致密储层水锁损害评价方法

致密储层水锁损害评价方法

1范围

本文件规定了致密储层水锁损害评价方法的术语和定义、实验原理和方法、实验设备及材料、实验准

备、实验步骤及计算、实验结果及评价指标、质量控制和实验数据记录。

本文件适用于气测渗透率小于1×10-3μm2（不含裂缝）的致密储层水锁损害规律评价，实验室可根据储

层条件采用离心法或超低含水饱和度建立法来测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文

件。

GB/T29172岩心分析方法

SY/T5336岩心分析方法

SY/T5346岩心毛管压力曲线的测定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

水锁损害waterblockingdamage

由于岩石孔隙中毛细管阻力的作用，使得孔隙中的水对油气流动产生了封堵效应，造成油气渗透性下

降的现象。

3.2

地层初始含水饱和度originalwatersaturationofreservoir

原始地层条件下，储层岩石孔隙空间中的水占岩石孔隙体积的百分数。

3.3

不可动水饱和度immovablewatersaturation

在外力作用下，岩石孔隙中不能流动的水占岩石孔隙体积的百分数。

3.4

高温钝化处理hightemperaturepassivationtreatment

采用逐级加温的方式将岩样加热至550℃的高温条件下，使岩石中的蒙脱石、伊利石/蒙脱石间层

矿物转变为伊利石，消除水敏性粘土矿物的活性的过程。

1

4实验原理及方法

4.1实验原理概述

致密储层水锁损害评价实验的主要目的是研究储层渗透率随含水饱和度的变化规律。实验的关键

在于将实验岩样建立不同的含水饱和度，且使水相在岩样有效孔隙中分布均匀（模拟地层实际情况），

然后测量岩样含水饱和度值与该含水饱和度条件下的气测渗透率，通过建立渗透率与含水饱和度关系

曲线，评价储层岩石的水锁损害程度。

4.2实验方法

本文件采用离心法及超低含水饱和度建立法，具体方法如下：

a）离心法：将饱和水的岩样置于高速离心机中，通过调节不同的离心转速（或离心力），建立不同的含水

饱和度，并测定该含水饱和度条件下的气测渗透率，以此评价储层岩石的水锁损害程度。

b）超低含水饱和度建立法：将干燥岩样通过驱入润湿气体的方式增加岩样的含水饱和度，并配合压力脉冲

的方式使岩样中含水较为均匀，以此建立不同超低含水饱和度并测定该含水饱和度条件下的气测渗透率，

评价储层岩石的水锁损害程度。

4.3选择依据

4.3.1当离心设备的额定离心转速（或额定离心力）可以建立地层初始含水饱和度且不破坏岩样，采

用离心法。

4.3.2参照单井/区块或邻井/邻区块储层岩石的毛细管力实验资料，若岩石毛细管力高于离心机在额

定转速下的离心力，使用的离心设备无法建立地层初始含水饱和度时，采用超低含水饱和度建立法。

5实验设备及材料

5.1实验设备

实验设备包括：

a)分析天平：感量0.001g；

b)高温高压岩心夹持器：适用于表面光滑均匀、直径为2.5cm±0.5cm，长度不大于8cm的圆柱体岩

样；

c)气体流量计：量程5mL/s，分辨率为0.002mL/s；

d)压力表：精度0.4级，量程为0.1MPa、1MPa、6MPa、25MPa；

e)高压泵：用于加环压及高压饱和，压力范围0MPa～60MPa；

f)回压泵：用于夹持器末端加回压，压力范围0MPa～5MPa；

g)氮气瓶；用于气测渗透率，储能压力大于1MPa；

h)调压阀：调节范围0MPa～2MPa；

i)游标卡尺：最小分度值为0.02mm；

j)计时器：精确度为0.1s；

k)烘箱：工作温度为室温～600℃，控温准确度±2℃；

l)岩心抽真空饱和装置；

m)岩心高速离心机：离心转速范围为0r/min～10000r/min。

5.2实验材料及器皿

实验材料及器皿包括：

a)去离子水；

b)水润湿性多孔纤维：为超低含水饱和度建立法专用材料；

c)滤纸；

d)密封塑料袋；

e)烧杯：250mL、500mL；

f)量筒：分度值0.1mL；

g)温度计：150℃。

2

6实验准备

6.1实验岩样准备

实验岩样的制备、清洗均按照GB/T29172执行。实验岩样采用直径为2.54cm±0.05cm、长度为3cm～

6cm的岩心柱塞，并记录好岩样的取样井深、层位等。

6.2实验岩样孔隙度与孔隙体积测定

6.2.1实验岩样的孔隙度测定按照GB/T29172执行。

6.2.2实验岩样的孔隙体积计算，见式（1）：

D2L

V................................................................................(1)

