疏松砂巖儲層速敏臨界流速判斷新方法探討

何偉，王勇，張旭東 任志勇，唐磊 （中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津300451）

速敏試驗的目的就是判斷儲層巖心微粒運移狀況，找出可能發(fā)生損害的臨界流速，為研究儲層速敏損害程度、確定合理的注采速度提供科學依據(jù)。通過長期對渤海油田疏松砂巖儲層巖石進行速敏試驗，發(fā)現(xiàn)大量樣品的滲透率隨著流速增加是一直增加的，且僅能定性分析儲層微粒運移情況。行業(yè)標準先后以滲透率下降5%及10%作為判斷臨界流速的依據(jù)，而對于滲透率隨著流速增加一直增加的情形，如何確定臨界流速，行業(yè)標準一直沒有給出規(guī)定[1～4]，直到2010年最新標準才以滲透率累積變化超過20%作為臨界流速判斷依據(jù)，然而這一規(guī)定在實際運用過程中還存在爭議。為此，筆者探討了一種新方法，以便輔助實驗人員確定疏松砂巖儲層發(fā)生速敏損害的臨界流速。

1 試驗方法

1.1 試驗樣品儲層特性

渤海某油田儲層巖石礦物平均體積分數(shù)：石英、正長石和斜長石分別為60%、13%和16%，還有大約8%的泥質(zhì)礦物以及3%其他礦物。選取來自該油田的天然巖心5塊開展微粒運移評價研究，巖心數(shù)據(jù)見表1，

表1 巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及試驗結(jié)果

1.2 試驗設(shè)備及步驟

試驗設(shè)備為敏感性驅(qū)替系統(tǒng)；ISCO平流泵；Multisizer 3全自動庫爾特粒度分析儀，其分析范圍0.4～1200μm，分辨精度達0.001μm。依據(jù)標準 《儲集層敏感性室內(nèi)評價》 （SY/T 5358—2002）和《碎屑巖油藏注水水質(zhì)標準及推薦方法》（SY/T 5329—94）開展檢測工作。試驗具體步驟如下：①對試驗巖心飽和模擬地層水，用模擬地層水分別以0.25、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0及6.0ml/min的流量驅(qū)替；②收集每一流速下的流出液體，保證各流速下驅(qū)出流體孔隙倍數(shù)相同；③如果試驗中未測得臨界流速，當測定完流速為6ml/min下的穩(wěn)定滲透率后，迅速切換流體流動方向，反向注入巖心，記錄壓力、流量隨時間的變化情況；④對各個驅(qū)替速度下收集的流體進行庫爾特粒度分析，為確保試驗過程中所收集到的驅(qū)出液具有一定代表性，在試驗過程中，在每一流速下收集相同體積的流出液體。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 速敏試驗結(jié)果

圖1顯示，橫坐標為驅(qū)替速度，縱坐標為滲透率變化率。8－4、8－5樣品速敏曲線為上升下降型，速敏曲線存在拐點，拐點所對應的驅(qū)替分別為1.0ml/min和2.0ml/min；4－3、8－13、6－1A 樣 品 速敏曲線為上升型，其滲透率隨著驅(qū)替速度的增加是在快速增加的，即使在速敏試驗后期，滲透率增幅也較高，反向驅(qū)替過程中，驅(qū)替壓力波動顯示3塊樣品存在微粒運移，依據(jù)SY/T 5358—2010給出的速敏試驗評價指標，當速敏曲線上累積滲透率變化率超過20%時，所對應的前一個點的流速定義為 “臨界流速”，則5塊樣品發(fā)生速敏損害的臨界流速都為初始試驗流速0.25ml/min。依據(jù)新標準，統(tǒng)計渤海油田疏松砂巖樣品速敏試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樣品的臨界流速為初始驅(qū)替速度0.25ml/min，臨界流速最大值為0.5ml/min。明顯不符合現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況。因此，需要重新認識疏松砂巖儲層的臨界流速。速敏試驗過程中流體在其流速高于臨界流速時，滲透率持續(xù)下降，這種現(xiàn)象被稱之為儲層流速敏感[4]，則8－4、8－5樣品的速敏臨界流速分別為1.0ml/min和2.0ml/min更為準確。而對于滲透率隨驅(qū)替速度持續(xù)增加的樣品，顯然僅僅依靠速敏試驗無法準確判斷其發(fā)生速敏時的臨界流速，需要借助其他試驗方法準確判斷臨界流速。

