白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層潛在傷害分析

張 敏,張紅玲,周曉峰,周 游 中國(guó)石油大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院,北京102249

中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249

白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層潛在傷害分析

張 敏,張紅玲,周曉峰,周 游 中國(guó)石油大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院,北京102249

中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249

白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層屬于超低滲儲(chǔ)層,與已經(jīng)規(guī)模開發(fā)的低滲儲(chǔ)層相比,其巖性更致密、物性更差,更容易受到傷害,因而分析儲(chǔ)層的潛在傷害可以為后期的科學(xué)開發(fā)提供依據(jù)。對(duì)儲(chǔ)層巖石的掃描電鏡照片、鑄體薄片及流體化驗(yàn)結(jié)果等資料進(jìn)行了分析,根據(jù)儲(chǔ)層的多孔介質(zhì)特性、敏感性礦物特性、流體性質(zhì)預(yù)測(cè)了儲(chǔ)層在開發(fā)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的傷害。認(rèn)為酸敏和速敏性傷害會(huì)成為主要的傷害類型,建議酸化作業(yè)時(shí)采用與儲(chǔ)層相配伍的酸液并加入適當(dāng)?shù)奶砑觿Ｔ诤罄m(xù)的開采過程中,采油和注水的速度不宜過快。

超低滲儲(chǔ)層;儲(chǔ)層傷害;敏感性;白豹

白豹油田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部,面積約4000km2,研究目的層為長(zhǎng)6超低滲透儲(chǔ)層,其中長(zhǎng)63為主力油層。與已規(guī)模開發(fā)的特低滲透油藏相比,超低滲透油藏巖性更致密,孔隙結(jié)構(gòu)更細(xì)微、更復(fù)雜,應(yīng)力敏感性更強(qiáng),物性更差[1],儲(chǔ)層更易受到傷害,開發(fā)難度更大。因此,必須對(duì)儲(chǔ)層在后期開發(fā)過程中可能出現(xiàn)的傷害進(jìn)行預(yù)測(cè),并提出必要的防預(yù)措施,進(jìn)而為超低滲透油藏提高單井產(chǎn)能和采收率打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為油藏的經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

造成儲(chǔ)層傷害的因素分為外因和內(nèi)因兩種,外因即各種人為因素,如鉆井、完井、酸化作業(yè)等;內(nèi)因是指由儲(chǔ)層本身的地質(zhì)特征決定的因素,通常無法改變。筆者研究的主要內(nèi)容是儲(chǔ)層傷害的內(nèi)因,從3個(gè)方面進(jìn)行分析:多孔介質(zhì)的性質(zhì)、敏感性礦物的性質(zhì)以及地層流體的性質(zhì)[2]。

1 多孔介質(zhì)的性質(zhì)

1.1 孔隙度和滲透率

對(duì)于油氣田開發(fā)來說,多孔介質(zhì)即儲(chǔ)層巖石,是由許多大小不等的、形狀各異的孔隙和喉道組成的非均勻介質(zhì)。其中,油氣的儲(chǔ)集空間主要是孔隙,滲流通道則主要是喉道,即兩個(gè)孔隙之間連通的狹窄部分,是最容易受傷害的敏感部位。

根據(jù)區(qū)內(nèi)90口取心井9377塊砂巖樣品的實(shí)測(cè)物性分析結(jié)果,研究區(qū)長(zhǎng)6砂巖孔隙度主要分布在8%～14%之間,平均孔隙度為12.1%,屬于中低孔;滲透率主要分布在(0.1～0.5)×10-3μm2之間,平均滲透率為0.4×10-3μm2,屬于超低滲儲(chǔ)層[3]。而孔隙度和滲透率越低,巖石孔道的連通性也越差,儲(chǔ)層傷害的可能性也越大[4]。

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)

巖石孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其連通關(guān)系,稱為儲(chǔ)層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)?？紫逗秃淼赖倪B通關(guān)系對(duì)儲(chǔ)層敏感性起著至關(guān)重要的作用,通常將孔喉類型分為5種,即:縮頸喉道、點(diǎn)狀喉道、片狀喉道、彎片狀喉道和管束狀喉道。

觀察白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石的鑄體薄片可以發(fā)現(xiàn),其孔隙以粒間孔為主,孔隙小,喉道細(xì)長(zhǎng)而彎曲(圖1、圖2)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),儲(chǔ)層巖石的孔喉比為2.3,配位數(shù)為1.1。不難發(fā)現(xiàn),該地區(qū)儲(chǔ)層巖石的孔喉類型以彎片狀喉道為主。

一般來說,在其他條件相同的情況下,孔喉越大,不匹配的固相顆粒侵入的深度就越深,造成的固相損害程度可能性也越大,但濾液造成的水鎖、賈敏等損害的可能性則越小?？缀韽澢潭仍酱?外來固相顆粒侵入越困難,侵入深度小,但地層微粒易在喉道處被卡住,微粒分散或運(yùn)移的損害潛力增加,喉道越易受到損害。巖石孔隙的配位數(shù)較小,說明孔隙的連通性較差,油氣層也越易受到損害。

