S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層特征及損害因素分析

姚 倩,許 峰

(1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100；2.江漢油田 石油工程技術(shù)研究院，湖北 武漢430000)

隨著常規(guī)油氣資源的不斷消耗，非常規(guī)油氣資源受到越來越多的關(guān)注。其中致密氣資源作為一種非常規(guī)油氣資源，在世界能源結(jié)構(gòu)中的位置愈發(fā)重要。與常規(guī)油氣儲(chǔ)層相比，非常規(guī)油氣儲(chǔ)層往往具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，并且儲(chǔ)層孔喉細(xì)小，連通性差，發(fā)育較多的微裂縫，非均質(zhì)性較強(qiáng)，在勘探開發(fā)過程中極易受外部因素的影響而對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重?fù)p害，這就對(duì)非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)提出了更高的要求[1-6]。

在致密砂巖氣藏開發(fā)過程中通常存在較嚴(yán)重的水敏以及水鎖損害現(xiàn)象，這已成為制約致密砂巖氣藏高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)的重要因素[7-12]。因此，有必要針對(duì)致密砂巖氣藏儲(chǔ)層開展儲(chǔ)層損害因素分析，找出儲(chǔ)層潛在的主要損害因素，為致密砂巖氣藏的穩(wěn)定開發(fā)提供保障。作者在分析S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層特征的基礎(chǔ)上，通過巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)開展水敏、應(yīng)力敏、酸敏以及水鎖損害評(píng)價(jià)，以確定儲(chǔ)層損害的主要因素。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 儲(chǔ)層巖性特征

S區(qū)塊位于塔里木盆地東北部，儲(chǔ)層段巖石類型主要以巖屑砂巖為主，長(zhǎng)石含量較少，部分為長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖性整體較為穩(wěn)定，顆粒較粗。粘土礦物含量在12.95%～26.64%之間，平均含量為19.82%，且粘土礦物以伊/蒙混層(平均相對(duì)含量49.92%)、綠泥石(平均相對(duì)含量21.62%)和伊利石(平均相對(duì)含量16.91%)為主，高嶺石和蒙脫石含量相對(duì)較少(表1)，說明儲(chǔ)層可能存在較強(qiáng)的水敏和酸敏損害。

表1 儲(chǔ)層粘土礦物含量分布

1.2 儲(chǔ)層孔隙特征

巖石鑄體薄片實(shí)驗(yàn)、壓汞實(shí)驗(yàn)以及掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，S區(qū)塊儲(chǔ)層孔隙類型主要以粒間溶孔為主，含有少量的粒內(nèi)溶孔、泥質(zhì)微孔以及鑄膜孔等，并且部分儲(chǔ)層發(fā)育較多的微裂縫。儲(chǔ)層排驅(qū)壓力較高，平均為1.08 MPa，表現(xiàn)為典型的低滲透儲(chǔ)層分布特征；儲(chǔ)層中值半徑在0.02～2.84 μm之間，平均為0.15 μm，屬于微細(xì)孔道類型；儲(chǔ)層平均分選系數(shù)在1.74左右，分選性較差，儲(chǔ)層孔喉分布差異較大，且比較分散，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

1.3 儲(chǔ)層物性特征

統(tǒng)計(jì)分析了S區(qū)塊內(nèi)65塊巖心的儲(chǔ)層孔隙度和滲透率。結(jié)果表明，S區(qū)塊儲(chǔ)層段孔隙度主要分布在1%～10%之間(圖1)，平均為6.5%；滲透率主要分布在0.01×10-3～1×10-3μm2之間(圖2)，平均為0.351×10-3μm2，表現(xiàn)為低孔、低滲的特征，屬于典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

圖1 儲(chǔ)層孔隙度分布Fig.1 Distribution of reservoir porosity

圖2 儲(chǔ)層滲透率分布Fig.2 Distribution of reservoir permeability

1.4 儲(chǔ)層流體特征

S區(qū)塊致密砂巖氣藏地層水礦化度分布在8 540～15 753 mg·L-1之間，平均約為12 520 mg·L-1，水型主要為CaCl2型，含有一定量的鈣離子、鎂離子、硫酸根以及碳酸氫根離子，具有一定的結(jié)垢趨勢(shì)。

2 儲(chǔ)層損害因素分析

2.1 水敏損害

基于以上儲(chǔ)層特征分析，S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層為主，還含有一定量的蒙脫石，儲(chǔ)層段可能存在潛在水敏損害。選用S區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長(zhǎng)度均為7.0 cm，室內(nèi)參照石油與天然氣行業(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》進(jìn)行水敏損害評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖3。

圖3 水敏損害評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Results of water-sensitivity damage evaluation

由圖3可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)用水礦化度的降低，巖心滲透率逐漸下降，當(dāng)?shù)V化度降至0時(shí)，1#和2#巖心的滲透率損害率分別為80.70%和79.93%，均為強(qiáng)水敏，臨界礦化度均為7 500 mg·L-1。這是由于，儲(chǔ)層段粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層為主。因此，在S區(qū)塊致密砂巖氣藏勘探開發(fā)過程中應(yīng)注意避免水敏損害。