2.2 微粒運移評價

速敏傷害機理為微粒運移，是巖石中被膠結(jié)的黏土礦物顆?；蛞栏接诳紫秲?nèi)表面的松散構(gòu)架顆粒，在流體的沖刷下被運移、堵塞，從而造成儲層的傷害[5]。依據(jù)這個理論，通過評價驅(qū)出液中懸浮顆粒含量，可確定引起儲層微粒大規(guī)模運移的驅(qū)替速度。圖2～6顯示了不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中懸浮顆粒的粒徑分布及含量情況。其中d90及d50分別代表顆粒組成的粗端粒徑及平均粒徑，可直接作為運移微粒大小的判斷依據(jù)，顆粒數(shù)量統(tǒng)計則反映運移微粒規(guī)模的大小[6～8]。5塊樣品的懸浮顆粒粒度分析結(jié)果（見表1）反映出不同驅(qū)替速度下疏松砂巖巖石普遍存在微粒運移現(xiàn)象，其運移微粒粒徑大小不一，驅(qū)出顆粒數(shù)量不同；其微粒粒徑在35μm以下，平均粒徑在2～20μm之間；在低速下驅(qū)出液中微粒數(shù)量較少，粒徑較大，隨著驅(qū)替速度的增加，驅(qū)替液中微粒數(shù)量逐漸增加，并達到某一驅(qū)替速度時，微粒數(shù)量增加幅度突然加大，說明在該速度下，儲層巖樣中可能發(fā)生了大量的微粒運移。

圖1 速敏試驗曲線

2.3 臨界流速的確定

對 比 8－4、8－5 樣品的粒度分析結(jié)果及速 敏 試 驗 結(jié) 果 （見圖1～3）可 以 看 出，2塊樣品速敏臨界流速分別為1.0ml/min和2.0ml/min，其微粒運移特點顯示，低速下驅(qū)替液中顆粒粒徑要大于高速下驅(qū)出液中顆粒粒徑，但巖石滲透率未發(fā)生損害，由于低速下驅(qū)出液中顆粒含量較低，巖石樣品中運移顆粒數(shù)較少，因此運移微粒不足以損害滲流能力，導致巖 樣 滲 透 率 降 低[9]，隨著驅(qū)替速度的增加，2塊樣品分別在1.5、2.0ml/min時，運移微粒數(shù)量大幅增加，且此時驅(qū)出液中運移微粒粒徑較大，當這些微粒隨著流體運移至巖石孔喉處，形成橋堵，從而導致儲層巖石滲透率發(fā)生損害，巖石中發(fā)生大量微粒運移時的驅(qū)替速度與速敏試驗中所得臨界流速基本一致，因此可以根據(jù)巖石樣品中發(fā)生大規(guī)模微粒運移時的驅(qū)替速度，確定速敏臨界速度。

圖2 8－4樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

圖3 8－5樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

對于高孔高滲疏松砂巖巖石，速敏試驗結(jié)果顯示巖石樣品存在微粒運移現(xiàn)象。一些分析認為室內(nèi)試驗過程中，巖石樣品較短，而巖心物性好、孔喉大，當運移的微粒與巖石孔喉不匹配，無法在孔喉處形成橋堵，微粒易被沖出巖心，從而導致巖石滲流能力得到較大改善，滲透率越來越大[10]。而在實際地層中，這些微粒會向儲層深部運移，并易在孔喉狹窄處發(fā)生堵塞，從而損害儲層的滲流能力，因此確定速敏曲線上升型樣品的臨界流速是非常必要的。樣品8－4及8－5微粒運移評價試驗驗證了樣品中開始發(fā)生大量微粒運移時的驅(qū)替速度基本一致。根據(jù)前文所述，判斷儲層巖石何時發(fā)生大規(guī)模微粒運移，需要根據(jù)運移微粒數(shù)量及粒徑大小變化關(guān)系綜合判斷，由圖4～6可知，3塊樣品分別在1.0、1.5、1.5ml/min速度下開始發(fā)生大規(guī)模的微粒運移，因此，3塊樣品相應的臨界流速即為發(fā)生大規(guī)模微粒運移時的驅(qū)替速度。

圖4 4－3樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

圖5 8－13樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

表1反映了儲層巖石速敏試驗結(jié)果及微粒運移評價結(jié)果。通過對5塊疏松砂巖巖石速敏試驗中驅(qū)出液進行粒度分析，根據(jù)其顯示的顆粒大量運移時的驅(qū)替速度，可以準確地判斷疏松砂巖的臨界流速。

3 結(jié)論

1）通過試驗可知，評價疏松砂巖儲層微粒運移情況時，利用速敏試驗及粒度分析結(jié)果，不但可以定量分析巖石樣品中運移微粒大小及顆粒數(shù)量多少，還可判斷存在微粒運移的巖石產(chǎn)生滲透率損害時的臨界流速。

2）利用以上新方法可有效解決速敏曲線上升型樣品臨界流速無法確定的難題，新方法顯示，不同驅(qū)替速度下，巖心中微粒運移數(shù)量大幅度增加時所對應的驅(qū)替速度即為臨界流速。

圖6 6－1A樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

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