鈣芒硝吸水重結(jié)晶對(duì)鹽間油藏的影響分析

韓 玲，黃亞杰，李保林，汪 晉

（中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，湖北武漢 430000）

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鈣芒硝吸水重結(jié)晶對(duì)鹽間油藏的影響分析

韓 玲，黃亞杰，李保林，汪 晉

（中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，湖北武漢 430000）

摘 要：鹽間油藏結(jié)鹽嚴(yán)重，影響了后期生產(chǎn)和措施效果。為了弄清儲(chǔ)層礦物的結(jié)鹽機(jī)理，室內(nèi)開展了物模試驗(yàn)。研究表明：鹽間油藏成藏過程中，水不斷排出經(jīng)過鈣芒硝礦物時(shí)，在高溫高壓條件下作用形成多水結(jié)晶體，堵塞水相滲流通道，表觀反應(yīng)儲(chǔ)層封閉性好，孔隙不連通性；開采過程中，措施會(huì)對(duì)上下鹽膏層造成干擾而發(fā)生蠕動(dòng)、變形，水基措施液溶鹽后，在流向井筒過程中，加上溫度、壓力變化，在近井筒附近形成結(jié)晶，影響油井的正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：鈣芒硝；重結(jié)晶；鹽間油藏；物模研究

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1 鹽間油藏地質(zhì)概況和特有生產(chǎn)現(xiàn)象

潛江凹陷潛江組沉積時(shí)期是盆地的沉降、沉積及匯水中心，在封閉、高鹽度、強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境下，也是盆地的濃縮及成鹽中心，潛江組沉積地層厚度達(dá)到4 200 m，主要由鹽韻律層和泥巖、泥質(zhì)白云巖段頻繁交互而成。鹽韻律由鹽巖層與鹽間泥質(zhì)白云巖組成，鹽間泥質(zhì)白云巖是較好的生油巖，其生成的油氣由于上下鹽巖遮擋形成多層狀鹽間泥質(zhì)白云巖油藏[1]。

鹽間油藏為了減少生產(chǎn)過程中井筒結(jié)鹽，一般采用摻水生產(chǎn)。表1列舉了鹽間油藏部分油井的生產(chǎn)情況，可以看出，鹽間井生產(chǎn)過程中摻水量大于產(chǎn)水量，無地層水產(chǎn)出。鹽間油藏也有部分井生產(chǎn)過程中沒有摻水，如王*1井（圖1），投產(chǎn)初期沒有摻水，但地層也沒有產(chǎn)出水。表1、圖1的情況說明，鹽間油藏的儲(chǔ)層無地層水這種特有現(xiàn)象。本文將從成藏角度出發(fā)，結(jié)合室內(nèi)物模試驗(yàn)，分析巖石成分對(duì)鹽間油藏的影響，從而解釋地層無水原因。

表1 鹽間部分油井生產(chǎn)情況

圖1 王*1井投產(chǎn)初期生產(chǎn)曲線

2 鈣芒硝對(duì)鹽間成藏和開發(fā)過程中的影響分析

2.1 鹽間成藏過程中地層水分析

2.1.1 鹽間成藏過程中水的生成

鹽間儲(chǔ)層的形成來看是潮濕環(huán)境，鹽間儲(chǔ)層的地質(zhì)形成過程中是有水參與的。而從石油生成的角度分析，生物體中的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等可在一定演化條件下形成碳?xì)浠衔铮词停硪徊糠址纸猱a(chǎn)物經(jīng)過物理—化學(xué)作用而變?yōu)楹唵蔚姆肿?，如CO2、H2O等。石油天然氣生成后最終產(chǎn)物：①大量石油和濕氣；②CO2、H2O、N2、H2S等揮發(fā)性物質(zhì)；③殘留干酪根[2]。從上分析可知，鹽間儲(chǔ)層的石油生成中肯定含水。