2.2 應(yīng)力敏損害

在致密砂巖氣藏衰竭式開發(fā)過程中，隨著地層中流體的不斷產(chǎn)出，地層壓力逐漸減小，而由于地層上覆壓力不變，導(dǎo)致儲(chǔ)層的有效應(yīng)力不斷升高，可能會(huì)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生一定的應(yīng)力敏損害。選用S區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長(zhǎng)度均為7.0 cm，室內(nèi)參照石油與天然氣行業(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》進(jìn)行應(yīng)力敏損害評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖4。

圖4 應(yīng)力敏損害評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Results of stress-sensitivity damage evaluation

由圖4可以看出，在升壓過程中，隨著圍壓的升高，巖心滲透率逐漸下降，當(dāng)圍壓升至20 MPa時(shí)，3#和4#巖心的滲透率損害率分別達(dá)到81.82%和79.17%，均為強(qiáng)應(yīng)力敏；在降壓過程中，隨著圍壓的降低，巖心滲透率逐漸升高，但最終的升幅小于升壓過程中的降幅，當(dāng)圍壓低至2.5 MPa時(shí)，3#和4#巖心的滲透率損害率仍為40%左右，說明S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的應(yīng)力敏損害。

2.3 酸敏損害

S區(qū)塊儲(chǔ)層段粘土礦物中含有較多的綠泥石，因此，在致密砂巖氣藏儲(chǔ)層酸化增產(chǎn)施工過程中可能引起一定的酸敏損害。選用S區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長(zhǎng)度均為7.0 cm，室內(nèi)參照石油與天然氣行業(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》進(jìn)行酸敏損害評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)用酸液類型分別為鹽酸和土酸，結(jié)果見表2。

表2 酸敏損害評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2可以看出，S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層天然巖心注入不同類型的酸液后，滲透率均出現(xiàn)一定程度的下降。注入鹽酸后，5#和6#巖心的滲透率損害率分別為59.94%和39.66%，酸敏程度分別為中等偏強(qiáng)和中等偏弱；而注入土酸后，7#和8#巖心的滲透率損害率分別為39.34%和50.70%，酸敏程度分別為中等偏弱和中等偏強(qiáng)。說明S區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的酸敏損害，在酸化增產(chǎn)作業(yè)過程中，應(yīng)采取一定的措施防止酸敏損害。

2.4 水鎖損害

致密砂巖氣藏儲(chǔ)層孔隙細(xì)小，且連通性往往較差，在勘探開發(fā)過程中極易受到外來流體的干擾而產(chǎn)生嚴(yán)重的水鎖損害。選用S區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長(zhǎng)度均為7.0 cm，參照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 1832-2015《致密氣儲(chǔ)層水鎖傷害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行水鎖損害評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。

由表3可以看出，9#和10#巖心經(jīng)過水鎖損害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)后，滲透率大幅下降，其滲透率損害率分別為81.18%和83.65%，均為強(qiáng)水鎖損害。這是由于，致密砂巖氣藏儲(chǔ)層物性較差，具有低孔隙度、低滲透率以及低含水飽和度的特點(diǎn)，極易通過毛細(xì)管自吸作用吸收大量的外來流體，使其滯留在微小的孔隙中，從而對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的水鎖損害。因此，在S區(qū)塊致密砂巖氣藏勘探開發(fā)過程中應(yīng)選擇合適的工作流體，以最大限度地降低水鎖損害程度，確保致密砂巖氣藏的高效合理開發(fā)。

表3 水鎖損害評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

(1)塔里木盆地S區(qū)塊屬于典型的致密砂巖氣藏儲(chǔ)層，儲(chǔ)層段巖石以巖屑砂巖為主，粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層、綠泥石和伊利石為主；儲(chǔ)層孔隙類型主要以粒間溶孔為主，排驅(qū)壓力較高，中值半徑較?。粌?chǔ)層平均孔隙度為6.5%，平均滲透率為0.351×10-3μm2；地層水水型為CaCl2型，平均礦化度約為12 520 mg·L-1。

(2)儲(chǔ)層損害因素分析結(jié)果表明，S區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層具強(qiáng)水敏、強(qiáng)應(yīng)力敏、中等偏弱至中等偏強(qiáng)酸敏及較強(qiáng)的水鎖損害特點(diǎn)，水鎖損害程度在80%以上。

(3)建議在S區(qū)塊致密砂巖氣藏勘探開發(fā)過程中，選擇合適的鉆完井工藝、酸化壓裂工藝、工作流體以及合理的生產(chǎn)壓差，以避免造成嚴(yán)重的敏感性損害以及水鎖損害，從而保障致密砂巖氣藏的高效穩(wěn)定開發(fā)。