CN104358565B - 一种气藏含气饱和度的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气藏含气饱和度的确定方法，属于非常规气藏勘探开发技术领域，考虑实际气藏条件下的气藏类型、储层特征以及流体分布等多种地质因素影响，在实验室内模拟了气藏中气驱水的过程，通过对孔隙结构复杂的特低孔特低渗砂岩气藏的岩样的采集，分析样品的筛选，及分析样品的分析数据的确定，建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系、气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系，并根据特低孔特低渗气藏的自由水面以上含气高度H与含水饱和度Sw地之间的关系，实现经济、准确确定特低孔特低渗气藏含气饱和度Sg的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种气藏含气饱和度的确定方法，尤其是确定特低孔特低渗砂岩气藏含气饱和度的方法，属于非常规气藏勘探开发技术领域。
背景技术
特低孔特低渗砂岩非常规气藏，平均孔隙度在2.5％左右、渗透率在0.01-0.04mD之间，其岩石致密，物性差；由于其沉积、成岩作用的复杂性，孔喉级差大，有裂缝发育，非均质性强。因而其孔隙结构复杂、含气程度差异大，准确确定气藏含气饱和度的难度大。
现有的确定砂岩储层气藏含气饱和度的方法主要有以下三种：
1、岩电实验分析法：即通过阿尔奇公式确定气藏含气饱和度，阿尔奇公式是由实验资料建立的理论解释模型，即以电阻率和孔隙度的信息为主，以岩电实验参数为辅，确定气藏含气饱和度。该方法适用于物性相对较好的常规纯砂岩气藏，不适用于岩石非常致密的特低孔特低渗砂岩气藏，使得岩电实验分析的方法难以准确解释该类气藏含气饱和度。
2、岩心直接测定法：通过油基泥浆取心或密闭取心直接测得储层的束缚水饱和度Swi，利用束缚水饱和度Swi间接得到气藏的含气饱和度。由于该方法要求钻井工艺复杂，取芯成本高，一般取样也较少，而且对于致密砂岩气藏来讲，选取有效样品的难度大，采用该方法确定气藏的含气饱和度既不经济，也不现实。
3、通过J函数处理法建立的平均毛管压力曲线确定气藏的含气饱和度的方法，基本原理是通过用非润湿相流体(如汞、空气等)驱替由润湿相饱和的岩样中的流体(如水)来模拟天然气的二次运移形成气藏的过程，达到通过利用气藏含气高度确定含气饱和度的目的。该方法能够满足气藏孔隙度在10％以上、孔渗相关性好的单一的常规砂岩储层，但是，如果直接应用于孔隙度在2.5％左右的特低孔特低渗砂岩储层，其测定准确性低，无法适用。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术方法不能准确确定特低孔特低渗砂岩气藏含气饱和度、影响天然气地质储量预测的缺陷，提供了一种确定特低孔特低渗砂岩气藏含气饱和度的方法。
本发明的目的通过以下方法实现：
1、分析样品及分析样品的分析数据的筛选：
根据特低孔特低渗气藏储层的沉积、成岩特征，结合物性分析结果确定的有效储层物性下限，对采集的岩样进行筛选，确定分析样品及分析样品的分析数据,分析数据包含毛管压力(pc)L、排驱压力Pd、含水饱和度Sw实、孔隙度φ、渗透率K数据；
2、建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系；
2.1对步骤1所确定的分析样品的分析数据通过进行J函数处理，建立分析样品的含水饱和度Sw实与J(Sw)的散点关系图，其中σL，θL，(pc)L，φ，K—分别为实验室条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、毛管压力(MPa)、样品分析孔隙度(％)、渗透率(mD)；
2.2将步骤2.1所得到的散点关系图通过趋势线拟合出实验室条件下的分析样品含水饱和度Sw实与J(Sw)的关系：J(Sw)＝A·eB·Sw实,其中A、B均为常数项；
2.3根据J(Sw)表达式中J(Sw)与分析样品的毛管压力(pc)L的关系，将步骤1筛选的分析样品的孔隙度φ、渗透率K进行平均得到整个储层的平均孔隙度和平均渗透率利用J(Sw)表达式中的得出反映储层特征和流体性质的参数C值即从而得出实验室条件下的平均毛管压力进而建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系:其中Q、B均为常数项,σL，θL，φ，K—分别为实验室条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、样品分析孔隙度(％)、渗透率(mD)；
