李熙喆，羅瑞蘭，胡勇，徐軒，焦春艷，郭振華，萬玉金，劉曉華，李洋

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

0 引言

孔隙型砂巖氣藏在中國天然氣儲量和產(chǎn)量構(gòu)成中占有重要地位。截至 2018年底，中國探明儲量超過300×108m3的大氣田共 64個，累計探明地質(zhì)儲量101 724×108m3，其中孔隙型砂巖大氣田32個，探明地質(zhì)儲量52 183×108m3，占全國大氣田探明地質(zhì)儲量的51.3%；2018年孔隙型砂巖大氣田年產(chǎn)量629×108m3，占全國大氣田當(dāng)年產(chǎn)量的39.8%。

受沉積環(huán)境和成巖作用的影響，孔隙型砂巖儲集層滲透率分布范圍十分廣泛，從小于0.1×10?3μm2到幾平方微米的砂巖均有分布[1-4]。

孔隙型砂巖儲集層的主要滲流通道是基質(zhì)孔喉，受含水飽和度和上覆巖層壓力等影響，其在地層條件下的有效滲透率與實驗室常規(guī)氣測滲透率之間存在較大差異。國內(nèi)外相關(guān)研究表明[5-17]：在地層條件下，不同滲透率的砂巖儲集層，尤其是低滲透、致密儲集層，由于孔喉大小、上覆巖層壓力以及含水飽和度的不同，其地下滲流特征與常規(guī)實驗測試結(jié)果存在較大差異，這種差異會影響氣井產(chǎn)能、儲量動用等指標(biāo)的評價，進(jìn)而影響氣藏開發(fā)技術(shù)政策的制定。

本文綜合利用試井[18]、生產(chǎn)動態(tài)分析和覆壓孔滲、氣水相滲、高壓壓汞等檢測技術(shù)評價孔隙型砂巖儲集層在地層條件下有效滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率、含水飽和度的關(guān)系，確定了不同滲透率級別孔隙型砂巖儲集層的主流通道指數(shù)范圍，建立了孔隙型砂巖氣藏地層條件下有效滲透率的快速評價方法，可指導(dǎo)該類氣藏合理、高效開發(fā)技術(shù)政策的制定。

1 孔隙型砂巖儲集層主流通道指數(shù)

1.1 涵義

為判識油氣儲集層中復(fù)雜多孔介質(zhì)的主流通道類型，李熙喆等[19]定義“主流通道指數(shù)”為儲集層綜合有效滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率比值：

其中Ke通過試井解釋或生產(chǎn)動態(tài)分析獲取，代表地層條件下的有效滲透率，Km通過室內(nèi)巖心測試或測井解釋獲取，代表儲集層基質(zhì)滲透率。從定義可以看出，“主流通道指數(shù)”一定程度上表征了地層宏觀滲流能力與基質(zhì)滲流能力的差異。

1.2 特征

文獻(xiàn)[19]通過建立大通道流量與主流通道指數(shù)之間的定量關(guān)系，確定了主流通道類型的定量判識標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)“主流通道指數(shù)”小于 3時，基質(zhì)孔喉為主要流動通道，儲集層為單孔單滲型；“主流通道指數(shù)”為3～20時，流動通道以裂縫為主、基質(zhì)孔喉為輔，儲集層為雙孔雙滲型；“主流通道指數(shù)”大于 20時，可視裂縫為唯一滲流通道，儲集層為雙孔單滲型。

根據(jù)（1）式統(tǒng)計分析中國主要孔隙型砂巖氣藏（區(qū)塊）的儲集層主流通道指數(shù)（見表1），結(jié)果表明：孔隙型砂巖儲集層的主流通道指數(shù)與常規(guī)基質(zhì)滲透率、含水飽和度密切相關(guān)，常規(guī)基質(zhì)滲透率越低、含水飽和度越高，主流通道指數(shù)越低。常規(guī)基質(zhì)滲透率大于5.0×10-3μm2時，主流通道指數(shù)一般大于 0.5；常規(guī)基質(zhì)滲透率為 1.0×10-3～5.0×10-3μm2時，主流通道指數(shù)為0.2～0.5；常規(guī)基質(zhì)滲透率小于1.0×10-3μm2時，主流通道指數(shù)通常小于0.2。

表1 孔隙型砂巖氣藏（區(qū)塊）的儲集層主流通道指數(shù)

