水源水對儲層的傷害與敏感性特征研究

陳朋飛(中法渤海地質(zhì)服務有限公司，天津 300450)

1 儲層巖性特征分析

1.1 物性分析

研究區(qū)儲層物性分析主要包括儲層的氣體滲透率、孔隙度、碳酸鹽含量等參數(shù)，是我們認識儲層性質(zhì)的基礎。

本次研究重點是查27區(qū)塊上宗巴音組層位。該區(qū)塊取心井查27-1井巖石物性分析資料(所取樣品分布在989.00～1 466.30 m井段)統(tǒng)計表明：查27-1井儲層物性縱向上均質(zhì)性較差。從外觀特征上可以看到部分樣品存在明顯的微裂縫和孔洞。其中孔隙度分布范圍為3.1%～30.2%，平均值為18.3%。氣體滲透率分布范圍為 0.063×10-3～2 250×10-3μm2，平均 209×10-3μm2。碳酸鹽含量分布范圍為2.4%～37.8%，平均7.19%。碳酸鹽含量大都在7%以下，占近90%。

1.2 孔隙結(jié)構分析

研究儲層的孔隙結(jié)構特征對分析儲層潛在損害的程度、確定入井流體懸浮顆粒粒徑標準、研究微粒運移損害的機理及影響因素等方面均具有重要意義。儲層的孔隙結(jié)構特征可以用排驅(qū)半徑、中值半徑、平均孔喉半徑、均質(zhì)系數(shù)、退汞效率等表征。壓汞分析實驗是研究儲層孔隙結(jié)構的重要手段[1]。

1.3 巖石礦物特征

巖石類型以細砂巖、不等粒砂巖為主。粒度標準偏差在1.00～2.00之間，粒度偏態(tài)值大都在0.3以上。該儲層巖石粒度分選性差，巖石粒度組成偏向于粗顆粒。膠結(jié)程度相對致密。巖石成分以石英為主。粘土礦物平均含量10%，粘土礦物成分以高嶺石為主，伊蒙混層及綠泥石含量偏高，一般在10%以上。

2 水源水對儲層的傷害及其敏感性特征分析

在鉆井、完井、注水過程中，水源水會對地層生不同程度的損害，有些損害是不可挽回的永久性的損害，一旦發(fā)生就無法進行修復。開展儲層敏感性評價的目的就是分析造成油氣層敏感損害的因素、損害程度，對癥下藥采取相應的保護措施。敏感性實驗一般依據(jù)中國石油天然氣總公司行業(yè)標準SY/T 5358—2002《儲層敏感性實驗評價方法》進行。

2.1 水流速敏感性評價

要進行儲層的速敏性研究，指的是儲層中各種微粒因流體流動速度增加引起的顆粒運移，并堵塞孔道而造成儲層滲透率下降的可能性及其程度。在完井、修井過程中，在地層流體的沖刷下，造成儲層中的微粒發(fā)生無序變位及其移動，就會堵塞孔喉，造成地層堵塞。當?shù)貙又辛黧w流動速度過大時，在反復沖刷下微粒發(fā)生位移，慢慢形成堵塞，導致滲透率出現(xiàn)不同程度的下降(如表1所示)。

表1 速敏性實驗評價結(jié)果

由試驗曲線可以看出，隨著注入流量的增加，速敏樣品的滲透率大都呈上升趨勢，最后結(jié)果比初始值略高。

試驗結(jié)果分析表明：(1)該儲層無速敏，不存在臨界流速。(2)分析曲線上升趨勢較明顯的兩塊樣品，主要是因為其平均孔喉半徑較大，一開始只有相對較大孔喉參與流動，隨流速增大，越來越多相對較小的孔喉也參與流動，樣品滲透率隨之升高。

2.2 水敏感性評價

水敏性指的是儲層中巖石與受到水源水混合或沖刷后產(chǎn)生地層滲透率降低的現(xiàn)象。研究人員根據(jù)現(xiàn)場提供的A區(qū)塊水資料，室內(nèi)配制了實驗用水對試驗巖心作了水敏評價試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實驗樣品基礎資料

試驗結(jié)果分析表明：(1)水敏損害程度為中等偏弱傷害，水敏指數(shù)為33.2～49.1，平均值為38.9；(2)實驗樣品的中等偏弱水敏特征主要與儲層中的水敏性礦物含量及分布位置有關。儲層巖石中存在部分水敏性礦物伊蒙混層，其絕對含量8%左右。電鏡資料顯示其孔喉充填物中也含有少量伊蒙混層。

