孫晨皓 李 軍 董賽亮 鄒嘉玲

1.油氣資源與工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)石油大學(xué)（北京）2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院3.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)

0 引言

疏松砂巖氣藏普遍具有埋藏淺、膠結(jié)程度差、非均質(zhì)性強(qiáng)以及高孔隙度、高滲透率等特點(diǎn)，氣藏中水體較為發(fā)育，流體分布復(fù)雜，且邊底水活躍。該類(lèi)氣藏?zé)o水采氣期短、單井產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)期短，嚴(yán)重影響開(kāi)發(fā)效果[1-3]。諸多氣藏開(kāi)發(fā)實(shí)踐證實(shí)，儲(chǔ)集巖內(nèi)部孔隙度、滲透率等物性差異導(dǎo)致氣水賦存特征和運(yùn)移關(guān)系復(fù)雜，形成了在流體性質(zhì)識(shí)別和氣水分布認(rèn)識(shí)上的偏差，極大地制約了天然氣儲(chǔ)量的有效動(dòng)用[4-10]。前人在理論分析、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)特征、原位潤(rùn)濕性和氣水界面性質(zhì)是決定地層可動(dòng)流體運(yùn)移與賦存分布的最主要因素[11-14]。因此，精細(xì)表征疏松砂巖儲(chǔ)集空間和孔喉結(jié)構(gòu)特征，探索建立儲(chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)的新方法，對(duì)開(kāi)發(fā)階段氣藏的治水和穩(wěn)產(chǎn)具有重要科學(xué)意義和工程價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者對(duì)儲(chǔ)集巖孔隙特征進(jìn)行了深入研究，大多基于傳統(tǒng)的掃描電鏡[15-16]、巖石鑄體薄片分析[17-18]、核磁共振[19-20]或流體注入實(shí)驗(yàn)[21]（高壓壓汞和氣體吸附）等實(shí)驗(yàn)方法反映孔喉參數(shù)，但識(shí)別尺度有限且無(wú)法從直觀的角度精細(xì)描述巖石孔隙結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)、特征與演化差異。儲(chǔ)層潤(rùn)濕機(jī)理的研究則廣泛依賴(lài)楊氏方程，并利用座滴法[22-25]、滲吸測(cè)量法[26-27]（Amott-Harvey 指數(shù)法）或毛細(xì)管壓力曲線測(cè)量法[28-29]（USBM 指數(shù)法）等手段來(lái)表征巖石潤(rùn)濕性。但受儲(chǔ)集空間內(nèi)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)和礦物組成的制約，其原位潤(rùn)濕特征通常與上述方法的測(cè)量結(jié)果不符，導(dǎo)致儲(chǔ)層氣水分布與流動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)出錯(cuò)。為了保證疏松砂巖氣藏的產(chǎn)水防控與高效開(kāi)發(fā)，當(dāng)前亟須完善并創(chuàng)新評(píng)價(jià)方法以準(zhǔn)確表征儲(chǔ)層的復(fù)雜孔喉形態(tài)及原位潤(rùn)濕特征。

鑒于上述方法的不足，筆者通過(guò)理論與技術(shù)創(chuàng)新，提出了基于拓?fù)浞治龅膬?chǔ)集巖特性評(píng)價(jià)新方法。利用持續(xù)拓?fù)浞治龊腿SCT 無(wú)損成像技術(shù)，精細(xì)表征了疏松砂巖儲(chǔ)集空間的孔隙結(jié)構(gòu)及其物性特征。應(yīng)用拓?fù)鋷缀螌W(xué)Gauss-Bonnet 定理創(chuàng)新性地建立了儲(chǔ)集巖潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法，完善并拓展了孔隙尺度原位潤(rùn)濕機(jī)理，同時(shí)定量表征了儲(chǔ)集巖的復(fù)雜潤(rùn)濕分布狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了疏松砂巖儲(chǔ)層氣水分布評(píng)價(jià)，探討了雙相潤(rùn)濕特征對(duì)氣水賦存規(guī)律及氣藏產(chǎn)水的影響機(jī)制。相較于傳統(tǒng)方法，新方法可對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和原位潤(rùn)濕性進(jìn)行快捷、準(zhǔn)確地識(shí)別與表征，能夠滿足對(duì)復(fù)雜非均質(zhì)巖石特性評(píng)價(jià)的要求，以期為后續(xù)評(píng)價(jià)天然氣在疏松砂巖氣藏的運(yùn)移能力以及氣藏的經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)提供依據(jù)與工程指導(dǎo)。

