龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏水鎖影響因素分析及保護(hù)措施*

牟漢生

(中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林長春 130062)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高，清潔能源的需求量正在逐年增大，其中天然氣資源作為一種清潔能源，近年來受到越來越多的關(guān)注。我國的天然氣資源儲(chǔ)量豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國累計(jì)已探明的天然氣資源儲(chǔ)量在10×1012m3以上，其中非常規(guī)天然氣資源的儲(chǔ)量約占40%[1-4]。非常規(guī)天然氣資源與常規(guī)油氣資源相比，勘探開發(fā)難度較大，其儲(chǔ)層往往具有低孔、低滲、高含水飽和度以及低含氣飽和度的特點(diǎn)，通常需要壓裂等增產(chǎn)措施才能獲得工業(yè)開采價(jià)值,并且在勘探開發(fā)過程中，隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易對儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的水鎖損害[5-11]。

龍鳳山地區(qū)某氣藏的火石嶺組屬于典型的火山巖地層，縱橫向疊置關(guān)系復(fù)雜，儲(chǔ)層物性較差，在鉆井、完井和壓裂增產(chǎn)措施過程中，極易受到外流體的污染，產(chǎn)生嚴(yán)重的水鎖損害，對氣井的產(chǎn)能造成嚴(yán)重的影響[12-15]。因此，在該地區(qū)火山巖氣藏的勘探開發(fā)過程中，需要對水鎖損害的因素進(jìn)行深入的研究，分析影響水鎖效應(yīng)的重要因素，進(jìn)而提出針對性的防水鎖措施和建議。筆者以龍鳳山地區(qū)某火山巖氣藏為研究對象，通過水鎖損害試驗(yàn)評價(jià)了不同因素對目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害的影響，并通過優(yōu)選高效防水鎖劑，提出有效的防水鎖措施建議，為龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏的高效開發(fā)提供一定的參考。

1 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)概況

目標(biāo)區(qū)塊位于松遼盆地中央坳陷區(qū)南部的長嶺斷陷位，是松遼盆地南部面積最大、天然氣資源最豐富的斷陷，面積約7 240 km2，盆地基底最大埋深超過8 000 m。龍鳳山氣田整體上呈一北東向展布的鼻狀構(gòu)造；有登婁庫、營城、沙河子和火石嶺等4套含油氣層系，其中營城組，尤其是營三段和營四段，為目前勘探開發(fā)的重點(diǎn)層系。下部沙河子組為區(qū)內(nèi)氣藏的主力烴源巖層系，深部火石嶺組為由多個(gè)火山機(jī)構(gòu)組合的火山巖地層，縱橫向疊置關(guān)系復(fù)雜。該斷陷天然氣資源豐富，已在下白堊統(tǒng)營城組火山巖中和登婁庫組發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣流。目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段屬于典型的火山巖地層，儲(chǔ)層物性較差，具有低孔、低滲以及高含水飽和度的特點(diǎn)，在勘探開發(fā)過程中隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易引發(fā)儲(chǔ)層水鎖損害。

2 水鎖損害影響因素分析

2.1 試驗(yàn)方法

水鎖損害影響因素試驗(yàn)方法如下：①選取龍鳳山地區(qū)儲(chǔ)層段天然巖心，將巖心進(jìn)行洗油烘干處理，并測定其初始?xì)鉁y滲透率和孔隙度；②采用濕氮?dú)怛?qū)替的試驗(yàn)方法將上述巖心分別建立不同的初始含水飽和度，再采用脈沖式滲透率測量裝置測定不同含水飽和度下巖心的氣測滲透率，以此作為初始滲透率K1；③將巖心繼續(xù)采用抽真空飽和的方式飽和不同的試驗(yàn)流體，時(shí)間為24 h；④再使用干氮?dú)怛?qū)替巖心，模擬返排，驅(qū)替壓力選擇為4 MPa，并再次使用脈沖式滲透率測量裝置測定驅(qū)替不同時(shí)間后巖心的滲透率變化情況，直到滲透率穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定時(shí)滲透率K2，并計(jì)算水鎖損害率D=(K1-K2)/K1；⑤改變不同試驗(yàn)條件，繼續(xù)重復(fù)上述試驗(yàn)步驟，考察不同因素對水鎖損害率的影響。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.2.1 初始含水飽和度的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評價(jià)了不同初始含水飽和度(10%，15%，20%，25%，30%，35%)條件下巖心的水鎖損害率，試驗(yàn)流體均為模擬地層水(礦化度均為25 040 mg/L)，試驗(yàn)用巖心滲透率均為0.35×10-3μm2左右，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 巖心初始含水飽和度對水鎖損害的影響

由圖1可見：隨著巖心初始含水飽和度的不斷增大，水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，即巖心初始含水飽和度越小，水鎖損害率就越大。當(dāng)巖心初始含水飽和度為10%時(shí)，最終的水鎖損害率可以達(dá)到80%以上；而當(dāng)巖心初始含水飽和度增大至35%時(shí)，最終的水鎖損害率可以降低至55%以下。這是由于在其他試驗(yàn)條件均相同的情況下，巖心的初始含水飽和度越小，其與束縛水飽和度之間的差值就越大，因此，最終的水鎖損害率就越大。

