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页岩气藏超低含水饱和度形成模拟及其意义-论文_图文

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页岩 气藏超低 含水 饱和度 形成 模拟 及其 意义 论文 图文
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第44卷第3期 2015年5月 at"f 4,,267015 页岩气藏超低含水饱和度形成模拟及其意义 方朝合1,2,3,黄志龙 ,王巧智4,游利军4,康毅力4,王义凤 (1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;2.国家能源页岩气研发(实验)中心,河北廊坊 065007;3.中国石油集团非常规油气重点实验室,河北廊坊065007;4.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:页岩气属于非常规天然气,资源丰富,开发潜力巨大。含水饱和度是控制致密气藏持续生产最关键 的储层参数,然而现阶段对页岩气成藏中超低含水饱和度是否存在尚存在疑问。选取川渝地区页岩露头岩样, 采用气驱法模拟了成藏过程中含水饱和度变化,结合川南页岩气储层地质特征,建立了生烃排驱的地质模 型,提出了气携液的概念模型。结果表明,页岩气藏存在超低含水饱和度现象;页岩气成藏过程中大量生烃 产生排驱效应与气携液作用,有利于页岩气储层超低含水饱和度的形成,气携液作用、裂缝和高温环境加速 了含水饱和度降低;超低含水饱和度增加页岩气储层吸附能力,增大储层可流动孔喉范围,提高气相传输能 力,但在工程作业过程中加大水相渗吸速率,强化水相滞留效应,使页岩气藏水相圈闭损害潜力更大。在页 岩气有利区评价、气藏钻完井、开发过程中,须倍加重视超低含水饱和度这一客观事实和其衍生的工程作业 问题。 关键词:页岩;超低含水饱和度;生烃充注;汽化携液;裂缝 中图分类号:献标识码:A 文章编号:0379—1726(2015)03—0267.08 of in , i.1i i..02249,2. (65007,3.il 65007,4.10500,as he is as it s is a of in n of of in of on of a a in he 1)to 2)in of 3)of of n of of on of in of be on of in 稿日期(20149;改回日期(20141;接受日期(2014—11金项目:国家科技重大专项(2011国家重点基础研究发展计划项目(2013作者简介:方朝合(1976 ,男,博士研究生、工程师,从事非常规天然气开发工程技术研究工作。E—讯作者(hi——63.86—10—89734162 he et in 68 膨罐f 2015隹 0引 言 页岩气具有自生自储、储量巨大的特点,随着 开发技术的日益完善,国内外学者日益关注页岩气 的研究。资源评价表明,全世界的页岩气资源量大 约等于煤层气与致密砂岩气资源量的总和【 。研究 发现,页岩储层较为致密,其孔隙度普遍小于5%, 束缚水饱和度一般超过60%。笔者对中国石油页岩 气示范区岩芯(油基泥浆条件下取芯)的测试发现, 富含气页岩储层初始含水饱和度皆在50%以下,富 气页岩储层历经埋藏和生烃/排烃阶段的脱水过程, 形成了超低含水饱和度,即大束缚 水含水饱和度)的现象,较大厚度的泥页岩盖层和较 高压力天然气的存在对超低含水饱和度的保持起到 相当重要的作用[4干涸状态下的页岩孔隙吸水动 力强,工作液接触到岩石表面后,立即在毛管力下 自吸进入储层,致使侵入的工作液滞留裂缝面或近 井带,导致近井带或裂缝面附近储层中水饱和度增 加,页岩储层气相渗透率降低,严重影响气体产出, 使气层表现为低阻,测试低产或无产,影响气藏及 时发现或准确评价。宁201.201一 均不同程度地出现了井壁垮塌现象,我国先期开发 的威远、长宁、昭通多口页岩气井压裂规模较大,6 个月内返排率仅为12%~55%,笔者认为均与该现象 的存在有关。 