疏松天然气储层保压岩心气体饱和度实验技术.pdf

2 0 1 4年 4月 第 3 3卷第 2期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e um Ge o l o g y a n d Oi l f i e l d De v e l o p me n t i n Da q i ng Ap r ．，2 01 4 Vo 1 ． 3 3 No ． 2 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 ． 3 7 5 4 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 8 疏松天然气储层保压岩 心气体饱 和度实验技术 曲 斌 刘 玉 陈志敏 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆1 6 3 7 1 2 摘要 含气饱和度是气藏储量计算、储层评价的核心参数，更是储量参数研究中的难点，采用常规岩心分析技 术无法准确地获取疏松岩心气体饱和度参数。通过对疏松保压岩心的超低温冷冻、流体收集、储层参数恢复 、 物性参数分析等技术研究 ，建立了疏松保压岩心气体饱和度分析技术，能够准确地获得储层气、水饱和度参数。 在 T B 6 ． x l 井实际应用中，求取储层岩石最大含气饱和度在 7 5 ％以上 ，而且分析数据显示了不同岩性具有不同的 气 、水饱和度，饱和度总和在 9 5 ％以上，真实地反映了天然气储层气、水分布规律 ，体现了技术的准确性与可 行性。通过该井岩心分析弄清了储层不同岩性气水分布特征，为开展二次测井解释和建立测井解释图版奠定了 基础。 关键词疏松岩心；气饱和度 ；气、水分布 ；实验技术 中图分类号T E 3 1 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 4 0 2 - 0 0 3 5 0 7 E XP ERI ME NT AL T EC HNI QU E oF T HE GAS S AT URAT I oN F oR T HE PRES S URE CoRE I N UNCoNS oLI DATED NATURAL GAS RES ERVoI R Q u B i n ，L I U Y u ，C H E N Z h i mi n E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D a q i n g O i lfi e l d C o m p a n y L t d ． ， D a q i n g 1 6 3 7 1 2 ，C h i n a Ab s t r ac t Ga s s a t u r a t i o n i s t h e c o r e p a r a me t e r o f t h e r e s e r v e c a l c u l a t i o n a n d r e s e r v o i r e v a l u a t i o n f o r g a s r e s e r v o i r ， a n d mo r e o v e r i t i s t h e s t u d y d i ffic u l t y o f t he r e s e rve s p a r a me t e r s，t h e g a s s a t u r a t i o n pa r a me t e r i n a l o o s e c o r e c a n n o t b e a c c u r a t e l y o b t a i n e d b y me a ns o f t h e c o n v e n t i o n a l c o r e a na l y z i ng t e c h n i q ue s ．Th r o u g h t h e t e c h n i c a l s t u d i e s s uc h a s ul t r a l o w t e mp e r a t u r e f r o z e n，p h y s i c a l p a r a me t e r s a n a l y s e s ，fl ui d s c o l l e c t i o n，r e s e r v o i r p a r a me t e r s r e c o v e r - Y，e t c．