2 主流通道指數(shù)的物理模擬

評價主流通道指數(shù)的關(guān)鍵是要獲取可靠的儲集層綜合有效滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率，常規(guī)基質(zhì)滲透率可以通過室內(nèi)鉆取柱狀巖心，在烘干狀態(tài)下開展巖心測試獲得，也可以通過測井解釋獲得；儲集層綜合有效滲透率常采用試井解釋或生產(chǎn)動態(tài)分析獲取，但一般需要較長時間對資料進(jìn)行錄取和處理才能獲得較為可靠的結(jié)果，氣田開發(fā)評價時存在一定局限性。根據(jù)這類儲集層裂縫不發(fā)育、有效滲透率主要受上覆巖層壓力和含水飽和度影響的特點，可以通過室內(nèi)物理實驗方法模擬真實地層條件，實現(xiàn)地層條件下儲集層有效滲透率的準(zhǔn)確測試。

2.1 凈上覆巖層壓力對儲集層有效滲透率的影響

采用鈦合金材料，自主研發(fā)了地層條件下巖心滲透率測試裝置，最高耐壓100 MPa，測試氣體為氮氣。利用該實驗裝置，采用巖心測試方法，對蘇里格氣田天然巖心分別開展了覆壓條件下儲集層有效滲透率和常規(guī)基質(zhì)滲透率測試，研究了凈上覆巖層壓力對儲集層有效滲透率的影響。以蘇里格氣田為例，其儲集層埋深3 000 m，巖石密度2.36 g/cm3，地層孔隙壓力30 MPa，計算地層初始凈上覆巖層壓力為40.8 MPa。結(jié)果表明：在初始凈上覆巖層壓力條件下，當(dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率大于 5.0×10?3μm2時，覆壓滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率比值大于 0.8；當(dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率為 1.0×10?3～5.0×10?3μm2時，覆壓滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率比值為0.4～0.8；當(dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率小于 1.0×10?3μm2時，覆壓滲透率與常規(guī)基質(zhì)滲透率比值小于0.4（見圖1）。

圖1 凈上覆巖層壓力對砂巖氣測滲透率的影響

2.2 含水飽和度對儲集層氣水兩相滲透率的影響

采用氣水兩相滲流實驗方法[20]測試了含水飽和度對孔隙型砂巖儲集層氣水兩相滲透率的影響（見圖2）。結(jié)果表明：隨含水飽和度增加，氣相相對滲透率逐漸降低而水相相對滲透率逐漸升高。根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果，氣藏儲集層含水飽和度一般為 30%～50%，在此含水飽和度范圍內(nèi)，對于常規(guī)基質(zhì)滲透率為14.22×10?3μm2的巖心，其氣相相對滲透率為0.15～0.50，水相相對滲透率為0.007～0.050；對于常規(guī)基質(zhì)滲透率為1.23×10?3μm2的巖心，其氣相相對滲透率為0.11～0.36，水相相對滲透率為0.000 5～0.011 0；對于常規(guī)基質(zhì)滲透率為0.45×10?3μm2的巖心，其氣相相對滲透率為 0.05～0.20，水相相對滲透率為0.000 43～0.007 00。

生產(chǎn)過程中若無地層水產(chǎn)出，則氣藏含水飽和度不變，認(rèn)為氣藏的有效滲透率只受束縛水飽和度的影響。統(tǒng)計分析了不同常規(guī)基質(zhì)滲透率砂巖束縛水飽和度及對應(yīng)氣相相對滲透率（見圖 3）。結(jié)果表明：當(dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率大于 5.0×10?3μm2時，束縛水飽和度一般小于 30%，氣相相對滲透率大于 0.40，束縛水對該類儲集層氣相滲流能力影響較?。划?dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率為1.0×10?3～5.0×10?3μm2時，束縛水飽和度一般為30%～40%，氣相相對滲透率一般為0.25～0.40，束縛水飽和度對該類儲集層氣相滲流能力有明顯影響；當(dāng)常規(guī)基質(zhì)滲透率小于1.0×10?3μm2時，束縛水飽和度一般大于 40%，氣相相對滲透率小于 0.25，束縛水對該類儲集層氣相滲流能力影響十分顯著。