本研究拟以川渝露头页岩为例,通过物理模拟实 验对页岩气藏的生烃充注排液过程中水的运移规律进 行初步探索,结合地质因素对页岩超低含水饱和度的 成因加以讨论,揭示页岩超低含水饱和度形成的必然 性,探讨页岩超低含水饱和度对勘探开发的启示。 1气驱水实验模拟 1.1实验装置与实验方法 气驱水室内实验模拟采用装置如图1。 1.1.1气驱水 模拟生烃充注排水过程[8],在常温及高温条件 下,开展基块、裂缝岩样气驱水实验,分析驱替过程 对含水饱和度的影响。选取4块川渝露头页岩 (5B、 3、.2和.6),对比研 究实验前后含水饱和度变化。 实验步骤如下: (1)将选取的岩样进行干燥称重后测量其直 径、长度和孔隙度; (2)将岩样抽真空后饱和地层水称重,计算出 含水饱和度; (3)设定实验围压3 室温下,用1 气驱30 计驱至60 算 含水饱和度; (4)将岩芯加热到70℃继续用1 累计至90 h,120 算含水饱和度; (5)记录每一个时间点的气测渗透率。 1.1.2气携液 气体在运移过程中存在较强的携液能力,随着 埋深的增加,地层温度逐渐增加,热裂解气汽化携 液作用愈发强烈[9页岩孔缝中的液体以气态水 的形式被携带出来,实验设定围压3 过出 口端干燥瓶前后的质量差分别计算不同气驱压力下 (O.5 同温度(15℃、 40℃、55℃、70℃)的携液能力,分析气携液对含 水饱和度的影响。 皂泡流量计 图1实验流程装置示意图 4 I I 67 015 272 钳015在 驱替实验,随着注入气体积的增加气相相对渗透率 增大I ;et 用究了在不同压力和温度条件下的携液量,认为气 携液速度随着温度增加而增加[2 J:et 过 计算预测了北海油田的蒸发,结果显示195℃条件 下,蒸发作用损失了约40%的水et 过实验证实,水相蒸发速度随气体排驱速率增加而 增加,随液相矿化度增加而降低[ 。et 究 了注入气对岩芯中饱和水的携液作用,实验后这些 岩芯中的水含量很低,气携液量很高,有的则完全 被携带走【 引。 热裂解气携液其实质是一个气.液相互作用过 程,高温高压条件下水在烃类的溶解加大,溶解与 协同作用加大了气携液的速率。实验发现,70℃、 5 0.5 液能力的10.2倍(表2)。热裂解气汽化携液作用增 大了地层水被携带到上覆地层的可能性,超高压、高 温使页岩气藏超低含水饱和度的形成更为容易。 3 超低含水饱和度对页岩气藏勘探 开发的启示 页岩气藏存在超低含水饱和度现象,页岩气 藏的初始含水饱和度小于束缚水饱和度,延伸可 动孔喉范围,提高气相渗流能力。但是,如果开采 时沟通了水体或者外来流体侵入,外来水会在毛 管力的作用下迅速吸入页岩储层增加页岩气藏含 水饱和度,影响开发效果。宁201 201.均不同程度地出现了井壁垮塌现象;威 远、长宁、昭通多口页岩气井压裂规模越大,返排 难度非常大,在钻井液和增产措施作业水的冷却 作用下,储层接触面附近会聚集更多的束缚水,影 响气体产出。超低含水饱和度的地质意义与工程意 义见表3。 页岩气藏的超低含水饱和度现象影响页岩气 的传输行为。页岩气藏与常规气藏的孔隙分布有 很大区别。非常规页岩纳米级孔隙发育 孔隙直径 在几纳米到几微米之间。特殊的孔隙结构决定了 具有特殊的渗流方式,甲烷主要以吸附状态赋存 于页岩基块的微纳孔隙中 在一定压力下处于动 态平衡状态,其产出机理遵循解吸.扩散.渗流的 过程,即:从页岩基块孔隙表面解吸,通过基块和 微孔隙扩散到裂隙中,以达西流方式经裂隙流向 井筒三个过程。超低含水饱和度对页岩气体传输 能力的影响见表4。 表3超低含水饱和度的地质意义与工程意义 of of 质 意 义 资源评价 鎏 相渗潍助 储层评价 嚣 菁 搿黧 鬈喜军流动 表4超低含水饱和度对页岩气体传输能力的影响 on 结论 因的一种可行方法,室内开展基块、裂缝岩样气 驱水实验,成功地模拟生烃充注排水和热裂解气携 液过程,证实了超低含水饱和度的存在。 (2)裂缝与高温环境加速了生烃充注排水与热 裂解携液进程。 (3)超低含水饱和度可作为页岩气藏有利区评 价的指南针,促使中国页岩气“甜点区”的勘探向“超 低含水饱和度区”转移。 