另外,對(duì)區(qū)內(nèi)368塊樣品做了壓汞分析(圖3),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。巖樣的中值壓力平均值為12.22MPa,其中,超過20MPa的巖樣占樣品總數(shù)的17%,白209井的部分巖樣中值壓力甚至達(dá)到97.3MPa。排驅(qū)壓力的平均值為2.08MPa,其中有16.8%的巖樣排驅(qū)壓力在3MPa以上,最高達(dá)到7.87MPa(里63井)。由結(jié)果可知,長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石中值壓力和排驅(qū)壓力都較高,說明巖石的孔隙半徑很小,滲透性極差[5]。

2 敏感性礦物

敏感性礦物是指儲(chǔ)集層中與外來流體接觸易發(fā)生物理、化學(xué)和物理化學(xué)反應(yīng)并導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率大幅度下降的一類礦物,敏感性礦物的潛在影響取決于敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀以及含量。

2.1 敏感性礦物的類型

根據(jù)礦物與不同性質(zhì)的流體發(fā)生反應(yīng)造成的傷害類型可以將敏感性礦物分為5種:水敏性礦物、鹽敏性礦物、堿敏性礦物、酸敏性礦物和速敏性礦物。值得注意的是,同一種礦物,可能同時(shí)具有幾種不同的敏感性,儲(chǔ)層傷害往往是各種敏感性總和的結(jié)果。

水敏性礦物與外來的低礦化度的水溶液相遇時(shí),巖石中的某些粘土礦物會(huì)發(fā)生膨脹,從而堵塞孔隙或喉道,使儲(chǔ)集層滲透率下降,如果水溶液中的陽離子的類型和含量不同,則水敏性礦物的膨脹和分散程度也不同。換句話說,即這類礦物與不同鹽度的水溶液相接觸,儲(chǔ)集層的物性變化程度是不同的,從這個(gè)概念上講,又可以將這種礦物稱為鹽敏性礦物。最常見的水(鹽)敏性礦物為蒙脫石,如鈉蒙脫石遇水后其體積可膨脹至原體積的600%～1000%。堿敏性礦物是指在強(qiáng)堿性條件下能產(chǎn)生沉淀而使儲(chǔ)層滲透率顯著降低的礦物,如鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石及各類粘土礦物等在強(qiáng)堿性條件下可形成新的硅酸鹽沉淀物和硅凝膠體,堵塞孔隙或喉道,使儲(chǔ)層滲透率變差。酸敏性礦物與酸液作用后產(chǎn)生化學(xué)沉淀或酸蝕后釋放出的微粒會(huì)引起滲透率下降,主要為含鐵高的一類礦物,如綠泥石、鐵方解石、鐵白云石等;還有含鈣高的礦物,如方解石、白云石、鈣長(zhǎng)石等。如果流體流速過高,一些分散狀的細(xì)粒礦物會(huì)在儲(chǔ)層中隨流體運(yùn)移,在狹窄的喉道處堆積下來,形成堵塞,使儲(chǔ)層滲透率變差,這類礦物稱之為速敏性礦物,如微粒粘土礦物、微晶石英、微晶長(zhǎng)石等礦物。

經(jīng)過對(duì)大量砂巖樣品的鑄體薄片資料進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì),白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層中的敏感性礦物種類較多,其中最常見為伊利石、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石。

2.2 敏感性礦物的產(chǎn)狀

敏感性礦物的產(chǎn)狀是指它們?cè)诤蜌鈳r石中的分布位置和存在狀態(tài),其對(duì)油氣層損害的方式有較大的影響。研究表明,敏感性礦物有4種產(chǎn)狀類型:薄膜式、櫛殼式、橋接式和孔隙充填式。

選取研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層具有代表性的巖樣做電鏡掃描分析,觀察發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層巖石中的敏感性礦物以櫛殼式和橋接式為主。櫛殼式的綠泥石(圖4)呈葉片狀垂直于顆粒表面生長(zhǎng),表面積大,且又處于流體通道部位,流體經(jīng)過時(shí)的阻力較大,因此,遇到高速流體的沖擊,容易破裂形成顆粒隨流體運(yùn)移,堵塞孔喉。橋接式的伊利石(圖5)則以毛發(fā)狀、纖維狀搭橋于顆粒之間,在高速流體的沖擊下也極易被沖碎,造成微粒運(yùn)移。

2.3 敏感性礦物的含量

巖石學(xué)分析表明,白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層中填系物含量約為9.4%,以膠結(jié)物為主。其中,鐵方解石占3.0%,綠泥石占2.77%,鐵白云石占1.28%,硅質(zhì)占0.93%?？梢?儲(chǔ)層巖石中酸敏性礦物鐵方解石、綠泥石及鐵白云石的含量較高。一般情況下,敏感性礦物的含量越高,造成儲(chǔ)層傷害的程度也越嚴(yán)重[4]。