2.1.2 鹽間儲(chǔ)層水的運(yùn)移分析

根據(jù)Hunt的流體封存箱理論，鹽間油藏為自生自儲(chǔ)式油藏，生儲(chǔ)同層，油氣聚集于鹽間層頂部，靠上部鹽層封堵，鹽巖封蓋能力最優(yōu)，封閉性良好，為一典型的箱內(nèi)成藏體系。由于儲(chǔ)集體本身的封閉性，鹽間儲(chǔ)層中的水一般為原生水，而無外來水的干擾，因此儲(chǔ)層中地層水的性質(zhì)只與原來的沉積環(huán)境有關(guān)，而與油氣的運(yùn)移及富集程度無關(guān)。

從鹽間儲(chǔ)層的壓裂施工曲線可以看出，停泵后壓力長時(shí)間不擴(kuò)散；從表2可知，鹽間井返排率都很高，這些都表明鹽間油藏孔隙不連通，儲(chǔ)層封閉性良好。所以鹽間地層水不會(huì)運(yùn)移到其他層位，但目前為止鹽間油藏尚未發(fā)現(xiàn)邊水和底水，鹽間成藏過程中生成的水的去向成謎，下面將從礦物特征出發(fā)分析水的去向。

2.2 鹽間泥質(zhì)白云巖礦物組成分析

根據(jù)王*10-6、王*1、王*2等井統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3），鹽間泥質(zhì)白云巖造巖礦物有白云石、含鐵白云石、方解石、菱鎂礦、黏土礦物、泥質(zhì)級(jí)的長石和石英、鈣芒硝、石鹽和無水芒硝等，以白云石、鈣芒硝和泥質(zhì)礦物三大類為主。鹽間泥質(zhì)白云巖以細(xì)晶—巨晶鈣芒硝巖、泥晶含鐵碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖以及它們的混合物呈薄層狀、頁片狀韻律性沉積為特點(diǎn)。鹽間儲(chǔ)層的巖性以碳酸鹽巖、泥巖為主，并含有較多的鈣芒硝巖和部分碳酸鹽—泥質(zhì)—鈣芒硝系列的混合巖類。

表2 鹽間返排率統(tǒng)計(jì)

表3 鹽間泥質(zhì)白云巖礦物組成 %

鈣芒硝（Na2SO4· CaSO4）是一種特殊的巖鹽，化學(xué)成分為Na2SO4與CaSO4的化合物，共生礦物有石鹽、石膏、硬石膏和無水芒硝；主要產(chǎn)狀有薄層狀、層狀及星散狀等[3]。

在潮濕環(huán)境下，溫度＜32.8 ℃時(shí)，硫酸鈉可以吸水生成Na2SO4· 7H2O，常溫下硫酸鈣可以吸水生成CaSO4· 2H2O。從圖2、圖3的溶解度曲線來看，當(dāng)溫度低于40 ℃時(shí)，硫酸鈉和鈣芒硝的溶解度隨著溫度的升高而增大；但當(dāng)溫度大于40 ℃后，硫酸鈉和鈣芒硝的溶解度反而降低。

圖2 Na2SO4在水中溶解度

圖3 鈣芒硝在水中溶解度

2.3 鈣芒硝吸水結(jié)晶特征的物模研究

為了確定鈣芒硝在常溫常壓、地層的高溫高壓下吸水后，能否生成結(jié)晶，結(jié)晶有什么區(qū)別和不同，在室內(nèi)采用高溫高壓反應(yīng)釜裝置進(jìn)行物模研究。按質(zhì)量比1︰1的比例將無水硫酸鈉和無水硫酸鈣混合均勻，形成類似鈣芒硝粉末；再按最大結(jié)晶水的摩爾比加入水，分別在常溫常壓、70 ℃、10 MPa下，密封放置72 h。確定反應(yīng)前后的吸水質(zhì)量，以及顯微觀察其結(jié)晶形態(tài)。結(jié)果見圖4～圖6和表4。

