致密砂巖儲(chǔ)層流體敏感性評(píng)價(jià)方法
——以塔里木盆地克拉蘇氣田克深9井區(qū)K1bs組為例

袁學(xué)芳 王 茜 唐洪明 王俊杰 劉 舉 趙 峰

1.中國(guó)石油塔里木油田公司油氣工程研究院 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

致密砂巖儲(chǔ)層流體敏感性評(píng)價(jià)方法
——以塔里木盆地克拉蘇氣田克深9井區(qū)K1bs組為例

袁學(xué)芳1王 茜1唐洪明2,3王俊杰2劉 舉1趙 峰2,3

1.中國(guó)石油塔里木油田公司油氣工程研究院 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

袁學(xué)芳等.致密砂巖儲(chǔ)層流體敏感性評(píng)價(jià)方法——以塔里木盆地克拉蘇氣田克深9井區(qū)K1bs組為例. 天然氣工業(yè), 2016, 36(12): 59-66.

目前全球尚沒(méi)有針對(duì)致密砂巖氣藏儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，國(guó)內(nèi)大多都遵照SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)，但該評(píng)價(jià)方法主要是針對(duì)油藏的，適用范圍是空氣滲透率大于1 mD的碎屑巖巖樣，故而存在實(shí)驗(yàn)壓力高、驅(qū)替速度慢、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、測(cè)試數(shù)據(jù)誤差大等不足。為此，以塔里木盆地克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶白堊系巴什基奇克組致密砂巖儲(chǔ)層為樣品，從分析致密砂巖儲(chǔ)層特征入手，充分考慮目前致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)中存在的主要問(wèn)題，在大量微觀地質(zhì)研究和敏感性評(píng)價(jià)方法研究的基礎(chǔ)上，提出了致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)的改進(jìn)方法，包括采用氣相作為測(cè)試介質(zhì)、建立氣層初始含水飽和度、測(cè)試流程規(guī)范統(tǒng)一、保持前后一致的流體飽和度等，并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)后方法與原方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：改進(jìn)后的致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)方法不僅能夠縮短實(shí)驗(yàn)周期，降低對(duì)設(shè)備承受高壓的要求，而且所得到的結(jié)果也更加符合氣層的實(shí)際條件，可靠性更強(qiáng)，有利于正確指導(dǎo)致密砂巖氣藏后期開(kāi)發(fā)工程設(shè)計(jì)，對(duì)致密砂巖氣藏的高效勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。

致密砂巖氣 儲(chǔ)集層 流體敏感性 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 評(píng)價(jià) 改進(jìn)方法 塔里木盆地 克拉蘇氣田

隨著常規(guī)油氣資源產(chǎn)量的大幅下降和油氣需求的日益增加，急需實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？碧介_(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣資源。截至2010年底，中國(guó)致密砂巖氣的儲(chǔ)量和年產(chǎn)量分別占天然氣總儲(chǔ)量和產(chǎn)量的39.2%和24.6%，為非常規(guī)氣勘探開(kāi)發(fā)之首[1-2]?？梢?jiàn)，致密砂巖氣對(duì)緩解我國(guó)能源需求壓力具有重要意義。