3、建立气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系：
依据实验室条件下的分析样品的平均毛管压力和气藏条件下的平均毛管压力相关性，建立气藏条件下的平均毛管压力与实验室条件下的平均毛管压力之间的关系，确定气藏条件下的平均毛管压力从而建立气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系：其中F、B均为常数项；
4、通过气藏的自由水面以上的含气高度H确定气藏含水饱和度Sw地，从而得到气藏的含气饱和度Sg：
基于在气藏条件下气水密度差产生的重力与平均毛管压力平衡的原理，利用反映气藏特征的试气现场取样分析资料，将气藏的平均毛管压力转换为其自由水面以上的含气高度H，建立气藏的自由水面以上的含气高度H与气藏的含水饱和度Sw地的关系:Sw地＝M·{ln A-ln[(ρw-ρg)·H·N)]+ln D},得到气藏的自由水面以上的含气高度H，由此确定气藏含水饱和度Sw地，从而得到气藏的含气饱和度Sg,，其中A、M、N、D均为常数项，Sw地为气藏的含水饱和度，ρw为地层水密度，ρg为地层天然气密度，H为自由水面以上含气高度。
本发明充分考虑实际气藏条件下的气藏类型、储层特征以及流体分布等多种地质因素影响，在实验室内模拟了气藏中气驱水的过程，通过对孔隙结构复杂的特低孔特低渗砂岩气藏的岩样的采集，分析样品的筛选，及分析样品的分析数据的确定，利用实验室条件下的平均毛管压力向特低孔特低渗气藏的平均毛管压力，以及其自由水面以上的含气高度H的转换技术手段,实现经济、准确确定特低孔特低渗气藏在不同的含气高度H下的含水饱和度Sw地，从而得到该类气藏的含气饱和度Sg,。
附图说明
图1是本发明的步骤框图；
图2是本发明实施中的普陆1井岩样采集常规测井、成像测井和取芯段岩心资料分析对比图；
图3是本发明实施中的特低孔特低渗气藏的储层岩样分析孔隙度、渗透率关系图；
图4是本发明实施中的实验室条件下的J函数与含水饱和度Sw实的关系图；
图5是本发明实施中的实验室条件下的平均毛管压力和含水饱和度Sw实关系图；
图6是本发明实施中的特低孔特低渗气藏的平均毛管压力与其含水饱和度Sw地关系图；
图7是本发明实施中的特低孔特低渗气藏的自由水面以上含气高度H与其含水饱和度Sw地关系图；
具体实施方式
中石化普光气田陆相须家河组为特低孔特低渗气藏,平均孔隙度在2.5％左右、渗透率在0.01-0.04mD之间，其岩石致密，物性差。本发明以该气藏中的中石化普光气田普陆1井为例，并选取与其同属一类储层的普光气田回注1井和普光气田普光3011-5井的岩样，结合附图，对本发明实施方式做进一步详细说明，本发明具体步骤如下：
1、分析样品及分析样品的分析数据的筛选：
1.1岩样的筛选：
图2为普陆1井岩样采集常规测井、成像测井解释资料和取芯段岩心资料分析对比图。利用图2所示的普陆1井3490.0m-3510.0m井段的取芯段常规测井资料、成像测井解释资料和岩心描述资料，在对普陆1井取芯段的岩心进行描述的基础上，利用常规测井和成像测井解释资料，对普陆1井取芯段的裂缝进行识别，筛选出普陆1井的非裂缝发育的产层段(3490.0m-3510.0m)的岩样。中石化普光气田回注1井和普光3011-5井的岩样筛选方法与普陆1井岩样筛选方法相同，从3口井共筛选出492个岩样。
1.2有效储层物性下限的确定：
根据特低孔特低渗气藏的沉积、成岩特征，结合物性分析，确定有效储层物性下限：
对步骤1.1筛选的普陆1井、回注1井和普光3011-5井的492个岩样进行物性分析，建立岩样分析孔隙度、渗透率关系分布图，如图3所示。从图中可以看出，非均质性严重是此类特低孔特低渗储层的一大特征。在孔隙度>2.1％的岩样中，除少数受裂缝影响的样品点出现渗透率异常外，其它样品点孔隙度、渗透率之间的相关性很好；在孔隙度<2.1％的岩样中，除少数受裂缝影响的样品点出现渗透率异常外，其它样品点次生孔隙不发育，连通性差，其喉道发育程度差，孔隙度、渗透率极低，孔隙度、渗透率之间的整体相关性差，属于非有效储层。因此，本发明将岩样分析孔隙度2.1％确定为该气藏有效储层物性下限。
1.3实验室用分析样品及分析数据的筛选：
1.3.1从1.1步骤中所筛选的普陆1井、回注1井和普光3011-5井的492个岩样中选取产层段物性好、能够反映产层分布特征的66个岩样作为实验室分析用样品。
1.3.2满足物性下限的分析样品的分析数据的确定：
