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GRM

中關村綠色礦山產業聯盟團體標準

T/GRMXXX-20xx

致密儲層水鎖損害評價方法

Evaluationmethodofwaterblockingdamageintightreservoir

2023-XX-XX發布2023-XX-XX實施

中關村綠色礦山產業聯盟發布

致密儲層水鎖損害評價方法

1范圍

本文件規定了致密儲層水鎖損害評價方法的術語和定義、實驗原理和方法、實驗設備及材料、實驗準

備、實驗步驟及計算、實驗結果及評價指標、質量控制和實驗數據記錄。

本文件適用于氣測滲透率小于1×10-3μm2（不含裂縫）的致密儲層水鎖損害規律評價，實驗室可根據儲

層條件采用離心法或超低含水飽和度建立法來測試。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文

件。

GB/T29172巖心分析方法

SY/T5336巖心分析方法

SY/T5346巖心毛管壓力曲線的測定

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

水鎖損害waterblockingdamage

由于巖石孔隙中毛細管阻力的作用，使得孔隙中的水對油氣流動產生了封堵效應，造成油氣滲透性下

降的現象。

3.2

地層初始含水飽和度originalwatersaturationofreservoir

原始地層條件下，儲層巖石孔隙空間中的水占巖石孔隙體積的百分數。

3.3

不可動水飽和度immovablewatersaturation

在外力作用下，巖石孔隙中不能流動的水占巖石孔隙體積的百分數。

3.4

高溫鈍化處理hightemperaturepassivationtreatment

采用逐級加溫的方式將巖樣加熱至550℃的高溫條件下，使巖石中的蒙脫石、伊利石/蒙脫石間層

礦物轉變為伊利石，消除水敏性粘土礦物的活性的過程。

1

4實驗原理及方法

4.1實驗原理概述

致密儲層水鎖損害評價實驗的主要目的是研究儲層滲透率隨含水飽和度的變化規律。實驗的關鍵

在于將實驗巖樣建立不同的含水飽和度，且使水相在巖樣有效孔隙中分布均勻（模擬地層實際情況），

然后測量巖樣含水飽和度值與該含水飽和度條件下的氣測滲透率，通過建立滲透率與含水飽和度關系

曲線，評價儲層巖石的水鎖損害程度。

4.2實驗方法

本文件采用離心法及超低含水飽和度建立法，具體方法如下：

a）離心法：將飽和水的巖樣置于高速離心機中，通過調節不同的離心轉速（或離心力），建立不同的含水

飽和度，并測定該含水飽和度條件下的氣測滲透率，以此評價儲層巖石的水鎖損害程度。

b）超低含水飽和度建立法：將干燥巖樣通過驅入潤濕氣體的方式增加巖樣的含水飽和度，并配合壓力脈沖

的方式使巖樣中含水較為均勻，以此建立不同超低含水飽和度并測定該含水飽和度條件下的氣測滲透率，

評價儲層巖石的水鎖損害程度。

4.3選擇依據

4.3.1當離心設備的額定離心轉速（或額定離心力）可以建立地層初始含水飽和度且不破壞巖樣，采

用離心法。

4.3.2參照單井/區塊或鄰井/鄰區塊儲層巖石的毛細管力實驗資料，若巖石毛細管力高于離心機在額

定轉速下的離心力，使用的離心設備無法建立地層初始含水飽和度時，采用超低含水飽和度建立法。

5實驗設備及材料

5.1實驗設備

實驗設備包括：

a)分析天平：感量0.001g；

b)高溫高壓巖心夾持器：適用于表面光滑均勻、直徑為2.5cm±0.5cm，長度不大于8cm的圓柱體巖

樣；

c)氣體流量計：量程5mL/s，分辨率為0.002mL/s；

d)壓力表：精度0.4級，量程為0.1MPa、1MPa、6MPa、25MPa；