，t he a n a l y z i n g t e c h n i q u e for t h e l o o s e p r e s s ur e c o r e i s e s t a b l i s h e d ．Th i s t e c h n i q u e c a n a c c u r a t e l y c o l l e c t t h e s a t u r a t i o n pa r a me t e r s o f t h e g a s a nd wa t e r ．I n t h e a p p l i c a t i o n o f W e l l TB6一 xl。a l a r g e a mo un t o f n a t u r a l g a s i s c o l - l e c t e d，t h e g a s s a t u r a t i o n o f t h e r e s e rvo i r r o c ks i s o b t a i n e d，t h e ma x i mu m g a s s a t ur a t i o n i s mo r e t h a n 7 5％ ，t h e s e a c h i e v e me n t s d i s p l a y t h e a d v a n c e d n a t u r e o f t h e t e c h n i q u e；a nd f u r t h e r mo r e t he a n a l y z e d da t a s h o w t h a t t he r e a r e d i f f e r e n t s a t u r a t i o ns for d i f f e r e n t l i t h o l o g i e s ，t h e s u m o f t h e s a t u r a t i o n i s u p t o 95％o r a bo v e，t he s e r e s u l t s t m e l y r e fl e c t a n d e mb o d y t h e d i s t r i b u t i o n l a ws o f t h e g a s a n d w a t e r i n t h e n a t u r a l g a s r e s e rvo i r s ，a n d t h e a c c u r a c y a n d f e a - s i b i l i t y o f t he g a s s a t u r a t i o n a n a l y z i n g t e c h n i q u e ． Th r o u g h t h e a na l y s e s o f t he we l l c o r e，t h e c h a r a c t e ris t i c s o f t h e g a s a n d wa t e r d i s t ribu t i o n s for t he d i f f e r e n t l i t ho l o g i e s a r e ma d e c l e a r a nd f u rth e rm o r e t h e s h o r t a g e o f t h e we l l l o g - g i n g i n t e r pr e t a t i o n i n t h e l o w a bu n d a n c e g a s be a rin g o r p o o r ph y s i c a l ／l i t h o l o g i c p r o p e r t i e s a nd h i g h s ha l e c o n t e n t 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 1 1 改回 日期 2 0 1 3 1 1 ． 2 3 基金项目中石油股份公司重大科技专项 “ 大庆探区非常规油气勘探开发关键技术研究与现场试验” 2 0 1 2 E 一 2 6 0 3 。 