泥岩地层产水与地层异常压力原因分析

文章编号:1000-2634(2007)01-0130-132

泥岩地层产水与地层异常压力原因分析3

李传亮

(“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室・西南石油大学,四川成都610500)

摘要:泥岩是碎屑岩的一种,有孔隙度,也有渗透率,但因孔隙开度较小,其渗透能力极差。泥岩可以疏导地层水,只是疏导能力差而已。一些油井投产初期产出的微量水来自于储集层上下两侧的泥岩地层,而非原油溶解的地层水。

异常地层压力是由突发地质事件所致,是一种暂时的压力状态,泥岩还没有足够的时间将其平衡。

关键词:地层;泥岩;压力;含水率;异常压力

中图分类号:TE112 文献标识码:A

引　言

泥岩和砂岩都属于碎屑岩,它们的主要区别在

于砂岩粒粗、孔大、渗流能力强,而泥岩则粒细、孔

小、渗流能力差。砂岩地层可以充当油、气、水三种

流体的储集层,而泥岩则只能残存地层水,只有当泥

岩层为烃源层时,则可以残留一些油气。当打开砂

岩地层时,只要施以一定的生产压差,就会有地层流

体(油、气或水)产出。人们自然会问,若打开泥岩

地层,会有地层水产出吗?回答是肯定的。但由于

泥岩地层的产水能力很差,人们一般不会从泥岩地

层中开采地层水,而只从产能较高的砂岩地层中开

采地下流体。

在石油工程领域里,泥岩一般被作为盖(隔)层

出现的,它的主要作用是封堵(分隔)地层流体。人

们通常把泥岩看作非渗透地层。可是,非渗透性的

泥岩又怎么可以产出地层水而成为渗透性地层的

呢?

1　理论解释

描述岩石物性参数之间关系的KozenyΟCar man

方程为[1]

k=

8τ2

(1)

式中

k—岩石渗透率,D;

<—岩石孔隙度,%;

r—岩石孔隙半径,μm;

τ—为孔隙迂曲度,无因次。

泥岩和砂岩的内部结构如图1、图2所示。

根据式(1),泥岩和砂岩都有渗透率,只是泥岩的渗透率远低于砂岩,即渗流能力较差而已。油气在砂岩地层运移过程中遇到泥岩就会停止下来,是由于毛管压力的阻力作用所致[2]。

单相地层水却会通过泥岩,当然,地层水通过泥岩的渗流速度比通过砂岩的渗流速度要低很多。若砂岩的孔隙度为5%,孔隙半径为10μm,则由式(1)计算的砂岩渗透率为280mD。若泥岩的孔隙度为5%,孔隙半径为0.01μm,则由式(1)计算的泥岩渗透率为0.00028mD。二者相差甚大,因此,通常认为泥岩不具有工业渗流能力,只是渗流能力极低而已。泥岩具有渗流能力,就一定会产出地层水。

2　生产现象

理论上泥岩是可以产出地层水的,实践也可找

第29卷　第1期 西南石油大学学报 Vol.29　No.1

　2007年　2月 Journal of South west Petr oleu m University Feb　2007　3收稿日期:2006-11-28

作者简介:李传亮(1962-),男(汉族),山东嘉祥人,博士,教授,主要从事油藏工程的教学与科研工作。

到泥岩确实产出地层水的例证。图3为一口油井的生产曲线。从图中曲线可以看出,油井投产即产水,

但投产初期的含水率极低,一般低于2%,直到油井

生产100天后,含水率才逐渐提高。许多油井都呈

现出了图3所示的生产特征

。图3　油井生产曲线

当油井含水低于2%时,矿场上一般认为油井

还没有见水,油井所产的微量水并非来自油藏的边

底水或人工注入水。当含水高于2%时,才表明油

井正式见水,此时的所产水被认为来自边底水或注

入水。那么,油井投产初期产出的微量地层水到底

来自何处呢?

第一种说法是,所产水为油中溶解的地层水。

笔者不同意这种说法。如果该说法成立,那么水在

油中的溶解度就太高了,至少可以达到2%。根据

研究[3],石油在水中的溶解度很低,在地层温度下最

高为0.01%,在地面温度下几乎不溶解石油。人们

通常把油水当作两种非互溶流体,2%的含水一定不

会是溶解状态的水。

第二种说法是,束缚水膨胀变成了可动水。这

种说法当然也没有理论根据了。既然是束缚水,一

定是不能流动的。如果油藏压力下降,束缚水将膨

胀致使饱和度增大,一旦超过临界饱和度,束缚水就

开始流动。油藏投产初期的压降较小,地层水的饱

和度可以用下式计算

s w =s wc (1+c w Δp )

(2)式中

s w —地层水饱和度,无因次;

s wc —地层的束缚水饱和度,无因次;

c w —地层水的压缩系数,M Pa -1;Δp —油藏压降,M Pa 。

若束缚水饱和度为25%,水的压缩系数为4×10-1MPa -1,油藏压降为5MPa,则由式(2)计算的地层水饱和度增量为0.05%。由此可以看出,仅靠束缚水膨胀,油井不可能产出高达2%的含水率。本文认为,油井所产水为泥岩盖(隔)层中流出的地层水。当油井投产后,泥岩盖(隔)层与砂岩产

层之间便建立了压差(图4)。在压差的作用之下,

泥岩中的地层水便流入产层,然后随油气一同从油

井产出。由于泥岩盖(隔)层的渗流面积极大,即使

极低的渗透率,也可以流出足够多的地层水

。

图4　泥岩渗流示意图3　异常压力既然泥岩具有渗透率,又可以疏导地层水,那么,异常地层压力又是如何形成和如何维持的呢?事实上,绝大多数的地层都具有正常的压力系统,只有极少数的地层才可能出现压力的异常,这是由于绝大多数的地层(砂岩和泥岩)都具有疏导流体能力的原因所致。泥岩的渗透率有高低之分,一些颗粒极细、孔隙极小、渗透率极低的泥岩层(包括膏岩地层),疏导流体的能力极差。在没有突发地质事件的情况下,这些地层呈现正常的压力系统。突发地质事件使这些地层的压力发生了突然的变化(升高或降低),而变化了的地层压力需要一定的时间才能重新达到平衡状态。在没有达到平衡之前,地层压力即呈现异常。因此,异常地层压力只是一种暂时的压力状态

。

图5　油气聚集致异常高压

131第1期 李传亮等:　泥岩地层产水与地层异常压力原因分析