1 基于拓?fù)浞治龅膸r石特性評(píng)價(jià)原理

1.1 孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治?/h3>

與孔隙網(wǎng)絡(luò)模型不同，孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治龇椒ㄍㄟ^(guò)識(shí)別各孔隙的拓?fù)涮卣骱蛶缀螀?shù)來(lái)測(cè)量其拓?fù)洳蛔兞?，從而更全面地反映孔隙?lèi)型、特征以及連通性。該方法中，儲(chǔ)集巖孔隙空間的拓?fù)涮卣鲗⒂善鋷缀涡螒B(tài)的歐拉數(shù)進(jìn)行量化[30]，即

式中χ表示歐拉數(shù)，無(wú)量綱，其值代表孔隙空間的復(fù)雜程度，該值越小，表明孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；β表示貝蒂數(shù)，即孔隙空間的拓?fù)洳蛔兞?，無(wú)量綱；β0表示非連通孔隙的數(shù)量；β1表示孔隙空間連通路徑的數(shù)量；β2表示孔隙空間凹腔的數(shù)量。

圖1 展示了不同貝蒂數(shù)的持續(xù)拓?fù)浞治龇椒ㄊ疽鈭D，該方法首先進(jìn)行空間點(diǎn)距離的標(biāo)識(shí)，進(jìn)而在微計(jì)算機(jī)斷層掃描（μCT）二值圖像上進(jìn)行歐氏距離變換計(jì)算。當(dāng)圖像上歐氏距離的負(fù)值介于0～－20時(shí)，代表巖石孔隙空間；當(dāng)其正值介于0～50 時(shí)，代表巖石基質(zhì)。同時(shí)，當(dāng)孔隙空間內(nèi)的一個(gè)拓?fù)涮卣鞒霈F(xiàn)時(shí)，該值被定義為拓?fù)涮卣鞒霈F(xiàn)值；反之，則被定義為拓?fù)涮卣飨胖怠Ｓ蓤D1 可知，β0中第二象限的歐式距離結(jié)果代表了非連通孔隙的數(shù)量，第三象限的歐式距離結(jié)果代表了連通孔隙的數(shù)量，可以以此為依據(jù)評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的空間連通性。位于第三象限的值越多，表明儲(chǔ)層的連通孔隙越多，孔隙連通性越好。此外，當(dāng)β1的歐式距離結(jié)果位于第二象限時(shí)，該孔隙特征代表相接觸巖石顆粒的粒間孔通道；當(dāng)結(jié)果位于第三象限時(shí)，表明該孔隙空間特征為孔隙間有一層相對(duì)較窄的喉道，可以此為依據(jù)評(píng)價(jià)巖石顆粒間的壓實(shí)程度。同時(shí)，位于第一象限的歐式距離結(jié)果都為正值，在β1中代表了巖石顆粒所形成的固相環(huán)的數(shù)量，但在β2中代表巖石顆粒的球度，可以此為依據(jù)評(píng)價(jià)巖石的沉積環(huán)境，顆粒的球度越好，則儲(chǔ)層質(zhì)量越高。

