鄂爾多斯盆地東部致密碳酸鹽巖儲層傷害因素分析

林光榮，林鑫，邵創(chuàng)國，羅麗榮，高崇凱，劉秋蘭

（1.長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018；2.長慶油田分公司采油十廠，甘肅 慶城 745100；3.長慶油田分公司采油五廠，陜西 西安 710201）

鄂爾多斯盆地東部白云巖儲層分布穩(wěn)定，含氣普遍，但儲層致密且非均質(zhì)性強，試氣產(chǎn)量較低。在超低滲透、致密油氣藏的實驗中，使用SY/T5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》行業(yè)標準［1］進行儲層的敏感性評價存在以下問題：1）速敏實驗中，按標準設置流速（0.1 mL/min），壓力往往超過壓力梯度（2.0 MPa/cm），最終評價是無速敏，無法真實反應樣品的實際情況；2）酸敏和堿敏實驗中，按標準驅(qū)替注入酸液和堿液很難完成0.5~1.0倍孔隙體積，且實驗時間較長，影響實驗的評價時效；3）所有實驗都采用恒速法，這樣實驗壓力很高，實驗不安全。該行業(yè)標準只適用于空氣滲透率大于1.0 mD的儲層，對于超低滲透、致密儲層就不適用。因此，針對致密儲層的特點，實驗進行了一些改進（①采用恒壓法，避免恒速法產(chǎn)生壓力過高，無法實現(xiàn)速敏評價實驗；②對于氣藏速敏評價實驗，采用氣體作為評價介質(zhì)，更加接近實際儲層；③酸敏和堿敏實驗，采用烘干巖心和飽和酸、堿液，使酸、堿液與巖心充分反應，更好地評價儲層的酸敏和堿敏），以期建立一套致密儲層傷害評價方法，系統(tǒng)分析該地區(qū)儲層各種傷害因素。

1 儲層特征

鄂爾多斯盆地東部發(fā)育含膏云坪、白云巖坪沉積微相，儲集巖類分為4類，分別是（含）硬石膏結(jié)核白云巖、角礫白云巖（滲流粉砂充填）、細粉晶白云巖、砂屑云巖。敏感性礦物含量少，從各巖性平均孔隙度統(tǒng)計可以看出，（含）硬石膏結(jié)核白云巖平均孔隙度和滲透率最高，分別為5.06%和0.88 mD，其次為滲流粉砂白云巖，平均孔隙度和滲透率分別為2.9%和0.52 mD，細粉晶白云巖孔隙度和滲透率最低，僅為0.17%和0.09 mD。儲層儲集空間類型以晶間（溶）孔、膏?？诪橹?，其次為微裂縫。儲層整體致密，局部發(fā)育較高滲儲層。由于沉積環(huán)境的影響，含水飽和度較低，為10%~20%，整個區(qū)域內(nèi)無邊底水。

2 儲層傷害因素

儲層開采過程中，常與外來的水、酸和堿溶液接觸，這些溶液進入儲層，與儲層發(fā)生反應，產(chǎn)生各種物質(zhì)，堵塞氣體的滲流通道，同時，開采的工作制度的不同，也會在近井地帶產(chǎn)生應力敏感，造成滲流能力下降，最終影響儲層的產(chǎn)能［2-4］。實驗用水采用標準鹽水，礦化度50 g/L，通過儲層傷害評價實驗，研究影響儲層滲流能力的因素。

2.1 氣藏開采速度

氣藏的開采速度過大，會造成顆粒運移，堵塞喉道，同時，開采速度過大產(chǎn)生賈敏效應，造成滲流能力減小，最終使產(chǎn)能下降。如果放大壓差生產(chǎn)，在近井地帶產(chǎn)生應力敏感，使得孔喉變小，最終也會使產(chǎn)能下降［5-7］。通過速敏和應力敏感實驗研究該區(qū)儲層開采速度對儲層滲流能力的影響。

