渤中34-9油田儲層敏感性評價

陳建宏，魏颯颯，余建生，王志超，趙海建，陳 龍

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津300452；3.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

渤中34-9油田東營組三段和沙河街組儲層砂巖主要由石英、鉀長石、斜長石和粘土礦物組成，粘土礦物主要以伊利石、伊蒙混層和高嶺石為主并含少量綠泥石。這些敏感性礦物存在于油氣層中孔隙表面、喉道等處，處于與外來流體優(yōu)先接觸的位置［1-2］。由于敏感性礦物的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定區(qū)間狹小，在鉆井、完井、井下作業(yè)等作業(yè)過程中，當(dāng)外來流體侵入油氣層后，都可能發(fā)生不同程度的地層損害，其結(jié)果是使油氣天然生產(chǎn)能力或注入能力下降，即發(fā)生油氣層損害［3-4］。對外來流體的儲層保護(hù)效果進(jìn)行研究，提高滲透率恢復(fù)值，能夠有效減少儲層傷害。

1 儲層特征

渤中34-9構(gòu)造位于黃河口凹陷東洼向萊北低凸起過渡的斜坡帶（見圖1），目前主要目的層為東三段和沙河街油層，油源充足，油氣運(yùn)移活躍，總體呈現(xiàn)復(fù)式成藏特征。

圖1 渤中34-9油田區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Location of the Bozhong 34-9 Oilfield regional structure

1.1 巖石學(xué)特征

通過砂巖粘土礦物總量和常見非粘土礦物X衍射定量分析，東營組、沙河街組砂巖各層組主要由石英石、鉀長石、斜長石和粘土礦物組成，從上到下間含不等量或少量方解石、菱鐵礦、黃鐵礦、硬石膏、鐵白云石、輝石、重晶石和石鹽等礦物（見表1）。

表1 東營組、沙河街組粘土礦物總量和常見非粘土礦物含量Table 1 Total content of clay minerals and composition of common non-clay minerals in Dongying and Shahejie formation

1.2 孔滲特性

根據(jù)測井資料分析，渤中34-9油田東三段儲層屬于中孔高滲砂巖油藏，沙河街組儲層屬于中孔中滲砂巖油藏（見表2）。

表2 渤中34-9東三段和沙河街組儲層滲透率Table 2 Permeability parameters of reservoirs in Dongsan part and Shahejie formation at Bozhong 34-9 Oilfield

1.3 流體特性

東三段、沙河街儲層原油為輕質(zhì)低粘原油，地飽壓差大。東三段和沙一段地面原油密度0.850～0.855 t/m3，原油性質(zhì)為輕質(zhì)油，從淺到深流體性質(zhì)變好。東三段和沙河街組地層水礦化度不高，均為碳酸鈉水型（見表3）。

表3 渤中34-9地層水參數(shù)Table 3 Formation water parameters at Bozhong 34-9

2 儲層敏感性評價

儲層巖樣的流動實(shí)驗(yàn)是儲層敏感性評價程序的關(guān)鍵部分，根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價方法》（SY/T 5358—2010）規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［5］，通過巖樣與各種流體接觸時滲透率的變化，直觀、定量地評價儲層的敏感程度。利用渤中34-9油田東三段儲層巖心（見表4）進(jìn)行敏感性評價試驗(yàn)研究和敏感性損害機(jī)理分析，結(jié)合相關(guān)資料和研究成果，分析火成巖發(fā)育油田開發(fā)井過程中儲層保護(hù)問題，提出預(yù)防和減少侵害的合理化建議。

表4 實(shí)驗(yàn)巖心基礎(chǔ)參數(shù)Table 4 Basic parameters of experimental cores

2.1 流速敏感性評價

流速敏感性是指入井各類流體在儲層中流動時，流動速度變化引起儲層微粒運(yùn)移、堵塞孔隙喉道等，造成儲層巖石滲透率下降的現(xiàn)象［6］。通過不同注入速度向巖心中注入實(shí)驗(yàn)流體（氣體、煤油或地層水，見表5、表6），得到與滲透率變化的關(guān)系（圖2～5），并找出滲透率明顯下降的臨界流速，判斷油氣層巖心對流速的敏感性。

圖2 1號巖心地層水速敏曲線Fig.2 No.1 core formation water velocity sensitivity curve

表5 模擬地層水流速敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Experimental data of water velocity sensitivity evaluation for simulated formation

表6 煤油速敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 6 Experimental data of kerosene velocity sensitivity evaluation

由流速敏感性引起的滲透率變化率Dvn按下式進(jìn)行計算：

圖3 2號巖心地層水速敏曲線Fig.3 No.2 core formation water velocity sensitivity curve

圖4 1號巖心煤油速敏曲線Fig.4 No.1 core kerosene velocity sensitivity curve

圖5 2號巖心煤油速敏曲線Fig.5 No.2 core kerosene velocity sensitivity curve

式中：Dvn——不同流速所對應(yīng)的巖樣滲透率變化率，%；Kn——巖樣滲透率（實(shí)驗(yàn)中不同流速下所對應(yīng)的），10-3μm2；Ki——初始滲透率（實(shí)驗(yàn)中最小流速下所對應(yīng)的），10-3μm2。

