生屑灰?guī)r油藏顆粒傷害與孔喉結(jié)構(gòu)配伍性

汪周華，趙華臻，朱光亞，李茜瑤，郭平，景明強(qiáng)

（1.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；2.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠，山東 濱州 256600；3.中國石油勘探開發(fā)研究院中東所，北京 100083）

0 引言

伊拉克是世界上石油儲(chǔ)量最豐富的國家之一[1]?，F(xiàn)有勘探成果表明，伊拉克已探明石油儲(chǔ)量中約有70%分布在白堊系碳酸鹽巖儲(chǔ)層中[1-2]，包括上白堊統(tǒng)的 Sa′di組、Hartha 組、Khasib 組以及中白堊統(tǒng)的Mishrif組[3-4]。 其中，Mishrif組約占該國白堊系油藏總地質(zhì)儲(chǔ)量的40%及總石油地質(zhì)儲(chǔ)量的近30%[5-6]。研究區(qū)眾多巖心樣品的孔隙度與氣測滲透率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：Mishrif組顆?；?guī)r孔隙度主要分布在18%～25%，滲透率分布在 40×10-3～600×10-3μm2；泥粒灰?guī)r的孔隙度主要分布在23%～28%，滲透率分布在3×10-3～12×10-3μm2[7]。 針對(duì) Mishrif組儲(chǔ)層，目前以大規(guī)模的注水開發(fā)為主[8]，但由于其儲(chǔ)層厚度較大且非均質(zhì)性較強(qiáng)，導(dǎo)致水竄現(xiàn)象嚴(yán)重，且當(dāng)下研究僅局限于油藏孔隙結(jié)構(gòu)特征，不能結(jié)合現(xiàn)階段的注水開發(fā)提出指導(dǎo)性意見。因此，為合理開發(fā)中東地區(qū)生屑灰?guī)r油藏，對(duì)影響儲(chǔ)層滲流能力的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究，并對(duì)注入水中懸浮物顆粒的儲(chǔ)層傷害能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

恒速壓汞技術(shù)在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)方面有著廣泛的應(yīng)用。前人根據(jù)恒速壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)鄂爾多斯盆地、大慶油田、吐哈油田、克拉瑪依油田等地區(qū)的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行過詳細(xì)的研究[9-15]。同時(shí)，眾多學(xué)者對(duì)懸浮物顆粒的儲(chǔ)層傷害也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[16-25]。肖佃師等[14]結(jié)合恒速壓汞與核磁共振檢測技術(shù)，得到了致密砂巖全孔徑范圍內(nèi)的孔隙分布。張鵬等[15]應(yīng)用恒速壓汞技術(shù)研究了定邊長7致密砂巖儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層物性與孔隙半徑的相關(guān)性差，而與喉道半徑的相關(guān)性較好。高建崇等[16]通過對(duì)岐口17-2油田主力注水層位的壓汞數(shù)據(jù)分析，獲得了主流喉道半徑，并通過注入水中顆粒粒徑與喉道的配伍性研究，得到注入水中懸浮物顆粒粒徑應(yīng)小于主流喉道直徑的1/8。本文基于恒速壓汞實(shí)驗(yàn)與顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究了影響中東地區(qū)生屑灰?guī)r儲(chǔ)層滲流能力的主要因素以及注入水中懸浮物顆粒質(zhì)量濃度與粒徑的上限，最后分析了注入水中懸浮物顆粒粒徑的上限值與滲透率貢獻(xiàn)峰值處所對(duì)應(yīng)的喉道半徑的相關(guān)性。

1 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器及設(shè)備

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)設(shè)備為美國coretest ASPE730型恒速壓汞儀，包括注射泵與巖心夾持器，系統(tǒng)整體速率精度達(dá)到了 1×10-6mL/s。

1.2 材料

實(shí)驗(yàn)巖心取自H油田Mishrif組，樣品長度為6.0 cm，直徑為3.8 cm，相關(guān)物性參數(shù)見表1。

1.3 步驟

1）恒速壓汞儀開機(jī)，預(yù)熱；2）輸入巖樣信息，包括孔隙度、滲透率、密度、外觀體積和孔隙體積等參數(shù)；3）抽真空2 h，設(shè)置恒速進(jìn)汞速度，待壓力達(dá)到6.21 MPa時(shí)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

表1 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)巖心物性參數(shù)

1.4 結(jié)果與分析

1.4.1 巖心的孔喉分布特征

巖心的孔隙半徑分布特征如圖1所示。由圖1可以看出，不同孔滲的巖心樣品，其孔隙半徑分布曲線形態(tài)相近，皆為單峰、近正態(tài)。巖樣的孔隙半徑分布均在100～300 μm，主峰孔隙分布頻率一般超過22%。

