注入水對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層傷害機(jī)理研究

王立軍 李淑娟 溫曉紅 韓玲玲 關(guān)彥磊 余強(qiáng)

摘? ? ? 要：為了揭示注入水對(duì)儲(chǔ)層的傷害情況，針對(duì)中東地區(qū)哈法亞油田碳酸鹽巖注入水問題，通過對(duì)中東地區(qū)哈法亞油田MB1層巖心的一系列宏觀實(shí)驗(yàn)，對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層傷害機(jī)理進(jìn)行分析。最終確定外來液體固相侵入是傷害儲(chǔ)層的主要原因，然后根據(jù)巖心在注入水前和注入水后掃描電鏡的圖片對(duì)比，展開微觀分析，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行傷害評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，哈法亞油田儲(chǔ)層的敏感性偏弱，水鎖和應(yīng)力敏感性對(duì)儲(chǔ)層的傷害很小，外來液體的固相侵入會(huì)造成孔喉堵塞，導(dǎo)致滲透率下降傷害儲(chǔ)層。

關(guān)? 鍵? 詞：碳酸鹽巖;注入水;固相侵入;儲(chǔ)層傷害

中圖分類號(hào)：TE 344? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）09-1934-04

Abstract： In order to reveal the damage caused by injected water to the reservoir， a series of macroscopic experiments on the core of the MB1 layer in Hafaya oilfield in the Middle East were carried out in response to the problem of water injection. The damage mechanism of carbonate reservoirs was analyzed. It was finally determined that the external solid phase intrusion was the main reason for the damage to the reservoir. Then， according to the comparison of the pictures of the core before and after the water injection， the microscopic analysis was carried out to evaluate the damage of the reservoir. The results showed that the sensitivity of the reservoir in Hafaya oilfield was weak， and the water lock and stress sensitivity had little damage to the reservoir. The solid phase intrusion from foreign liquid caused the pore throat blockage， resulting in a decrease in permeability and damage to the reservoir.

Key words： Carbonate; Injected water; Solid phase intrusion; Reservoir damage

碳酸鹽巖油藏具有非常豐富的油氣資源，其儲(chǔ)量大約占世界的50%，產(chǎn)量也很豐富占65%左右。中國的四川、中下?lián)P子、塔里木、準(zhǔn)噶爾、渤海灣、鄂爾多斯等地區(qū)主要分布著碳酸鹽巖油藏，國外的碳酸鹽巖油藏在俄羅斯和北美等地以及中東和中亞地區(qū)都有廣泛的分布[1，2]。國內(nèi)的碳酸鹽巖油藏大多是溶洞、裂縫型的，這點(diǎn)與國外的碳酸鹽巖油藏類型區(qū)別很大，國外中東地區(qū)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型大多是孔隙型的，也有少部分是溶洞型的，并且與國內(nèi)相比較其儲(chǔ)層的厚度以及物性要好很多[3]。在油田注水開發(fā)過程中，注入水的不配伍性會(huì)引起黏土礦物的膨脹、顆粒的運(yùn)移，從而破壞孔喉造成儲(chǔ)層滲透率的降低，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。早些年，油田注水只是考慮了地層水配伍性對(duì)儲(chǔ)層的傷害，并不考慮含有不同粒徑顆粒的注入水對(duì)儲(chǔ)層傷害所造成的影響。本文通過宏觀實(shí)驗(yàn)與微觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，確定了對(duì)哈法亞油田儲(chǔ)層主要的傷害機(jī)理是外來液體固相侵入，并通過掃描電鏡對(duì)其傷害程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1? 碳酸鹽巖礦物組成

碳酸鹽巖主要是由碳酸鹽巖礦物在清潔溫暖的淺海海洋環(huán)境中沉積所得到的沉積巖，大多以內(nèi)源沉積為主[4-6]，而碳酸鹽巖的巖石礦物大多是由方解石和白云石組成的。一般的碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間分為溶洞、孔隙、裂縫三類，其中主要的儲(chǔ)集空間是溶洞和孔隙，而裂縫多屬于主要的滲流通道，與此同時(shí)它也是儲(chǔ)集空間[7，8]。哈法亞油田MB1層巖石礦物組成主要為方解石（93.7%）、其次是白云石（3.4%）、石英（1.3%），黏土礦物含量1.7%。

2? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)選取的巖心是哈法亞油田MB1層油藏的巖心樣品，固相顆粒為碳酸鈣，掃描電鏡，模擬地層水，恒溫箱，真空泵，巖心夾持器，中間容器，注入恒速泵，環(huán)壓泵，回壓閥，壓力表。