作者简介曲斌，男，1 9 6 3年生，高级工程师，从事地质实验与研究工作。 E ma i l q u b i n p e t r o c h i n a ． C O B． c n 3 6 大庆石油地质与开发 i n t e r v a l s ．T h e s e a c h i e v e me n t s h a v e l a i d t h e f o u n d a t i o n f o r c a r r y i n g o u t t h e s e c o n d l o g g i n g i n t e r p r e t a t i o n a n d e s t a b l i s h i n g t h e i n t e rpr e t i n g c h a r t b o a r ds ． Ke y wor ds l o o s e ／u n c o ns o l i d a t e d c o r e；g a s s a t u r a t i o n；g a s ／ wa t e r d i s t r i b u t i o n；e x pe r i me nt a l t e c h n i qu e 含气饱和度是气藏储量计算 、储层评价所需的 关键 参 数 之 一l l ，更 是 储 量 参 数 研 究 中 的难 点_ 5 。 。对于岩性疏松 的天然气储层 ，由于岩石成 岩性差 ，易破 碎 ，以及天然气 易流动性等 因素影 响，目 前还没有直接确定疏松天然气储层岩心气体 饱和度的实验方法。保压密闭取心通过采用专用取 心工 具 ，能 够 获 得 具 有 储 层 压 力 条 件 下 的 岩 心 l 9 J 。对于常规油气藏 ，储层成岩性好 ，岩石样 品规整 ，无 颗粒损失 ，以及原油黏度 大，流动性 差 ，以液氮为冷冻剂冷冻岩心 ，能够确保岩心内的 流体不散失 ，可以准确地求取储层岩石油、水饱和 度。大庆油 田技术人员先后在水淹油层及轻质油层 等常规储层实施了保压岩心分析 ，建立了常规油气 藏储层保压岩心含油饱和度分析技术 ，而对疏松天 然气储层保压岩心气体饱和度分析技术 尚属空 白。 岩性疏松的天然气储层保压岩心气体饱和度分析存 在很多技术 问题 ，如取心 与岩心冷冻后 ，均会破 碎 ，导致无法进行孔隙度、饱和度分析；破碎岩心 颗粒大量散失 ，使岩心颗粒与收集到的气体的准确 对应关系不再存 在 ，无法定 量描述岩心与气体 体 积 ；大 多 天 然 气 藏 主 要 成 分 是 C H ，C H 沸 点 一 1 6 1 ． 5 o C 、熔 点 一1 8 2 ． 4 8 o C很 低 ，能 否冷冻住岩心 内高压 C H 气体也没有成功 的先例 ， 疏松岩石含气饱和度求取更加困难。为此，开展了 该方面的多项实验与研究 ，建立了疏松储层保压岩 心气 体 饱 和度 分 析技 术 。该 技 术应 用 于某 地 区 T B 6 一 Y 3井取得 了非常好 的效果 ，填补 了国内岩心 分析领域一项空白。 1疏松保压岩 心分析技 术 疏松岩心 ，在 取心 或冷冻 缓融后 ，会严 重破 碎 ，如果按以往保压岩心分析技术实施分析 ，对破 碎的岩心无法取得储层数据 如孔、渗、饱 。为 了尽可能得 到储层研究所需 要 的数据 ，在 样 品冷 冻 、易碎样品分析 、气体收集 、储层参数分析等方 面进行研究 ，建立了适合疏松岩性的保压岩心含气 饱和度分析技术 图 1 。从 图 1可 以看到 ，岩性 疏松 的天然气储层保压岩心含气饱和度分析技术程 序复杂 、难度大 ，而且需要对多个技术进行发展与 创新 。 1 ． 1冷冻技术 避免天然气散失的有效方法是冷冻岩心 ，一般 天然气 的主要成分是 C H ，C H 沸点 、熔点很低 ， 冻封 C H 比较 困难。C H 临界 温度 为- 8 2 ． 6 o C， 临界压力为 4 ． 5 9 MP a 【 1 0 ] 。为能够封冻住岩心内高 压 C H 气体 ，在冷冻时采用较高压力 、多个 充注 口向冷冻装置 内充注液氮 ，使岩心表层 C H 尽 可 能先液化再冷冻，该冷冻方法在实际应用中起到很 好的效果 。 1 ． 2预防样品破碎方法 防止岩心样 品破碎的有效方法是将岩心样品在 冷冻时定型 ，即将岩心在冷冻状态时制备小柱塞样 品并塑封或制备成全 直径样 品后塑封 塑封全直 径样 品 。 