致密砂巖氣藏具有儲(chǔ)層致密、納—微孔喉、黏土礦物富集、裂縫發(fā)育等特點(diǎn)[3-4]。在鉆井、完井、測(cè)試、修井、增產(chǎn)、開(kāi)采等開(kāi)發(fā)全過(guò)程的每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，致密砂巖氣儲(chǔ)層表現(xiàn)為極強(qiáng)的流體敏感性，后期開(kāi)發(fā)低產(chǎn)甚至無(wú)產(chǎn)能[5-6]。儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)是儲(chǔ)層保護(hù)研究的基礎(chǔ)工作，但目前我國(guó)現(xiàn)行石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)方法不完全適合致密砂巖儲(chǔ)層的敏感性損害評(píng)價(jià)。致密砂巖氣藏儲(chǔ)層以氣相滲流為主，致密砂巖中氣體滲流存在嚴(yán)重的滑脫效應(yīng)，使得低滲透氣藏?fù)p害具有不同于油藏的特殊性[7-8]。致密砂巖儲(chǔ)層具有超低束縛水飽和度、黏土礦物分割孔隙、巖石表面親水，液測(cè)滲透率存在不符合氣藏實(shí)際，液相黏滯阻力大，實(shí)驗(yàn)測(cè)試壓力大，部分孔隙容易形成水鎖損害等問(wèn)題[9-10]。目前還需進(jìn)一步探索出適合致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)方法。筆者以塔里木盆地白堊系巴什基奇克組（K1bs）致密砂巖儲(chǔ)層巖心為依據(jù)，針對(duì)目前評(píng)價(jià)體系存在的問(wèn)題，結(jié)合以往在致密砂巖敏感性研究的基礎(chǔ)，探索適合致密砂巖儲(chǔ)層流體敏感性評(píng)價(jià)新方法。

1 目前的評(píng)價(jià)方法存在的主要問(wèn)題

目前我國(guó)儲(chǔ)層敏感性主要依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》開(kāi)展，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要采用液相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，使用酸、堿和不同礦化度流體在儲(chǔ)層條件下與巖心樣品反應(yīng)，或改變流體流速和有效應(yīng)力，測(cè)試樣品實(shí)驗(yàn)前后的滲透率來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層敏感性特征[11]。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)了空氣滲透率大于1 mD的碎屑巖儲(chǔ)層巖樣的敏感性評(píng)價(jià)，對(duì)于空氣滲透率小于1 mD的碎屑巖或其他巖性的儲(chǔ)層巖樣的敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)可參照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

大量文獻(xiàn)報(bào)道了致密砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征以及滲流特征，很多致密砂巖儲(chǔ)層特征與常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層具有很大區(qū)別，因此采用常規(guī)的敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法往往難以獲得較為真實(shí)的結(jié)果，將會(huì)誤導(dǎo)鉆完井等工程設(shè)計(jì)。針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)，目前的方法對(duì)致密砂巖氣藏而言，還存在以下幾個(gè)方面的不足。

1.1測(cè)試和中間介質(zhì)選擇不合理

目前的常用評(píng)價(jià)方法一般都是選用液相作為測(cè)試介質(zhì)和中間介質(zhì)。從致密砂巖氣藏儲(chǔ)層條件而言，氣藏在地下的主要流動(dòng)相態(tài)以氣相為主，并且發(fā)生敏感性損害后，需要關(guān)注的應(yīng)是氣相滲流能力的變化。采用液測(cè)獲取的敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏代表性和參考價(jià)值，無(wú)法反映氣藏受到損害以后的真實(shí)狀態(tài)。

并且液相的黏滯阻力遠(yuǎn)大于氣相，致密砂巖基塊孔喉細(xì)小、毛細(xì)管阻力大，在使用液相作為驅(qū)替介質(zhì)的條件下，完成驅(qū)替實(shí)驗(yàn)需要極大的壓差[12-13]。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法，致密砂巖敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)試壓力大以及數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

另外，由于致密砂巖孔喉細(xì)小，毛細(xì)管自吸力強(qiáng)，通過(guò)液測(cè)評(píng)價(jià)致密砂巖敏感性，極易“水封堵”。早在1994年Byrnes就已經(jīng)提出“滲透率水封堵”的概念，“滲透率水封堵”是指在非常低的滲透性地層，通常絕對(duì)氣體滲透率小于0.05 mD，當(dāng)含水飽和度上升到某一階段內(nèi)，氣、水兩相的相對(duì)滲透率都小于2%[14-15]。如果使用液測(cè)評(píng)價(jià)致密砂巖敏感性，極易發(fā)生液相無(wú)法流動(dòng)的情況。

