塔里木盆地超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性評價(jià)

康毅力,張杜杰,游利軍,王 哲,田 鍵

(西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ,四川 成都 610500)

致密氣藏具有基質(zhì)致密、天然裂縫/微裂縫發(fā)育、粘土礦物豐富等特點(diǎn)，儲層損害潛力大[1-5]。大量研究已經(jīng)證明致密儲層主要的損害類型有物理損害和化學(xué)損害等，損害機(jī)理主要包括流體敏感性損害、固相侵入損害、相圈閉損害、應(yīng)力敏感性損害以及處理劑吸附損害等[6-9]。其中，流體敏感性損害是致密砂巖氣藏基質(zhì)損害的重要形式，一直以來都是儲層保護(hù)研究的熱點(diǎn)問題[10-13]。流體敏感性損害對氣井產(chǎn)能影響大，嚴(yán)重的流體敏感性損害可能導(dǎo)致氣井開發(fā)初期產(chǎn)能低甚至無產(chǎn)能，后期產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短。為了提高入井工作液儲層保護(hù)性能，減少甚至避免入井工作液對儲層造成流體敏感性損害，準(zhǔn)確評價(jià)儲層流體敏感性、明確儲層流體敏感性損害機(jī)理顯得非常重要。

埋深超過4 500 m的深層、超深致密砂巖氣藏是致密砂巖氣藏的重要組成部分，油氣資源豐富，在我國的塔里木盆地、四川盆地已經(jīng)顯示出了良好的勘探開發(fā)前景[14]。該類氣藏具有儲層溫度高、基質(zhì)滲透率極低等區(qū)別于常規(guī)致密儲層的特點(diǎn)。現(xiàn)有的流體敏感性評價(jià)方法主要針對常規(guī)致密儲層，在評價(jià)深層超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性時(shí)表現(xiàn)出顯著的局限性。目前常用的流體敏感性評價(jià)方法主要包括穩(wěn)態(tài)法和壓力衰減法[15-16]。穩(wěn)態(tài)法以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法為代表(SY/T 5358—2002)[17]，實(shí)驗(yàn)過程中以恒定流速/壓力向巖樣內(nèi)注入工作液，通過對比不同工作液注入后的巖樣滲透率評價(jià)儲層流體敏感性。然而，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法并不能很好的評價(jià)超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性。首先，敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法明確指出本標(biāo)準(zhǔn)適用于空氣滲透率大于1×10-3μm2的碎屑巖儲層巖樣敏感性評價(jià)，而絕大多致密儲層氣測滲透率均小于1×10-3μm2；其次，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法驅(qū)替及流體-巖石反應(yīng)過程均在室溫下進(jìn)行，不能真實(shí)反映超深致密砂巖儲層流體敏感性。張昌鐸等[18]已經(jīng)證實(shí)高溫對儲層流體敏感性有較大影響，但其評價(jià)對象僅為裂縫樣品；第三，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法以恒流模式進(jìn)行驅(qū)替，較高的恒定流速極易導(dǎo)致入口端憋壓。如果圍壓隨之升高，可能導(dǎo)致出口端滲透率大幅降低。較低的恒定流速導(dǎo)致出口端流量不易計(jì)量，容易造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差。游利軍和康毅力[19]等提出壓力衰減法評價(jià)致密儲層流體敏感性，該方法具有評價(jià)滲透率范圍廣、評價(jià)結(jié)果精度高、可行性強(qiáng)、易操作等特點(diǎn)。但根據(jù)流體敏感性損害機(jī)理，壓力衰減法測試需要在不同工作液損害前向巖樣內(nèi)注入2～3 PV工作液流體，該方法向巖樣內(nèi)驅(qū)替流體仍然采用常規(guī)的恒壓驅(qū)替方法，對超深致密砂巖氣藏來說，極低的基質(zhì)滲透率可能導(dǎo)致更換流體時(shí)巖樣內(nèi)流體替換不徹底，造成實(shí)驗(yàn)誤差。袁學(xué)芳等[20]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層為研究對象，提出了致密砂巖儲層敏感性評價(jià)的改進(jìn)方法，但該方法沒有考慮儲層溫度對流體敏感性的影響，可能導(dǎo)致測試結(jié)果與地層實(shí)際情況存在較大誤差。綜上可知，目前主流的流體敏感性評價(jià)方法在評價(jià)超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性時(shí)存在諸多問題，亟需形成適合的實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法。