圖1 Mishrif組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙半徑分布

巖心的喉道半徑分布特征如圖2所示。由圖2可以看出，不同于孔隙半徑的集中分布，喉道半徑分布曲線形態(tài)變化較大。當(dāng)滲透率小于20×10-3μm2時(shí)，喉道半徑分布曲線呈現(xiàn)單峰、偏細(xì)態(tài)，峰值偏高，分布頻率在25%以上，喉道半徑分布較集中；當(dāng)滲透率大于20×10-3μm2時(shí)，峰值降低，喉道半徑分布偏向均勻。

圖2 Mishrif組碳酸鹽巖儲(chǔ)層喉道半徑分布

從數(shù)值上看，Mishrif組的喉道半徑一般小于25.0 μm，峰值處的喉道半徑在1.1～12.5 μm。而隨著滲透率的增加，峰值向右偏移，且不斷降低。當(dāng)巖心滲透率小于20×10-3μm2時(shí)，峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑在3 μm以內(nèi)；當(dāng)巖心滲透率在 20×10-3～50×10-3μm2時(shí)，峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑在 3～8 μm； 當(dāng)滲透率大于 50×10-3μm2時(shí)，曲線出現(xiàn)多處峰值，主峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑在10 μm以內(nèi)，但大于10 μm時(shí)出現(xiàn)多個(gè)小峰值。這說明隨著巖心滲透率增加，大尺寸喉道在巖心中占比增加。

1.4.2 巖心的孔喉分布與物性的相關(guān)性

根據(jù)10塊巖心的恒速壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到每塊巖心的平均孔隙半徑、主流喉道半徑，并分別繪制與滲透率的散點(diǎn)圖（見圖3、圖4）。

圖3 滲透率與平均孔隙半徑的關(guān)系

圖4 滲透率與主流喉道半徑的關(guān)系

由圖3可以看出，滲透率與平均孔隙半徑相關(guān)性較差（R2＜0.1）。由此認(rèn)為，平均孔隙半徑不是影響H油田Mirshrif組儲(chǔ)層滲流能力的主要因素。

由圖4可以看出，滲透率與主流喉道半徑的相關(guān)性較好。滲透率越大，主流喉道半徑越大，主流喉道半徑是影響Mirshrif組儲(chǔ)層滲流能力的重要因素。因此，喉道半徑及分布是中東地區(qū)碳酸鹽巖油藏開發(fā)的關(guān)鍵因素。

2 懸浮物顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器及設(shè)備

主要包括Ruska全自動(dòng)泵（西南石油大學(xué)自主研發(fā)）、壓力傳感器、巖心夾持器等。

2.2 材料

實(shí)驗(yàn)巖心取自Mishrif組（直徑為3.8 cm，長度為6.4 cm），巖心物性參數(shù)如表2所示。水樣為根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)分析報(bào)告配制的地層水（礦化度為212 420 mg/L、CaCl2型）和注入水（礦化度為 1 580 mg/L、CaCl2型），注入水中所加入的懸浮物顆粒來自江蘇納微科技股份有限公司。

表2 懸浮物顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)巖心物性參數(shù)

2.3 步驟

1）分別配制含有相同質(zhì)量濃度（3 mg/L）和不同粒徑（1.5，5.0，10.0，20.0 μm）懸浮物顆粒的注入水；分別配制含有相同粒徑（5.0 μm）和不同質(zhì)量濃度（1，5，10，20，40 mg/L）懸浮物顆粒的注入水。

2）將巖心抽真空，飽和地層水，采用地層水驅(qū)替巖心，記錄巖心兩端的壓差、出口端流量，計(jì)算巖心有效滲透率。

3）使用含有懸浮物顆粒的注入水進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，每注入1 PV測試巖心的滲透率，累計(jì)注入20 PV后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2.4 結(jié)果與分析

2.4.1 懸浮物顆粒粒徑對(duì)巖心滲透率的影響

相同質(zhì)量濃度情況下，不同粒徑懸浮物顆粒對(duì)巖心滲透率的傷害程度如圖5所示。

圖5 不同粒徑懸浮物顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5可以看出，當(dāng)懸浮物顆粒粒徑為1.5，5.0，10.0，20.0 μm時(shí)，對(duì)巖心滲透率的傷害率分別為7.1%，8.3%，25.0%，31.3%。當(dāng)懸浮物顆粒質(zhì)量濃度為3 mg/L、粒徑小于10 μm時(shí)，滲透率傷害率會(huì)出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，并不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)傷害；而當(dāng)顆粒質(zhì)量濃度不變、粒徑大于10 μm時(shí)，懸浮物顆粒會(huì)對(duì)巖心滲透率產(chǎn)生不可逆的傷害。