1.2未建立初始含水飽和度

致密砂巖儲(chǔ)層原始含有一定含水飽和度，國(guó)內(nèi)外致密砂巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)的實(shí)踐證明，致密砂巖氣藏高含水飽和度假象主要是由于井壁附近地層強(qiáng)烈的毛細(xì)管自吸作用造成的[16]。鄂北致密砂巖氣藏密閉取心和測(cè)井資料顯示，氣藏初始含水飽和度在20%～30%之間，實(shí)驗(yàn)證實(shí)氣藏束縛水飽和度范圍界于40.0%～55.2%。致密砂巖氣藏的原始含水飽和度往往低于束縛水飽和度，即“亞束縛水”狀態(tài)[17-18]。

在儲(chǔ)層原始含水飽和度條件下，測(cè)試的初始滲透率才能真實(shí)反映原地儲(chǔ)層滲流特征。但目前的評(píng)價(jià)方法沒(méi)有建立相應(yīng)的初始含水飽和度，評(píng)價(jià)過(guò)程均在液相為主的單相條件下進(jìn)行，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)處于“亞束縛水”的致密砂巖氣缺乏參考價(jià)值。以往研究通常采用氣體驅(qū)替建立的含水飽和度，但該方法難以獲得亞束縛水飽和度[19]。并且致密砂巖儲(chǔ)層地層水一般礦化度較高，例如本次研究地區(qū)儲(chǔ)層的地層水礦化度大于35 000 mg/L。采用常規(guī)氣體驅(qū)替或者自然風(fēng)干等方法建立儲(chǔ)層原始含水飽和度，極易發(fā)生地層水鹽析結(jié)晶。結(jié)晶鹽會(huì)附著在巖心內(nèi)部堵塞孔喉，導(dǎo)致氣測(cè)滲透率下降?；诖?，還需要進(jìn)一步探索出新的建立“亞束縛”含水飽和度的方法。

1.3氣相滲透率測(cè)試方法不合理

研究表明，氣層巖心氣測(cè)滲透率過(guò)程中測(cè)試壓力和氣體滑脫效應(yīng)對(duì)滲透率有明顯影響。氣體在巖石孔隙介質(zhì)中的低速滲流特性不同于液體，氣體在巖石孔道壁處不產(chǎn)生吸附薄層，氣體分子的流速在孔道中心和孔道壁處無(wú)明顯差別，這種特性稱為滑脫效應(yīng)[20]。當(dāng)壓差低于一定壓力時(shí)，氣體在巖心內(nèi)部低速流動(dòng)，氣體分子擴(kuò)散可以不受碰撞而自由移動(dòng)，導(dǎo)致滲透率明顯偏大，不符合實(shí)際情況。許多學(xué)者對(duì)單相氣體滑脫效應(yīng)影響因素有一致的觀點(diǎn)，即氣體分子滑脫效應(yīng)的程度與壓力、溫度、多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)及氣體種類都有關(guān)系，也就是說(shuō)：①平均壓力越小，則分子的平均自由行程越大，滑脫現(xiàn)象越嚴(yán)重；②溫度越高，氣體分子越活潑，滑脫效應(yīng)越明顯；③巖心越致密，孔道半徑越小，滑脫效應(yīng)越嚴(yán)重；④相對(duì)分子量越小，滑脫效應(yīng)越嚴(yán)重[21]。

