川中龍王廟組儲(chǔ)層瀝青特性及其對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響

游佳春， 劉 威， 潘冠昌， 張項(xiàng)飛， 朱 熙， 王福平， 王 剛

(1成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2中石油西南油氣田分公司川中油氣礦 3哈爾濱石油學(xué)院)

川中龍女寺龍王廟組前期共完成4口井酸化改造，累計(jì)測(cè)試產(chǎn)量121.5×104m3/d。其中，磨溪29井儲(chǔ)層品質(zhì)與高石16井相當(dāng)，但試井卻發(fā)現(xiàn)其近井區(qū)滲透率為0.02 mD，產(chǎn)量為10.45×104m3/d，而高石16井近井區(qū)滲透率為0.11 mD，測(cè)試產(chǎn)量達(dá)到20.44×104m3/d；測(cè)井解釋表明磨溪29井瀝青含量為3.8%，而高石16井為0.72%；可見(jiàn)瀝青可能成為影響氣井測(cè)試產(chǎn)量關(guān)鍵因素之一。儲(chǔ)層瀝青作為油氣的伴生產(chǎn)物，在碳酸鹽巖或砂巖儲(chǔ)層中均有分布。瀝青有機(jī)化學(xué)特征的研究可為了解油氣成因及來(lái)源、氣田形成及分布關(guān)系提供有效信息[1-2]。

目前，大量文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于四川盆地震旦系—下古生界儲(chǔ)層瀝青的特性，包括瀝青成因、地球化學(xué)特征、生烴潛力等[3-7]。其次，對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層而言，酸壓改造是否成功與酸蝕裂縫導(dǎo)流能力密切相關(guān)。目前研究主要集中在所用酸液體系、注酸排量、儲(chǔ)層特性和裂縫閉合應(yīng)力[8-12]等方面。另外，針對(duì)儲(chǔ)層損害機(jī)理方面，現(xiàn)有研究多集中在儲(chǔ)層瀝青會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層有效孔隙度和滲透率的降低，增加儲(chǔ)層非均質(zhì)性，降低儲(chǔ)層品質(zhì)方面[13-17]。目前針對(duì)川中龍王廟組儲(chǔ)層瀝青特性及其對(duì)導(dǎo)流能力影響鮮有報(bào)道，不足以指導(dǎo)龍女寺地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層酸壓改造設(shè)計(jì)。因此，有必要對(duì)龍女寺地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層瀝青及其對(duì)導(dǎo)流能力的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究，以期完善對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層瀝青認(rèn)識(shí)，明確瀝青對(duì)酸壓改造效果的影響。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)所用的巖樣來(lái)自磨溪39井下寒武統(tǒng)龍王廟組儲(chǔ)層，其中，碎塊樣孔隙度分布為0.79%～3.25%，平均為1.53%；柱樣(直徑25.08 mm、長(zhǎng)度46.35 mm)孔隙度為1.45%，滲透率為0.609 mD。實(shí)驗(yàn)所用酸液為膠凝酸，配方為：20%HCl+2.5%高溫緩蝕劑+1%高溫緩蝕增效劑+1%轉(zhuǎn)向劑+3%膠凝劑+1%高溫鐵離子穩(wěn)定劑+1%助排劑+1%黏土穩(wěn)定劑。

2. 瀝青特性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.1 薄片觀察

利用Leica DM 2500P 型偏光顯微鏡對(duì)磨溪39井龍王廟組含瀝青儲(chǔ)層巖心進(jìn)行光學(xué)觀察，以明確瀝青產(chǎn)狀及充填情況。

2.2 瀝青提取及組分測(cè)試

利用同位素質(zhì)譜元素分析儀測(cè)試儲(chǔ)層瀝青碳同位素值以明確其來(lái)源；利用過(guò)量鹽酸對(duì)粉碎后儲(chǔ)層巖心進(jìn)行溶蝕，將不溶物過(guò)濾洗滌烘干，以此確定瀝青含量，并使用Bettersize2000E 激光粒度分布儀測(cè)試其粒徑；族組分分析使用四組分分析法。

2.3 瀝青反射率測(cè)試

通過(guò)使用MPV-SP顯微光度計(jì)測(cè)試瀝青反射率，以此分析瀝青成熟度。

3. 導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為明確酸壓后游離出來(lái)的瀝青對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響，利用裂縫導(dǎo)流儀對(duì)充填不同含量瀝青的巖心酸蝕裂縫進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試。首先將對(duì)基塊巖心進(jìn)行劈裂造縫，在測(cè)試溫度115℃，過(guò)酸時(shí)間60 s條件下過(guò)酸300 mL，測(cè)試酸蝕后裂縫導(dǎo)流能力，將提取出的儲(chǔ)層瀝青均勻鋪置在酸蝕后的巖心裂縫面上，充填瀝青含量依次為1%、3%、5%、6%，每做完一個(gè)瀝青含量將裂縫面上瀝青沖洗干凈后，在該巖心裂縫面上鋪置下一含量瀝青。利用式(1)計(jì)算鋪置瀝青的質(zhì)量。

m=LRHφρω

(1)