3? 實(shí)驗(yàn)流體

3.1? 地層水特征

根據(jù)地層水離子常規(guī)分析（見表1）顯示，哈法亞油田MB1儲(chǔ)層地層水為CaCl2型， 礦化度是202 795 mg/L。

3.2? 注入水配制

根據(jù)油田地層水的特征，配制模擬地層水作為注入水使用，配制方法見表2。

4? 機(jī)理分析

儲(chǔ)層傷害機(jī)理通俗的理解就是傷害儲(chǔ)層的原因。通常對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層會(huì)造成傷害的原因主要有外來液體的固相侵入、儲(chǔ)層敏感性、水鎖傷害以及應(yīng)力敏感性等。水鎖對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害一般發(fā)生在低滲透的致密油藏中或者是在鉆井、完井、以及修井的過程中，而哈法亞油田不屬于致密儲(chǔ)層，應(yīng)力敏感性在注水壓力大于16 MPa時(shí)可忽略[9-12]，因此對(duì)于哈法亞油田可以不考慮水鎖和應(yīng)力敏感性的傷害;由于哈法亞油田的巖石礦物組成主要是方解石和白云石，黏土礦物含量非常少，可以引起儲(chǔ)層敏感性的礦物含量也很少，對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害影響就很小，通過流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如圖1和表3），可知哈法亞油田儲(chǔ)層敏感性偏弱，因此可排除敏感性對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

注入水中的懸浮固相顆粒是無法避免的，在注水開發(fā)過程中，注入水中的懸浮固相顆粒會(huì)隨著液體的流動(dòng)而進(jìn)入到儲(chǔ)層的滲流通道，引起孔喉堵塞（如圖2），從而造成傷害，因此對(duì)哈法亞油田儲(chǔ)層傷害的主要原因是外來液體的固相侵入。

4.1? 懸浮物粒徑

4.1.1? 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）配制哈法亞油田模擬地層水，測量巖樣的初始滲透率;

（2）分別注入含有不同粒徑范圍和不同濃度的固相顆粒水樣，監(jiān)測壓力變化，計(jì)算滲透率及其損害程度;

（3）在滲透率趨于穩(wěn)定時(shí)停注。

4.1.2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，當(dāng)懸浮物的粒徑中值為3 μm時(shí)，巖心滲透率會(huì)下降到30%左右，當(dāng)粒徑中值為3.5μm時(shí)，隨著孔隙體積注入倍數(shù)的增加，巖心滲透率直線下降，在孔隙體積的注入倍數(shù)達(dá)到500倍時(shí)，巖心滲透率已經(jīng)下降到了97%以上，這說明懸浮物粒徑中值在3～5μm時(shí)會(huì)造成巖心堵塞（圖3）。

4.2? 懸浮物含量

對(duì)粒徑中值為 3.25 μm，懸浮物含量分別為5、10、15、20、25、30 mg/L的注入水進(jìn)行巖心傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，巖心滲透率的衰減速度會(huì)隨著懸浮物含量的增加而加快;在注入500倍孔隙體積的模擬地層水條件下，當(dāng)懸浮物含量為15 mg/L時(shí)，滲透率低于5%，對(duì)巖心的傷害比較小;當(dāng)懸浮物含量大于20 mg/L時(shí)，巖心滲透率的損失高于97%（圖4），發(fā)生了很明顯的傷害。因此，注入水中懸浮物含量應(yīng)控制在15 mg/L以下。

外來液體里的固相顆粒會(huì)隨著彎曲的多孔介質(zhì)通道而移動(dòng)，在孔隙內(nèi)可能會(huì)發(fā)生沉積、滯留甚至是被捕獲，也可能會(huì)在孔喉處發(fā)生架橋現(xiàn)象，最終會(huì)引起孔喉堵塞，使儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度降低，對(duì)儲(chǔ)層造成損害。

5? 微觀評(píng)價(jià)

對(duì)比注入水傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)前后巖心微觀掃描電鏡照片（圖5和圖6），在注水后的照片中發(fā)現(xiàn)了懸浮物，堵塞了巖心，對(duì)滲流通道造成了影響。由此可知，注入水中懸浮物含量和懸浮物顆粒的粒徑中值對(duì)儲(chǔ)層滲透率具有較大影響，對(duì)該儲(chǔ)層傷害的主要機(jī)理是外來液體的固相侵入。

6? 結(jié) 論

（1）根據(jù)對(duì)巖石礦物組成所開展的研究，結(jié)合巖心室內(nèi)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)哈法亞油田MB1儲(chǔ)層具有弱速敏、弱水敏、弱鹽敏、弱酸敏、弱堿敏的特征。

（2）水鎖和應(yīng)力敏感性對(duì)哈法亞油田MB1儲(chǔ)層的傷害很小。

（3）通過含有不同粒徑顆粒的注入水對(duì)巖心進(jìn)行傷害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)注入水中懸浮顆粒粒徑中值在3～5 μm時(shí)對(duì)儲(chǔ)層傷害的程度影響非常大。

（4）在注入水對(duì)巖心傷害實(shí)驗(yàn)后的掃描電鏡照片中發(fā)現(xiàn)有懸浮物的存在，該懸浮物會(huì)造成滲流通道的堵塞。因此認(rèn)為對(duì)儲(chǔ)層造成傷害的主要原因是注入水中較高的懸浮物含量和較大的懸浮物顆粒。所以針對(duì)該儲(chǔ)層的注水開發(fā)，需要增強(qiáng)對(duì)水處理的工藝技術(shù)，對(duì)注入水應(yīng)該做到嚴(yán)格控制其懸浮物的含量以及顆粒的粒徑，以便于減小對(duì)儲(chǔ)層的傷害，改善油田注水效果。

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