e)高壓泵：用于加環壓及高壓飽和，壓力范圍0MPa～60MPa；

f)回壓泵：用于夾持器末端加回壓，壓力范圍0MPa～5MPa；

g)氮氣瓶；用于氣測滲透率，儲能壓力大于1MPa；

h)調壓閥：調節范圍0MPa～2MPa；

i)游標卡尺：最小分度值為0.02mm；

j)計時器：精確度為0.1s；

k)烘箱：工作溫度為室溫～600℃，控溫準確度±2℃；

l)巖心抽真空飽和裝置；

m)巖心高速離心機：離心轉速范圍為0r/min～10000r/min。

5.2實驗材料及器皿

實驗材料及器皿包括：

a)去離子水；

b)水潤濕性多孔纖維：為超低含水飽和度建立法專用材料；

c)濾紙；

d)密封塑料袋；

e)燒杯：250mL、500mL；

f)量筒：分度值0.1mL；

g)溫度計：150℃。

2

6實驗準備

6.1實驗巖樣準備

實驗巖樣的制備、清洗均按照GB/T29172執行。實驗巖樣采用直徑為2.54cm±0.05cm、長度為3cm～

6cm的巖心柱塞，并記錄好巖樣的取樣井深、層位等。

6.2實驗巖樣孔隙度與孔隙體積測定

6.2.1實驗巖樣的孔隙度測定按照GB/T29172執行。

6.2.2實驗巖樣的孔隙體積計算，見式（1）：

D2L

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

p4

式中：

3

Vp——巖樣的孔隙體積，單位為立方厘米（cm）；

D——巖樣直徑，單位為厘米（cm）；

L——巖樣長度，單位為厘米（cm）；

φ——巖樣孔隙度，單位為百分比（%）。

6.3實驗巖樣氣測滲透率測定

6.3.1致密儲層測定滲透率時存在氣體滑脫效應，依據SY/T5336-2006《巖心分析方法》6滲透率的測定

之內容，按以下步驟測定巖樣的氣測滲透率。

6.3.1.1實驗裝置見圖1。

1—氮氣瓶；2—穩壓閥；3—調壓閥；4—氮氣壓力表；5—高溫高壓巖心夾持器；

6—環壓表；7—環壓泵；8—回壓表；9—回壓調節器；10—氣體流量計。

圖1氣測滲透率實驗裝置示意圖

6.3.1.2巖心夾持器密閉性檢查：將處理過的巖樣裝入巖心夾持器，調節氣源開關，驅替壓力宜

設為10MPa，凈圍壓宜為2MPa；關閉氣源閥門及巖心夾持器出口端閥門，觀察30min，壓力下降小

于0.1MPa為密閉性合格。

3

6.3.1.3繪制驅替壓力與出口氣體流速關系曲線：將巖心夾持器的出口端壓力（即回壓）設為0，

應保持凈圍壓不變，在不同驅替壓力（1MPa、3MPa、5MPa、7MPa、9MPa）下測定出口端氣體的

流速，繪制驅替壓力與出口氣體流速之間的關系曲線。

6.3.1.4最小回壓值的確定：提高回壓值，測定在凈圍壓不變的情況下不同驅替壓力下出口端氣

體流速的變化，并繪制在不同回壓時驅替壓力與出口氣體流速之間的關系曲線。當回壓在某一數值下

時，曲線為一條直線，且直線斜率不再變化，此時的回壓值為氣測滲透率的最小回壓值。

6.3.1.5將巖心夾持器出口端的壓力設定為大于6.3.1.4確定的最小回壓值，測定該壓力值下巖

樣無滑脫效應的氣測滲透率。

6.3.2巖樣氮氣滲流能力（氣測滲透率）計算，見式（2）：

2PaQgL

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

Kg22

P1P2A

式中：

-32

Kg——氮氣氣測滲透率，×10μm；

Pa——實驗條件下的標準大氣壓，MPa；

Qg——氣體流量，mL/s；

μ——氣體粘度，mPa·s；

L——巖樣長度，cm；

P1——巖樣進口端壓力，MPa；

P2——巖樣出口端壓力，需大于6.3.1.5確定的最小回壓值Pb，MPa；

A——巖樣橫截面積，cm2。

6.4平行實驗巖樣選擇