1.2 儲(chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法

油氣等非潤(rùn)濕相流體在儲(chǔ)集空間中的賦存特征和幾何形態(tài)受孔隙結(jié)構(gòu)、固體基質(zhì)—流體界面性質(zhì)、巖石表面粗糙度和礦物組成等因素共同影響，是儲(chǔ)層潤(rùn)濕行為的綜合表現(xiàn)。拓?fù)鋷缀螌W(xué)Gauss-Bonnet 定理中，歐拉數(shù)（χ）代表了任意幾何形態(tài)的拓?fù)洳蛔兞縖31]?；诖?，非潤(rùn)濕相流體幾何形態(tài)的界面曲率、界面面積、三相交線測(cè)地曲率可與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的歐拉數(shù)建立關(guān)系[32]，即

式中M表示非潤(rùn)濕相界面，無(wú)量綱；κG表示非潤(rùn)濕相流體界面高斯曲率，μm－2；A表示非潤(rùn)濕相表面積，μm2；κg表示三相交線測(cè)地曲率，μm－1；L表示三相交線的長(zhǎng)度，μm。

虧缺曲率（kd）代表了流體表面拓?fù)湫螒B(tài)受潤(rùn)濕效應(yīng)影響而虧缺的部分曲率。受制于流體幾何形態(tài)歐拉數(shù)的拓?fù)洳蛔兞浚摬糠痔澣鼻蕦⒀厝嘟痪€重新分布，使式（2）守恒。因此，kd可表示為：

通過(guò)進(jìn)一步測(cè)量三相交線數(shù)量，虧缺曲率可被定義在0°～180°的潤(rùn)濕角分布區(qū)間，從而更直觀地表征儲(chǔ)層潤(rùn)濕程度。對(duì)于任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)歐拉數(shù)為1 的非潤(rùn)濕相液滴，其液滴潤(rùn)濕角（θc）與虧缺曲率、三相交線數(shù)量間的關(guān)系可被定義為：

式中Nc表示三相交線數(shù)量。具體的推導(dǎo)過(guò)程及方法驗(yàn)證可參考筆者的前期文章[33]。

2 實(shí)驗(yàn)與方法

2.1 樣品與實(shí)驗(yàn)原理

成像實(shí)驗(yàn)方面，選取了歐洲北海盆地南部某淺海疏松砂巖氣田的巖石樣品，將該巖樣置于夾持器中進(jìn)行三維μCT 全尺寸掃描成像，獲得了巖樣在18 MPa 圍壓下的原位孔隙結(jié)構(gòu)。如圖2所示，利用X射線三維μCT 層析掃描裝置，通過(guò)調(diào)整電壓、電流、曝光時(shí)間等參數(shù)，取得了巖樣內(nèi)部孔隙—基質(zhì)的無(wú)損圖像。其中，X 射線源的工作電流和電壓分別為65 A 和100 MeV，μCT 圖像的像素為700 px× 700 px× 500 px，分辨率達(dá)1.8 μm。隨后利用Avizo 三維重構(gòu)軟件，對(duì)原始CT 灰度圖像進(jìn)行圖像處理，包括去噪、閾值分割及三維重構(gòu)等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)字巖心模型重構(gòu)。通過(guò)對(duì)其儲(chǔ)集空間進(jìn)行定量分析，獲取了孔隙結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)與形態(tài)特征。最后選取數(shù)字巖心模型的表征單元體，進(jìn)一步開(kāi)展儲(chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)與氣水賦存分布規(guī)律研究。

圖2 三維μCT 掃描成像實(shí)驗(yàn)與圖像處理的流程示意圖

儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)分析（圖3）表明，該巖樣粒間孔隙發(fā)育，面孔率分布范圍主要介于20%～35%，平均面孔率為27.5%，面孔率變化較大且非均質(zhì)性較強(qiáng)。該巖樣的平均有效孔隙度為26.1%，表明其儲(chǔ)層空間多為連通孔隙，孤立孔隙較少。此外，在μCT 圖像上應(yīng)用最大球法，提取了巖樣的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，測(cè)定了有效孔隙半徑，其分布范圍主要介于15～25 μm，平均值為21.3 μm；喉道半徑的平均值為8.7 μm；平均配位數(shù)為4.6，孔隙連通性較好。由實(shí)驗(yàn)所得的巖心氣測(cè)滲透率為2 156 mD。整體而言，該儲(chǔ)層具有典型的高孔隙度高滲透率特征。