此外,X射線衍射結(jié)果(表1)也表明,白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石粘土礦物中的酸敏性礦物綠泥石相對(duì)含量最高,伊利石次之,伊/蒙間層較少,部分樣品中可見高嶺石。因此,儲(chǔ)層出現(xiàn)酸敏的可能性較大。

3 地層流體

3.1 原油

白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層原油密度為0.723g/cm3,地層原油粘度1.06mPa·s,飽和壓力為11.34MPa,地層溫度為68.9℃,溶解氣油比為114.5m3/m3。地面原油密度為0.8537g/cm3,地面原油粘度為6.40mPa·s,不含硫,初餾點(diǎn)為71.0℃,凝固點(diǎn)為21.0℃。原油組分中,烴含量為87.14%,瀝青質(zhì)含量為2.49%,非烴含量為9.54%。

導(dǎo)致儲(chǔ)層發(fā)生傷害的原油成分主要是石蠟和瀝青,其機(jī)理是在開采的過程中可能形成沉淀,如注水和壓裂中的冷卻效應(yīng)就可以導(dǎo)致石蠟、瀝青在地層中沉積,進(jìn)而堵塞孔喉。由上述可知,長(zhǎng)6儲(chǔ)層中瀝青質(zhì)含量很低,且地層溫度比原油凝固點(diǎn)高出很多,因此,出現(xiàn)瀝青沉淀的可能性不大。此外,長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層原油粘度很低,這對(duì)于原油的開采也十分有利。

3.2 地層水

地層水與儲(chǔ)層傷害緊密相關(guān)的性質(zhì)為礦化度、p H值以及水型。在井口進(jìn)行取樣,對(duì)白豹地區(qū)地層水和注入水做了化驗(yàn)分析,結(jié)果如表2所示。

由化驗(yàn)結(jié)果可以看出,注入水與地層水的水型相同,p H值非常接近。除此之外,注入水的礦化度很低,這是緣于地層水的礦化度并不高,而且,經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)儲(chǔ)層巖石中蒙脫石的含量小于10%時(shí),儲(chǔ)層表現(xiàn)為弱水敏性[6]。由前述敏感性礦物含量分析結(jié)果可知,白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層中蒙脫石的含量很低,因而,出現(xiàn)水敏性的可能性不大。

3.3 天然氣

與油氣層損害有關(guān)的天然氣性質(zhì)主要是H2S和CO2腐蝕氣體的含量和相態(tài)特征,常常會(huì)腐蝕設(shè)備進(jìn)而造成微粒堵塞。白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層所產(chǎn)出的氣體為伴生氣,色譜分析結(jié)果表明其中僅含有微量CO2,平均值為0.143%,不含H2S氣體,因此,氣體的性質(zhì)不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)眾多分析結(jié)果表明,白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層中綠泥石和鐵方解石等酸敏性礦物含量較高,后期酸化作業(yè)時(shí)如果處理不當(dāng),可能會(huì)出現(xiàn)酸敏性傷害。

2)白豹地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為中低孔、超低滲儲(chǔ)層,其孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以彎片狀喉道為主,在開發(fā)過程中很容易產(chǎn)生賈敏效應(yīng),對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。

3)儲(chǔ)層孔隙小,喉道狹窄,流體經(jīng)過喉道的流速會(huì)比較高,此時(shí),儲(chǔ)層中發(fā)育的片狀綠泥石和絲狀伊利石很容易被沖碎并攜帶至喉道處形成堵塞,造成速敏性傷害。

4.2 建議

1)白豹油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層在開發(fā)的過程中,應(yīng)保證其注水和采油不超過臨界流速,防止出現(xiàn)速敏性傷害,如果需要提高產(chǎn)量,可以采取壓裂或酸化措施。

2)如果需要酸化作業(yè),應(yīng)該選用與儲(chǔ)層巖石相配伍的酸液,并加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?如鐵離子穩(wěn)定劑,防止出現(xiàn)酸敏性傷害。

3)建立全面的注入水水質(zhì)保障體系。如果說鉆井、完井、射孔以及壓裂過程中對(duì)油層的損害是短時(shí)期和局限在井底附近的,那么注水過程中對(duì)油層的損害則是長(zhǎng)期和深入到油層內(nèi)部的,因而注水過程中對(duì)超低滲油層的保護(hù)非常重要。

[1]史成恩,萬曉龍,趙繼勇,等.鄂爾多斯盆地超低滲透油層開發(fā)特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,34(5):538～542.

[2]吳少波,閆慶來,何秋軒.安塞油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層傷害的地質(zhì)因素分析[J].西北地質(zhì),1998,19(2):35～40.

[3]李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[4]徐同臺(tái),趙敏,熊友明,等.保護(hù)油氣層技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[5]楊勝來,魏俊之.油層物理學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[6]于興河.油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[編輯] 蕭 雨

TE348

A

1000-9752(2010)01-0328-05

2009-09-19

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2008ZX05009)。

張敏(1983-),男,2007年大學(xué)畢業(yè),碩士生,現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)和油藏工程方面工作。