2.2.2 滲透率的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評價(jià)了不同滲透率巖心對水鎖損害率的影響，試驗(yàn)流體均為模擬地層水，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可見：隨著巖心滲透率的不斷增大，水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，即巖心的滲透率越大，水鎖損害率就越小。當(dāng)巖心滲透率為0.08×10-3μm2時(shí)，水鎖損害率可以高達(dá)80%左右，而當(dāng)巖心滲透率增大至5.64×10-3μm2時(shí)，水鎖損害率則可以降低至35%以下。這是由于當(dāng)巖心滲透率越大時(shí)，其孔隙連通性往往較好，水相在孔隙中的返排就相對容易，從而可以有效地降低水鎖損害程度。

圖2 巖心滲透率對水鎖損害的影響

2.2.3 黏土礦物含量的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評價(jià)了巖心中不同黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對水鎖損害率的影響，試驗(yàn)流體均為模擬地層水，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對水鎖損害的影響

由圖3可見：隨著巖心中黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，水鎖損害率也逐漸增大。當(dāng)黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%時(shí)，水鎖損害率較低，為40%左右；而當(dāng)黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至16.8%時(shí)，水鎖損害率則增大至80%以上。這是因?yàn)閹r石中黏土礦物的存在會(huì)充填在儲(chǔ)層孔隙和滲流通道中，對其造成一定的堵塞，減少了流體滲流的空間，使水相不易返排，從而造成水鎖損害程度的增加。

2.2.4 試驗(yàn)流體類型的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評價(jià)了不同試驗(yàn)流體對水鎖損害率的影響，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，其中不同類型的壓裂液均為壓裂液濾液，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可見：不同試驗(yàn)流體對儲(chǔ)層段天然巖心水鎖損害率的影響較大，其中使用胍膠壓裂液作為試驗(yàn)流體時(shí)水鎖損害率最大，可以達(dá)到85%左右，而使用清潔壓裂液和滑溜水壓裂液作為試驗(yàn)流體時(shí)，水鎖損害率最較小，分別為55.8%和50.3%。這是由于胍膠壓裂液中含有的聚合物成分較多，黏度稍大，且殘?jiān)^多，從而容易對巖心孔隙造成堵塞，影響水相返排，造成水鎖損害程度增大；而清潔壓裂液和滑溜水壓裂液中含有一定量的表面活性物質(zhì)，表面張力較低，且其黏度較小，殘?jiān)枯^少，從而能夠降低水相返排時(shí)的阻力，達(dá)到降低水鎖損害率的目的。因此，在目標(biāo)區(qū)塊火山巖氣藏采取壓裂施工措施時(shí)，應(yīng)盡可能選擇對儲(chǔ)層水鎖損害較小的清潔壓裂液體系或者滑溜水壓裂液體系。

圖4 試驗(yàn)流體類型對水鎖損害的影響

3 水鎖損害防治措施研究

3.1 高效防水鎖劑優(yōu)選

使用模擬地層水配制不同類型、不同濃度的防水鎖劑溶液，以表面張力為評價(jià)指標(biāo)，室內(nèi)使用全自動(dòng)表面張力儀對不同類型的防水鎖劑進(jìn)行了評價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 防水鎖劑質(zhì)量濃度對表面張力的影響

由圖5可見：當(dāng)模擬地層水中防水鎖劑質(zhì)量濃度不斷增大時(shí)，溶液的表面張力值逐漸降低，其中高效防水鎖劑LFSY-2的效果最好，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，就能將水溶液的表面張力值降低至21 mN/m以下，表面活性較好，效果明顯優(yōu)于其他3種防水鎖劑。因此，推薦選擇LFSY-2作為龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏的高效防水鎖劑。

3.2 防水鎖效果評價(jià)

按照2.1中的試驗(yàn)方法，將3.1中優(yōu)選的高效防水鎖劑LFSY-2加入到模擬地層水中作為試驗(yàn)流體，以此評價(jià)不同濃度高效防水鎖劑LFSY-2對目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害率的影響，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2左右，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 高效防水鎖劑LFSY-2的防水鎖效果

由圖6可見：隨著模擬地層水中高效防水鎖劑LFSY-2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，巖心的水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。當(dāng)高效防水鎖劑LFSY-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，水鎖損害率可以降低至20%左右，達(dá)到了良好的防水鎖效果；再繼續(xù)增大高效防水鎖劑LFSY-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，水鎖損害率基本不再變化。因此，在龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏勘探開發(fā)過程中，推薦在入井流體中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高效防水鎖劑LFSY-2，最大限度地降低水鎖損害對氣井產(chǎn)能造成的影響。

4 結(jié)論

龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏儲(chǔ)層段屬于典型的火山巖地層，儲(chǔ)層物性較差，具有低孔、低滲以及高含水飽和度的特點(diǎn)，在勘探開發(fā)過程中隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易引發(fā)儲(chǔ)層水鎖損害。通過水鎖損害試驗(yàn)評價(jià)了不同因素對目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害的影響，并通過優(yōu)選高效防水鎖劑，評價(jià)了其防水鎖效果。

1)水鎖損害影響因素試驗(yàn)結(jié)果表明：巖心的初始含水飽和度越低、滲透率越低、黏土礦物含量越高，水鎖損害率就越高；試驗(yàn)流體類型對水鎖損害程度的影響較大，胍膠壓裂液濾液的水鎖損害率最高，而滑溜水壓裂液的水鎖損害率最低。

2)高效防水鎖劑LFSY-2能夠大幅度降低模擬地層水的表面張力，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，可使水溶液的表面張力值降低至21 mN/m以下；模擬地層水中加入高效防水鎖劑LFSY-2后，可使巖心的水鎖損害率大幅降低，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，水鎖損害率可以降低至20%左右，起到了良好的防水鎖效果。