小柱塞样 品在饱和度样品上 或下 端选 样 ，钻取小柱塞样品 ，并对样品进行塑封等处理 ， 同时记录塑封材料 的质量 ，以及对塑封样品在冷冻 条件下进行低压塑型。对于有特殊要求或特殊分析 项 目可进行特殊处理如蜡封处理。 全直径塑封样 品对于天然气储层 ，储层岩石 内含有高压天然气 ，当冷冻岩心温度升高后 ，岩心 内的气体要发生气化 ，涨碎冷冻的岩心 ，制备该岩 心的小柱塞样品是非常困难的。为避免缺少小柱塞 样 品而无法获取储层参数 ，应该按一定比例塑封全 直径样品 ，并记录塑封材料 的质量。 疏松保压岩心分析除制备上述 2种样品外 ，根 据岩心的岩性、含油 气 性 以及岩 心的破碎程 度 ，制备全直径饱 和度样品，进行气体收集与流体 饱和度分析 。 1 ． 3疏松保压岩心气体收集 保压岩心气体收集采用专有装置收集与计量 岩心在解冻过程 中释放 出来 的油 、气 、水 ，主要 由气体收集系统、液体收集系统、真空系统、计 量系统与动态监测系统等组成 。为避免 岩心松散 后岩石颗粒损失 ，将饱和度样 品 ，首先 装入布袋 后再装入带有托架 的钢桶 内 ，并且 连钢桶一起 装 入气体收集装 置 中 ，然后 在真 空下 收集 气 、水 。 该方法在实际应用 中有效地避 免了岩心破碎后 颗 粒损失 。 3 8 大庆石油地质与开发 标准状态下收集的天然气气体体积。对收集到气体 进行天然气组分分析 ，以及 天然气 中水含量分析 ， 依天然气分析结果计算天然气的相对密度 。 1 ． 5塑封样品孔隙度分析技术 孔隙度测定样品可根据样 品制备情况选择全直 径样品或小柱塞塑封样品。测定方法主要是液体饱 和法或气体 法_ 】 。校正塑封样 品孔 隙度可采用 2 种方法 一是根据包封材料 的质量 、密度与体积， 通过差减法 ，扣除塑封材料对孔 隙度测定 的影 响 ， 由于塑封材料与凸凹不平的样品表 面存有空孔隙， 该校正方法可能导致孔隙度测定值偏高。二是选取 相对较致密的塑封样品 样品数量最好在 1 O块 以 上 ，去掉塑封材料 样品有不 同程度 的破碎 ，选 择破碎后剩下较大块状样 品 ，测定样 品孔 隙度 ， 并与原塑封样品孔隙度建立函数关系，校正塑封样 品。 2储层流体饱和度恢复技术 2 ． 1储层流体存在状态 储层流体 以何种状态存在 ，关 系到储层流体饱 和度的分析与实验方法 问题 ，也就是不同存在状态 需采用不同的实验技术 。对于天然气藏 ，储层流体 主要是天然气与水 ，天然气存在状态有水合物与游 离态 常规气藏 2种。C H 一般 在 2 5℃ 以下 ， 才可能形成水合物如图 2 ，依该 图版可判断储层是 否以水合物形式存在 。 2 ． 2储层流体存在形式 对于常规天然气 藏 ，由于储层 具有 温度 、压 力，而天然气与水长期接触， 水中要溶解天然气即 天然气在水 中溶解度 ，天然气中也有水的存在 即湿 度 每 1 m 湿天然气所含水蒸气 的质量 。天然 气在水 中溶解度 、湿度均与储层 的温度 、压力 以及 地层水 的含盐量有关 ，可根据地层水 、天然气高压 物性实验或相关的实验获得。天然气中水蒸气的含 量很少 ，在工程计算中不考虑，如储层温度 5 8 c lC， 压力 1 7 MP a ，水蒸气含量 为 1 ． 3 3 2 8 g ／ m 。 ，体 积 分数为 0 ． 1 6 6 ％ 。 2 ． 3储层条件下气体体积求取 收集到气体体积需要折算到地层条件下，天然 气是真实气体 ，应根据真实气体状态方程 ， 坞 计 算 P V s Z n一凡 R 1 式中 p 压力 ，M P a ； 地层 条件下气 体 温度／ X 2 图2天然气形成水合物的条件 F i g ． 2 F o r mi n g c o n d i t i o n s o f t h e n a t u r a l g a s h y d r a t e 体积，m L ；卜温度，K ； 摩尔气体常数， J ／ too lK ；z 天然 气 压缩 系 数 压缩 因 子 ； 一气体 摩尔分数 ；r w 溶解在 水 中气体 的摩尔分数 。 要得到某条件下的天然气体积 ，关键是要求得 天然气压缩 因子。保压岩心 收集 的气体是多组分 ， 依据阿迈芥特 A ma g a t 组分定律 ∑Y l 2 式中 以游离态存在于岩石孔隙中的天然气 气体混合物体积，m L ；Y i 天然气混合物组分 i 的气体摩尔分数 ； 天然气混合物组分 i 的气 体体积 ，m L 。 