状河致密砂岩气藏阻流带构型研究——以苏里格气田中二叠统盒8段致密砂岩气藏为例

传统的阻流带构型研究通过分析剩余油与隔夹层的空间组合关系来指导剩余油的挖潜,而对于流动性明显好于油藏的气藏中阻流带构型的研究则较少。为此,以鄂尔多斯盆地苏里格气田辫状河流相储层为例,在储层构型层次分析理论的指导下,以野外露头剖面和大量实钻水平井解剖为基础,结合生产动态分析和气藏工程验证,研究致密气阻流带存在的依据、构型级次、成因类型及规模参数,建立阻流带构型模型,并进行验证。结果表明:(1)苏里格气田辫状河复合有效砂体内存在泥岩或细粒沉积阻流带,并且阻流带是导致直井与水平井动态特征差异、直井泄气半径与实测有效砂体长度不吻合的主要原因;(2)大型辫状河阻流带可划分为河道复合体间(一级)、心滩单砂体间(二级)、心滩单砂体内(三级)共3个构型级次,其中二级阻流带包含河道间泥、泛滥平原泥、致密砂3种成因类型,三级阻流带包含落淤层及坝上沟道2种成因类型;(3)阻流带的几何形态、规模尺度、视厚度等参数差异较大,该气田中二叠统下石盒子组8段气藏水平井平均1 000 m水平段可钻遇各类型阻流带5~7个,单个视厚度介于10~200m;(4)阻流带叠置样式可划分为孤立型、侧向叠置型、堆积垂叠型和切割垂叠型等4种构型模型;(5)较之于直井,运用该研究成果,在苏里格气田通过水平井钻穿阻流带可提高天然气储量动用程度13.02%,并建议1 000 m水平段合理压裂段数介于6~8段。     

基于岩石物理的致密砂岩油藏叠前优势储层预测——以渤海湾盆地南堡凹陷4号构造东营组二段为例

针对致密砂岩油层与围岩波阻抗叠置严重、油层与围岩区分难度大等问题,应用岩石物理建模与分析、地震正演模拟、叠前弹性参数反演、贝叶斯岩相判别等技术对渤海湾盆地南堡凹陷4号构造东营组二段致密砂岩油藏优势储层进行预测。在测井资料预处理基础上,依据Biot-Gassmann理论,对Xu-White模型所需岩石物理参数进行计算,并正演估算弹性参数。采用Biot-Gassmann方程与Brie经验公式进行流体替换,建立岩石物理解释量版,进而优选出致密砂岩储层敏感弹性参数;同时根据不同地质模型与AVO正演模拟,确定储层预测极限厚度、有效目标和反演方法。最后利用贝叶斯判别方法计算叠前弹性参数反演成果的岩相类型概率分布,对有利孔隙砂岩分布进行预测。结果表明:油藏状态下纵横波速度比和纵波阻抗为最敏感的岩石弹性参数,对砂岩、泥岩具有区分能力;储层预测的有效目标是地震可识别层段内具有厚度比例优势的有利孔隙砂岩,叠前弹性参数反演和岩性与流体概率分析是解决研究区优势储层预测的有效方法;应用该方法预测的有利孔隙砂岩分布与实钻井吻合度高,储层分布规律与研究区地质规律一致,提高了油层识别能力及预测精度。     

火山岩期次划分及分布预测方法——以松辽盆地徐家围子断陷安达凹陷为例

安达凹陷位于松辽盆地徐家围子断陷北部,其烃源岩品质优越,下白垩统营城组火山岩储层致密,以岩性气藏为主要类型。该区火山机构类型多样,具有多期喷发、叠置分布的特征。目前该凹陷天然气勘探程度相对较高,储层相对发育的明显火口区目标己基本钻探完毕,亟须寻找新的勘探目标。为此,通过岩心、测井响应和地震反射的标志建立起了火山喷发期次划分标准,结合井—震骨架剖面分析,认为该凹陷存在3期火山喷发,并利用地震相干体和趋势面分析等技术,对各期次火山机构和相带展布进行了预测。结果表明:岩相和岩性分布特征决定了该区火山岩储层呈现出西好东差、南好北差的分布格局,西部以岩性构造气藏为主,东部为致密岩性气藏。最后依据研究成果,落实有利勘探面积950 km~2,新识别出超过30个火口区、近火口区,落实了1000×10~8m~3天然气资源潜力。