由表5可知，根據(jù)注入速度與滲透率的變化關(guān)系，1號、2號巖心水速敏損害率分別為42.68%、18.38%，損害程度為中等偏弱和弱，臨界流速25.78 m/d。

由表6可知，根據(jù)注入速度與滲透率的變化關(guān)系，油速敏損害程度分別為24.28%、17.55%，油速敏損害程度為弱，臨界流速33.95 m/d。

2.2 水敏感性評價

油氣層中的粘土礦物在原始的地層條件下與地層水處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。當(dāng)較低礦化度的注入水進(jìn)入儲層后會引起粘土水化膨脹、分散，使得滲流通道發(fā)生改變，導(dǎo)致地層滲透率降低［7-8］。膨脹的粘土礦物占據(jù)許多孔隙空間，非膨脹粘土的礦物釋放許多微粒，因此水敏感性實(shí)驗(yàn)的目的在于評價產(chǎn)生粘土膨脹微粒運(yùn)移時引起儲層巖石滲透率變化率的最大程度。影響儲層水敏感性傷害程度的因素與粘土礦物的種類和含量有關(guān)，還取決于粘土礦物在地層中的分布形態(tài)及地層的孔隙結(jié)構(gòu)特征等。通過向巖心中注入不同礦化度淡水，得到與滲透率變化關(guān)系，找出發(fā)生水敏的條件及水敏引起的油氣層損害程度（見圖6、圖7，表7），以便為現(xiàn)場確定合理的入井流體礦化度提供依據(jù)。

圖6 1號巖心水敏感性曲線Fig.6 No.1 core water sensitivity curve

圖7 2號巖心水敏敏感性曲線Fig.7 No.2 core water sensitivity curve

表7 水敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 7 Data of water sensitivity evaluation experiment

從以上評價數(shù)據(jù)可知，儲層2塊巖心水敏損害率分別為10.96%、35.48%，損害程度為弱和中等偏弱。要防止粘土等易水敏礦物因水化膨脹和分散運(yùn)移造成儲層傷害。

2.3 鹽敏感性評價

儲層敏感性傷害中鹽敏感性是較為普遍的一種，儲層礦物對注入水的離子類型、離子強(qiáng)度及成分很敏感，進(jìn)而導(dǎo)致儲層礦物膨脹或分散、運(yùn)移，并使儲層巖石滲透率降低，這與水敏傷害機(jī)理類似。鹽敏感性評價實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖橇私鈨拥V物在接觸不同礦化度流體時，其滲透率的下降規(guī)律［9］。通過向巖心中注入不同礦化度鹽水（見表8），得到與滲透率的變化關(guān)系（見圖8、圖9）。

表8 鹽敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 8 Data of salt sensitivity evaluation experiment

圖8 1號巖心鹽度敏感性曲線Fig.8 No.1 core salt sensitivity curve

圖9 2號巖心鹽度敏感性曲線Fig.9 No.2 core salt sensitivity curve

由鹽度變化引起的巖樣滲透率變化率Dsn為：

式中：Dsn——不同礦化度鹽水對應(yīng)的巖樣滲透率變化率，%；Kn——巖樣滲透率（不同礦化度鹽水對應(yīng)的），10-3μm2；Ki——初始滲透率（初始測試流體所對應(yīng)巖樣的滲透率），10-3μm2。

從以上評價數(shù)據(jù)可知，當(dāng)?shù)貙铀疂舛戎饾u升高時，巖心滲透率變化率分別為21.61%、4.96%，損害程度為弱；當(dāng)?shù)貙铀臐舛戎饾u降低時，巖心滲透率變化率分別為9.44%、33.29%，損害程度為弱和中等偏弱，臨界礦化度為7041.0 mg/L。從實(shí)驗(yàn)巖心的鹽敏曲線看出，隨著礦化度的降低，巖心滲透率有一定的降低，但影響不是很大。

2.4 堿敏感性評價

堿敏感性是指各種入井堿液與儲層中的礦物反應(yīng)，堵塞孔隙喉道，造成儲層滲透率下降的現(xiàn)象。進(jìn)入儲層的各種堿液pH值過高或過低，都會造成與儲層的不配伍問題。堿敏實(shí)驗(yàn)的目的在于了解泥漿、水泥漿等堿性工作液進(jìn)入儲層后，對儲層傷害大小，同時找到發(fā)生堿敏的臨界pH值，為各類工作液的設(shè)計提供依據(jù)［10］。通過向巖心中注入不同礦化度pH值鹽水（見表9），得到與滲透率變化的關(guān)系（見圖10、圖11），根據(jù)滲透率的變化來評價堿敏損害程度，找出堿敏損害發(fā)生的條件。