天然气的虚拟临界压力与虚拟临界温度分别为 P ∑Y P 3 l ∑Y T c 4 式中p 天然气混合物 中组分 i 的临界压力 ， MP a ； T c 天然气混合物 中组分 i 的临界温度 ， K 。 对应的虚拟折算压力与虚拟折算温度为 P 5 ∑y p 。 z 1 第 3 3卷第 2期 曲斌等疏松天然气储层保压岩心气体饱和度实验技术 3 9 6 冻岩心缓融 过程 中收集 水体积 ，m L；m 一岩 心质 。 腑 g ／ c m3 ；一 品 式 中 p 天 然 气 混 合 物 的 虚 拟 折 算 压 力 ， M P a ； 天然气混合物虚拟折算温度 ，K 。 根据天然气压缩因子与虚拟折算压力 、虚拟折 算温度的函数图版 ，就可 以直接查得天然气压缩 因 子 。 2 ． 4储层条件下水体积求取 水恢复到地层条件下主要是密度的变化 ，引起 地层水密度变化的 因素 主要是地层水 的盐分 矿 化度 、压力 、温度与溶解度 。温度 与压力对地层 水密度的影响是相反的过程 ，同质量地层水温度升 高 ，体积增 大 ，密 度减小 ；而 压力增 大 ，体 积减 小 ，密度增大。因此 ，可根据地层水在不同温度与 压力条件下的压缩系数以及地层水在不 同溶解气量 情况下的压缩系数校正 ，确定地层水的密度。 一 定量的地层水溶解一定量的盐分后 ，不仅地 层水 的密度增 大，其地层水 的体 积 也 就是盐水 的体积 也增大 ，盐水 的体积增加程度取 决于地 层水的矿化度与地层水的密度 ，校正关系 _ 1 为 1 0 7 Pb 一 L 式 中 溶 解 盐 分 后 的 盐 水 体 积 ，c m 。 ； 干馏时得到的水体积 从样品中收集到 的 ，c m。 ；P w 蒸馏水 的密度 ，g ／ c m 。 ；P b 质量浓度为 C 的地层水密度，g ／ c m ；C 地层 水的质量浓度 ，m g ／ L 。 2 ． 5储层岩石孔隙度分析 岩石在上覆压力作用下 ，岩石颗粒排列更加紧 密 ，导致岩石连通的孔隙体积发生变化 。通过岩石 压缩系数测定仪或覆压下孑 L 隙度测定设备等 ，研究 岩心在不 同压力 温度 条件下 的孔隙度变化规 律 ，确定储层条件下 的岩石样 品孔隙度 ，用于储层 饱和度 的恢复。 2 ． 6储层条件下气、水饱和度求取 根据前 文分析 的地层 条件下各 参数 ，可进行 气 、水饱和度计算 S w 1 0 o ％ m ∞ 8 5 1 0 0 ％ 9 ， n D 式中 S 、S w 储 层 条 件 气 、水 饱 和 度 ， ％； 一 岩心干馏时所收集到的水体积 ，mL ；I ／ 2 冷 3应用 实例 疏松保压岩心含气饱和度分析技术成功地应用 于 T B 6 ． x l 井 ，该井所在地 区构造较平缓 ，取心层 位 c 1 、c 5埋藏浅 ，成岩性差 ，属于岩性疏松 的天 然气藏储层 ，其岩性主要以含泥粉砂岩 、泥质粉砂 岩 、粉砂岩以及细砂岩为主。 3 ． 1样 品制备及气、水收集 在该井不同深度进行 2次取心 ，为确保样 品破 碎后能够获得储层参数 ，制备 了小柱塞塑封样品以 及全直径塑封样 品。在气体 收集 中共 收集 天然气 9 8 9 2 5 ． 7 m L 表 1 ，水量 4 5 ． 2 2 mL 。经天然气组 分分析可知 ，该天然气藏除含有少量的氮气与 C O 外 ，主要成 分是 C H ，体积分数 在 9 6 ％ 以上。采 用色谱法没有检测到天然气中的水蒸气 。 表 1 天然气气量收集情况统计 Ta b l e 1 S t a t i s t i c s o f t h e c o l l e c t e d a mo u n t o f t h e n a t u r a l g a s 3 ． 2储层参数分析 由于样品破碎 ，孔隙度分析均采用小柱塞塑封 样品与塑封的全直径样品 ，分析方法采用液体饱和 法。塑封样品孔隙度校正是通过塑封样 品与非塑封 样 品的对 比测试 ，建立 了二者函数关系 0 ． 9 9 4 3 - 0 ． 5 9 9 2 ， 为实测塑封样品孔 隙度 ，该方程 相关系数 R 0 ． 9 9 确定 了岩石孑 L 隙度 与密度。同 时进行了不同上覆压力条件实验 ，获得了储层条件 下的岩石孔隙度与密度 。 储层温度在 4 O℃ 以上 ，天然气是 以游离态形 式存在。