圖3 基于微觀CT 可視化實(shí)驗(yàn)的孔隙結(jié)構(gòu)表征結(jié)果圖

2.2 數(shù)值模擬方法

為驗(yàn)證拓?fù)鋷缀螌W(xué)潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法的有效性，同時(shí)深入探討不同潤(rùn)濕特征對(duì)氣水微觀賦存分布的影響機(jī)制，采用基于格子玻爾茲曼方法（LBM）的數(shù)值模擬技術(shù)建立了儲(chǔ)集巖雙相潤(rùn)濕分布模型。在此基礎(chǔ)上，在該巖樣的數(shù)字巖心模型內(nèi)開(kāi)展了氣田開(kāi)發(fā)階段的氣水兩相流動(dòng)模擬，獲取了不同潤(rùn)濕分布模型的流體微觀分布狀態(tài)，進(jìn)而驗(yàn)證了基于拓?fù)鋷缀螌W(xué)原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法對(duì)表征雙相潤(rùn)濕體系的可靠性與適用性。

數(shù)值模擬方面，應(yīng)用了LBM 中的顏色梯度模型，選取500 px× 500 px× 500 px 的表征單元模擬了疏松砂巖儲(chǔ)層天然氣的開(kāi)發(fā)過(guò)程。LBM 數(shù)值模擬通過(guò)流體間的作用參數(shù)控制潤(rùn)濕相與非潤(rùn)濕相間的界面張力，具有較小的流體界面厚度并且界面張力自主可調(diào)。同時(shí)，通過(guò)基質(zhì)—流體間的作用參數(shù)控制儲(chǔ)集巖潤(rùn)濕性，該方法有效避免了實(shí)驗(yàn)中界面張力和潤(rùn)濕性相互耦合的現(xiàn)象，同時(shí)更準(zhǔn)確地反映了地層真實(shí)條件下巖石的潤(rùn)濕狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，該方法利用離散空間網(wǎng)格點(diǎn)上流體粒子的碰撞和遷移來(lái)描述流體流動(dòng)。一個(gè)格點(diǎn)某一離散速度方向的流體粒子在固定格子t時(shí)刻x位置上的動(dòng)力學(xué)方程可用其分布函數(shù)定義為：

式中Ωq表示碰撞算子，決定了演化方程描述流動(dòng)的物理意義[34-35]；fq表示流體粒子的序參數(shù)分布函數(shù)，無(wú)量綱；δt表示時(shí)間步長(zhǎng)，無(wú)量綱；ei表示速度矢量，無(wú)量綱。顏色梯度模型中全局分布函數(shù)用于控制壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的演化，其他的演化方程用于模擬兩相界面的演化，優(yōu)化的顏色梯度為：

式中C(x,t)表示顏色梯度，無(wú)量綱；c表示格子速度，無(wú)量綱；wi表示權(quán)系數(shù)；φ表示為顏色梯度與離散速度間的夾角，無(wú)量綱。此外，非潤(rùn)濕相流體的演化方程為：