在实验室条件下，对步骤1.3.1中选取的66个分析样品进行分析得到1406组分析数据，每组数据包含毛管压力(pc)L、排驱压力Pd、含水饱和度Sw实、孔隙度φ、渗透率K数据，利用1.2步骤的确定的物性下限，选取孔隙度>2.1％的样品点，筛选出普陆1井、回注1井和普光3011-5井的32个分析样品及其669组分析数据。
1.3.3大于排驱压力Pd的分析样品的分析数据的确定：
对上述步骤1.3.2中筛选出的普陆1井、回注1井和普光3011-5井的32个分析样品669组分析数据进行二次筛选，选取其中的大于排驱压力Pd的分析数据，得到普陆1井、回注1井和普光3011-5井的32个分析样品的267组分析数据。表1为筛选的普陆1井的一个分析样品的分析数据项。
表1筛选的普陆1井的一个分析样品的分析数据项
2、建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系：
2.1对步骤1所确定的分析样品的分析数据进行J函数处理，建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与J(Sw)的散点关系图；
对步骤1所得到的32个分析样品267组分析数据，依据式(1)所示的J函数进行处理：
式中σL，θL，(pc)L，φ，K—分别为实验室条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、毛管压力(MPa)、样品分析孔隙度(％)、渗透率(mD)。
建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与J(Sw)的散点关系图，如图4所示。
2.2将步骤2.1所得到的散点关系图通过趋势线拟合成一条代表实验室条件下的分析样品含水饱和度Sw实与J(Sw)的关系曲线，如图4中曲线所示，建立式(2)所示的实验室条件下的J函数与含水饱和度Sw实的回归关系：
J(Sw)＝60.805e-0.0447Sw实 (2)
其中A＝60.805，B＝-0.0447。
2.3由上述步骤2.1中式(1)所示的J函数表达式可知，J(Sw)只是含水饱和度Sw的函数，与孔隙度、渗透率、界面张力和接触角无关,因此可以令显而易见，对每个样品来说，c为常数，毛管压力(pc)L＝J(Sw)/c,那么将所有样品的孔隙度φ、渗透率K数据进行平均得到整个储层的平均孔隙度和渗透率则可得出气层的平均的C值即则平均毛管压力为:
基于图4的实验室条件下的含水饱和度Sw实与J(Sw)的关系曲线，根据式(3)所示的转换关系，即可得到实验室条件下的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系:
其中Q＝6.3856，B＝-0.0447,曲线如图5所示。
3、建立气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系：
依据步骤2所得式(4)和图5所示的实验室条件下的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系，利用实验室条件下的分析样品的平均毛管压力和气藏条件下的平均毛管压力相关性，建立气藏条件下的平均毛管压力与实验室条件下的平均毛管压力之间的关系，确定气藏条件下的平均毛管压力从而得到气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系。
3.1根据式(5)毛管压力(Pc)L的计算公式：
式中σL，θL，(pc)L，r—分别为实验室条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、毛管压力(MPa)和毛管半径(μm)。
得出实验室条件下的平均毛管压力求解公式如式(6)所示：
式中σL，θL，—分别为实验室条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、平均毛管压力(MPa)和平均毛管半径(μm)。
3.2根据式(5)毛管压力的计算公式，得出气藏条件下的平均毛管压力公式如式(7)所示：
式中σR，θR，—分别为气藏条件下的流体两相的界面张力(mN/m)、流体与固体的接触角(°)、平均毛管压力(MPa)。
3.3利用式(5)、(6)的联立方程，得到式(8)所示气藏条件下的平均毛管压力
根据式(8)，得出气藏条件下的平均毛管压力从而将实验室条件下含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系转换为气藏条件下的含水饱和度Sw地与平均毛管压力关系，得到式(9)所示气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系:
其中F＝39.364,B＝-0.0447，曲线如图6所示。