式中:m—鋪置瀝青質(zhì)量，g；L—巖心長(zhǎng)度，cm；R—巖心直徑，cm；H—縫寬，cm；φ—孔隙度，%；ρ—巖石密度，g/cm3；ω—瀝青含量，%。

圖1 儲(chǔ)層瀝青鏡下特征

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1. 瀝青空間分布特征

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層瀝青主要充填于縫合線(圖1a)、晶間孔(圖1b)、溶孔/洞內(nèi)(圖1c)；在單偏光顯微鏡下均呈現(xiàn)黑色，且均無(wú)熒光顯示(圖1d)；形狀主要為脈狀、條帶狀、斑點(diǎn)狀及多邊形狀，部分瀝青邊緣清晰，棱角分明。

依照鏡下觀察結(jié)果統(tǒng)計(jì)瀝青平均含量(瀝青鏡下面積占比),如圖2。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知：巖心面孔率為0.5%～3%，平均為1.69%；瀝青鏡下含量為3%～13%，平均含量為6.38%。其中，溶孔中充填1.69%的瀝青，縫合線內(nèi)充填3.56%，晶間孔充填1.13%；瀝青主要充填于擴(kuò)溶縫合線中，次為晶間孔和溶孔中；擴(kuò)溶縫合線中瀝青含量一般為2%～6%；溶孔中分布較少，但由于空間較大，儲(chǔ)集瀝青十分可觀，瀝青含量最大可達(dá)11%。

圖2 鏡下瀝青含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2. 瀝青地球化學(xué)特征

2.1 瀝青含量及族組分分析

前人研究表明,對(duì)比儲(chǔ)層固體瀝青與烴源巖的碳同位素值是分析其來(lái)源的有效方法[18]。此次分析的瀝青樣品的碳同位素值在-34.4‰～-30.1‰，平均值為-32.7‰，與下寒武統(tǒng)烴源巖干酪根同位素值[4](-36.6‰～-31.7‰)具有很好的可比性，表明龍女寺龍王廟組儲(chǔ)層瀝青來(lái)源于下寒武統(tǒng)烴源巖。

通過(guò)過(guò)量鹽酸溶蝕確定儲(chǔ)層瀝青含量，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提取出的瀝青呈黑色粉末狀，平均粒徑為39.36 μm，龍王廟組巖心瀝青質(zhì)量含量分布為2.16%～3.64%，平均值為2.71%；瀝青體積占比為4.70%～7.94%，平均值為5.90%(圖3)，遠(yuǎn)大于孔隙度。

實(shí)驗(yàn)表明，龍王廟中瀝青氯仿瀝青A含量偏低，為0.001%～0.012%，平均值為0.004%，具有典型焦瀝青性質(zhì)。其中，飽和烴含量為7.14%～21.82%，平均值為16.43%；芳烴含量為1.39%～26.92%，平均值為5.21%；膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量為58.98%～85.72%，平均值為78.36%。

在之前實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出儲(chǔ)層瀝青平均含量(質(zhì)量占比)為2.71%，此次利用氯仿抽提出的瀝青平均值(質(zhì)量占比)為0.004%。由此可知，儲(chǔ)層瀝青高成熟度碳質(zhì)瀝青含量(質(zhì)量占比)為2.706%，近乎所有儲(chǔ)層瀝青均為碳質(zhì)瀝青，占儲(chǔ)層瀝青的99.85%。

圖3 巖心儲(chǔ)層瀝青質(zhì)量與體積占比

2.2 瀝青成熟度分析

由于四川盆地下古生界寒武系龍王廟組地層鏡質(zhì)組缺乏，本文通過(guò)測(cè)定儲(chǔ)層瀝青的反射率來(lái)分析其成熟度，利用式(2)將Rb換算為Ro[19]，根據(jù)式(3)計(jì)算相應(yīng)最高地層溫度[20]。

Ro=0.3364+0.6569Rb

(2)

式中:Ro—鏡質(zhì)體反射率，%；Rb—瀝青反射率，%。

lnRo=0.0078Tmax-1.2

(3)

式中:Ro—鏡質(zhì)體反射率，%；Tmax—最高地層溫度，℃。

圖4 反射率隨深度變化關(guān)系

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖4)可知，磨溪地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層瀝青反射率隨埋深增加而變大，范圍為3.75%～4.17%，平均值為4.05%；換算后的鏡質(zhì)體反射率為2.80%～3.08%，平均值為3.00%；根據(jù)式(3)計(jì)算最高地溫為286℃～298℃，高于油藏原油開(kāi)始裂解的溫度(160℃～190℃)[21]。表明其是古油藏原油裂解成氣的殘留物，且成熟度相對(duì)偏高，處于過(guò)成熟階段，屬熱演化成因的焦瀝青類(lèi)。