為此，本文以塔里木盆地山超深致密砂巖氣藏為研究對象，在充分考慮儲層地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，建立了模擬地層溫度的高溫高回壓穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)法并開展了基質(zhì)的水敏、鹽敏及堿敏等儲層流體敏感性評價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果及礦場數(shù)據(jù)分析對比，明確了高溫、高回壓穩(wěn)態(tài)法評價(jià)超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性的可行性，探討了高溫條件下的基質(zhì)流體敏感性損害機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與評價(jià)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)巖樣及流體

實(shí)驗(yàn)樣品取自塔里木盆地A(埋深7 500～8 000 m)、B(埋深6 000～7 000 m)兩臨近區(qū)塊的白堊系巴什基奇克組超深致密砂巖氣藏井下樣品。該層位儲層具有基質(zhì)致密，粘土礦物豐富等特點(diǎn)。氣藏儲層溫度140～160 ℃，實(shí)驗(yàn)室氣測孔隙度分布于1%～5%，平均3.11%，3 MPa圍壓條件下測得氣測滲透率分布于(0.005～0.035)×10-3μm2，平均0.014×10-3μm2。礦物學(xué)分析結(jié)果顯示A區(qū)塊儲層巖石以巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主，B區(qū)塊儲層巖石以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，相比A區(qū)塊長石巖屑砂巖明顯增多。XRD全巖和粘土礦物分析結(jié)果如表1所示，全巖礦物結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)B區(qū)塊儲層石英含量略低，長石及粘土礦物等含量高于A區(qū)塊；粘土礦物對比分析發(fā)現(xiàn)B區(qū)塊儲層粘土礦物存在高嶺石，A區(qū)塊沒有發(fā)現(xiàn)高嶺石。

為了全面評價(jià)分析超深致密砂巖氣藏儲層流體敏感性，分別選取A、B兩區(qū)塊井下基質(zhì)樣品各6塊，開展高溫條件下的儲層水敏、鹽敏和堿敏實(shí)驗(yàn)評價(jià)。實(shí)驗(yàn)巖樣基礎(chǔ)物性參數(shù)及實(shí)驗(yàn)類型安排見表2。

根據(jù)礦場地層水離子組分分析結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室配制相同組分及礦物度的模擬地層水，配方見表3。水敏實(shí)驗(yàn)流體分別為地層水、次地層水(1/2礦化度地層水)及蒸餾水。鹽敏實(shí)驗(yàn)流體分別為地層水、3/4礦化度地層水、1/2礦化度地層水、1/4礦化度地層水、1/10礦化度地層水及蒸餾水。堿敏實(shí)驗(yàn)測試流體是根據(jù)地層水分析結(jié)果，配置相同礦化度的KCl模擬地層水，根據(jù)地層水初始pH值及鉆井完井液等工作液pH值，確定堿敏工作液pH值分別為6.5，7.5，8.5，10，11.5和，13。

表1 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組儲層巖樣XRD分析結(jié)果Table 1 XRD analytical results of the formation samples from the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basin

表3 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組模擬地層水配方Table 3 Formula of simulated formation water from the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basin

