致密砂岩气藏水锁伤害及对产能的影响_聂法健

min； 围压 系 统 使 用 高 精 度 多 级 柱 塞 驱 替 泵 （ Tele-
dyne isco100—DX） ； 回压控制系统采用美国岩心公
司生产的 BP—100 空气弹簧回压阀，并采用高精度
多级柱塞驱替泵控制回压阀； 采用 DXD 高精度数字
压力传感器采集压力，在 30 ～ 100 ℃ 条件下，测试精
（ 5） 升压至下一压力点，等待渗流稳定后，记录 压力、流量和出水量。
（ 6） 继续升压至下一压力点，重复步骤（ 5） ，直 至继续升压出口端无水产出，且岩心重量不再减少 为止，结束试验。
3 结果与分析
选取某致密砂岩气田同一储层物性相近的岩心
开展研究，岩心长度均为 5. 5 cm 左右，按照上述设
计方法分别测定不同含水情况下渗透率的伤害程
（ 2） 岩心抽真空 12 h，饱和模拟地层水，并在饱 和液中浸泡 48 h 以上，而后测定有效孔隙度。
（ 3） 接通仪器流程，调整围压和回压装置，仪器 调整为净围压模式，保证注入压力跟踪正常，仪器检 漏无问题后，将岩心装填入岩心夹持器，升温至试验 温度 60 ℃ 。
（ 4） 在恒压下用氮气驱替，以 0. 2 MPa 为间隔， 逐级提高注入压力，每提高一次压力静待 10 min，观 察夹持器出口有无液体或气体流出，直至出口液体 流出，停止升压，等待渗流稳定后，记录压力、流量和 出水量。
器； 注入系统分为高压氮气瓶和高压储气中间容器，
注入泵为高压储气中间容器加压，泵可设置为恒定
注入流量或恒定注入压力驱替模式，流量为 0. 01 ～
50. 00 mL / min（ 压力不大于 70 MPa） ，流速精度为
± 0. 3% （ 最大密封泄漏为 0. 25 μL / min） ，流速显示
最小值为 0. 01 μL / min，恒压模式下能达到 1. 0 μL /
并使该恒定值等于实际研究目标储层的上覆压力与
地层压力的差值，这样就排除了应力敏感性干扰带 来的试验误差［17—19］，保证了测定结果的可靠性。
2. 2 设备与流程 渗 流 装 置 选 用 美 国 引 进 的 Auto-floodTM
（ AFS300TM） 驱 替 评 价 系 统； 并 采 用 三 轴 岩 心 夹 持
×
100%
。
上式中，Dk 为渗透率伤害率，% ； Ki 为干岩心原始气
测渗透率，10 － 3 μm2 ； Kn 为不同含水下的实时气测渗
透率，10 － 3 μm2 。当 Kn 为束缚水下的渗透率时，所
计算出对应的 Dk 即为水锁伤害率。
试验过程中，为了保持岩心受力的恒定，使围压
和孔隙内压（ 取进出口压力的平均值） 的差值恒定，
第 16 卷 第 18 期 2016 年 6 月 1671—1815（ 2016） 018-0030-06
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol. 16 No. 18 Jun． 2016 2016 Sci. Tech. Engrg.