圖4 鈣芒硝在不同環(huán)境下的表觀現(xiàn)象

表4 鈣芒硝不同反應(yīng)條件下的吸水情況

圖5 常溫常壓下的鈣芒硝結(jié)晶

圖6 高溫高壓下的鈣芒硝結(jié)晶

從圖4、表4可以看出，鈣芒硝在常溫常壓、高溫高壓條件下都可以吸水生成結(jié)晶。在潮濕環(huán)境下，溫度＜32.8 ℃時(shí)，硫酸鈉可以吸水生成Na2SO4· 7H2O，所以在常溫常壓下鈣芒硝吸水量更大，而在高溫高壓條件下，由于水易蒸發(fā)，吸水量減少。

從圖5、圖6可以看出，常溫常壓密封條件下，鈣芒硝形成較為獨(dú)立的晶體，掃描電鏡放大2 000倍呈現(xiàn)顆粒分部，晶體直徑很小，孔隙極度發(fā)育（圖5）。在70 ℃、10 MPa密封條件下，鈣芒硝形成較為光滑連片的晶體，掃描電鏡放大2 000倍呈現(xiàn)大塊狀分布，晶體直徑在2 μm左右（圖6）。所以在高溫高壓的地層條件下形成的鈣芒硝結(jié)晶粒徑大，更易堵塞滲流通道。

2.4 鹽間成藏過程中地層水去向分析

由上分析可知，在鹽間成藏過程中，是有水參與的。而從鹽間儲(chǔ)層的巖性來看，有近18%的鈣芒硝礦物。在高溫高壓條件下，隨著地層水在儲(chǔ)層的流動(dòng)，鈣芒硝會(huì)慢慢吸收水生成結(jié)晶，積壓成鹽巖夾雜于鹽間泥質(zhì)白云巖中。以儲(chǔ)層厚度10 m、單井控制半徑300 m計(jì)算，鈣芒硝和無水芒硝全部吸水飽和，吸水量約為110.6×104t。從圖7中可以發(fā)現(xiàn)，王*11井的白云石縫內(nèi)被鈣芒硝結(jié)晶充填完全。鈣芒硝結(jié)晶長時(shí)間集聚在裂縫和孔隙通道中，會(huì)造成無地層水、儲(chǔ)層滲透率低、封閉性好的現(xiàn)象[4]。

圖7 王*11井白云石縫內(nèi)被鈣芒硝充填完全

3 鈣芒硝對(duì)鹽間生產(chǎn)過程中的影響分析

3.1 鈣芒硝溶解重結(jié)晶的室內(nèi)模擬

為確定鈣芒硝溶解重結(jié)晶的影響因素，考察了在不同溫度和壓力下的鈣芒硝重結(jié)晶質(zhì)量。從表5可以看出，隨著溫度的降低，鈣芒硝重結(jié)晶的質(zhì)量增加；隨著壓力的降低，鈣芒硝重結(jié)晶的質(zhì)量也增加。所以，溫度、壓力都會(huì)影響鈣芒硝的溶解重結(jié)晶情況。

表5 不同條件下鈣芒硝溶解重結(jié)晶情況

在室內(nèi)將不同溫度的飽和鹽巖水溶液冷卻到室溫，觀察其結(jié)晶現(xiàn)象，見圖8。從圖中可以看出，溫差越大，析出的鹽結(jié)晶越多。為進(jìn)一步考察鹽結(jié)晶對(duì)滲透率的影響，室內(nèi)配制飽和鹽巖水溶液、模擬地層水，開展了巖心流動(dòng)試驗(yàn)，見圖9。隨著溫度的降低，同一塊巖心滲透率越來越低，說明結(jié)鹽越來越多。

圖8 不同溫度下的鹽結(jié)晶現(xiàn)象

圖9 不同溫度下的巖心流動(dòng)試驗(yàn)

