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）有限責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）油氣勘探公司質量監督中心，陜西 延安 716000；3. 陜西延長石油（集團）有限責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，已成為天然氣開發的主戰區。然而由于低滲儲層孔隙空間小，流體滲流阻力大，在開發過程中更易受到儲層傷害，嚴重時甚至造成氣藏無法產出，因此對低滲氣藏的潛在傷害因素及傷害機理進行研究，并提出相應保護策略，有利于提高低滲儲層開發效果。對低滲儲層潛在傷害因素進行了系統分析，對指導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，近年來我國對環保的要求越來越嚴格，尤其是近期我國提出了“碳中和”與“碳達峰”的目標，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行分析，以在作業過程中避免或減少儲層傷害，改善低滲氣藏開發效果，提高氣藏采收率。本文對低滲氣藏開發過程中面臨的水鎖傷害、水敏傷害、應力傷害、反凝析傷害等進行了研究分析。

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，產生“水鎖傷害”。其傷害機理主要為，外來工作液中的水相進入近井地帶儲層后，在儲層喉道形成氣水彎曲界面，產生附加阻力。若地層能量充足，天然氣可突破毛管阻力產出，若能量不足，則天然氣無法正常產出[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重的多。另外水鎖傷害還與氣水界面張力大小有關，界面張力越大，毛管壓力越大。

一般常采用水鎖指數來評判儲層水鎖傷害的大小。

=0.251g+2.2wi。 （2）

式中：—水鎖指數；

g—氣測滲透率，mD；

wi—含水飽和度。

水鎖傷害程度評價標準見表1。水鎖指數大于1，水鎖傷害較小；水鎖指數介于0.8～1，水鎖傷害中等；水鎖指數小于0.8，水鎖傷害強。當水鎖傷害為中等至強時，應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準

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生反應產生膨脹，造成儲層滲透率降低的現象。低滲氣藏儲層多為細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，產生水敏傷害，造成天然氣流動阻力增加，氣井產能下降[9-13]。

一般常采用水敏指數來評價儲層水敏性強弱，其數學表達式如下：

式中：w—水敏指數，%；

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準如表2所示。水敏指數小于5%，無水敏性；水敏指數介于5%～30%，弱水敏；水敏指數介于30%～50%，中等偏弱水敏；水敏指數介于50%～70%，中等偏強水敏；水敏指數介于70%～90%，強水敏。水敏指數大于30%時，應采取措施防止水敏傷害。

表2 水敏傷害程度評價標準

以Y區為例，按照石油行業標準SY/T 5843-1997分別采用地層水與蒸餾水測定巖心滲透率。

水敏傷害測定結果如表3所示。實驗結果表明，Y區水敏指數均大于30%，屬于中等偏弱水敏儲層。應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構的影響，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，當氣井打開時，井筒附近存在復雜的應力變化，造成孔隙壓縮變形，嚴重時甚至閉合，外來液體進入孔隙空間便無法被排出，產生壓裂敏感[15-18]。

反凝析傷害是指隨著氣藏的開發，地層溫度、能量不斷降低，當下降到臨界壓力、溫度時，氣藏中便會析出液態碳烴化合物，與水鎖傷害類似，液態增大氣體滲流阻力，降低氣體滲流能力，氣井產能降低[19-20]。可補充地層能量，避免氣藏反凝析現象的發生。

4 結 論

1）相同條件下，低滲儲層的水鎖傷害要比高滲儲層嚴重的多，水鎖傷害還與氣水界面張力大小有關，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，產生水敏傷害，造成天然氣流動阻力增加，氣井產能下降。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。

3）當氣井打開時，井筒附近存在復雜的應力變化，造成孔隙壓縮變形，甚至閉合，外來液體進入孔隙空間便無法被排出，產生壓裂敏感。

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

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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，地質工程師， 2010年畢業于中國石油大學（北京）地質工程專業，研究方向：氣田地質。

TE258

A

1004-0935（2021）11-1673-03