致密砂岩气藏水锁伤害及对产能的影响
度，研究结果表明： 所研究的岩心具有较高的束缚水
饱和度，束缚水饱和度介于 40. 84% ～ 55. 82% ，平
均为 47. 67% ，随渗透率的增加，束缚水饱和度越来
越低，束缚水饱和度与渗透率之间呈幂函数相关关
系； 束缚水下渗透率随渗透率的增加而较低，呈对数 相关关系，平均为 0. 014 9 × 10 －3 μm2 ； 水锁伤害较为
18 期
聂法健，等： 致密砂岩气藏水锁伤害及对产能的影响
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渗透率，即计算不同含水饱和度下的渗透率，通过将
不同含水下的渗透率与干岩心气体渗透率进行比
较，求得渗透率伤害率，从而以此来判断不同含水下
的渗透率伤害程度，并将束缚水饱和度下的渗透率
伤害率称为水锁伤害率。计算公式如下：
Dk
=
Ki
－ Kn Ki
为 0. 098 × 10 － 3 μm2 的 岩 心，在 含 水 饱 和 度 为 从 83. 39% 增加到 63. 76% 在增加到 42. 83% 时，气体 有效渗透率为从 0. 006 6 × 10 － 3 μm2 增加 0. 008 7 × 10 － 3 μm2 再增加到 0. 020 7 × 10 － 3 μm2 ，渗透率分别 增加了 0. 002 1 × 10 － 3 μm2 和 0. 012 × 10 － 3 μm2 ，增 加幅度分别为 24. 14% 、57. 97% 。可见，水锁效应 引起的渗透率伤害主要发生在含水增加的初始阶 段，当含水饱和度增加到一定值之后，继续增加孔隙 中的水量，对渗透率的伤害不如前者大。试验过程 中，由于通入的气体已经将岩心中的可动水通过驱 动和携带作用排出，渗透率逐渐得到恢复，渗透率伤 害也越来越小，只知道大束缚水下的水锁伤害率。
* 通信作者简介： 田 巍（ 1981—） ，男，河南太康人，助理研究员，博
士。研究方向： 油气田开发、三次采油技术和试验。E-mail： tw811227
@ 163． com。
1 物性特征
选取南方某致密砂岩气藏为研究对象，储层岩 石是以伊利石为主的灰色中粗砂岩及巨粗砂岩，粒 径分布疏 密 不 均，伊 利 石 含 量 62. 80% ，高 岭 石 次 之，绿 泥 石 较 少。 胶 结 类 型 以 压 嵌 型 为 主，以 孔 隙 型、孔隙型-压嵌型为辅。储集空间类型主要为溶蚀 粒内孔、剩余粒间孔及微裂缝。分选以中等为主，接 触方式以线接触为主。孔隙度和渗透率平均值分别 为 6. 385% 和 0. 0782 × 10 － 3 μm2 ； 伴有微裂缝发育， 孔渗相关性一般。
2016 年 3 月 5 日收到
国家高技术研究发展计划（ 863）
项目（ 2009AA063406） 、国家重点基础
研究发展计划（ 973 计划） （ 2013CB228002） 资助
第一作者简介： 聂法健（ 1981—） ，男，博士，高级工程师。研究方向：
气驱提高采收率。E-mail： changyong － 1@ 163． com。
度为 ± 0. 02% ； 采 用 高 线 性 压 差 传 感 器 （ 型 号 为
validyne） 精确采集岩心两端的压力差； 气体计量使
用皂泡流量计，详细流程如图 1。
1 为高压氮气瓶，2、11、12 为多级柱塞注入泵，3、5 为上、下游 高精度压力传感器，4 为高线性压差传感器，6 为天平，7 为气 水分离器，8 为皂沫流量计，9 为回压阀，10 为三轴岩心夹持
岩心孔隙分布差别较大，孔隙半径主要分布在 1 ～ 150 μm 之间； 喉道极其细小，且分布范围较窄， 喉道半径分布在 0. 1 ～ 0. 6 μm 之间，平均值 0. 477 μm，主流喉道分布在 0. 119 ～ 0. 814 μm 之间，平均 毛管半径分布在 0. 119 ～ 0. 384 μm 之间，主流喉道 分布在 0. 119 ～ 0. 814 μm 之间； 排驱压力较高，岩 心孔隙分布差别较大，渗透率主要受喉道控制，孔喉 连通性差，最大连通喉道半径小，平均为 0. 575 μm， 渗流能力差，开发难度大，属于物性较差的储集层。
锁伤害半径越大，对产能的影响也越大，影响程度达到 17. 78% 。致密砂岩储层水锁伤害要以预防为主，因此，油气田现场要
适时地采取措施防止水锁伤害的发生，并建立合理的气井生产制度。
关键词 致密砂岩 水锁伤害 含水饱和度 渗透率恢复曲线 产能
中图法分类号 TE375；
文献标志码 A