為了克服常規(guī)氣測(cè)致密砂巖滲透率過(guò)程中的滑脫效應(yīng)，一般采用不同壓力點(diǎn)測(cè)試巖心滲透率，通過(guò)滲透率校正獲得巖心克氏滲透率（圖1）。但在敏感性評(píng)價(jià)過(guò)程，采用此方法將導(dǎo)致評(píng)價(jià)流程復(fù)雜、操作不便，并且在氣水兩相條件下，還會(huì)產(chǎn)生鹽析結(jié)晶堵塞孔喉。曾偉等[22]為了校正氣體滑脫效應(yīng)影響，設(shè)計(jì)了二次速敏實(shí)驗(yàn)法。通過(guò)對(duì)比一次速敏和二次速敏曲線來(lái)消除氣體滑脫效應(yīng)。也有學(xué)者認(rèn)為，在不含束縛水的致密氣中存在滑脫現(xiàn)象，而在含水致密氣中，由于氣水分子間的引力與氣固之間相比要大得多。因此可以忽略氣體的滑脫效應(yīng)[23]。

圖1 測(cè)試壓力與氣測(cè)滲透率關(guān)系圖

表1 K1bs組致密砂巖全巖組成分析表

低滲透砂巖氣驅(qū)水滲流實(shí)驗(yàn)中，滲流曲線呈現(xiàn)低速非達(dá)西滲流特征，存在啟動(dòng)壓力梯度。在實(shí)驗(yàn)流速范圍內(nèi)，滲流曲線由平緩過(guò)渡的兩段組成：較低滲流速度下的上凹型非線性滲流曲線和較高流速下的擬線性滲流曲線，滲流曲線主要受巖心滲透率的影響，滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度越大，非達(dá)西現(xiàn)象越明顯[24]。敏感性評(píng)價(jià)過(guò)程中，不同節(jié)點(diǎn)的滲透率測(cè)試應(yīng)該在相同測(cè)試壓差下完成，測(cè)試巖心損害前后的內(nèi)部孔喉啟動(dòng)程度應(yīng)該相同。

2 致密砂巖儲(chǔ)層流體敏感性評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)

2.1實(shí)驗(yàn)樣品

本次流體敏感性評(píng)價(jià)方法探索實(shí)驗(yàn)所用巖樣選自塔里木盆地克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶白堊系巴什基奇克組（K1bs），巴什基奇克組砂巖以中、細(xì)粒砂巖為主，巖石類型主要為以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，填隙物主要為白云石，方解石以及黏土。巖屑主要為巖漿巖屑，其次為變質(zhì)巖屑。根據(jù)鑄體薄片分析，巴什基奇克組主要儲(chǔ)集空間為粒間溶蝕孔和粒內(nèi)溶蝕孔為主，伴有少量原生孔隙，裂縫較為發(fā)育。

X射線衍射分析巴什基奇克組致密砂巖全巖組分，石英與斜長(zhǎng)石含量相當(dāng)，石英的平均含量為39.96%，斜長(zhǎng)石的平均含量為33.16%，鉀長(zhǎng)石的平均含量為14.17%，方解石平均含量為1.86%（表1）。黏土礦物以伊利石、伊/蒙混層為主，相對(duì)含量分別為51.70%、33.62%（表2）。

選取51塊巴什基奇克組具有代表性儲(chǔ)層巖心進(jìn)行物性測(cè)試，克深井區(qū)巴什基奇克組儲(chǔ)層孔隙度為1.85%～6.56%，平均3.48%，儲(chǔ)層滲透率為0.001～0.020 mD，平均為0.009 mD，以特低孔隙、特低滲透儲(chǔ)層為主。選取克深井區(qū)巴什基奇克組17塊巖心進(jìn)行高壓壓汞測(cè)試，儲(chǔ)層孔喉半徑平均為0.043 μm，最大進(jìn)汞飽和度平均為68.32%。儲(chǔ)層孔喉細(xì)小，孔喉連通性差。