根據6.1和6.2測定的巖樣孔隙度、氣測滲透率，宜挑選2～3個物性相近的巖樣作為一組平行實驗樣

品。

6.5巖樣的水敏性礦物消除

應利用550℃高溫條件對實驗巖樣進行高溫鈍化處理，宜以100℃為梯度逐級加溫，每個梯度下保持

2h，直至550℃加熱處理2h。

6.6巖樣飽和去離子水

6.6.1對實驗巖樣烘干（溫度宜設定為95℃～100℃，時間4h以上），稱干重m0；若采用超低含水

飽和度建立法，則6.6.2～6.6.5不再進行。

6.6.2將烘干后的巖樣抽真空4h以上（真空度不應低于-0.08MPa），選用去離子水對巖樣進行飽和

（宜設定25MPa高壓作為飽和壓力，加壓時間應不低于8h），然后將巖樣在去離子水中浸泡24h以上。

6.6.3對于已飽和去離子水的巖樣，用濕潤濾紙除去表面浮水，稱濕重m1。

6.6.4稱取濕重后，巖樣應置于密封塑料袋中（或其他密封容器中）待用。

6.6.5巖樣在6.6.2～6.6.5的操作過程中，應避免磕碰掉渣或破損而影響數據的準確性，若出現掉渣

或破損現象，應立即更換巖樣重新實驗。

6.7地層初始含水飽和度的獲取

若單井實施了密閉取心或地層MDT(模塊式地層動態測試器)測試措施，宜采用該資料獲取地層初始含

水飽和度Sw0；或根據單井/區塊或鄰井/鄰區塊的測井解釋成果計算得出。

7實驗步驟及計算

7.1離心法

7.1.1將飽和去離子水的巖樣放置于巖心高速離心機中進行恒速離心，轉速宜分別設置為1000r/min、

2000r/min、3000r/min、4000r/min、50000r/min、6000r/min；離心過程中宜每隔10min調換巖樣方向，

每一次離心轉速下的離心時間宜為50min。若地層初始含水飽和度<30%，則應調高離心轉速至

7000r/min～10000r/min。離心過程中若出現巖樣破損現象，應停止實驗，更換巖樣后重新實驗。

7.1.2各轉速條件下離心結束后，取出巖樣，用潤濕濾紙擦去巖樣外端面的浮水，稱重mi，按6.3測

定該轉速條件下的氣測滲透率Kgi，按式（3）計算該轉速條件下的含水飽和度Swi：

4

mm

i0(3)

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

VP1

式中：

Swi——不同離心轉速下的巖樣含水飽和度，%；

mi——不同離心轉速下測得的巖樣質量，g；

m0——巖樣干重，g；

33

ρl——飽和流體密度（采用去離子作為飽和流體取值為1g/cm），g/cm；

3

Vp——巖樣的孔隙體積，cm；

7.1.3對于氣測滲透率小于0.1×10-3μm2的致密巖樣，可采取非穩態—壓力脈沖衰減法測定不同離心

轉速條件下的氣測滲透率值Kgi，按SY/T5336中6.4.1.3的規定。

7.1.4按SY/T5346中3.4的規定，計算不同離心轉速下的平均離心力，見式（4）：

L2

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

cie2i

式中：

Pci——不同離心轉速下的離心力，MPa；

Δρ——兩相流體的密度差，g/cm3；離心過程中，兩相流體為去離子水和空氣，則Δρ≈1g/cm3；

L——巖樣長度，cm；

Re——巖樣外旋轉半徑，cm；

ni——離心機的不同離心轉速，r/min。

7.2超低含水飽和度建立法

7.2.1巖樣表面潤濕

應將巖樣出口端以環氧樹脂、防水膠等方式封閉；巖樣宜放在濕潤的多孔纖維上滾動2min以上（氣測

-32

滲透率Kg小于0.1×10μm的致密巖樣宜滾動5min以上）。

7.2.2建立地層初始含水飽和度

7.2.2.1根據6.7獲取的地層初始含水飽和度Sw0，計算進入巖樣中達到建立地層初始含水飽和

度所需去離子水的質量mw0，按式（5）計算：

(5)