p4

式中：

3

Vp——岩样的孔隙体积，单位为立方厘米（cm）；

D——岩样直径，单位为厘米（cm）；

L——岩样长度，单位为厘米（cm）；

φ——岩样孔隙度，单位为百分比（%）。

6.3实验岩样气测渗透率测定

6.3.1致密储层测定渗透率时存在气体滑脱效应，依据SY/T5336-2006《岩心分析方法》6渗透率的测定

之内容，按以下步骤测定岩样的气测渗透率。

6.3.1.1实验装置见图1。

1—氮气瓶；2—稳压阀；3—调压阀；4—氮气压力表；5—高温高压岩心夹持器；

6—环压表；7—环压泵；8—回压表；9—回压调节器；10—气体流量计。

图1气测渗透率实验装置示意图

6.3.1.2岩心夹持器密闭性检查：将处理过的岩样装入岩心夹持器，调节气源开关，驱替压力宜

设为10MPa，净围压宜为2MPa；关闭气源阀门及岩心夹持器出口端阀门，观察30min，压力下降小

于0.1MPa为密闭性合格。

3

6.3.1.3绘制驱替压力与出口气体流速关系曲线：将岩心夹持器的出口端压力（即回压）设为0，

应保持净围压不变，在不同驱替压力（1MPa、3MPa、5MPa、7MPa、9MPa）下测定出口端气体的

流速，绘制驱替压力与出口气体流速之间的关系曲线。

6.3.1.4最小回压值的确定：提高回压值，测定在净围压不变的情况下不同驱替压力下出口端气

体流速的变化，并绘制在不同回压时驱替压力与出口气体流速之间的关系曲线。当回压在某一数值下

时，曲线为一条直线，且直线斜率不再变化，此时的回压值为气测渗透率的最小回压值。

6.3.1.5将岩心夹持器出口端的压力设定为大于6.3.1.4确定的最小回压值，测定该压力值下岩

样无滑脱效应的气测渗透率。

6.3.2岩样氮气渗流能力（气测渗透率）计算，见式（2）：

2PaQgL

..............................................................................(2)