圖2 孔隙型砂巖儲集層氣水兩相滲流特征曲線

圖3 不同滲透率砂巖束縛水飽和度及氣相相對滲透率

2.3 機理分析

圖4 不同常規(guī)基質(zhì)滲透率砂巖鑄體薄片

采用高壓壓汞和鑄體薄片實驗[21-22]，測試了蘇里格氣田不同滲透率孔隙型砂巖儲集層的孔喉大小、排驅(qū)壓力、孔隙類型和連通性（見圖 4—圖 6）。結(jié)果表明：常規(guī)基質(zhì)滲透率大于5.0×10?3μm2時，巖石成分主要為石英及流紋巖屑，孔隙以原生孔為主且粒間溶孔發(fā)育，連通性好，排驅(qū)壓力小于0.1 MPa，中值孔喉半徑一般大于 2.0 μm。常規(guī)基質(zhì)滲透率為 1.0×10?3～5.0×10?3μm2時，石英以單晶為主，表面潔凈，無解理，含少量斜長石；巖屑主要為硅質(zhì)巖、砂巖和千枚巖；填隙物中膠結(jié)物主要為雜基，孔隙以原生粒間孔為主，連通性中等，排驅(qū)壓力為0.1～0.5 MPa，中值孔喉半徑為 0.5～2.0 μm。常規(guī)透率小于 1.0×10?3μm2時，主要為砂巖與板巖巖屑，填隙物中膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)，孔隙主要為原生粒間孔和粒內(nèi)溶孔，連通性較差；排驅(qū)壓力大于0.5 MPa，中值孔喉半徑小于0.5 μm。

圖5 不同常規(guī)基質(zhì)滲透率砂巖排驅(qū)壓力

圖6 不同常規(guī)基質(zhì)滲透率砂巖孔喉半徑分布

上述結(jié)果分析表明不同滲透率砂巖的巖石成分、孔隙類型、連通性均存在明顯差異。當(dāng)?shù)貙訔l件下儲集層巖石孔隙中賦存水時，由于水對不同巖石礦物的敏感性以及不同尺寸孔喉對水相作用力的差異，導(dǎo)致地層條件下儲集層有效滲透率產(chǎn)生差異，這是不同滲透率孔隙型砂巖主流通道指數(shù)存在差異的根本原因。

3 礦場應(yīng)用

利用主流通道指數(shù)可以便捷地實現(xiàn)氣藏有效滲透率和儲量動用程度的評價，對制定氣藏合理開發(fā)技術(shù)政策具有重要的指導(dǎo)意義。

3.1 氣藏有效滲透率評價

根據(jù)主流通道指數(shù)定義，建立了孔隙型砂巖儲集層地層條件下有效滲透率評價方法，可以對新發(fā)現(xiàn)氣藏或未開展試井測試的氣藏實現(xiàn)快速評價，計算方法如下：

主流通道指數(shù)可以通過以下方法獲得：①對已開展試井和測井測試的氣藏，可根據(jù)“主流通道指數(shù)”定義進(jìn)行計算；②對新區(qū)塊或未進(jìn)行試井測試的氣藏，可以根據(jù)經(jīng)驗方法確定，采用表 1中典型孔隙型砂巖氣藏（不含疏松砂巖）基礎(chǔ)參數(shù)，建立主流通道指數(shù)與基質(zhì)滲透率、含氣飽和度的關(guān)系圖版（見圖7），擬合出“主流通道指數(shù)”經(jīng)驗計算公式（3）式；③除上述兩種方法外，還可以通過前述物理模擬方法確定。

圖7 主流通道指數(shù)與基質(zhì)滲透率、含氣飽和度關(guān)系圖版

3.2 致密砂巖氣判識

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 2679—2011天然氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)[23]），儲集層有效滲透率低于 0.1×10?3μm2時為致密氣，在礦場生產(chǎn)中，一般通過試井測試或生產(chǎn)動態(tài)分析得到氣藏的儲集層有效滲透率，然而對于低滲透氣藏、致密氣，要達(dá)到穩(wěn)定/擬穩(wěn)定滲流需要較長時間，因此，在開發(fā)早期難以對致密氣進(jìn)行準(zhǔn)確評價和判識。

利用典型孔隙型砂巖氣藏的主流通道指數(shù)關(guān)系式可以實現(xiàn)致密砂巖氣的快速判識。聯(lián)立（2）式、（3）式和致密氣判識條件，可知致密砂巖氣儲集層參數(shù)滿足以下條件：

根據(jù)（4）式可求得致密砂巖氣判識臨界曲線（見圖8），當(dāng)新開發(fā)氣藏/區(qū)塊的常規(guī)基質(zhì)滲透率和含氣飽和度參數(shù)位于臨界曲線下方時，判識為致密砂巖氣，此時擬合得到常規(guī)基質(zhì)滲透率和含氣飽和度滿足以下關(guān)系：

