利用核磁共振研究致密砂巖油氣藏水敏性傷害

祝 琦

（中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249）

水敏性傷害是指外來液體與儲層巖石不配伍，所引起黏土吸水、束縛水增加，黏土膨脹、分散、運移并隨著流體滲流進孔隙空間，縮小、堵塞滲流通道，最終導致巖芯滲透率下降，對儲層造成傷害[1]。水力壓裂在致密油氣藏增產改造過程中，由于井筒壓力高于地層壓力，水基壓裂液在裂縫壁面發(fā)生濾失，濾液侵入地層與水敏性礦物作用，造成水敏性礦物膨脹、運移，堵塞滲流通道。

由于致密油氣藏巖石堅硬、膠結程度高、滲透率極低等不利因素，致使外來流體難于被注入進巖芯中，通過常規(guī)驅替?zhèn)嶒灅O其不便，實驗結果具有很大的不確定性。

核磁共振是一種無損害、快速檢測巖芯含水量、束縛流體、可動流體的比例以及分布狀態(tài)的技術手段。通過描述引起巖芯核磁共振譜線變化的物性特征參數值，定性分析巖芯物性[2]。本文結合外來流體巖芯傷害行業(yè)標準評價實驗，通過核磁共振特征曲線，定性地描述了水基壓裂液造縫過程中，由壓裂液濾液侵入引起的儲層水敏傷害。

1 分析機理闡述

1.1 核磁共振巖芯分析機理[2]

巖芯核磁共振測試是通過對飽和流體的巖芯在不同狀態(tài)下進行核磁共振掃描，得到相應的核磁共振特征譜線，通過核磁共振譜線及其特征參數，定量分析巖芯物性特征。最常用的核磁共振測試方法是自旋回波衰減信號測試得到一系列自旋回波串，通過指數擬合得到核磁共振T2分布譜。因為巖芯孔隙中流體的核磁共振T2值與其所處的環(huán)境有關，相同條件下大孔隙內的流體對應大的T2值，小孔隙內的流體對應小的T2值，所以飽和流體巖芯的T2分布譜能夠直觀地反映巖芯不同孔隙的分布規(guī)律和流體在孔隙中的分布狀態(tài)。

1.2 T2截止值的標定

準確得到可動流體百分數的關鍵是核磁共振可動流體T2截止值（即T2，cutoff）[3-4]。李彤，郭和坤[3]（2013）等人在借鑒前人經驗的基礎上，經過多年研究，采用離心實驗的方法，經分析研究，得到了致密砂巖巖樣的含水飽和度與不同離心力之間的規(guī)律，再借助核磁共振的研究手段，最終標定出致密砂巖的T2截止值為8 ms左右。本文采用該T2截止值來分析和判斷致密砂巖巖石板在凍膠壓裂液鋪展過后的水鎖傷害情況。

2 實驗

2.1 儀器和藥品

2.1.1 藥品 羥丙基胍膠，硼砂，純氮氣，地層水等。

2.1.2 儀器 天然致密砂巖石板，真空泵，裂縫導流能力評價儀，RecCore2500型雙孔核磁共振巖樣分析儀等。

2.2 實驗方法

將天然巖石板抽真空，倒吸進地層水飽和48 h后，進行第一次核磁共振掃描，得到初試狀態(tài)下的核磁共振T2譜圖。按0.5%的比例將羥丙基胍膠用硼砂交聯配成凍膠壓裂液。將該壓裂液擠入裂縫導流能力評價實驗儀，模擬壓裂液在裂縫中鋪展的過程，控制巖石板的圍壓。8 h以后，將巖石板取出備用。將經壓裂液鋪展過的巖石板，進行第二次核磁共振掃描，得到鋪展后的核磁共振T2譜圖。通過前后兩次核磁共振T2譜圖，觀察巖石板的孔隙類型、孔隙介質中水相的分布情況及變化規(guī)律，從微觀角度解釋不同孔隙類型儲層的水敏性傷害的原因。

3 結果與討論

3.1 巖石板物性

通過對實驗采用的天然致密砂巖巖芯進行孔隙度的測定和巖芯的氣相、水相驅替、XRD掃描分析，得到了實驗用巖芯的物性參數，實驗結果（見表1）。

表1 巖石板物性參數

從表1分析，由于巖石礦物成份、膠結程度和受壓實作用的差異，使得同層位巖芯的天然物性也有所不同。滲透率相近的巖石板，孔隙度和粘土含量有一定的差別；經水相驅替后，滲透率低、粘土含量高的巖芯，所受到的水相傷害率更大。從表1可以得出，巖石水敏物性受粘土礦物含量和孔隙度有較大影響。

3.2 T2譜圖解釋

經過凍膠壓裂液鋪展過后的巖石板，有部分壓裂液通過濾失作用，進入到了巖石板的基質孔隙或是裂縫中。將飽和地層水后得到的第一次核磁共振T2譜圖與凍膠壓裂液鋪展后得到的第二次核磁共振T2譜圖進行對比，來分析和判斷致密砂巖巖石樣品孔隙介質中的水相分布情況和變化規(guī)律，從而得到凍膠壓裂液在致密砂巖儲層造縫過程中，造成的水敏性傷害程度。

實驗采用同一井段、不同層位的取芯巖樣制作的20塊巖石板進行凍膠壓裂液鋪展實驗，依次經過掃描。選取典型的兩個層位的實驗數據，進行分析研究實驗結果（見圖 1，圖 2）。

圖1 1-2#巖石板核磁掃描結果

從圖1看出，1#層位的兩塊巖石板經過凍膠壓裂液鋪展后，核磁共振T2譜圖小于8 ms區(qū)間內，第二次掃描的核磁共振振幅低于第一次掃描，表明凍膠在兩塊巖石板之間鋪展過程中，濾失進巖石板中的濾液，被粘土吸收量小，并沒明顯引起粘土膨脹，濾液并不是引起此類巖石有效滲透率下降的主要原因。

圖2 2-1#巖石板核磁掃描結果

從圖2看出，2#層位兩塊巖石板的核磁共振T2譜圖，第二次掃描的核磁共振振幅明顯低于第一次掃描；小于8 ms區(qū)間內的孔隙含水飽和度有很大程度上的增幅，表明凍膠的濾液大量進入巖石板的基質孔隙，巖石受來外液體侵害，增加了基質的束縛水飽和度；而在8 ms以后，由于粘土礦物吸水量大、膨脹幅度明顯，堵塞孔喉，引起基質大孔隙孔徑縮小或是堵塞。

從凍膠壓裂液鋪展過后的巖石板進行核磁共振掃描的T2譜圖發(fā)現，巖石膠結越致密、含水敏性礦物越高，核磁共振T2譜圖小于8 ms區(qū)間內的含水飽和度減小的幅度就越大；巖樣中的粘土成份含量越高，膨脹幅度越大，大于8 ms區(qū)間內振幅就越大，巖樣受到的水敏性傷害就越嚴重。

4 結論

（1）凍膠壓裂液濾失過程中，濾液引起的水敏性傷害與巖石本身粘土礦物含量多少有關。

（2）束縛水飽和度增加與T2譜圖小于8 ms區(qū)間振幅的間距成正比，間距越大外來流體引起的束縛水飽和度增幅就越大；大于8 ms區(qū)間內振幅就越大，基質孔隙粘土膨脹造成的堵塞越嚴重。

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