天然气在水 中的溶解度 表 2 与地层水 的压缩系数是依据 D o d s o o n与 S t a n d i n g 地层水相关 的实验得 到 ，溶解度是根据温度、压力 以及矿 化度 按 1 8 9 3 2 5 mg ／ L 与溶解度的关系获得 ， 利 用溶解度可计算出地层水中溶解 的天然气量。由于 饱和度样品已破碎 ，无法进行洗盐试验 ，而且样品 水含量是采用于馏法测得 ，其水密度 为纯水密度 ， 因此 ，盐分对水密度的影响暂时可不考虑。地层水 密度根据 D o d s o o n与 S t a n d i n g在不 同温度 、压力 、 第 3 3卷第2期 曲斌等疏松天然气储层保压岩心气体饱和度实验技术 4 1 上看 ，在岩性较好 ，含气饱和度高的层段上 ，二者 吻合很好 如 c 1层下部 。在含气饱 和度较低 或 岩性较致密的层段上 ，测井解释含气饱和度与岩心 分析含气饱和度有差异 ，说 明测井解释在该类层段 上存在偏差 ，需要重新解释。该井保压岩心气体饱 和度分析为测井解释提供了能够反映储层流体分布 规律的岩心分析资料 ，可依此资料建立测井解释图 版 ，开展二次测井解释 ，对含气较差的层段进行校 正 ，弄清该区储层气水分布规律。 4结 论 1 建立的保压岩心样 品冷 冻、制备 、流体 收集 以及物性分析等疏松保压岩心含气饱和度分析 技术是可行 的，分析数据准确 ，能够反映储层真实 情况。 2 疏松保压岩心分析技术是 一项先进 的岩 心分析技术 ，能够收集岩心释放的天然气 ，并计算 疏松岩心气体饱和度 ，是保压岩心分析专有技术。 3 T B 6 ． x l井保压岩心分析 中，收集 了大量 天然气气体 ，求取了储层岩石含气饱和度，最大含 气饱 和度 在 7 5 ％ 以上 ，体 现 了该 技术 的先 进性 ； 而且分析数据显示 了不 同岩性具有不 同的气 、水饱 和度 ，饱和度总和在 9 5 ％ 以上 ，真实地反 映了天 然气储层气 、水分布规律 ，体现 了疏松保压岩心含 气饱和度分析技术 的准确性与可行性 。 4 通过该井岩 心分析 ，弄 清了储层不 同岩 性气水分布特征 ，以及在含气丰度较低或岩性较致 密的层段上测井解 释的不足 ，为开展二次测 井解 释 ，建立测井解释图版奠定了基础 。 参考文献 [ 1 ]郭平 ，张茂林 ，黄全华 ，等 ．低渗透致密砂岩气藏开发机 理研 究[ M]．北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 9 1 - 3 2 ． [ 2 ]孙军昌，杨正明，唐立根，等 ． 致密气藏束缚水分布规律及含 气饱和度研究[ J ]．深圳 大学 学报 理工版 ，2 0 1 1 ，2 8 5 3 7 7 ． 3 81 ． [ 3 ]郭平，黄伟 岗，姜 贻伟，等 ．致 密气藏束缚 与可动水研 究 [ J ]．天然气工业 ，2 0 0 6 ，2 6 1 0 9 9 - 1 0 1 ． [ 4]郭 和坤 ，刘建坤 ，李太伟 ， 等 ．苏里 格低 渗透砂岩气 藏束缚水 饱 和 度 研 究[ J] ． 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 ，2 0 1 2，3 1 2 9 1 - 9 7 ． [ 5]王怒涛 ，孙翠容 ，郭金城 ，等 ．气水两相 流单井动态地质储量 及水侵量计算新方 法 [ J ]．大庆石 油地质 与开发 ，2 0 1 1 ，3 0 2 7 1 - 7 4 ． [ 6]王敏 ，孙建孟 ，赖富强 ，等 ．低 闭合油藏 油水 同层储层含水饱 和度新模 型 [ J ]．西南 石油 大学 学报 自然 科学 版 ，2 0 1 0， 3 2 1 2 7 - 3 2 ． [ 7 ]郝宏 明 ．利用含气饱和度确定深层气藏气层的方法及其在升平 地 区的应用 [ J ]．中国石油勘探 ， 2 0 0 2 ，7 3 6 5 6 8 ． [ 8 ]袭杰 ，王 晓舟 ，杨永祥 ，等 ．保压 取心 技术在 吐 哈油 田陵检 1 4 ． 2 4 1 井 的 应 用[J] ． 石 油 钻 探 技 术 ，2 0 0 3 ， 3 1 3 1 9 2 1 ． [ 9 ]张洪君 ，刘 春来 ，王晓舟 ，等 ．深层保压密闭取 心技术在徐深 1 2井 的应用 [ J ]．石油钻 采工艺 ， 2 0 0 7，2 9 4 l 1 0 1 1 4 ． [ 1 0 ]乔安平 ，李 云清 ，高峰 ．油气燃 料临界燃 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