2.1.1 速敏實驗

以往評價氣藏速敏實驗都是用地層水作為評價介質(zhì)，為了更好地接近實際情況研究氣藏的速敏性，本次研究采用氣體作為評價介質(zhì)。

從圖1速敏實驗曲線可知，隨著氣體流速的增加，氣體相對滲透率明顯下降，平均速敏指數(shù)為0.62，屬于中等偏強速敏，氣體滲透率越小，速敏越強，主要是孔喉越小，部分顆粒運移造成氣體流動通道堵塞，滲流能力下降，相對滲透率普遍降低。

2.1.2 應力敏感實驗

當儲層被打開，壓力就會發(fā)生變化，隨著開采程度的增加，孔隙壓力變小，孔喉所受凈壓力也會變化，特別是近井地帶，生產(chǎn)壓差過大會產(chǎn)生大的壓降，儲層中的裂縫和孔隙、喉道就會閉合，使流速變小，產(chǎn)量降低。

圖1 速敏實驗曲線

由圖2應力敏感實驗和表1可知，當儲層平均凈壓力達到24.0 MPa時，儲層平均最大傷害率為42.55%，儲層應力敏感屬于中等偏弱，當凈壓差恢復到初始狀態(tài)時，滲透能力恢復到71.60%，儲層基本上是彈性變形。當儲層存在裂縫時（如m141，馬五13），儲層具有較強的應力敏感性，當凈壓差達到25.7 MPa時，氣體滲透率傷害達到67.16%，屬于中等偏強敏感，當凈壓差恢復到初始狀態(tài)時，它的滲流能力恢復只有39.27%。說明儲層為塑性變形，裂縫閉合后，當凈壓差恢復到初始值時，裂縫不能張開。

圖2 應力敏感實驗曲線

表1 應力敏感實驗數(shù)據(jù)表

從速敏和應力敏感看，開采速度過大，會造成摩阻壓力變大，滲流能力下降，同時在近井地帶產(chǎn)生應力敏感，滲流能力也會下降。

2.2 入井流體的酸、堿性

儲層開采時，或多或少接觸酸性、堿性液體，這些外來液體容易造成儲層傷害，嚴重時可能造成儲層產(chǎn)量急劇下降，所以在儲層開采時，就要系統(tǒng)的評價入井酸、堿液對儲層的傷害程度。

2.2.1 酸敏實驗

此次酸敏實驗選擇了2種酸液，分別是室內(nèi)評價常用的15%HCl和現(xiàn)場使用的有機復合酸，通過對比酸化前后滲透率，來判別儲層的酸敏性。

圖3A為注15%HCl前后滲透率變化直方圖，由圖可知，儲層對HCl反應比較弱，有2塊樣品是弱酸敏，3塊樣品滲流能力得到改善，平均液體滲透率從0.023 3 mD增至0.028 1 mD，增幅不大；平均酸敏指數(shù)為-0.53。樣品的溶蝕率大小不一，平均為13.59%，這與儲層所含的酸溶物的多少有關(guān)。

圖3 注酸前后滲透率變化直方圖

有機復合酸是氣田現(xiàn)場常用的一種施工酸液，圖3B為注有機復合酸前后滲透率變化直方圖，由此可知，儲層對有機復合酸反映較強烈，樣品的滲流能力均得到改善，溶蝕率都比較接近，溶蝕率平均為9.8%，當溶蝕的產(chǎn)物排出來時，滲透率明顯增大，平均液體滲透率從0.067 9 mD增至0.132 mD，酸敏指數(shù)為-14.57，滲流能力得到較大改善。從巖心酸反應前后樣品外觀照片看，樣品有很強烈的溶蝕現(xiàn)象，巖心有很多酸溶物質(zhì)（圖4）。

圖4 注酸樣品圖

2.2.2 堿敏實驗

儲層開采時也同樣會受到堿液的污染傷害，如鉆井液、儲層措施的工作液，它們接觸儲層時，會滲入到儲層里，與儲層中的礦物發(fā)生反應，產(chǎn)生沉淀，堵塞儲層，影響產(chǎn)量。