Kg22

P1P2A

式中：

-32

Kg——氮气气测渗透率，×10μm；

Pa——实验条件下的标准大气压，MPa；

Qg——气体流量，mL/s；

μ——气体粘度，mPa·s；

L——岩样长度，cm；

P1——岩样进口端压力，MPa；

P2——岩样出口端压力，需大于6.3.1.5确定的最小回压值Pb，MPa；

A——岩样横截面积，cm2。

6.4平行实验岩样选择

根据6.1和6.2测定的岩样孔隙度、气测渗透率，宜挑选2～3个物性相近的岩样作为一组平行实验样

品。

6.5岩样的水敏性矿物消除

应利用550℃高温条件对实验岩样进行高温钝化处理，宜以100℃为梯度逐级加温，每个梯度下保持

2h，直至550℃加热处理2h。

6.6岩样饱和去离子水

6.6.1对实验岩样烘干（温度宜设定为95℃～100℃，时间4h以上），称干重m0；若采用超低含水

饱和度建立法，则6.6.2～6.6.5不再进行。

6.6.2将烘干后的岩样抽真空4h以上（真空度不应低于-0.08MPa），选用去离子水对岩样进行饱和

（宜设定25MPa高压作为饱和压力，加压时间应不低于8h），然后将岩样在去离子水中浸泡24h以上。

6.6.3对于已饱和去离子水的岩样，用湿润滤纸除去表面浮水，称湿重m1。

6.6.4称取湿重后，岩样应置于密封塑料袋中（或其他密封容器中）待用。

6.6.5岩样在6.6.2～6.6.5的操作过程中，应避免磕碰掉渣或破损而影响数据的准确性，若出现掉渣

或破损现象，应立即更换岩样重新实验。

6.7地层初始含水饱和度的获取

若单井实施了密闭取心或地层MDT(模块式地层动态测试器)测试措施，宜采用该资料获取地层初始含

水饱和度Sw0；或根据单井/区块或邻井/邻区块的测井解释成果计算得出。

7实验步骤及计算

7.1离心法

7.1.1将饱和去离子水的岩样放置于岩心高速离心机中进行恒速离心，转速宜分别设置为1000r/min、

2000r/min、3000r/min、4000r/min、50000r/min、6000r/min；离心过程中宜每隔10min调换岩样方向，

每一次离心转速下的离心时间宜为50min。若地层初始含水饱和度<30%，则应调高离心转速至

7000r/min～10000r/min。离心过程中若出现岩样破损现象，应停止实验，更换岩样后重新实验。

7.1.2各转速条件下离心结束后，取出岩样，用润湿滤纸擦去岩样外端面的浮水，称重mi，按6.3测

定该转速条件下的气测渗透率Kgi，按式（3）计算该转速条件下的含水饱和度Swi：

4

mm

i0(3)

Swi100%......................................................................

VP1

式中：

Swi——不同离心转速下的岩样含水饱和度，%；

mi——不同离心转速下测得的岩样质量，g；

m0——岩样干重，g；

33

ρl——饱和流体密度（采用去离子作为饱和流体取值为1g/cm），g/cm；

3

Vp——岩样的孔隙体积，cm；

7.1.3对于气测渗透率小于0.1×10-3μm2的致密岩样，可采取非稳态—压力脉冲衰减法测定不同离心

转速条件下的气测渗透率值Kgi，按SY/T5336中6.4.1.3的规定。

7.1.4按SY/T5346中3.4的规定，计算不同离心转速下的平均离心力，见式（4）：

L2

P1.097109LRn...............................................................(4)

cie2i

式中：

Pci——不同离心转速下的离心力，MPa；

Δρ——两相流体的密度差，g/cm3；离心过程中，两相流体为去离子水和空气，则Δρ≈1g/cm3；

L——岩样长度，cm；

Re——岩样外旋转半径，cm；

ni——离心机的不同离心转速，r/min。

7.2超低含水饱和度建立法

7.2.1岩样表面润湿

应将岩样出口端以环氧树脂、防水胶等方式封闭；岩样宜放在湿润的多孔纤维上滚动2min以上（气测

-32

渗透率Kg小于0.1×10μm的致密岩样宜滚动5min以上）。

7.2.2建立地层初始含水饱和度

7.2.2.1根据6.7获取的地层初始含水饱和度Sw0，计算进入岩样中达到建立地层初始含水饱和

度所需去离子水的质量mw0，按式（5）计算：

(5)

mw0Sw0Vpl..............................................................................