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

式中：

mw0——巖樣達到地層初始含水飽和度所需去離子水的質量，g；

Sw0——地層初始含水飽和度，%；

33

ρl——飽和流體密度（采用去離子作為飽和流體取值為1g/cm），g/cm；

3

Vp——巖樣的孔隙體積，cm；

7.2.2.2去除巖樣出口端的防水膠，使用去離子水潤濕的氮氣驅替巖樣，增加巖樣內部的含水飽

和度，并記錄驅替過程中的巖樣質量mi；當mi=mw0時，即達到地層初始含水飽和度Sw0。

7.2.2.3使用干燥的氮氣，從巖樣入口端施加氮氣壓力脈沖，促進巖樣內部水分的均勻分布。脈

沖壓力的大小根據巖樣致密程度設定。施加的脈沖壓力不應引發巖心夾持器出口端出現水流，在此基

礎上，脈沖壓力越大，巖樣內部含水飽和度分散達到均勻所花費的時間越短。可通過X射線掃描或者

觀察巖樣出口端面的水相分布，確定巖樣內部水相是否分布均勻。

7.2.3按照6.3測定地層初始含水飽和度下的氣測滲透率Kg0。

7.2.4繼續用潤濕的氮氣驅替巖樣，重復7.2.2.2～7.2.2.3，可建立一系列不同的含水飽和度值Swi，

并按照6.3測定不同含水飽和度條件下的氣測滲透率Kgi，直至巖樣質量不再增加或巖樣出口端出水為

止。

8實驗結果及評價指標

8.1建立含水飽和度與氣測滲透率擬合關系曲線

5

8.1.1根據測定的含水飽和度與氣測滲透率值，繪制關系曲線，擬合滲透率與含水飽和度的關系方程，

示例見附錄表A.1。

8.1.2根據相似度擬合原則，結合擬合方程參數的區間，即含水飽和度區間（0%≤Swi≤100%）及

222

氣測滲透率區間（0μm<Kgi≤Kg），對比相關性指數R的結果擬合函數，R不應低于0.8。

8.2計算水鎖損害率

8.2.1離心法根據8.1擬合得出的方程，計算地層初始含水飽和度Sw0條件下的氣測滲透率Kg0；超低

含水飽和度建立法直接采用7.2.3測定的氣測滲透率Kg0。

8.2.2以氣測滲透率Kg0為基準值，計算巖樣氣測滲透率變化率Dwi，即為水鎖損害率，見式（6）：

KK

g0gi(6)

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

Kg0

式中：

Dwi——水鎖損害率，%；

-32

Kg0——地層初始條件下巖樣的氣測滲透率，×10μm；

-32

Kgi——巖樣在不同含水飽和度條件下的氣測滲透率，×10μm。

8.3不可動水飽和度條件下的水鎖損害率計算

8.3.1選擇離心法時，可根據單井/區塊或鄰井/鄰區塊巖樣壓汞資料中的排驅壓力值Pd作為離心力，

根據式（4）設定合理的離心轉速，得出不可動水飽和度Swr，并測定該飽和度下的氣測滲透率值Kgr。

8.3.2選擇超低含水飽和度建立法時，待進入巖樣的去離子水質量不再增加或巖樣出口端出水時，按

Q/SY1832中7.3的規定建立不可動水飽和度，并測定該飽和度條件下的氣測滲透率值Kgr。

8.3.3將式（6）中的Kgi取值為Kgr，則可計算不可動水飽和度條件下的水鎖損害率Dwr，見式（7）：

KK

g0gr(7)

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

Kg0

式中：

Dwr——不可動水飽和度條件下的水鎖損害率，%；

-32

Kg0——地層初始條件下巖樣的氣測滲透率，×10μm；

-32

Kgr——不可動水飽和度條件下測定的氣測滲透率，×10μm。

8.4水鎖損害程度評價指標

巖樣的水鎖損害程度評價指標見表1。

表1水鎖損害程度評價

水鎖損害率

水鎖損害程度

/%

Dw≤5無

5<Dw≤30弱

30<Dw≤50中等偏弱

50<Dw≤70中等偏強

70<Dw≤90強

Dw>90極強

9質量控制

每組水鎖損害評價實驗要求完成2組～3組平行樣次，每組平行樣次實驗結果相差不應超過10%。

10實驗數據記錄

10.1離心法水鎖損害評價數據表，見附錄表A.1。

10.2超低含水飽和度建立法水鎖損害評價數據表，見附錄表A.2。

6

附錄A

（資料性附錄）

水鎖損害評價數據記錄

A.1離心法水鎖損害評價數據記錄表

離心法水鎖損害評價數據記錄表見表A.1

表A.1水鎖損害評價數據記錄表（離心法）

井號巖樣號

巖樣取樣井深

層位

m

巖樣長度巖樣直徑

cmcm

巖樣干重氣測滲透率

gmD

孔隙度孔隙體積

%cm3

離心壓差

離心轉速離心時間離心力巖樣質量含水飽和度氣測滲透率水鎖損害率

梯度備注

r/minminMPag%mD%

MPa/cm

地層初始含水\\\0

去離子水飽和后00

100050

200050

300050

400050

500050

600050

不可動水飽和度條件下

實驗曲線：

巖樣含水飽和度與氣測滲透率擬合關系曲線

實驗結論：

測試人：測試日期：