1.2 實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法

為了模擬地層溫度條件，針對A、B區(qū)塊不同巖樣實(shí)驗(yàn)過程中測試系統(tǒng)(巖樣夾持器及中間容器)分別加熱至140 ℃和160 ℃，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下所述：①巖樣老化處理后抽真空加壓20 MPa飽和模擬地層水48 h；②將巖樣裝入巖樣夾持器內(nèi)，設(shè)置圍壓為15 MPa，溫度設(shè)定140 ℃(B區(qū)塊)/160 ℃(A區(qū)塊)；③將回壓值設(shè)定為5 MPa，向巖樣出/入口端同時(shí)注入模擬地層水提高巖樣出/入口端至回壓閥設(shè)定值；④通過恒流/恒壓泵逐漸增大巖樣入口端壓力至12 MPa，此后保持恒壓狀態(tài)向巖樣內(nèi)注入流體；⑤待驅(qū)替流體流過巖樣2～3 PV后，停止驅(qū)替待巖樣與工作液反應(yīng)12 h，反應(yīng)完成后使用同一工作液重新進(jìn)行驅(qū)替，使用移液管計(jì)量出口端流量，計(jì)算當(dāng)前工作液條件下的巖樣滲透率；⑥待一級類型工作液測定完成后，更換次一級流體，重復(fù)④、⑤實(shí)驗(yàn)步驟，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束；⑦整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)裝置。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用改進(jìn)的高溫高回壓穩(wěn)態(tài)評價(jià)方法獲得了地層溫度條件下的儲層水敏損害程度，評價(jià)結(jié)果如表4所示。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)A、B兩區(qū)塊水敏指數(shù)0.41 ～ 0.52，水敏程度中等偏強(qiáng)-中等偏弱。

圖1 高溫高回壓液測致密砂巖儲層流體敏感性實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental apparatus to measure fluid sensitivity of tight sandstone under HTHB

巖樣參數(shù)流體類型地層水1/2礦化度地層水蒸餾水儲層損害程度A1-1K/(10-6 μm2)0.4850.2630.236損害率/%—45.851.4中等偏強(qiáng)A1-5K/(10-6 μm2)0.5600.3880.329損害率/%—30.741.3中等偏弱B3-5K/(10-6 μm2)0.9390.6420.499損害率/%—31.646.9中等偏弱B5-5K/(10-6 μm2)1.0430.6780.531損害率/%—34.049.1中等偏弱

注：“—”為未計(jì)算的數(shù)值。

水敏實(shí)驗(yàn)過程中相對滲透率(K1/K0)變化曲線如圖2所示。由圖可看出，工作液更換為1/2礦化度地層水時(shí)，巖樣相對滲透率有明顯降低。工作液更換為蒸餾水時(shí)，相比1/2礦化度地層水條件，B區(qū)塊樣品下降幅度明顯大于A區(qū)塊樣品。

2.2 鹽敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用改進(jìn)的評價(jià)方法獲得了地層溫度條件下的儲層鹽敏損害程度，評價(jià)結(jié)果如表5所示。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)A、B兩區(qū)塊都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的鹽敏損害性，鹽敏指數(shù)0.72～0.82，鹽敏程度為強(qiáng)。其中，A區(qū)塊鹽敏指數(shù)平均0.72，B區(qū)塊鹽敏指數(shù)平均0.80，認(rèn)為B區(qū)塊鹽敏性略強(qiáng)于A區(qū)塊。

圖2 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組儲層水敏損害滲透率變化曲線Fig.2 Permeability curves of reservoir water sensitivity experiments in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basina.樣品A1-1；b.樣品A1-5；c.樣品B3-5；d.樣品B5-5

巖樣參數(shù)流體類型地層水3/4礦化度地層水1/2礦化度地層水1/4礦化度地層水1/10礦化度地層水蒸餾水儲層損害程度A1-9K/(10-6 μm2)0.9670.7910.3680.2920.2650.264損害率/%—18.261.969.873.072.9強(qiáng)A2-9K/(10-6 μm2)2.8002.7661.2280.9000.8930.794損害率/%—1.243.967.968.071.6強(qiáng)B3-1K/(10-6 μm2)0.7810.6300.4940.2830.2400.162損害率/%—19.336.763.779.381.8強(qiáng)B5-12K/(10-6 μm2)0.4230.2960.2260.1710.0910.089損害率/%—30.046.659.578.479.0強(qiáng)

注：“—”為未計(jì)算的數(shù)值。

圖3 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組儲層鹽敏損害滲透率變化曲線Fig.3 Permeability curves of reservoir salt sensitivity experiments in the Cretaceous Bashijiqike Formation, Tarim Basina.樣品A1-9；b. 樣品A2-9；c.樣品B3-1；d.樣品B5-12