3 結(jié)果與討論

3.1 疏松砂巖孔隙結(jié)構(gòu)表征

圖4 展示了該巖樣孔隙結(jié)構(gòu)的持續(xù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果。通過(guò)對(duì)各孔隙內(nèi)的幾何參數(shù)、拓?fù)涮卣鞒霈F(xiàn)值以及消逝值統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)β0中的歐式距離結(jié)果大部分位于第三象限，且第二象限內(nèi)的值極少（圖4-a），表明該巖樣的孤立孔隙較少，儲(chǔ)集空間大部分為連通孔隙，約占孔隙總數(shù)的95%。該結(jié)果與圖3-d 中基于孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的表征結(jié)果一致。此外，圖4-b 中β1的歐式距離結(jié)果多數(shù)位于第二象限，表明該巖樣孔隙類(lèi)型多為相接觸巖石顆粒的粒間孔，但也有相當(dāng)一部分未壓實(shí)顆粒形成的孔隙通道，從另一方面驗(yàn)證了該巖樣的巖性為疏松砂巖。如圖4-c所示，β2的歐式距離結(jié)果大部分位于第一象限的中間區(qū)域，表明該巖樣孔隙形態(tài)中的凹腔較多，多呈偏三角形形態(tài)分布，該現(xiàn)象也可從二維μCT 圖像中觀察到。整體而言，孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果可較為全面地表征儲(chǔ)集巖的孔隙類(lèi)型、分布形態(tài)、發(fā)育程度以及空間連通性，從而更準(zhǔn)確地判斷儲(chǔ)層可動(dòng)流體的流動(dòng)空間與滲流能力。

圖4 疏松砂巖巖樣孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果圖

圖4-d 展示了該巖樣各孔隙結(jié)構(gòu)的歐拉數(shù)與孔隙半徑關(guān)系的結(jié)果，可見(jiàn)該巖樣的孔隙半徑分布范圍介于5～70 μm，其密度分布結(jié)果表明大部分的孔隙半徑介于10～22 μm，與孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的等效孔徑結(jié)果相符。此外，從歐拉數(shù)結(jié)果的密度分布及其擬合曲線可知，多數(shù)孔隙的歐拉數(shù)為1，表明該巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、非均質(zhì)性較弱。但隨著等效孔隙半徑的增大（大于20 μm），歐拉數(shù)隨之減小，表明其孔隙結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜。

3.2 儲(chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)及驗(yàn)證

為了驗(yàn)證拓?fù)鋷缀螌W(xué)儲(chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法的可靠性，筆者基于數(shù)字巖心模型中各孔隙的歐氏距離，建立了強(qiáng)水濕和油濕體系的雙相潤(rùn)濕分布模型。該方法有助于揭示不同潤(rùn)濕特征對(duì)可動(dòng)流體微觀賦存分布與運(yùn)移規(guī)律的影響機(jī)制。強(qiáng)水濕體系中儲(chǔ)集巖預(yù)設(shè)的接觸角為30°，表現(xiàn)為強(qiáng)水濕狀態(tài)。油濕體系中，儲(chǔ)集巖大部分表面預(yù)設(shè)的接觸角為130°，表現(xiàn)為油濕狀態(tài)。但將孔喉半徑小于5 μm 的角落區(qū)域設(shè)置為水濕狀態(tài)。

基于上述兩種潤(rùn)濕體系，分別獲取了相同含水飽和度下的氣水兩相分布狀態(tài)及其幾何形態(tài)特征，進(jìn)而利用拓?fù)鋷缀螌W(xué)原位潤(rùn)濕性表征方法對(duì)各非潤(rùn)濕相液滴進(jìn)行了液滴潤(rùn)濕角測(cè)量。表1 匯總了雙相潤(rùn)濕分布模型液滴潤(rùn)濕角的表征結(jié)果。其中，在強(qiáng)水濕體系中識(shí)別出了257 個(gè)非潤(rùn)濕相氣泡。如圖5-a所示，強(qiáng)水濕體系內(nèi)的液滴潤(rùn)濕角分布主要介于10°～50°，平均值為32.16°，中位數(shù)為32.36°，且所有潤(rùn)濕角都小于70°，具有明顯的強(qiáng)水濕特征。通過(guò)與模擬時(shí)預(yù)設(shè)的巖石接觸角對(duì)比可知，拓?fù)鋷缀螌W(xué)原位潤(rùn)濕性表征方法的精度高于97.6%。此外，傳統(tǒng)的原位潤(rùn)濕性表征方法主要通過(guò)測(cè)量沿三相交線的微觀接觸角，其結(jié)果的中位數(shù)為41.59°。相較于傳統(tǒng)方法，新方法的精度提高了約9.2%。