式中：

mw0——岩样达到地层初始含水饱和度所需去离子水的质量，g；

Sw0——地层初始含水饱和度，%；

33

ρl——饱和流体密度（采用去离子作为饱和流体取值为1g/cm），g/cm；

3

Vp——岩样的孔隙体积，cm；

7.2.2.2去除岩样出口端的防水胶，使用去离子水润湿的氮气驱替岩样，增加岩样内部的含水饱

和度，并记录驱替过程中的岩样质量mi；当mi=mw0时，即达到地层初始含水饱和度Sw0。

7.2.2.3使用干燥的氮气，从岩样入口端施加氮气压力脉冲，促进岩样内部水分的均匀分布。脉

冲压力的大小根据岩样致密程度设定。施加的脉冲压力不应引发岩心夹持器出口端出现水流，在此基

础上，脉冲压力越大，岩样内部含水饱和度分散达到均匀所花费的时间越短。可通过X射线扫描或者

观察岩样出口端面的水相分布，确定岩样内部水相是否分布均匀。

7.2.3按照6.3测定地层初始含水饱和度下的气测渗透率Kg0。

7.2.4继续用润湿的氮气驱替岩样，重复7.2.2.2～7.2.2.3，可建立一系列不同的含水饱和度值Swi，

并按照6.3测定不同含水饱和度条件下的气测渗透率Kgi，直至岩样质量不再增加或岩样出口端出水为

止。

8实验结果及评价指标

8.1建立含水饱和度与气测渗透率拟合关系曲线

5

8.1.1根据测定的含水饱和度与气测渗透率值，绘制关系曲线，拟合渗透率与含水饱和度的关系方程，

示例见附录表A.1。

8.1.2根据相似度拟合原则，结合拟合方程参数的区间，即含水饱和度区间（0%≤Swi≤100%）及

222

气测渗透率区间（0μm<Kgi≤Kg），对比相关性指数R的结果拟合函数，R不应低于0.8。

8.2计算水锁损害率

8.2.1离心法根据8.1拟合得出的方程，计算地层初始含水饱和度Sw0条件下的气测渗透率Kg0；超低

含水饱和度建立法直接采用7.2.3测定的气测渗透率Kg0。

8.2.2以气测渗透率Kg0为基准值，计算岩样气测渗透率变化率Dwi，即为水锁损害率，见式（6）：

KK

g0gi(6)

Dwi100%........................................................................

Kg0

式中：

Dwi——水锁损害率，%；

-32

Kg0——地层初始条件下岩样的气测渗透率，×10μm；

-32

Kgi——岩样在不同含水饱和度条件下的气测渗透率，×10μm。

8.3不可动水饱和度条件下的水锁损害率计算

8.3.1选择离心法时，可根据单井/区块或邻井/邻区块岩样压汞资料中的排驱压力值Pd作为离心力，

根据式（4）设定合理的离心转速，得出不可动水饱和度Swr，并测定该饱和度下的气测渗透率值Kgr。

8.3.2选择超低含水饱和度建立法时，待进入岩样的去离子水质量不再增加或岩样出口端出水时，按

Q/SY1832中7.3的规定建立不可动水饱和度，并测定该饱和度条件下的气测渗透率值Kgr。

8.3.3将式（6）中的Kgi取值为Kgr，则可计算不可动水饱和度条件下的水锁损害率Dwr，见式（7）：

KK

g0gr(7)

Dwr100%........................................................................