3. 瀝青對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響

薄片觀察發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中的瀝青占據(jù)儲(chǔ)層的部分儲(chǔ)集空間和優(yōu)勢(shì)滲流通道，破壞儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，不僅會(huì)減小儲(chǔ)層的孔隙度，還會(huì)大幅度減低儲(chǔ)層滲透率，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層物性及氣井產(chǎn)能。此外，極低的氯仿瀝青含量表明該儲(chǔ)層瀝青在常規(guī)有機(jī)溶劑中近乎不溶，使用常規(guī)的有機(jī)溶劑并不能將其溶解去除，一旦利用常規(guī)溶劑不能去除，酸化后游離出的瀝青將對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力產(chǎn)生何種影響將直接影響酸壓改造效果。

為此，利用裂縫導(dǎo)流儀對(duì)充填不同含量瀝青的巖心酸蝕裂縫進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試，根據(jù)式(4)計(jì)算裂縫導(dǎo)流能力。

(4)

式中:Kw—裂縫導(dǎo)流能力，μm2·cm；Q—液體流量，mL/s；μ—液體黏度，mPa·s；L—巖心長(zhǎng)度，cm；Δp—巖心兩端壓力差，MPa。

本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程，巖石密度為2.65 g/cm3，模擬縫寬為300 μm，充填瀝青含量依次為1%、3%、5%、6%，依照式(1)計(jì)算出所需鋪置瀝青的質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖5)，隨酸蝕裂縫中充填瀝青含量增加，裂縫導(dǎo)流能力逐漸下降。當(dāng)閉合壓力為5 MPa，充填瀝青含量依次為1%、3%、5%和6%時(shí)，導(dǎo)流能力從初始的205 μm2×cm依次降為48.57 μm2×cm、30.80 μm2×cm、23.60 μm2×cm和4.91 μm2×cm，導(dǎo)流能力損害程度依次為76.31%、84.98%、88.49%和97.61%；當(dāng)閉合壓力為70 MPa，充填瀝青含量依次為1%、3%、5%和6%時(shí)，導(dǎo)流能力從初始的12.66 μm2×cm依次降為4.60 μm2×cm、1.62 μm2×cm、1.40 μm2×cm和0.18 μm2×cm，導(dǎo)流能力損害程度依次為63.67%、87.20%、88.94%和98.58%。

圖5 不同含量瀝青對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

對(duì)導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)后的裂縫表面瀝青分布(圖6)觀察發(fā)現(xiàn)，瀝青多聚集充填在裂縫溝槽內(nèi)，堵塞了裂縫導(dǎo)流通道進(jìn)而造成嚴(yán)重裂縫導(dǎo)流能力損害。充填瀝青隨流體在裂縫通道內(nèi)流動(dòng)，可能在低流速區(qū)沉積造成堵塞；而高流速區(qū)內(nèi)多個(gè)尺寸小于縫寬的瀝青微粒亦可能架橋形成橋塞，尺寸大于縫寬的瀝青微粒也會(huì)造成封堵(圖7)。一旦橋塞形成，將降低裂縫導(dǎo)流能力，進(jìn)而影響測(cè)試產(chǎn)量。

圖6 導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)后裂縫表面瀝青分布情況

圖7 瀝青在裂縫中的滯留模式

三、結(jié)論

(1)儲(chǔ)層瀝青主要以脈狀、條帶狀、斑點(diǎn)狀及多邊形狀充填于縫合線、晶間孔、溶孔/洞內(nèi)，占據(jù)儲(chǔ)層的部分儲(chǔ)集空間和優(yōu)勢(shì)滲流通道，破壞儲(chǔ)層孔縫結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層物性及氣井產(chǎn)能；部分瀝青邊緣清晰，棱角分明；且在熒光顯微鏡下均無(wú)熒光顯示。

(2)龍女寺地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層瀝青質(zhì)量含量分布為2.16%～3.64%，平均值為2.71%；瀝青體積占比為4.698%～7.942%，平均值為5.896%；儲(chǔ)層瀝青是古油藏原油熱演化產(chǎn)物，源于下寒武統(tǒng)烴源巖，且成熟度相對(duì)偏高，處于過(guò)成熟階段，屬熱演化成因的焦瀝青類(lèi)。

(3)導(dǎo)流能力損害程度與瀝青含量呈正相關(guān)。酸壓改造后游離的瀝青將在酸蝕裂縫內(nèi)形成橋塞，堵塞裂縫導(dǎo)流通道，降低裂縫導(dǎo)流能力，進(jìn)而降低氣井產(chǎn)量。