鹽敏實(shí)驗(yàn)過程中滲透率變化曲線如圖3所示。由圖可看出，工作流體更換為3/4礦化度地層水時(shí)，巖樣滲透率均有明顯滲透率降低(A2-9除外)。工作流體更換為1/2礦化度地層水時(shí)，測試巖樣滲透率基本都接近初始滲透率的50%。工作流體更換為1/10礦化度地層水和蒸餾水時(shí)滲透率變化幅度非常小，基本保持一致。綜合曲線形態(tài)認(rèn)為研究區(qū)塊儲層臨界礦化度為1/2地層水礦化度。

2.3 堿敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用改進(jìn)的堿敏評價(jià)方法獲得了地層溫度條件下的儲層堿敏損害程度，評價(jià)結(jié)果見表6。由表中數(shù)據(jù)可知A、B兩區(qū)塊都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的堿敏損害，堿敏指數(shù)0.78～0.92，堿敏程度為強(qiáng)。其中A區(qū)塊堿敏指數(shù)平均0.85，B區(qū)塊鹽敏指數(shù)平均0.88，認(rèn)為B區(qū)塊堿敏性略強(qiáng)于A區(qū)塊。

表6 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組儲層堿敏損害實(shí)驗(yàn)評價(jià)結(jié)果Table 6 Evaluation results of reservoir alkali sensitivity experiments in the Cretaceous Bashijiqiuke Formation,Tarim Basin

注：“—”為未計(jì)算的數(shù)值。

圖4 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組儲層堿敏損害滲透率變化曲線Fig.4 Permeability curves of reservoir alkali sensitivity experiments in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basina.樣品A1-18；b.樣品A2-10；c.樣品B5-9；d.樣品B5-6

堿敏實(shí)驗(yàn)過程中滲透率變化曲線如圖4所示。由圖可看出，工作流體更換為pH=7.5工作液時(shí)，巖樣滲透率均有明顯降低，下降幅度超過60%。更換后續(xù)工作液后巖樣滲透率總體為下降趨勢，但波動(dòng)明顯，并不是嚴(yán)格的遞減過程。巖樣A2-10從pH=10的工作液更換為pH=11.5的工作液后滲透率出現(xiàn)了小幅升高。巖樣B5-9從pH=8.5的工作液更換為pH=10的工作液、從pH=11.5的工作液更換為pH=13的工作液后也出現(xiàn)了滲透率小幅提高的現(xiàn)象。綜合曲線形態(tài)認(rèn)為，如果施工條件允許，研究區(qū)塊入井工作液pH值不宜高于7.5。

2.4對比分析

2.4.1 評價(jià)結(jié)果對比

為了進(jìn)一步探討通過改進(jìn)的高溫高回壓流體敏感性評價(jià)方法獲得的評價(jià)結(jié)果的可靠性，通過資料調(diào)研統(tǒng)計(jì)了現(xiàn)有文獻(xiàn)中采用室溫測試方法獲得的研究區(qū)塊儲層流體敏感性結(jié)果。由于基質(zhì)流體敏感性測試實(shí)驗(yàn)難度大，目前文獻(xiàn)中以評價(jià)裂縫巖樣的流體敏感性為主，為了保證數(shù)據(jù)量，本文統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)臨近區(qū)塊致密砂巖儲層的基質(zhì)流體敏感性評價(jià)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。對比表中數(shù)據(jù)不難看出，本文測得的流體敏感性損害程度遠(yuǎn)強(qiáng)于室溫條件下的評價(jià)結(jié)果，說明室溫條件下測得的流體敏感性可能低估了儲層的實(shí)際流體敏感性損害。

