低滲氣藏儲層潛在傷害因素分析

官斌, 杜磊，張洋洋

低滲氣藏儲層潛在傷害因素分析

官斌1, 杜磊2，張洋洋3

（1. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延長氣田采氣三廠， 陜西 延安 716000； 2. 陜西延長石油（集團(tuán)）油氣勘探公司質(zhì)量監(jiān)督中心，陜西 延安 716000；3. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延長氣田采氣四廠， 陜西 延安 716000）

低滲氣藏在我國天然氣資源中占有極大的比例，已成為天然氣開發(fā)的主戰(zhàn)區(qū)。然而由于低滲儲層孔隙空間小，流體滲流阻力大，在開發(fā)過程中更易受到儲層傷害，嚴(yán)重時甚至造成氣藏?zé)o法產(chǎn)出，因此對低滲氣藏的潛在傷害因素及傷害機理進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)保護(hù)策略，有利于提高低滲儲層開發(fā)效果。對低滲儲層潛在傷害因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對指導(dǎo)低滲氣藏高效開采具有重要意義。

低滲氣藏；水敏傷害；水鎖傷害；反凝析傷害

天然氣是世界能源的重要組成部分，近年來我國對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，尤其是近期我國提出了“碳中和”與“碳達(dá)峰”的目標(biāo)，這將大大增加對清潔能源之一的天然氣的需求。然而目前我國的天然氣資源主要以低滲氣藏為主。由于低滲儲層的低孔、低滲特性，其在鉆完井過程、壓裂過程中更易受到儲層傷害，嚴(yán)重影響天然氣的開采[1-3]。因此，亟須對低滲氣藏潛在傷害因素及機理進(jìn)行分析，以在作業(yè)過程中避免或減少儲層傷害，改善低滲氣藏開發(fā)效果，提高氣藏采收率。本文對低滲氣藏開發(fā)過程中面臨的水鎖傷害、水敏傷害、應(yīng)力傷害、反凝析傷害等進(jìn)行了研究分析。

1 水鎖傷害

在鉆完井、儲層壓裂改造過程中，外來工作液如泥漿、完井液、鉆井液等進(jìn)入儲層后，儲層含水飽和度增加，增大氣相滲流阻力，氣相滲透率降低，產(chǎn)生“水鎖傷害”。其傷害機理主要為，外來工作液中的水相進(jìn)入近井地帶儲層后，在儲層喉道形成氣水彎曲界面，產(chǎn)生附加阻力。若地層能量充足，天然氣可突破毛管阻力產(chǎn)出，若能量不足，則天然氣無法正常產(chǎn)出[4-8]。毛管壓力方程如下：

pc=2σcosθ/r。（1）

式中：c—毛管壓力，MPa；

—界面張力，mN·m-1；

—氣水接觸角，(°)；

—毛管半徑，cm。

式（1）表明，毛管壓力的大小與孔隙喉道半徑成反比，滲透率越低的儲層，孔喉半徑越小，相同條件下低滲儲層的水鎖傷害要比高滲儲層嚴(yán)重的多。另外水鎖傷害還與氣水界面張力大小有關(guān)，界面張力越大，毛管壓力越大。

一般常采用水鎖指數(shù)來評判儲層水鎖傷害的大小。

=0.251g+2.2wi。 （2）

式中：—水鎖指數(shù)；

g—氣測滲透率，mD；

wi—含水飽和度。

水鎖傷害程度評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。水鎖指數(shù)大于1，水鎖傷害較??；水鎖指數(shù)介于0.8～1，水鎖傷害中等；水鎖指數(shù)小于0.8，水鎖傷害強。當(dāng)水鎖傷害為中等至強時，應(yīng)采取措施防止儲層水鎖傷害。

由公式（1）可以看出，可通過加入合適的表面活性劑，降低氣水界面張力減少儲層水鎖傷害；另外，可盡量避免液體侵入儲層，如采用空氣鉆井，或盡可能地降低鉆井液、壓裂液等外來流體的濾失侵入以及增加外來工作液的返排能力。

表1 水鎖傷害程度評價標(biāo)準(zhǔn)

2 水敏傷害

水敏傷害主要是儲層中含有的水敏性礦物與外來工作液攜帶來的水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生膨脹，造成儲層滲透率降低的現(xiàn)象。低滲氣藏儲層多為細(xì)粉砂巖以及小顆粒的黏土礦物，其具有較大的比表面，更易吸附水，產(chǎn)生水敏傷害，造成天然氣流動阻力增加，氣井產(chǎn)能下降[9-13]。