非常规气藏开采过程中，在外来流体的侵入、井 底附近液相的析出、钻井液等的吸附滞留、产水气井 水相反渗吸等作用下，导致储层中气相渗透率发生 不同程度的降低，这种储层伤害可能是暂时性的，也 可能是永久性的，这是在低渗透储层开采过程中不 可避免的问题，这种由于水相在储层中吸附滞留带 来的伤害，通 常 称 为 水 锁 伤 害［1—3］。 水 锁 伤 害 的 发 生会对气井的生产带来不同程度的影响［4］，目前关 于水锁效应方面的研究有很多，尤其在气藏标准［5］ 未制定前对 所 谓 的“致 密 砂 岩 ”水 锁 研 究 的 文 献 有 很多［6—10］，但真正对于致密砂岩储层水锁效应的研 究还较少，致密砂岩储层由于具有结构致密、孔喉细 小等特点［11—16］，发生水锁后 解 除 水 锁 相 对 较 为 困 难，特别是致密砂岩干气藏，其应该所具有的束缚水 饱和度远远高于其含水饱和度（ 干气藏含水饱和度 接近于 0% ） ，此时一旦有液相入侵，将可能会导致 气体产能大幅降低，甚至不产气的情况发生，因此， 研究致密砂岩储层的水锁伤害并评价其对产能的影 响是油藏工程中一项重要的工作。本文采用室内试 验的方法对致密砂岩水锁伤害进行了定量研究，并 分析了水锁伤害对产能的影响，希望能为气田现场 提供有价值的参考。
致密砂岩的束缚水饱和度较高，这主要是由于
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科学技术与工程
16 卷
致密砂岩岩石特殊的微观结构。致密砂岩黏土含量 较高且孔喉细小，微细孔道分布数量占绝对优势，毛 管力作用导致进入孔隙中的水很难被驱动，因此导 致致密砂岩具有较高的束缚水，束缚水主要以水膜 水的形式存在于孔道中［12］，也有相当一部分束缚水 以毛细管水存在孔道内和毛管末端； 水膜水占据的 空间在水膜清除后对渗透率是有贡献的，但毛细管 水占据的空间在毛细管水清除后对渗透率的贡献极 小甚至没有贡献，毛细管水占据的空间通常与主流 喉道连通性较差，因此可以把毛细管水看作岩石矿 物成分的结晶水。随渗透率增加，岩石平均孔隙变 大，流体流 通 的 阻 力 降 低，因 此 束 缚 水 饱 和 度 会 降 低。渗透率越低的岩心，束缚水饱和度越高，可被动 用的孔隙流体体积越小，水膜厚度占据的孔隙的比 例相应增加，气体流通的毛管数量相应减少，因此导 致束缚水下渗透率降低。
聂法健1 田 巍1，2* 李中超1 国殿斌1 王 明1 朱维耀3
（ 中国石化中原油田勘探开发研究院1 ，博士后科研工作站2 ，濮阳 457001； 北京科技大学应用力学研究所3 ，北京 100083）
摘 要 为了评价致密砂岩气藏水锁伤害对储层的影响程度，设计了适于测定致密砂岩水锁伤害的试验方法，开展了室内试
2 试验部分
2. 1 试验原理 试验采 用 常 规 的“压 差-流 量 法 ”，即 分 别 测 定
不同注入压力下的流量，然后通过反算求得该压力 下的渗透率值，为了保证岩心中的水不会迅速被驱 出，试验采用逐级提高注入压力的方式开展研究，在 较低压力下，岩心中可驱动的水的量较少，当注入压 力较高时，岩心中将有更多的可动水逐渐被驱出，直 至最后剩余束缚水，分别计算个不同注入压力下的
严重，随渗透率的增加，水锁伤害越来越小，呈对数相
关关系，水锁伤害率介于 68. 625 0% ～ 87. 692 3% 之
间，平均为 76. 488 4% ，水锁效应明显。
渗透率与束缚水饱和度关系：
y = 0. 410 2K1． 319 2 ； Ｒ2 = 0. 973 9
（ 1）
渗透率与束缚水下气测渗透率关系：
器，13 为中间容器，14 为压力调节阀
图 1 水锁试验测试流程 Fig. 1 The flow chart of experiment
2. 3 测定步骤 试验选用标准盐水作为模拟地层水饱和岩心，
盐水矿化度 80 000 mg / L，使用氮气作为驱替气体， 设计试验步骤如下。
（ 1） 将岩心在 107 ℃ 烘干 12 h 以上，而后测定 其长度、直径、渗透率、孔隙度等基础数据。
Ks = － 0. 453 3K2 + 0. 275 2K － 0. 002 9；
Ｒ2 = 0. 994 7
（ 2）
渗透率与水锁伤害率关系： D = － 8． 441lnK + 52． 943； Ｒ2 = 0. 991 4 （ 3）
按照上述拟合公式计算求得储层发生水锁污染 后的渗透率为 0. 015 9 × 10 － 3 μm2 。
验研究，并分析了水锁伤害对气藏产能的影响。研究表明： 致密砂岩束缚水饱和度较高，平均为 47. 67% ，水锁伤害率平均为
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76. 49% ，水锁伤害严重。渗透率越低的岩心，水锁伤害越严重。水锁伤害主要发生在含水上升的初期阶段，水锁伤害率随含
水饱和度的增加而增加的幅度越来越小； 水锁伤害对产能的影响较为显著。水锁发生后，气体产能下降幅度超过了 60% ； 水