4、通过气藏的自由水面以上的含气高度H确定气藏含水饱和度Sw地，进而得到气藏的含气饱和度Sg：
4.1根据式(10)所示的气藏条件下的平均毛管压力与气藏的自由水面以上含气高度H的关系，将气藏的平均毛管压力平均毛管压力转换为气藏的自由水面以上含气高度H。
式中:H—气藏的自由水面以上含气高度，m；
ρw、ρg—分别为气藏的地层水、地层天然气的密度，g/cm3；
g—重力加速度，m/s2。
4.2建立气藏的自由水面以上含气高度H与气藏含水饱和度Sw地的关系，曲线如图7所示。
利用式(9)所示的气藏的含水饱和度Sw地与平均毛管压力关系，结合步骤4.1确定的气藏的自由水面以上含气高度H，得到如式(11)所示的气藏的自由水面以上含气高度H与气藏的含水饱和度Sw地关系，曲线如图7所示。
Sw地＝22.372{ln60.805-ln[(ρw-ρg)×H×0.1054)]+ln6.823} (11)
其中M＝22.372，A＝60.805，N＝0.1054，D＝6.823；
Sw地：气藏的含水饱和度，％；
ρw:地层水密度，g/cm3；
ρg:地层天然气密度，g/cm3；
H：自由水面以上含气高度，m。
4.3气藏的含气饱和度Sg的确定：
依据图7和式(11)所建立的气藏的自由水面以上含气高度H与气藏含水饱和度Sw地关系，由气藏的自由水面以上的含气高度H，即可确定气藏含水饱和度Sw地，进而通过Sg＝1-Sw地得到气藏的含气饱和度Sg。
Claims (3)
1.一种气藏含气饱和度的确定方法，其特征在于:包括以下步骤
(1)分析样品及分析样品的分析数据的筛选；
(2)建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系；
(3)建立气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系：
依据实验室条件下的分析样品的平均毛管压力和气藏条件下的平均毛管压力相关性，建立气藏条件下的平均毛管压力与实验室条件下的平均毛管压力之间的关系，确定气藏条件下的平均毛管压力从而建立气藏的含水饱和度Sw地与气藏的平均毛管压力关系:其中F、B均为常数项；
(4)通过气藏的自由水面以上的含气高度H确定气藏含水饱和度Sw地，进而得到气藏的含气饱和度Sg：
将气藏的平均毛管压力转换为气藏的自由水面以上的含气高度H，建立气藏的含水饱和度Sw地与其自由水面以上的含气高度H的关系:Sw地＝M·{ln A-ln[(ρw-ρg)·H·N)]+ln D},得到气藏的的自由水面以上的含气高度H，由此确定气藏含水饱和度Sw地，进而得到气藏的含气饱和度Sg,其中A、M、N、D均为常数项，Sw地为气藏的含水饱和度，ρw为地层水密度，ρg为地层天然气密度，H为自由水面以上含气高度。
2.根据权利要求1所述的气藏含气饱和度的确定方法，其特征在于分析样品及分析样品的分析数据的筛选，其步骤为：
(1)岩样的筛选：利用特低孔特低渗气藏取芯段常规测井、成像测井解释资料和岩心描述资料，确定特低孔特低渗气藏的非裂缝发育的产层段，筛选出特低孔特低渗气藏非裂缝发育的产层段的岩样；
(2)有效储层物性下限的确定：对筛选出的岩样进行物性分析，建立岩样分析孔隙度φ、渗透率K关系分布图，依据样品点孔隙度φ、渗透率K之间的相关性，确定该气藏有效储层物性下限；
(3)实验室用分析样品及分析数据的筛选：根据物性下限及排驱压力Pd，从筛选的非裂缝发育的产层段的岩样中，确定实验室用分析样品及分析数据，每组数据包含毛管压力(pc)L、排驱压力Pd、含水饱和度Sw实、孔隙度φ、渗透率K数据。
3.根据权利要求1或2所述的气藏含气饱和度的确定方法，其特征在于确定实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系，其步骤为：
(1)对确定的分析样品的分析数据进行J函数处理，建立实验室条件下的分析样品的含水饱和度Sw实与J(Sw)之间的散点关系图；
(2)根据分析样品的含水饱和度Sw实与J(Sw)之间的散点关系图，通过趋势线拟合出代表实验室条件下的分析样品含水饱和度Sw实与J(Sw)的关系：J(Sw)＝A·eB·Sw实,其中A、B均为常数项；
(3)根据J(Sw)函数表达式中J(Sw)与分析样品的毛管压力(pc)L的关系，以及分析样品的孔隙度φ、渗透率K数据进行平均得到整个储层的平均孔隙度和平均渗透率得出实验室条件下的平均毛管压力从而建立实验室条件下分析样品的含水饱和度Sw实与平均毛管压力关系:其中Q、B均为常数项。
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