4 I 67 015 第3期 方朝合等:页岩气藏超低含水饱和度形成模拟及其意义 273 参考文献([1],.].of il 007.I 8:14. [2]张金川,徐波,聂海宽,汪宗余,林拓.中国页岩气资源勘 探潜力[J].天然气工业,2008,28(6):136~140. in—u ai—of ]. 008,28(6):136—140( [3】刘洪林,王红岩,刘人和,赵群,林英姬.中国页岩气资源 及其勘探潜力分析【J].地质学报,2010,84(9):1374—1378. en—]. 010,84(9):1374—1378( 【4】方朝合,黄志龙,王巧智,郑德温,刘洪林.富含气页岩储 层超低含水饱和度成因及意义研究[J].天然气地球科学, 2014,25(3):471—476. hi—e—of in ]. 014,25(3):471 [5]陈更生,董大忠,王世谦,王兰生.页岩气藏形成机理与 富集规律初探[J].天然气工业,2009,29(5):17—21. a—hi—an— on of ].009, 29(5):1 7( 【6] D.on of in ].997,61(17): 3691[7] S.in ].003,426(6964): 327【8】张浩,康毅力,陈一健,李前贵,高波.致密砂岩气藏超低 含水饱和度形成地质过程及实验模拟研究[J].天然气地球 科学,2005,1 6(2):1 86—1 89. i—i o. of in ].005,16(2):186—189( [9】 B, B, P in of on to ].J 3(9):45~54. [1 0】 L, L.of n ].982,66(1): 91[1 1]张金川,聂海宽,徐波,姜生玲,张培先,汪宗余.四川盆 地页岩气成藏地质条件[J].天然气工业.2008,28(2): 151—156. in—ai—u ei—of ].2008,28(2):151 [12]蒲泊伶,蒋有录,王毅,包书景,刘鑫金.四川盆地下志留 统龙马溪组页岩气成藏条件及有利地区分析[J]_石油学报, 2010,31(2):225—230. o—ou—i,of ].0 l(2):225—230 ( [13]鄢琦,周总瑛.中国东部断陷盆地石油资源丰度统计模型 的建立【J].石油实验地质,2009,31(3):292—295. i,on ]. 009,31(3):292—295( [14】游利军,谢婷,康毅力.超低含水饱和度致密砂岩气藏损 害【J】.新疆石油地质,2012,33(6):700—703. i—of ].Xi 012,33(6):700—703( (15]朱炎铭,陈尚斌,方俊华,罗跃.四川地区志留系页岩气 成藏的地质背景[J]010,35(7):1 160一l 164. an—un—he of ].J 010,35(7): 1160——1164( [16]熊斌辉,米立军,王存武.构造生烃理论及其在页岩气上 的应用[J].海洋石油,2010,3O(4):1i un—in ].2010,3O(4):1-6( [17]李明诚,李剑.“动力圈闭”——低渗透致密储层中油气充注 成藏的主要作用[J].石油学报,2010,31(5):718i :A of to in ].010, 31(5):718 [1 8] E, A, M.of to in a 】//2003: 【1 9】 E, J.n ]// E, I.he et in 74 够臻015仨 0,1998:13[2O】汤勇,杜志敏,张哨楠,孙雷,孙良田.高温气藏近井带地 层水蒸发和盐析研究[J】.西南石油大学学报(自然科学版), 2007,29(2):96u at in ]J 007,29(2):96~99( [2 1], M.up of ].2005,1O(3):238—246. [22],.].944:79. [23】 M, J,, J,.of as in ]//001:[24], I, A.to by ]//001:[25】, F.of ].989:8422一4 I I 67 015
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