表1 雙相潤(rùn)濕分布模型的液滴潤(rùn)濕角測(cè)量結(jié)果表

圖5 不同體系內(nèi)的潤(rùn)濕角分布統(tǒng)計(jì)圖

油濕體系中識(shí)別出383 個(gè)非潤(rùn)濕相水滴。圖5-b展示了油濕體系內(nèi)的原位潤(rùn)濕分布特征和液滴潤(rùn)濕角結(jié)果，液滴潤(rùn)濕角的分布主要介于100°～155°，中位數(shù)為124.05°，呈現(xiàn)混合潤(rùn)濕特征，且油濕特征顯著。值得注意的是，在圖5-b 中發(fā)現(xiàn)了部分液滴潤(rùn)濕角的范圍介于20°～90°，這是因?yàn)橛蜐駶?rùn)濕體系中孔喉半徑小于5 μm 的角落區(qū)域?yàn)樗疂駹顟B(tài)。在油濕體系中，拓?fù)鋷缀螌W(xué)原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法的精準(zhǔn)度高于94.1%，其表征結(jié)果與儲(chǔ)集巖預(yù)設(shè)的潤(rùn)濕狀態(tài)相一致。傳統(tǒng)原位微觀接觸角表征結(jié)果的中位數(shù)為112.63°。由此可得，基于拓?fù)鋷缀螌W(xué)的原位潤(rùn)濕性表征新方法的精度比傳統(tǒng)方法提高了約11.4%。

3.3 氣水微觀賦存分布規(guī)律

針對(duì)可動(dòng)流體的氣固界面，圖6 展示了兩種潤(rùn)濕分布模型中各孔隙的含氣飽和度與氣固界面面積比的關(guān)系。從圖中可知，隨著含氣飽和度的增大，二者的擬合曲線有相當(dāng)明顯的轉(zhuǎn)變。其中，孔隙空間內(nèi)含氣飽和度越大，氣固界面面積與孔隙表面積的比值越大，表明該孔隙內(nèi)氣固界面面積越大。相同含氣飽和度下，強(qiáng)水濕體系的氣固界面面積顯著小于油濕體系，驗(yàn)證了該儲(chǔ)層整體的原位潤(rùn)濕特征為強(qiáng)水濕狀態(tài)。油濕體系下，氣體與巖石表面的接觸面更多，因而氣固界面的面積顯著大于強(qiáng)水濕體系。同時(shí)，油濕體系內(nèi)微小孔隙儲(chǔ)集巖的潤(rùn)濕性表現(xiàn)為水濕狀態(tài)，在圖6 中可以發(fā)現(xiàn)有小部分結(jié)果符合水濕體系特征。

圖6 不同潤(rùn)濕分布模型中各孔隙內(nèi)含氣飽和度和氣固界面面積與孔隙表面積比的關(guān)系圖

針對(duì)可動(dòng)流體的氣水界面，圖7 給出了強(qiáng)水濕體系中氣水兩相的微觀賦存分布特征（紅色表示氣體，藍(lán)色表示水，黃色表示巖石）與界面平均曲率趨勢(shì)（K1和K2代表1 個(gè)曲面的2 個(gè)主曲率）。從圖中可知，強(qiáng)水濕體系中氣體普遍賦存于大孔，有小部分的孤立氣泡賦存在小孔，同時(shí)其流體界面的高斯曲率負(fù)值較少，平均曲率的正值較多，表明氣水界面具有強(qiáng)水濕特征的凸面。圖8 展示了油濕體系中氣水兩相的微觀賦存分布特征與界面平均曲率趨勢(shì)。從圖中可知，相同含水飽和度下，氣體普遍賦存于小孔，地層水大多賦存在大孔。圖8-a 中的氣水界面特征和圖8-c 中大量的高斯曲率負(fù)值同時(shí)表明，油濕體系存在眾多凹凸相間的氣水界面，這也從另一方面驗(yàn)證了該模型的潤(rùn)濕特征。相較于強(qiáng)水濕體系，地層水更容易建立優(yōu)勢(shì)滲流通道并在儲(chǔ)集空間內(nèi)流動(dòng)，從而導(dǎo)致氣藏產(chǎn)水現(xiàn)象的發(fā)生。