圖10 1號巖心堿度敏感性曲線Fig.10 No.1 core alkali sensitivity curve

圖11 2號巖心堿度敏感性曲線Fig.11 No.2 core alkali sensitivity curve

表9 堿敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 9 Data of alkali sensitivity evaluation experiment

由以上評價數(shù)據(jù)可知，臨界pH值約為11.5，隨著pH值升高，滲透率有一定的下降趨勢。

2.5 酸敏感性評價

酸敏感性礦物及儲層流體與酸液發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生化學(xué)沉淀或凝膠，亦或破壞巖石原有結(jié)構(gòu)，加劇流速敏感，并最終降低滲透率［11］。酸敏感性評價實(shí)驗(yàn)的目的是研究各種酸液的酸敏程度，了解酸液與儲層流體配伍性，是否會對地層透率造成影響，為尋求更為有效的酸化處理方法并對現(xiàn)場施工工藝過程提供科學(xué)依據(jù)。

通過向巖心中注入一定濃度的鹽酸（15%HCl）和 土 酸（12%HCl+3%HF）的 敏 感 實(shí) 驗(yàn)［12］（見 表10），得到與滲透率變化的關(guān)系（見圖12、圖13），根據(jù)滲透率的變化來評價酸敏損害程度，找出酸敏損害發(fā)生的條件。

圖12 1號巖心酸度敏感性曲線Fig.12 No.1 core acid sensitivity curve

圖13 2號巖心酸度敏感性曲線Fig.13 No.2 core acid sensitivity curve

表10 酸敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 10 Data of acid sensitivity evaluation experiment

酸敏損害率Dac為巖石接觸酸液前后的滲透率或有效滲透率之差與接觸酸前的滲透率或有效滲透率之比，即：

式中：Dac——酸敏損害率，%；Ki——初始損害率（酸液處理前實(shí)驗(yàn)流體所對應(yīng)巖樣的滲透率），10-3μm2；Kacd——酸液處理后實(shí)驗(yàn)流體對應(yīng)的巖樣滲透率，10-3μm2。

由以上數(shù)據(jù)可知，土酸損害程度略高于鹽酸，兩者均為中等偏弱傷害程度。另外，注入酸后，巖心滲透率有所下降，說明酸與巖心中的礦物組分發(fā)生了反應(yīng)，生成了堵塞孔道的物質(zhì)［13］。

2.6 壓力敏感性評價

隨著儲層內(nèi)部流體不斷被開采，儲層孔隙壓力降低，儲層巖石內(nèi)部力學(xué)平衡狀態(tài)被打破，巖石發(fā)生彈性或塑性變形，也就是造成巖石的壓縮或拉伸，這種變化將影響到流體在其中的滲流［14］。儲層性質(zhì)、孔隙中流動介質(zhì)性質(zhì)、孔隙壓力變化規(guī)律等均是影響應(yīng)力敏感性的因素［15］。通過向巖心中施加不同的上覆壓力（見表11），得到與滲透率變化的關(guān)系（見圖14、圖15），根據(jù)滲透率的變化來評價壓力敏感性的損害程度，找出壓力敏感性損害發(fā)生的條件。

圖15 2號巖心壓力敏感性曲線Fig.15 No.2 core stress sensitivity curve

表11 壓力敏感性評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 11 Data of stress sensitivity evaluation experiment

圖14 1號巖心壓力敏感性曲線Fig.14 No.1 core stress sensitivity curve

由以上數(shù)據(jù)可知，隨覆壓增大，巖心滲透率降低。要預(yù)防壓力敏感發(fā)生，應(yīng)注意開采后期地層壓力下降帶來的壓力損害。

3 結(jié)論及建議

（1）渤中34-9油田東三段和沙河街組儲層存在長石、粘土礦物（以伊利石、伊蒙混層、高嶺石為主，含少量綠泥石）等堿敏、水敏、速敏和酸敏礦物。

（2）通過儲層巖心敏感性研究結(jié)果顯示，儲層存在中等偏弱至弱的水速敏損害，臨界流速25.78 m/d；存在弱的油速敏損害，臨界流速33.95 m/d；存在中等偏弱至弱的水敏和鹽敏損害，臨界礦化度為7041.0 mg/L；存在中等偏弱的鹽酸和土酸酸敏損害；存在弱堿敏損害，臨界pH值約為11.5；存在弱的壓力敏感損害。

（3）儲層主要損害因素為水速敏、水敏、鹽敏和酸敏，高流速下存在微粒運(yùn)移，水相流體礦化度的下降會帶來巖心滲透率的下降，酸性流體進(jìn)入會造成礦物溶蝕和孔喉堵塞，因此后期開發(fā)應(yīng)注意控制合理生產(chǎn)壓差，入井流體應(yīng)保持合理抑制性，如采取酸化和注水等措施，應(yīng)充分考慮酸敏和速敏及水敏傷害。