2.2敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層敏感性損害機(jī)理評(píng)價(jià)方法所存在的問(wèn)題，本次研究結(jié)合致密砂巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)，參考石油天然氣行業(yè)SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》，提出致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)改進(jìn)方法，與原有常規(guī)評(píng)價(jià)方法相比，改進(jìn)之處主要包括以下幾點(diǎn)：①除水/鹽敏、酸敏和堿敏等評(píng)價(jià)中必須使用液相流體的環(huán)節(jié)外，評(píng)價(jià)過(guò)程中一律使用氮?dú)庾鳛橹虚g介質(zhì)和測(cè)試介質(zhì)，保持評(píng)價(jià)條件和過(guò)程符合氣藏儲(chǔ)層特點(diǎn)。②在評(píng)價(jià)過(guò)程中，巖樣測(cè)試滲透率在儲(chǔ)層原始含水飽和度條件下完成。由于樣品致密低滲，樣品飽和水和建立束縛水飽和度都比較困難。研究探索出樣品通過(guò)毛細(xì)管自吸和高速離心相結(jié)合建立儲(chǔ)層原始含水飽和度。巖樣通過(guò)自身的毛細(xì)管自吸力能夠?qū)⒛M地層水吸入巖心，通常致密砂巖自吸含水飽和度大于70%，再通過(guò)離心機(jī)建立束縛水飽和度，離心過(guò)程中調(diào)換巖心離心方向，保證巖心內(nèi)水分布均勻。離心機(jī)內(nèi)部的溫度為4 ℃，防止溫度過(guò)高，水分蒸發(fā)導(dǎo)致鹽析。③在評(píng)價(jià)過(guò)程中，保持相同并且合適的滲透率測(cè)試條件，主要指實(shí)驗(yàn)前后的氣測(cè)滲透率測(cè)試壓差和含水飽和度，排除測(cè)試條件對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成的影響。相同并且大小適當(dāng)?shù)臏y(cè)試壓差消除氣體滑脫效應(yīng)的影響，前后一致的含水飽和度排除水鎖損害可能帶來(lái)的影響，保證氣相滲透率結(jié)果的可比性和可靠性。

具體在流體敏感性評(píng)價(jià)過(guò)程中，主要有以下幾個(gè)步驟：①巖樣準(zhǔn)備，參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5336—2006“巖心分析方法”；②采用自吸法和離心法相結(jié)合建立儲(chǔ)層原始含水飽和度，在原始飽和度條件下，氣測(cè)巖樣初始滲透率；③巖心抽真空飽和中間待評(píng)價(jià)流體，再利用中間待評(píng)價(jià)流體高壓飽和巖心，飽和時(shí)間12 h以上，酸敏實(shí)驗(yàn)可不進(jìn)行高壓飽和；④再次采用自吸法和離心法相結(jié)合建立儲(chǔ)層原始含水飽和度，在原始飽和度條件下，氣測(cè)經(jīng)待評(píng)價(jià)流體反應(yīng)后巖樣滲透率，氣體測(cè)試壓力與步驟②相同。

由中間測(cè)試流體引起的巖樣滲透率變化率按下列公式計(jì)算：

式中Ki表示初始?xì)鉁y(cè)滲透率，mD；Kn表示經(jīng)待評(píng)價(jià)流體反應(yīng)后巖樣滲透率，mD；D表示敏感性損害指數(shù)。

改進(jìn)后的致密砂巖氣儲(chǔ)層敏感性損害程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及臨界流速、臨界礦化度等的確定，主要參照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5355—2010制定（表3）。

表2 K1bs組致密砂巖黏土礦物相對(duì)含量分析表

表3 儲(chǔ)層敏感性損害的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

3 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比與討論

3.1改進(jìn)方法與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

本次分別采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法和本次研究改進(jìn)方法進(jìn)行水敏、酸敏性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，對(duì)比兩種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其合理性。水敏、酸敏評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)果可知：根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，巴什基奇克組致密砂巖氣層水敏指數(shù)為36.7%，損害程度為中偏弱；而根據(jù)本次研究改進(jìn)后的評(píng)價(jià)方法，水敏指數(shù)為10.6%，水敏損害程度為弱。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，巴什基奇克組致密砂巖氣層酸敏指數(shù)為36.2%，損害程度為中偏弱；而根據(jù)本次研究改進(jìn)后的評(píng)價(jià)方法，酸敏指數(shù)為1.29%，酸敏損害程度為無(wú)。