2.4.2 礦場資料對比

A、B區(qū)塊常用的鉆井液體系包括水基鉆井液和油基鉆井液兩種，水基鉆井液主要為氯化鉀磺化鹽水基鉆井液和有機(jī)鹽鉆井液，油基鉆井液為UMD-2油基鉆井液[21]。結(jié)合礦場分析及本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析認(rèn)為水基鉆井液礦化度低于本文實(shí)驗(yàn)測的地層臨界礦化度，pH遠(yuǎn)高于本文測得的地層臨界pH值，鉆井過程中的鉆井液濾失及漏失都可能造成嚴(yán)重的流體敏感性損害。油基鉆井液油水比高，濾液中自由水少，誘發(fā)儲層流體敏感性的機(jī)率及損害程度遠(yuǎn)小于水基鉆井液，認(rèn)為油基鉆井液造成的儲層流體敏感性損害較弱。統(tǒng)計(jì)了1口使用水基鉆井液井(B5)和2口使用油基鉆井液井(A9，A902)的中途測試資料，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖5。B5井所用水基鉆井液pH=11.5，氯根含量90 000 mg/L，該井中途測試產(chǎn)量接近為0，出現(xiàn)了絕產(chǎn)的現(xiàn)象。而采用油基鉆井液的A9井和A902井中途測試產(chǎn)量分別達(dá)到45.61×104m3和30.45×104m3，表現(xiàn)出了較好的產(chǎn)能。對比礦場測試結(jié)果表明水基工作液造成的儲層流體敏感性損害更嚴(yán)重，與上文實(shí)驗(yàn)評價(jià)結(jié)果相符。

表7 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組不同方法獲得流體敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比Table 7 Comparison of evaluation results of reservoirs fluids sensitivity damage in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basin

注：“—”為未找到相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)值。

圖5 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組采用水基/油基鉆井液氣井中途測試資料Fig.5 DST data interpretation of gas wells using water/oil-based drill-in fluids,in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basin

3 討論

3.1 改進(jìn)評價(jià)方法的機(jī)理及優(yōu)勢

通常氣測巖樣滲透率時(shí)通過加1～2 MPa回壓消除滑脫效應(yīng)[22]，提高儲層巖石滲透率測試精度。以往認(rèn)為出口端加回壓將提高巖樣流動(dòng)阻力，降低巖樣滲流能力，不適用于液測 致密儲層滲透率。本文通過調(diào)研及探索實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巖樣驅(qū)替過程中預(yù)加巖樣出口端回壓不僅不會降低巖樣滲流能力，反而可有效提高工作流體的流入效率，增強(qiáng)流體通過巖樣的能力。原理可以總結(jié)為3點(diǎn)：①加高回壓促使小孔道參與流通，滲流通道增多；②增大孔隙壓力壓縮了水膜厚度了滲流截面積，進(jìn)而提高儲層的流體注入能力；③出口端預(yù)加回壓有助于降低巖樣出口端有效應(yīng)力，降低巖樣出口端應(yīng)力敏感造成的滲透率降低程度，有效提高巖樣滲透率。為了充分提高巖樣滲流能力，預(yù)加的回壓應(yīng)接近或高于壓汞測得的排驅(qū)壓力。

高溫高回壓法采用常規(guī)的穩(wěn)態(tài)法測試不同流體處理后巖樣的滲透率，滲透率評價(jià)機(jī)理清楚。該方法充分利用高回壓提高致密巖樣滲透率的特點(diǎn)，模擬地層實(shí)際溫度條件，開展流體敏感性實(shí)驗(yàn)。此外，高回壓有效提高流體沸點(diǎn)，防止實(shí)驗(yàn)過程中巖樣出口端結(jié)鹽，有效降低了高溫條件下出口端流體沸騰造成的實(shí)驗(yàn)誤差[23]。該實(shí)驗(yàn)方法擴(kuò)展了穩(wěn)態(tài)液測法評價(jià)致密砂巖敏感性的滲透率范圍，對超深致密砂巖氣藏儲層損害評價(jià)具有重要借鑒意義。

3.2 高溫流體敏感性損害機(jī)理

3.2.1 高溫加劇礦物膨脹/脫落

圖6 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組超深致密砂巖儲層粘土礦物結(jié)構(gòu)特征Fig.6 Structural features of clay minerals of ultra-deep tight sandstone reservoirs in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basina.粒間孔，伊利石，伊/蒙間層礦物，A904井，埋深7 724.52 m[24]；b. 粒間縫，伊利石，伊/蒙間層礦物，A904井，埋深7 734.67 m

