基于含水率定量計算的低滲氣藏流體性質判別方法

夏瑜，陳浩，單理軍，姚鋒盛，胡文亮

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

0 引言

在油氣田勘探階段，一般通過測試方式來獲知儲層流體性質，測試結論能代表儲層的真實產出情況，但測試周期較長、成本較高，大都針對重點層位。測井技術中，可以通過“雙飽和度”方法來判斷儲層流體性質，但無法預測產出流體的含量。前人對此作過很多研究：林景曄等［1］基于可動水分析進行油水層的產水率計算；胡俊等［2］從滲流理論的角度出發，利用產水率評價油藏高含水期水淹層；鐘思存等［3］研究含水飽和度與產水率的函數關系，使得計算的精度更高；張少華等［4］結合fisher判別法識別流體性質并計算含水率，進行含油儲層分級評價。上述方法都是以滲流理論為基礎，研究油藏中流體飽和度與含水率之間的關系，未涉及氣藏，本文針對氣藏含水率展開研究。

1 研究區概況

東海西湖凹陷低滲儲層較發育，儲量規模較大，但該類氣藏儲層非均質性較強，氣水分異不明顯，部分氣藏含水飽和度高，表現為氣水過渡帶的特征。隨著勘探開發力度的加大，發現低滲氣藏開發過程中普遍產水，導致氣井在生產過程中產能較低，并伴隨遞減較快的特點，制約低滲氣藏經濟有效的開發，因此，在勘探階段弄清儲層的流體性質顯得尤為重要。

Y構造位于西湖凹陷主要的生烴次洼——西次凹內，供烴條件優越；主要含油氣層分布在HG組砂巖中，儲層主要為淺灰色細砂巖、中砂巖；砂巖類型以細—中粒巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖為主，其次為長石石英砂巖和巖屑石英砂巖，碎屑成分中石英質量分數在55%～77%，長石10%～20%，巖屑11%～27%，巖石成分成熟度中等—好。填隙物由雜基和膠結物組成，雜基主要為泥質，膠結物以碳酸鹽和硅質為主，含少量高嶺石。HG組下段儲層孔隙度分布在2.1%～13.1%，平均 8.5%；滲透率分布在 0.017×10-3～1.961×10-3μm2，平均0.253×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲儲層。

2 相滲模型及參數確定

氣水相對滲透率曲線受巖石孔隙結構、巖石特性、流體性質，以及巖石中流體原始分布和含水飽和度變化方向等多種因素的影響。目前，相滲實驗測定的標準方法是穩態法，原理是基于穩定流動時的達西公式，測量相對滲透率與飽和度的關系函數［5-6］。低滲儲層巖心非均質性較強，孔隙結構復雜，當含水飽和度增加時，水首先進入巖心中較大的喉道，使得氣相滲流的阻力增大，同時水將小孔隙中的氣封閉起來，這樣有效流動的氣體飽和度變低，殘余氣的飽和度變高。

式中：Krw，Krg分別為水相、氣相相對滲透率；分別為水相端點與氣相端點相對滲透率；Sw為含水飽和度；Swi，Sgr分別為束縛水、殘余氣飽和度；n1，n2為指數。

2.1 含水飽和度的計算

由于儲層類型為低孔低滲，孔隙結構和泥質分布情況較復雜，需要選用適合儲層的飽和度模型。由于Simandoux含水飽和度計算公式具有泥質導電影響校正，故采用該公式計算含水飽和度［7］：

式中：Rt為地層真電阻率，Ω·m；Vsh為地層泥質體積分數；Rsh為泥巖電阻率，Ω·m；φ為地層有效孔隙度；Rw為地層水電阻率，Ω·m；a為巖性系數；m為膠結指數；n為飽和度指數。

2.2 束縛水飽和度的計算

束縛水是指在地層壓力條件下滯留于微小毛細管及孔壁表面而不能流出的地層水，低滲儲層孔隙結構較復雜，粒度偏細，孔隙空間小，喉道細，砂巖的比表面大，因而能束縛較多的流體［8-10］，具有較高的束縛水飽和度。束縛水飽和度不能通過測井直接測量，只能通過測井信息間接反映出來，孔隙度和滲透率是能間接反映束縛水飽和度大小的巖石物性參數。研究發現，束縛水飽和度與綜合物性參數（K為滲透率，φ為孔隙度）具有較好的相關性，毛細管壓力實驗是確定束縛水飽和度的有效方法。圖1為半滲透隔板法毛細管壓力測得的Swi與關系圖。