2.3 酸敏感性評價

開展酸敏性研究的目的，是要研究水源水對地層滲透率下降程度的研究，指的是酸液進入儲層后與儲層的酸敏性礦物及儲層流體發(fā)生反應，產(chǎn)生沉淀或釋放出微粒，使儲層滲透率下降的現(xiàn)象。酸敏性實驗數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 酸敏感性實驗柱狀圖

由酸敏試驗柱狀圖可以看出，不管注鹽酸或土酸，儲層巖石滲透率基本都有不同程度的下降，下降幅度無明顯的規(guī)律。研究表明：(1)鹽酸酸敏指數(shù)為4.1～54.4，平均33.5；土酸酸敏指數(shù)為0～43.6，平均18.8?？傮w來看，酸敏損害程度為中等偏強。(2)酸敏的試驗結(jié)果應該與樣品所含酸敏性礦物含量的多少、分布的位置及酸-巖反應的時間長短有直接關系。由于儲層巖石中含有相當?shù)木G泥石、鐵方解石、菱鐵礦等酸敏性礦物，因此應盡量縮短酸-巖的反應時間，減少殘酸對儲層巖石的影響。

2.4 堿敏感性評價

堿敏性是指堿性工作液進入儲層后，與儲層巖石或儲層液體接觸，并使儲層滲流能力下降的現(xiàn)象。這也是一類伴隨化學反應的地層損害，但堿與地層巖石的反應程度比酸反應程度弱的多。巖石中的堿敏礦物與注入的堿液反應，一方面粘土礦物在堿性溶液中易于分散而造成損害(氫氧根增多，相應在粘土表面吸附增大，使粘土表面負電荷增多，從而使粘土礦物晶體間反力增大導致粘土更易水化膨脹分散，堵塞孔隙喉道)；另一方面堿液與粘土、碳酸鹽、硅鋁酸鹽等相互作用產(chǎn)生新生礦物，造成地層結(jié)垢，使?jié)B透率降低(如圖2所示)。

圖2 堿敏感性實驗曲線

由實驗結(jié)果可以看出，樣品隨注入巖心的氯化鉀溶液pH值升高，巖心滲透率基本變化不大，沒有明顯的臨界pH值。試驗結(jié)果分析表明：(1)堿敏損害程度為無或弱堿敏，堿敏指數(shù)為0～16.0，無臨界pH值；(2)從現(xiàn)場實際考慮，現(xiàn)場入井流體的pH值一般都會控制在10.0以內(nèi)，因此堿敏對該儲層的影響不大。

2.5 應力敏感性評價

應力敏感性是指由于在生產(chǎn)過程中孔隙壓力不斷下降，上覆巖層負荷應力與孔隙壓力之間的差值(即有效應力)可將砂巖基質(zhì)壓縮，而使?jié)B透率通道縮小，造成儲層滲透率降低的現(xiàn)象。正確評價儲層的應力敏感性程度，對正確選擇試油壓差、確定注水時機和確定合理的工作制度尤為重要[2]。

實驗程序：保持進口壓力值不變，把圍壓從預定的最低壓力開始逐步增加到預定的最高壓力，再逐步減壓至初始壓力，在此之間依次測定巖樣的滲透率。實驗結(jié)果可以看出，隨著作用在巖樣上的有效應力增加，巖樣滲透率下降幅度非常平緩，顯示儲層巖石對應力變化不敏感。

試驗結(jié)果分析表明：(1)儲層應力敏感性損害率為10.6%～23.0%，損害程度為弱傷害，無臨界應力。(2)巖石發(fā)生應力敏感性損害后即使減小有效應力也不能使巖石滲透率恢復到初始值。(3)應力敏感性不是儲層的主要傷害因素[3]。

3 結(jié)語

通過A區(qū)塊地區(qū)儲層敏感性試驗研究，可以得到以下4點結(jié)論：

(1)該儲層無速敏，不存在臨界流速。

(2)該儲層水敏程度為中等偏弱水敏，臨界礦化度為8 921 mg/L。綜合考慮鹽、水實驗結(jié)果，要得到較好的儲層保護效果，入井流體的礦化度最好不要過低。

(3)總體看，該儲層酸敏損害程度為中等偏強。由于儲層巖石中含有相當?shù)木G泥石、鐵方解石、菱鐵礦等酸敏性礦物，因此應盡量縮短酸-巖的反應時間，減少殘酸對儲層巖石的影響。

(4)該儲層堿敏程度為無或弱堿敏，無臨界pH值。儲層應力敏感性損害為弱傷害，無臨界應力。