XRD分析數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)塊致密砂巖氣藏粘土礦物以伊利石、伊蒙間層礦物為主，廣泛分布于粒間孔、粒間縫等滲流通道的關(guān)鍵位置(圖6)。流體流動(dòng)過程中，較大孔隙中的粘土礦物可能被沖斷，隨流體遷移并在滲流通道的狹窄處形成堵塞，造成流體敏感性損害。此外，高溫容易造成巖石礦物膨脹，在外部圍壓作用下向內(nèi)壓縮了孔隙體積，造成儲層滲流能力降低，形成儲層損害[25]。高溫也將降低微粒從孔壁脫落所需要的能量，加速微粒的脫落[26]。因此，流體流動(dòng)過程中地層微粒在流體拖曳力的作用下極有可能從孔隙壁面脫離，造成儲層損害。此外，礦物表面的Zeta電位與儲層顆粒的穩(wěn)定性密切相關(guān)，Zeta電位越高，顆粒之間的斥力越大[27]，粘土礦物微粒也就越容易發(fā)生水化膨脹甚至脫落。Zeta電位的表達(dá)式如公式(1)所示：

(1)

式中：ζi為Zeta電位，mV；k為玻爾茲曼常數(shù)，1023J/K；T為熱力學(xué)溫度，K；e為電子電荷，1.6×10-19C;pH0i為i表面等電點(diǎn)。ζi與測試流體pH值、流體總離子密度以及實(shí)驗(yàn)溫度密切相關(guān)。

根據(jù)公式顯示ζi隨著流體pH值的升高而增大，也就是說隨著流體pH值的升高，粘土礦物等易脫落微粒壁面的負(fù)電荷增加，微粒之間的斥力增大，導(dǎo)致其脫落的概率增大，從而造成堿敏損害。粘土礦物中，高嶺石為典型的層狀結(jié)構(gòu)，層間斥力增加將導(dǎo)致高嶺石水化膨脹，增大儲層巖石比表面，降低巖石滲透率。這也能夠解釋了高溫條件相下B區(qū)塊儲層的鹽敏及堿敏性損害程度略強(qiáng)于A區(qū)塊的原因。

3.2.2 高溫增大水膜厚度

對于孔喉細(xì)微的超深致密砂巖儲層，粘土礦物表面的水膜厚度變化被認(rèn)為是誘發(fā)儲層流體敏感性的重要機(jī)理[28]。壓汞數(shù)據(jù)分析可知，研究區(qū)塊基質(zhì)孔喉半徑0.09～0.66 μm，對滲透率貢獻(xiàn)最大孔喉半徑介于0.16～0.63 μm，平均最大孔喉半徑0.21 μm，典型樣品實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如圖7所示。目前的研究證明致密砂巖礦物表面水膜厚度為12～200 nm，與研究儲層主要貢獻(xiàn)滲透率的孔喉尺度處于同一數(shù)量級?；诖耍J(rèn)為水膜厚度變化是研究區(qū)塊儲層流體敏感性的重要損害機(jī)理。水膜是指巖石或粘土礦物表面荷電，與極性水分子作用，在其表面形成一層具有一定厚度和強(qiáng)度的束縛水層，與雙電層厚度直接相關(guān)，雙電層越厚，水膜厚度越大，從而降低可流動(dòng)滲流通道橫截面積[29]。此外，雙電層厚度(Debye-Huckel長度)受溫度影響較大，相應(yīng)關(guān)系式如公式(2)所示[30]：

(2)

式中：κ-1為Debye-Huckel長度，nm；ε0為真空介電常數(shù)，8.854×10-12C2/(J·m)；εr為液體相對介電常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度，K；k為玻爾茲曼常數(shù)，10-23J/K；e為電子電荷，1.6×10-19C；NA為阿伏伽德羅常數(shù)，6.02×1023mol-1；I為溶液離子強(qiáng)度，mol/L。