Kg0

式中：

Dwr——不可动水饱和度条件下的水锁损害率，%；

-32

Kg0——地层初始条件下岩样的气测渗透率，×10μm；

-32

Kgr——不可动水饱和度条件下测定的气测渗透率，×10μm。

8.4水锁损害程度评价指标

岩样的水锁损害程度评价指标见表1。

表1水锁损害程度评价

水锁损害率

水锁损害程度

/%

Dw≤5无

5<Dw≤30弱

30<Dw≤50中等偏弱

50<Dw≤70中等偏强

70<Dw≤90强

Dw>90极强

9质量控制

每组水锁损害评价实验要求完成2组～3组平行样次，每组平行样次实验结果相差不应超过10%。

10实验数据记录

10.1离心法水锁损害评价数据表，见附录表A.1。

10.2超低含水饱和度建立法水锁损害评价数据表，见附录表A.2。

6

附录A

（资料性附录）

水锁损害评价数据记录

A.1离心法水锁损害评价数据记录表

离心法水锁损害评价数据记录表见表A.1

表A.1水锁损害评价数据记录表（离心法）

井号岩样号

岩样取样井深

层位

m

岩样长度岩样直径

cmcm

岩样干重气测渗透率

gmD

孔隙度孔隙体积

%cm3

离心压差

离心转速离心时间离心力岩样质量含水饱和度气测渗透率水锁损害率

梯度备注

r/minminMPag%mD%

MPa/cm

地层初始含水\\\0

去离子水饱和后00

100050

200050

300050

400050

500050

600050

不可动水饱和度条件下

实验曲线：

岩样含水饱和度与气测渗透率拟合关系曲线

实验结论：

测试人：测试日期：

7

A.2超低含水饱和度建立法水锁损害评价数据记录

超低含水饱和度建立法水锁损害评价数据记录表见表A.2。

表A.2水锁损害评价数据记录表（超低含水饱和度建立方法）

水锁实验评价实验报告

井号：实验人：实验日期：

一、基础资料

油田：样品号：

层位：距顶：m

井段：m气测渗透率：10-3μm2

孔隙体积：cm3地层初始含水饱和度：%

孔隙度：%束缚水饱和度：%

岩样长度：cm岩样描述：

岩样直径：cm

实验温度：℃

二、实验数据

实验方式：工作液名称：

当前含水饱和度下参

含水饱和度渗透率损害率Dwi

实验过程流动介质名称透率Kgi

%%

10-3μm2

水锁前

水锁后

不可动水饱和度

三、实验曲线

四、实验结论

8

9

**ICS点击此处添加ICS号

点击此处添加中国标准文献分类号

GRM

中关村绿色矿山产业联盟团体标准

T/GRMXXX-20xx

致密储层水锁损害评价方法

Evaluationmethodofwaterblockingdamageintightreservoir

2023-XX-XX发布2023-XX-XX实施

中关村绿色矿山产业联盟发布

致密储层水锁损害评价方法

1范围

本文件规定了致密储层水锁损害评价方法的术语和定义、实验原理和方法、实验设备及材料、实验准

备、实验步骤及计算、实验结果及评价指标、质量控制和实验数据记录。

本文件适用于气测渗透率小于1×10-3μm2（不含裂缝）的致密储层水锁损害规律评价，实验室可根据储

层条件采用离心法或超低含水饱和度建立法来测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文

件。

GB/T29172岩心分析方法

SY/T5336岩心分析方法

SY/T5346岩心毛管压力曲线的测定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

水锁损害waterblockingdamage

由于岩石孔隙中毛细管阻力的作用，使得孔隙中的水对油气流动产生了封堵效应，造成油气渗透性下

降的现象。

3.2

地层初始含水饱和度originalwatersaturationofreservoir

原始地层条件下，储层岩石孔隙空间中的水占岩石孔隙体积的百分数。

3.3

不可动水饱和度immovablewatersaturation

在外力作用下，岩石孔隙中不能流动的水占岩石孔隙体积的百分数。

3.4

高温钝化处理hightemperaturepassivationtreatment

采用逐级加温的方式将岩样加热至550℃的高温条件下，使岩石中的蒙脱石、伊利石/蒙脱石间层

矿物转变为伊利石，消除水敏性粘土矿物的活性的过程。

1

4实验原理及方法

4.1实验原理概述

致密储层水锁损害评价实验的主要目的是研究储层渗透率随含水饱和度的变化规律。实验的关键

在于将实验岩样建立不同的含水饱和度，且使水相在岩样有效孔隙中分布均匀（模拟地层实际情况），

然后测量岩样含水饱和度值与该含水饱和度条件下的气测渗透率，通过建立渗透率与含水饱和度关系

曲线，评价储层岩石的水锁损害程度。

4.2实验方法

本文件采用离心法及超低含水饱和度建立法，具体方法如下：

a）离心法：将饱和水的岩样置于高速离心机中，通过调节不同的离心转速（或离心力），建立不同的含水

饱和度，并测定该含水饱和度条件下的气测渗透率，以此评价储层岩石的水锁损害程度。

b）超低含水饱和度建立法：将干燥岩样通过驱入润湿气体的方式增加岩样的含水饱和度，并配合压力脉冲

的方式使岩样中含水较为均匀，以此建立不同超低含水饱和度并测定该含水饱和度条件下的气测渗透率，

评价储层岩石的水锁损害程度。

4.3选择依据

4.3.1当离心设备的额定离心转速（或额定离心力）可以建立地层初始含水饱和度且不破坏岩样，采

用离心法。

4.3.2参照单井/区块或邻井/邻区块储层岩石的毛细管力实验资料，若岩石毛细管力高于离心机在额

定转速下的离心力，使用的离心设备无法建立地层初始含水饱和度时，采用超低含水饱和度建立法。

5实验设备及材料

5.1实验设备

实验设备包括：

a)分析天平：感量0.001g；

b)高温高压岩心夹持器：适用于表面光滑均匀、直径为2.5cm±0.5cm，长度不大于8cm的圆柱体岩

样；

c)气体流量计：量程5mL/s，分辨率为0.002mL/s；

d)压力表：精度0.4级，量程为0.1MPa、1MP