3.2 鈣芒硝溶解運(yùn)移重結(jié)晶對(duì)措施的影響

2013年，鹽間有3口井進(jìn)行了壓裂施工，措施層位都是潛三（10韻律）。王**-8井壓裂措施后，生產(chǎn)一段時(shí)間產(chǎn)油量逐漸下降，于2013年8 月20日擠水浸泡。從該井的生產(chǎn)曲線可以看出（圖10），擠水后日產(chǎn)水礦化度高，日產(chǎn)油上升；生產(chǎn)一段時(shí)間后日產(chǎn)水的礦化度降低，日產(chǎn)油日產(chǎn)液逐漸下降，說明地層出現(xiàn)結(jié)晶堵塞，產(chǎn)液能力不足。王*9-13井措施后抽汲無液，起泵后發(fā)現(xiàn)一米尾管結(jié)鹽嚴(yán)重。前置CO2量少加上未及時(shí)放噴，返排率低（40.5%），剩余殘液溶解鹽膏層形成過飽和鹽水，從而引發(fā)鹽堵現(xiàn)象。高**15井由于壓裂液用量最大，鹽堵更嚴(yán)重，措施增油最少。

圖10 王**-8井生產(chǎn)曲線

總之，開采過程中，由于措施會(huì)對(duì)上下鹽膏層造成干擾，鹽層發(fā)生蠕動(dòng)、變形，措施液溶鹽后，在流向井筒過程中，加上溫度、壓力變化，在近井筒附近形成結(jié)晶。鈣芒硝鹽重結(jié)晶堵塞主要發(fā)生在近井筒附近，是油井措施效果變差的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示潛二段→潛三段→潛四段含鹽量不斷減少（表6），而平均單井生產(chǎn)天數(shù)不斷增加（圖11）。

圖11 平均單井生產(chǎn)天數(shù)與含鹽量的關(guān)系

4 結(jié)論

（1）鹽間成藏過程中，不斷流動(dòng)的水經(jīng)過可溶性礦物時(shí)作用形成多水結(jié)晶體，且生成過程中體積膨脹，受地層圍壓作用，體積壓縮、壓實(shí)，堵塞滲流通道。

（2）生產(chǎn)過程中，由于措施會(huì)對(duì)上下鹽膏層造成干擾，鹽層發(fā)生蠕動(dòng)、變形，措施液溶鹽后，在流向井筒過程中，加上溫度、壓力變化，在近井筒附近形成結(jié)晶，導(dǎo)致油井措施效果變差。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慶勝．潛江凹陷鹽間非砂巖油藏評(píng)價(jià)與開發(fā)技術(shù)研究[D]．中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2010：11-21．

[2]蔣有錄，查明．石油天然氣地質(zhì)與勘探[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2006：50-52．

[3]楊清堂．鈣芒硝的成因和沉積環(huán)境簡析[J]．沉積學(xué)報(bào)，1989，7（3）：137-141．

[4]劉中華，胡耀青，徐素國，等．鈣芒硝溶解重結(jié)晶過程中孔隙演化規(guī)律試驗(yàn)研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（S1）：2743-2747．

Analysis of the Effects of Water-absorbing and Recrystallization of Glauberite on Intra-salt Reservoir

HAN Ling, HUANG Yajie, LI Baolin, WANG Jin
（Petroleum Engineering Technology Research Institute, SINOPEC Jianghan Oilfield Company, Wuhai Hubei 430000, China）

Abstract：The severe salt-deposition in intra-salt reservoir has great influence on the production and stimulation effects at later development stage. In order to study the salt deposition mechanism of the reservoir minerals, physical-modeling experiments have been conducted indoors. The study results demonstrated that during the formation of intra-salt reservoir, water had been discharged continuously. When water passed the glauberite mineral, water-rich crystalline substances formed under high temperatures and high pressures， which obstruct the infiltration flow channels， resulting in the high closure property of the reservoir and disconnectedness of pore holes. During the oil production, the upper and lower salt formations can be interfered during stimulations, wriggle and deformation might occur. After the water-based stimulation fluids dissolve the salt and flow toward the wellbore， crystalline substances formed near wellbore due to thermal and piezometrical changes， which might influence the regular production in oil wells.

Keywords：glauberite; recrystallization; intra-salt reservoir; physical modeling

中圖分類號(hào)：TE344

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.064

文章編號(hào)：1008-2336（2016）01-0064-06

收稿日期：2015-04-02；改回日期：2015-08-14

第一作者簡介：韓玲，女，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)工藝專業(yè)，工程師，從事儲(chǔ)層改造工作。