根據(jù)公式(2)可知，κ-1與測試流體總離子密度和實(shí)驗(yàn)溫度密切相關(guān)。κ-1隨著離子強(qiáng)度的降低而增大，換言之，隨著流體礦化度的降低雙電層厚度將增大(水膜厚度增加)，可動(dòng)的孔隙體積減小，從而造成滲透率降低，儲層表現(xiàn)出水敏和鹽敏損害。而隨著實(shí)驗(yàn)溫度的增加而增加，κ-1也將增大。由此可推測，高溫條件下水膜厚度比常溫條件下要大，高溫條件下的流體敏感性程度應(yīng)該高于室內(nèi)溫度下的測試值。理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果一致，也間接證實(shí)了水膜厚度變化應(yīng)該是儲層流體敏感性損害機(jī)理之一。同時(shí)，研究結(jié)果進(jìn)一步證明開展深層超深層儲層流體敏感性時(shí)需要考慮儲層的溫度條件。

圖7 塔里木盆地白堊系巴什基奇克組不同半徑孔喉對儲層滲透率貢獻(xiàn)值關(guān)系Fig.7 Pore throat radius vs.permeability in the Cretaceous Bashijiqike Formation,Tarim Basin

3.2.3 高溫加速礦物溶解/沉淀

儲層巖石內(nèi)的石英、長石等礦物在高溫條件下易與堿性工作液發(fā)生溶蝕，溶蝕產(chǎn)物在流體作用下進(jìn)一步產(chǎn)生硅酸鹽顆粒堵塞孔喉[31-32]。高溫將加速礦物與流體的反應(yīng)速度，加劇儲層損害程度。Dove(1994)[33]建立了石英在25～300 ℃條件下不同pH值(pH=2～12)流體內(nèi)的溶蝕速率公式：

RB=e-10.7Te-66 000/RTθ≥SiOH+

(3)

如公式(3)可知，高溫可以加劇石英的溶蝕速率。石英和長石溶蝕后的產(chǎn)物與堿性流體的氫氧根發(fā)生反應(yīng)形成硅酸鹽難溶物?？缀韮?nèi)產(chǎn)生的難溶物尺度相對較小，可能發(fā)生運(yùn)移，并在運(yùn)移過程中堵塞孔喉，造成儲層損害。硅酸鹽顆粒堵塞孔喉后，可能由于流體壓力的變化造成封堵層失效，造成實(shí)驗(yàn)過程中的測試樣品滲透率波動(dòng)，分析結(jié)論與堿敏實(shí)驗(yàn)曲線(圖4a,b)較吻合。

4 結(jié)論

1) 目前行業(yè)常用的流體敏感性測試方法存在可準(zhǔn)確評價(jià)的巖心滲透率下限偏高、沒有考慮儲層溫度等不足，已不再適用于超深致密砂巖氣藏。

2) 改進(jìn)的評價(jià)方法能更好的反映儲層實(shí)際情況，降低實(shí)驗(yàn)誤差，提高測試結(jié)果可信度，擴(kuò)展了穩(wěn)態(tài)液測法評價(jià)致密砂巖敏感性的滲透率范圍。

3) 采用高溫高回壓法測的儲層水敏指數(shù)0.41～0.52，水敏程度中等偏弱～中等偏強(qiáng)；鹽敏指數(shù)0.72～0.73，鹽敏程度為強(qiáng)；堿敏指數(shù)0.83～0.92，堿敏程度為強(qiáng)，評價(jià)結(jié)果顯示改進(jìn)的評價(jià)方法獲得的損害程度強(qiáng)于以往室溫條件下的測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與礦場實(shí)際契合度更高。

4) 細(xì)微孔喉及發(fā)育的粘土礦物是誘發(fā)流體敏感性的內(nèi)因，高溫條件增大礦物表面水膜厚度、降低有效滲流通道半徑，加劇粘土礦物水化膨脹、促進(jìn)地層微粒分散運(yùn)移，加速礦物溶解/沉淀是加劇超深致密砂巖儲層流體敏感程度的主要機(jī)制，該研究成果對超深致密儲層損害評價(jià)具有重要借鑒意義。