圖7 強(qiáng)水濕體系內(nèi)氣體賦存空間分布及氣水界面平均曲率統(tǒng)計(jì)圖

圖8 油濕體系內(nèi)氣體賦存分布狀態(tài)及氣水界面平均曲率統(tǒng)計(jì)圖

4 應(yīng)用前景

我國(guó)疏松砂巖氣藏主要分布于青海油田柴達(dá)木盆地、南海北部灣鶯歌海海域以及神狐海域等地，多以游離氣和天然氣水合物狀態(tài)賦存，氣藏資源豐富。但儲(chǔ)集巖成巖性差，生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)層易受傷害且孔隙結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變顯著，導(dǎo)致氣井出砂問(wèn)題明顯。若將μCT 可視化成像技術(shù)與持續(xù)拓?fù)浞治龇椒ńY(jié)合，可精細(xì)描述儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征、類(lèi)型、分布形態(tài)、發(fā)育程度以及空間連通性，有助于深化疏松砂巖氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中孔隙結(jié)構(gòu)演化的控制機(jī)理，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣水分布與滲流能力。此外，疏松砂巖氣藏儲(chǔ)集層埋藏淺，且黏土和雜基含量高，導(dǎo)致巖石原位潤(rùn)濕特征差異顯著?；谕?fù)鋷缀螌W(xué)Gauss-Bonnet 定理的原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法，可有效表征巖石復(fù)雜的潤(rùn)濕特征，拓展了國(guó)內(nèi)針對(duì)儲(chǔ)層潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)的技術(shù)手段，進(jìn)而揭示了不同潤(rùn)濕分布對(duì)氣水微觀賦存特征的影響機(jī)制，有助于提高對(duì)疏松砂巖氣藏的出水防控和潛在生產(chǎn)能力的認(rèn)識(shí)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

整體而言，孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治龇椒ê蛢?chǔ)層原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)新方法，對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)巖石物性參數(shù)、揭示多相流體賦存分布規(guī)律以及評(píng)價(jià)天然氣在疏松砂巖氣藏的運(yùn)移能力具有重要意義。

5 結(jié)論

1）孔隙結(jié)構(gòu)持續(xù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果表明，疏松砂巖儲(chǔ)集空間多為連通孔隙，孤立孔隙較少，空間連通性較好，具有典型的高孔隙度、高滲透率特征。該方法可較為全面地表征儲(chǔ)集巖的孔隙類(lèi)型、分布形態(tài)、發(fā)育程度以及空間連通性，為疏松砂巖氣藏的精細(xì)描述與有效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

2）拓?fù)鋷缀螌W(xué)潤(rùn)濕機(jī)理拓展了儲(chǔ)層孔隙尺度潤(rùn)濕理論，基于Gauss-Bonnet 定理的原位潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法可有效表征儲(chǔ)集巖的雙相潤(rùn)濕特征，且表征結(jié)果誤差在6%之內(nèi)。相較于傳統(tǒng)微觀接觸角測(cè)量的方法，其精度提高了約11%，為后續(xù)預(yù)測(cè)復(fù)雜礦物組分儲(chǔ)集巖中的流體分布規(guī)律及滲流能力提供了準(zhǔn)確依據(jù)。

3）對(duì)于強(qiáng)水濕體系，氣體普遍賦存于大孔，有小部分孤立氣泡賦存于小孔，氣水界面多為具有強(qiáng)水濕特征的凸面。對(duì)于油濕體系，氣體普遍賦存于小孔，地層水賦存于大孔，同時(shí)存在大量凹凸相間的氣水界面，地層水更易于建立優(yōu)勢(shì)滲流通道，導(dǎo)致氣藏產(chǎn)水現(xiàn)象的發(fā)生，該認(rèn)識(shí)對(duì)氣藏的治水防控具有指導(dǎo)意義。