本次研究的改進(jìn)方法評(píng)價(jià)的敏感性損害指數(shù)小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果，說(shuō)明石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法可能存在除了敏感性損害本身的其他損害，包括黏土礦物破壞、固相顆粒運(yùn)移等。

3.2液相測(cè)試損害機(jī)理

3.2.1 黏土礦物破壞

通過(guò)對(duì)巴什基奇克組氣層巖石X射線衍射分析表明，氣層黏土礦物以伊利石為主，伊利石呈毛發(fā)狀、片狀分割孔喉。氣層中并沒(méi)有蒙脫石等膨脹性黏土礦物存在，從機(jī)理上來(lái)分析氣層并不應(yīng)該具有強(qiáng)的水敏性損害。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法使用液相作為測(cè)試介質(zhì)，液相驅(qū)替體積大，儲(chǔ)層黏土礦物長(zhǎng)時(shí)間被沖刷，導(dǎo)致伊利石產(chǎn)狀發(fā)生變化，加劇儲(chǔ)層微粒運(yùn)移損害程度，影響最終評(píng)價(jià)結(jié)果。圖3-a是液測(cè)后伊利石產(chǎn)狀變化，伊利石基本被沖刷破壞，表面有明顯的沖刷痕跡。而如圖3-b所示，氣測(cè)后伊利石產(chǎn)狀基本沒(méi)有發(fā)生變化，毛發(fā)狀伊利石晶型完整附著在孔隙表面并分割孔隙。

圖2 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法與改進(jìn)方法敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖3 巴什基奇克組致密砂巖氣層液測(cè)評(píng)價(jià)敏感性損害特征圖

從水敏性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比來(lái)看，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法獲得的結(jié)果并不能真實(shí)反映儲(chǔ)層敏感性損害程度，無(wú)法準(zhǔn)確地為增產(chǎn)措施提供有效建議。實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，工作液進(jìn)入致密砂巖儲(chǔ)層以后，通過(guò)反排將侵入液排除，反排主要依靠氣驅(qū)侵入液。改進(jìn)方法模擬了儲(chǔ)層反排過(guò)程，結(jié)果更加符合氣層實(shí)際條件，可靠性更強(qiáng)。改進(jìn)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示地層水敏感性程度為弱，在常規(guī)的壓裂酸化過(guò)程中不會(huì)成為主要的地層損害因素，在一定條件下可以適當(dāng)予以考慮。

3.2.2 鹽析結(jié)晶

液測(cè)評(píng)價(jià)中主要使用地層流體、工作液濾液進(jìn)行評(píng)價(jià)，這些流體的一個(gè)共同特點(diǎn)是具有一定的礦化度。在地下實(shí)際高溫高壓的儲(chǔ)層條件下，固相溶解度相對(duì)較大，流體中所含鹽分難以結(jié)晶析出。但是在室內(nèi)評(píng)價(jià)時(shí)，受設(shè)備技術(shù)等因素限制，評(píng)價(jià)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境與實(shí)際地下儲(chǔ)層的條件環(huán)境存在差距，在這樣的條件下，隨著驅(qū)替過(guò)程的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溫度和壓力的不穩(wěn)定，地層水或工作液濾液中的鹽濃度會(huì)增加，當(dāng)鹽分含量超過(guò)其溶解度后會(huì)析出結(jié)晶，附著在顆粒表面或沉積在孔喉中。如圖3-c所示，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鹽敏實(shí)驗(yàn)后巖心表面附著大量鹽析顆粒，孔隙有效流通半徑明顯減小，部分孔喉被鹽析顆粒堵塞。鹽析結(jié)晶造成滲透率下降，增大敏感性評(píng)價(jià)損害程度。