圖1 Y構造HG6層束縛水飽和度與綜合物性參數關系

圖2為Y-2井采用上述方法計算的含水飽和度、束縛水飽和度與巖心分析的束縛水飽和度對比圖。可見測井計算含水飽和度、束縛水飽和度與巖心分析的束縛水飽和度吻合較好，表明該方法較為合理。

圖2 測井計算飽和度與分析飽和度對比

2.3 氣水相滲模型建立

含油氣飽和度的大小不是產層在生產測試過程是否出水的唯一標準。含束縛水多的產層，即使含油氣飽和度小于50%，仍然可產無水油氣。相對滲透率的大小是判斷儲層產液性質最直接的參數，同時也是求取含水率的必要參數［11-13］，本文基于低滲巖心氣、水兩相滲透率實驗進行分析，將殘余氣與束縛水看成等效束縛水進行下一步的研究。

將實驗數據進行多元非線性回歸，得到Y構造HG6層氣水相對滲透率的計算公式：

當 Swi為 34.2%時，由式（4）、式（5）計算得到的水相相對滲透率與氣相相對滲透率如圖3所示。

圖3 Y構造氣、水相對滲透率實驗數據分析結果

3 利用測井資料計算含水率

在氣層內部，水相以束縛水形式分布于微小毛細孔隙內或被親水巖石吸附在顆粒表面，氣相主要占據在較大的孔喉內或流動阻力較小的部位。這種特征在很大程度上決定地下流體的流動特性和儲層的產液性質。當氣水兩相流體并存時，儲層的產液性質可用多相共滲的分流量方程描述［14-16］。對于氣水共滲體系，儲層的含水率fw為

式中：μw，μg分別為水、氣黏度，mPa·s。

分析式（6）可以看出，儲層的產液性質取決于各相流體的相對滲透率和黏度。氣相、水相相對滲透率的求取方法已作討論，以下簡要說明水、氣黏度比的確定。

生產過程中的氣、水黏度與地下氣藏存在差異，必須把地面狀態測得的氣、水黏度還原為地下氣藏情況下的值。表1為地層條件下的氣、水黏度，該層位地下水的平均礦化度為10 000 mg/L。

表1 地層條件下的氣、水黏度

4 含水率分級

根據西湖凹陷已有的水氣比標準來研究含水率的分布區間，統計開發井產出層位水氣比和含水率的關系，得出不同流體性質含水率范圍。圖4為生產井水氣比和含水率的關系圖版。

圖4 西湖凹陷生產井水氣比和含水率關系圖版

由圖4可見：氣層的水氣比小于0.3 m3/104m3，含水率小于3%；含水氣層的水氣比在0.3～2.0 m3/104m3，含水率在3%～20%；氣水同層的水氣比在2.0～10.0 m3/104m3，含水率在20%～50%；含氣水層的水氣比在10.0～20.0 m3/104m3，含水率在 50%～70%；水層的水氣比大于20.0 m3/104m3，含水率大于70%。

5 應用實例

圖5為研究區Y-1井含水率解釋成果。由圖可見：Y-1井測井計算含水飽和度為28.6%，束縛水飽和度為27.2%，應用模型計算產水率為1.1%，依據分級評價標準解釋為氣層。X 528～X 556 m試油結果顯示，日產氣 15.5×104m3，日產水 2.84 m3，投產初期產水率為1.8%，與計算初期產水率結果相符。

圖5 Y-1井含水率解釋成果

6 結論

1）在測井“雙飽和度”計算的基礎上，通過多元回歸的方法建立低滲氣藏氣水相滲模型，使含水率計算更為準確。

2）根據生產井的水氣比標準確定不同流體性質儲層的含水率區間，氣層含水率小于3%，含水氣層含水率在3%～20%，氣水同層含水率在20%～50%，含氣水層含水率在50%～70%，水層含水率大于70%。

3）該方法應用效果較好，實現了利用測井數據來確定儲層的含水率，能較準確判斷儲層段的產液性質，含水率將測井解釋的氣、水同層進一步細化，為開發產能建設提供了技術支持，可以有效地規避低效井區。