3.3 氣藏可動用儲量評價

由于地層條件下不同孔隙型砂巖儲集層主流通道指數(shù)存在明顯差異，因此，不同滲透率儲集層在不同含水飽和度條件下的動用程度也存在差異，如何在氣藏開發(fā)早期準(zhǔn)確落實可動用儲量是氣藏開發(fā)評價的核心工作，也是開發(fā)方案科學(xué)編制的基礎(chǔ)。

圖8 致密砂巖氣判識圖版

采用文獻(xiàn)[24]中的長巖心多點測壓物理模擬實驗方法及流程，以常規(guī)基質(zhì)滲透率為 0.063×10?3μm2的孔隙型砂巖長巖心為例，開展 3組不同含水飽和度條件下的模擬實驗，測試產(chǎn)氣量降為初期配產(chǎn)的10%時對應(yīng)的孔隙壓力與動用距離間的關(guān)系（見圖9）。

圖9 孔隙壓力與動用距離間的關(guān)系

根據(jù)圖 9中地層壓力與動用距離間的關(guān)系，為了排除末端效應(yīng)對實驗結(jié)果的影響，選擇離采氣端較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)點進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示二者具有冪函數(shù)關(guān)系：

式中a、b為與儲集層滲透率和含水飽和度相關(guān)的系數(shù)，可采用不同滲透率儲集層在不同含水飽和度條件下的實驗測試結(jié)果進(jìn)行函數(shù)擬合確定。

根據(jù)氣藏儲集層物性條件和原始地層壓力，利用（6）式可計算動用范圍，然后根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T 6170—2012 氣田開發(fā)主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及計算方法[25]）中氣藏儲量動用程度的定義實現(xiàn)量化評價。

采用上述方法，評價了400 m井距條件下孔隙型砂巖氣藏不同滲透率儲集層在不同含水飽和度條件下的儲量動用程度，根據(jù)各滲透率儲集層不同含水飽和度對應(yīng)的主流通道指數(shù)，建立儲量動用程度與主流通道指數(shù)關(guān)系圖版（見圖 10），可以看出當(dāng)主流通道指數(shù)大于0.2時，儲量動用程度超過80%，儲量動用較為充分，井網(wǎng)加密余地?。划?dāng)主流通道指數(shù)為0.1～0.2時，儲量動用程度為40%～80%，井網(wǎng)加密空間較大；當(dāng)主流通道指數(shù)小于0.1時，儲量動用程度小于40%，儲集層致密，儲量動用困難，井網(wǎng)加密對提高儲量動用程度效果有限。

圖10 儲量動用程度與主流通道指數(shù)關(guān)系

4 結(jié)論

孔隙型砂巖儲集層主流通道指數(shù)與常規(guī)基質(zhì)滲透率、含水飽和度密切相關(guān)，常規(guī)基質(zhì)滲透率越低、含水飽和度越高，主流通道指數(shù)越低。

常規(guī)基質(zhì)滲透率大于 5.0×10?3μm2時，主流通道指數(shù)一般大于 0.5；常規(guī)基質(zhì)滲透率為 1.0×10?3～5.0×10?3μm2時，主流通道指數(shù)一般為0.2～0.5；常規(guī)基質(zhì)滲透率小于 1.0×10?3μm2時，主流通道指數(shù)通常小于 0.2。

孔隙型砂巖儲集層地層條件下有效滲透率評價方法可以對新發(fā)現(xiàn)氣藏或未開展試井測試的氣藏實現(xiàn)快速評價；孔隙型砂巖氣藏儲量動用程度與主流通道指數(shù)關(guān)系圖版可為可動用儲量評價及井網(wǎng)加密提供依據(jù)。

符號注釋：

a，b——與儲集層滲透率和含水飽和度相關(guān)的系數(shù)，無因次；Ke——儲集層綜合有效滲透率（通過試井解釋或生產(chǎn)動態(tài)分析獲?。蘭2；Km——常規(guī)基質(zhì)滲透率（巖心測試或測井解釋獲?。?，μm2；p——動用范圍內(nèi)某一位置的孔隙壓力，MPa；r——動用距離，m；R——相關(guān)系數(shù)，無因次；Sg——含氣飽和度，%；Sw——含水飽和度，%；λ——主流通道指數(shù)，無因次。