一般常采用水敏指數(shù)來評價儲層水敏性強弱，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：w—水敏指數(shù)，%；

i—地層水測試滲透率，mD；

w—蒸餾水測試滲透率，mD。

水敏傷害程度評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。水敏指數(shù)小于5%，無水敏性；水敏指數(shù)介于5%～30%，弱水敏；水敏指數(shù)介于30%～50%，中等偏弱水敏；水敏指數(shù)介于50%～70%，中等偏強水敏；水敏指數(shù)介于70%～90%，強水敏。水敏指數(shù)大于30%時，應(yīng)采取措施防止水敏傷害。

表2 水敏傷害程度評價標(biāo)準(zhǔn)

以Y區(qū)為例，按照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5843-1997分別采用地層水與蒸餾水測定巖心滲透率。

水敏傷害測定結(jié)果如表3所示。實驗結(jié)果表明，Y區(qū)水敏指數(shù)均大于30%，屬于中等偏弱水敏儲層。應(yīng)選用與儲層配伍性高的外來工作液，另外可在鉆井液、完井液、壓裂液等外來流體中加入黏土抑制劑來減少儲層水敏傷害。

表3 水敏傷害測定結(jié)果

3 其他傷害

另外低滲氣藏還易受壓力敏感傷害與反凝析傷害。其中，壓力敏感是指上覆巖石壓力變化對儲層孔隙結(jié)構(gòu)的影響，隨著壓力的增加，儲層孔隙空間減少，相同變化條件下，低滲儲層的影響更大。儲層具有一定的壓縮性，當(dāng)氣井打開時，井筒附近存在復(fù)雜的應(yīng)力變化，造成孔隙壓縮變形，嚴(yán)重時甚至閉合，外來液體進(jìn)入孔隙空間便無法被排出，產(chǎn)生壓裂敏感[15-18]。

反凝析傷害是指隨著氣藏的開發(fā)，地層溫度、能量不斷降低，當(dāng)下降到臨界壓力、溫度時，氣藏中便會析出液態(tài)碳烴化合物，與水鎖傷害類似，液態(tài)增大氣體滲流阻力，降低氣體滲流能力，氣井產(chǎn)能降低[19-20]?？裳a充地層能量，避免氣藏反凝析現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié) 論

1）相同條件下，低滲儲層的水鎖傷害要比高滲儲層嚴(yán)重的多，水鎖傷害還與氣水界面張力大小有關(guān)，界面張力越大，毛管壓力越大。可通過加入合適的表面活性劑，降低氣水界面張力減少儲層水鎖傷害；另外，可盡量避免液體侵入儲層，如采用空氣鉆井，或盡可能地降低鉆井液、壓裂液等外來流體的濾失侵入以及增加外來工作液的返排能力。

2）低滲氣藏儲層多為細(xì)粉砂巖以及小顆粒的黏土礦物，其具有較大的比表面，更易吸附水，產(chǎn)生水敏傷害，造成天然氣流動阻力增加，氣井產(chǎn)能下降?？稍阢@井液、完井液、壓裂液等外來流體中加入黏土抑制劑來減少儲層水敏傷害。

3）當(dāng)氣井打開時，井筒附近存在復(fù)雜的應(yīng)力變化，造成孔隙壓縮變形，甚至閉合，外來液體進(jìn)入孔隙空間便無法被排出，產(chǎn)生壓裂敏感。

4）隨著氣藏的開發(fā)，地層溫度、能量不斷降低，當(dāng)下降到臨界壓力、溫度時，氣藏中便會析出液態(tài)碳烴化合物，產(chǎn)生反凝析傷害。

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Analysis on Potential Damage Factors of Low Permeability Gas Reservoirs

1,2,3

(1. The Third Gas Production Plant of Yanchang Gas Field, Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Yan'an Shaanxi716000, China;2. Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Oiland Gas Exploration Company Quality Supervision Center, Yan'an Shaanxi 716000, China;3. The Fourth Gas Production Plant of Yanchang Gas Field, Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Yan'an Shaanxi 716000, China)

Low-permeability gas reservoirs occupies a large proportion of my country's natural gas resources and have become the main battlefield for natural gas development. However, due to the small pore space and high fluid seepage resistance of low-permeability reservoirs, it is more vulnerable to reservoir damage during the development process, and in severe cases, the gas reservoir may even fail to produce. Therefore, the potential damage factors and damage mechanisms of low-permeability gas reservoirs should be studied, and corresponding protection strategies need be proposed, which are conducive to improving the development effect of low-permeability reservoirs. In this paper, the potential damage factors of low-permeability reservoirs were systematically analyzed, which was of great significance for guiding the high-efficiency production of low-permeability gas reservoirs.

Low-permeability gas reservoir; Water-sensitive injury; Water-locking injury; Anti-condensation injury

2021-04-25

官斌（1986-），男，福建省邵武市人，地質(zhì)工程師， 2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向：氣田地質(zhì)。

TE258

A

1004-0935（2021）11-1673-03