隨著懸浮物顆粒粒徑的增大，巖心的滲透率傷害越嚴(yán)重。當(dāng)懸浮物顆粒粒徑為1.5，5.0 μm時(shí)，流量以及滲透率傷害率表現(xiàn)為起伏波動(dòng)的變化，原因在于喉道處顆粒聚集，又在壓力下被注入水沖散；當(dāng)粒徑為10.0，20.0 μm時(shí)，由于懸浮物顆粒粒徑的增大，接近于巖心喉道直徑，喉道處的顆粒不易被沖散，喉道被堵塞，滲流通道減少，導(dǎo)致滲透率降低。

2.4.2 懸浮物顆粒質(zhì)量濃度對(duì)巖心滲透率的影響

相同懸浮物顆粒粒徑情況下，不同質(zhì)量濃度顆粒對(duì)巖心滲透率的傷害程度如圖6所示。由圖6可以看出：當(dāng)懸浮物顆粒質(zhì)量濃度為 1，5，10，20，40 mg/L 時(shí)，巖心滲透率的傷害率分別為7.14%，14.29%，20.00%，35.71%，53.70%。當(dāng)懸浮物顆粒粒徑為5.0 μm、質(zhì)量濃度小于5 mg/L時(shí)，對(duì)滲透率不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)傷害；而當(dāng)質(zhì)量濃度大于5 mg/L時(shí)，懸浮物顆粒會(huì)對(duì)巖心滲透率產(chǎn)生不可逆的傷害。

圖6 不同質(zhì)量濃度懸浮物顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 喉道半徑與顆粒粒徑配伍關(guān)系

對(duì)主流喉道半徑、平均孔隙半徑以及滲透率貢獻(xiàn)峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑進(jìn)行整理后（見表3）可知，滲透率在 20×10-3～40×10-3μm2的巖心平均孔隙半徑主要分布在178.43～216.59 μm，而當(dāng)注入水中的懸浮物顆粒粒徑在1.5～20.0 μm時(shí)，顆粒很難通過堵塞孔隙，使得巖心滲流能力降低。巖心滲透率發(fā)生變化，原因在于懸浮物顆粒堵塞喉道，進(jìn)而造成巖心滲流能力降低。

由表3可以看出，巖心的主流喉道半徑存在一定的差異性，且全部小于10 μm，但從喉道對(duì)于滲透率的貢獻(xiàn)方面看，巖心滲透率貢獻(xiàn)峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑在11 μm左右。

表3 部分巖心的恒速壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) μm

由不同粒徑懸浮物顆粒的運(yùn)移實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)顆粒質(zhì)量濃度為3 mg/L、粒徑大于10 μm時(shí)，巖心容易產(chǎn)生不可逆的滲透率傷害。由此認(rèn)為，當(dāng)注入水中的懸浮物顆粒粒徑接近滲透率貢獻(xiàn)峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑時(shí)，生屑灰?guī)r油藏會(huì)產(chǎn)生不可逆的滲流能力下降現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）通過恒速壓汞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中東地區(qū)的生屑灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙半徑主要分布在100～300 μm，喉道半徑一般小于 25 μm，峰值處的喉道半徑在 1.1～12.5 μm。 喉道半徑分布是影響Mishrif組儲(chǔ)層滲流能力的重要因素，且隨著滲透率的增大，喉道半徑增大。

2）不同粒徑懸浮物顆粒的運(yùn)移實(shí)驗(yàn)表明，隨著注入水中懸浮物顆粒粒徑的增大，巖心的滲透率傷害率增加。在懸浮物顆粒質(zhì)量濃度為3 mg/L、粒徑大于10 μm情況下，注入水累計(jì)注入10 PV后，生屑灰?guī)r儲(chǔ)層會(huì)發(fā)生不可逆的滲透率傷害。

3）不同質(zhì)量濃度懸浮物顆粒的運(yùn)移實(shí)驗(yàn)表明，隨著注入水中懸浮物顆粒質(zhì)量濃度的增加，巖心的滲透率傷害率增加。在懸浮物顆粒粒徑5 μm、質(zhì)量濃度大于5 mg/L情況下，注入水累計(jì)注入15 PV后，生屑灰?guī)r儲(chǔ)層會(huì)發(fā)生不可逆的滲透率傷害。

4）對(duì)比恒速壓汞實(shí)驗(yàn)與顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在滲透率 20×10-3～40×10-3μm2的巖心中， 滲透率貢獻(xiàn)峰值處對(duì)應(yīng)的喉道半徑在11 μm左右，而當(dāng)懸浮物顆粒粒徑接近11 μm時(shí)，生屑灰?guī)r油藏會(huì)發(fā)生儲(chǔ)層滲流能力下降的現(xiàn)象。

5）中東地區(qū)生屑灰?guī)r油藏滲流能力的主要影響因素為喉道半徑及其分布，可考慮采取措施，降低低滲儲(chǔ)層注入水中的大粒徑懸浮物顆粒質(zhì)量濃度。