3.2.3 微粒分散運(yùn)移

地層微粒是膠結(jié)在骨架顆粒上或松散地附著在孔隙網(wǎng)絡(luò)之間。它們?cè)谒畡?dòng)力作用下或在水動(dòng)力與化學(xué)的聯(lián)合作用下，通過(guò)釋放、運(yùn)移并堵塞孔喉，是造成砂巖油氣藏?fù)p害的重要因素[25]。由于微粒和地層多孔介質(zhì)孔壁都帶有不等量的電荷。它們?cè)诓煌碾娊赓|(zhì)溶液中，必然受到靜電力（Fe）的影響，即Fe=F1－F2（F1表示范氏引力，F(xiàn)2表示雙電層斥力）。在高電解質(zhì)濃度下，雙電層受到壓縮，F(xiàn)1較大，此時(shí)Fe＞0，地層微粒緊貼孔壁；當(dāng)電解質(zhì)濃度的降低，擴(kuò)散雙電層厚度增加，雙電層斥力增大，范氏力逐漸減小[26]。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，大孔隙內(nèi)的微粒接觸到低礦化度流體后，雙電層斥力大于范氏引力＋微粒重力，此時(shí)Fe＜0，地層微粒即在雙電層斥力作用下表面水化膨脹，微粒與孔壁的間距增大孔喉半徑減小，并從孔壁上分散下來(lái)，分散的微粒堵塞孔喉，而導(dǎo)致滲透率下降。

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行五級(jí)礦化度鹽敏評(píng)價(jià)，圖4為在不同礦化度鹽水驅(qū)替后測(cè)試T2譜結(jié)果。核磁共振能夠快速無(wú)損的測(cè)試巖心孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)換T2譜的弛豫時(shí)間能夠代表孔喉半徑大小，信號(hào)幅度代表孔喉的分布頻率[27-28]。巖心與不同礦化度流體反應(yīng)后，弛豫時(shí)間大于1 ms的孔隙發(fā)生變化較大，而弛豫時(shí)間小于1 ms的孔隙基本不變。這主要是小孔隙中以束縛水為主，大孔隙以可動(dòng)水為主，不同礦化度的流體主要在大孔隙中滲流，與大孔隙之間反應(yīng)較多。

圖4 五級(jí)礦化度地層水反應(yīng)后T2譜對(duì)比圖

3.2.4 液相黏滯阻力

致密砂巖氣儲(chǔ)層孔喉小且連通性差，孔隙表面較親水，當(dāng)含水飽和度很小時(shí)，水相分布處于巖石顆粒表面及孔隙的邊角狹窄部位，氣相在易流動(dòng)的大的連通孔隙中滲流[29-30]。如圖5所示，對(duì)比巴什基奇克組致密砂巖束縛水巖樣與完全飽和水巖樣的核磁共振T2譜，束縛水主要分布在小孔隙中，而這部分束縛水占孔隙體積大于50%，大量的小孔隙被束縛水占據(jù)無(wú)法參與滲流。剩下的滲流空間以大孔隙為主，該部分孔隙依靠管束狀喉道、片狀喉道和點(diǎn)狀喉道連通。由于液固之間分子作用力遠(yuǎn)大于氣固分子之間的作用力，液相通過(guò)狹窄的喉道時(shí)，液相黏滯阻力較大，導(dǎo)致液測(cè)滲透率時(shí)，測(cè)試壓力大、時(shí)間長(zhǎng)等。

圖5 K1bs致密砂巖束縛水飽和水巖樣核磁共振T2譜分布圖

4 結(jié)論與建議

1）目前的儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)方法存在測(cè)試介質(zhì)選擇不合理、未建立初始含水飽和度、氣測(cè)滲透率測(cè)試方法不合理等方面的問(wèn)題，并不適用于致密砂巖氣儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)。

2）改進(jìn)方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層損害程度小于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)結(jié)果，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)過(guò)程中除了產(chǎn)生敏感性損害以外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)液相評(píng)價(jià)測(cè)試存在破壞儲(chǔ)層黏土礦物、鹽析結(jié)晶、儲(chǔ)層微粒分散運(yùn)移等問(wèn)題，導(dǎo)致孔喉被堵塞。致密砂巖液相黏滯阻力大導(dǎo)致液測(cè)評(píng)價(jià)測(cè)試壓力大、時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)不可靠等。

3）改進(jìn)方法通過(guò)建立氣層初始含水飽和度、使用氣相作為測(cè)試介質(zhì)、測(cè)試流程的規(guī)范統(tǒng)一、流體飽和方法等方面的改進(jìn)，使得敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果更能代表致密砂巖氣儲(chǔ)層敏感性損害特征，更加有利于指導(dǎo)致密砂巖氣藏后期開(kāi)發(fā)工程設(shè)計(jì)。

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（修改回稿日期 2016-09-18 編 輯韓曉渝）

An improved fluid sensitivity evaluation method for tight sandstone gas reservoirs: A case study of K1bs in Well Keshen 9 of the Kelasu Gasfield, Tarim Basin

Yuan Xuefang2, Wang Xi1, Tang Hongming2,3, Wang Junjie2, Liu Ju1, Zhao Feng2,3
(1.Oil and Gas Engineering Research Institute, PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla, Xinjiang 841000, China;2.School of Geosciences and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;3.State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation // Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 12, pp.59-66, 12/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Globally, there is no standard or specificationss for the sensitivity evaluation of tight sandstone gas reservoirs. In China, the sensitivity evaluation is mostly carried out in compliance with Formation Damage Evaluation by Flow Tests (SY/T5358-2010). However, this evaluation method aims at oil reservoirs and the clastic rock samples with an air permeability over 1 mD. Therefore, it presents high test pressure, slow displacement, long test cycle and large test data error. In this paper, samples were taken from the Cretaceous Bashijiqike Fm tight sandstone gas reservoirs in the Keshen zone, Kelasu structural belt, Tarim Basin. Based on the characteristics of tight sandstone gas reservoirs, the main problems existing in the sensitivity evaluation of tight sandstone gas reservoirs were analyzed. After microscopic geology and sensitivity evaluation methods were investigated sufficiently, an improved gas reservoir sensitivity evaluation method was developed. In this improved method, gas is taken as the testing medium, the initial water saturation of gas reservoirs is determined, uniform testing process is followed, and fluid saturation technique is used. This improved method was experimentally compared with the original one in terms of their evaluation results. It is shown that the improved method can provide a shorter experimental period and lower requirement for HP resistance of equipments. Furthermore, its evaluation results can reflect the actual situations of gas reservoirs more reliably, contributing to the subsequent development engineering design of tight sandstone gas reservoirs. This improved method is of great significance to the high-efficiency exploration and development of tight sandstone gas reservoirs.

Tight sandstone gas; Reservoir; Fluid sensitivity; Industrial standard; Evaluation; Improved method; Tarim Basin; Kelasu Gasfield

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.12.008

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“致密氣藏儲(chǔ)層干化、提高氣體滲流能力的基礎(chǔ)研究”（編號(hào)：51534006）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米尺度非均質(zhì)性研究”（編號(hào)：51674211）。

袁學(xué)芳，女，1970年生，高級(jí)工程師；長(zhǎng)期從事儲(chǔ)層改造與保護(hù)工作。地址：（841000）新疆維吾爾自治區(qū)庫(kù)爾勒市石化大道26號(hào)。ORCID: 0000-0002-7931-9756。E-mail: yuanxf-tlm@petrochina.com.cn

唐洪明，1966年生，教授，博士；主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油氣層保護(hù)技術(shù)等領(lǐng)域的研究與教學(xué)工作。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)新都大道8號(hào)。電話：（028）83037128。ORCID: 0000-0002-7847-8130。E-mail: swpithm@vip.163.com