此次研究采用2種堿液（PH8-9堿液和PH12-13堿液）進行儲層傷害評價，結(jié)果如表2所示，由表可知，儲層對堿液反應不強，滲流能力幾乎沒有傷害，個別樣品滲透率變大，儲層屬于無堿敏。

表2 堿敏實驗數(shù)據(jù)表

2.3 外來水

對于氣藏，外來水是最大的傷害因素，水一旦進入氣藏，很難排出，尤其是致密氣藏。大部分氣藏的親水性都很強，水進入氣藏后進入孔喉，會在顆粒表面形成水膜，縮小氣體的滲流通道，影響氣體的滲流能力，這種外來水很難排出［2，8］。所以，需要研究水對該類儲層的傷害情況，同時，分析不同類型的儲層可動水有多少，能夠排出多少。

2.3.1 水鎖實驗

水鎖評價實驗就是分析儲層不同飽和水狀態(tài)下氣體的滲流能力，同時分析儲層可動水和束縛水的含量，及束縛水狀態(tài)下滲流能力的傷害程度。巖心中水的可動空間是根據(jù)氣驅(qū)水實驗，當壓力改變后，驅(qū)出來的水就是巖心中水的可動空間。束縛水飽和度是依據(jù)氣水相滲實驗，當巖心見氣后，沒有水流出，就可認定巖心中的水就是飽和束縛水，孔隙體積減去產(chǎn)出水體積除以孔隙體積就是束縛水飽和度。

從圖5水鎖實驗可知，儲層隨著含水飽和度的降低，滲流能力增強。由表3可知，研究區(qū)水的可動流體空間比較低，平均為31.00%，束縛水飽和度平均為68.48%，可動水最小傷害率平均為86.52%，說明外來水對儲層的傷害比較嚴重，應有效預防外來水的進入。

圖5 水鎖實驗曲線

表3 水鎖傷害實驗數(shù)據(jù)

2.3.2 滲吸實驗

滲吸實驗是分析巖石在沒有外力作用下，靠巖石自身的毛管力，能吸入多少水。用干燥后的巖心在常壓下放入地層水中，隨著時間的變化稱其重量，計算巖石中含水飽和度，實驗發(fā)現(xiàn)，儲層巖石靠自身毛管壓力可以吸水，自吸水平均含水飽和度可達70.2%，平均吸水速度0.000 77 mL/min，說明儲層有一定的親水性（圖6）。

圖6 滲吸時間與含水飽和度曲線

2.3.3 水敏實驗

水敏實驗是評價外來水進入儲層后，儲層含鹽的原始狀態(tài)情況，儲層中的粘土礦物是否保持原始狀態(tài)，是否會膨脹、疏松，在外力作用下是否會遷移堵塞孔喉［2，8-9］。從圖7水敏實驗發(fā)現(xiàn)，隨著地層水礦化度的降低，巖樣相對滲透率減小，說明儲層存在水敏特性，從儲層水敏指數(shù)看，儲層屬于無水敏-弱水敏。

圖7 水敏實驗曲線

2.3.4 鹽敏實驗

鹽敏實驗，鹽敏是水敏的另一種表現(xiàn)形式，主要分析外來水進入儲層后，引起儲層孔隙中的粘土礦物膨脹、松散情況，找出儲層的臨界鹽度。從圖8鹽敏實驗發(fā)現(xiàn)，隨著注入鹽水的礦化度降低，儲層巖石的相對滲透率也開始下降，當鹽水的礦化度下降為地層水一半之后，儲層巖石相對滲透率變化很小，該儲層屬于弱鹽敏，臨界鹽度平均大于18.8 g/L，與水敏相同，儲層對水中的礦化度敏感比較弱。

圖8 鹽敏實驗曲線

2.4 鉆井液及濾液

為了探索更多儲層傷害因素，對接觸儲層的鉆井液和濾液進行傷害評價實驗。通過對現(xiàn)場鉆井液傷害實驗發(fā)現(xiàn)，由于儲層致密孔喉半徑小，鉆井液中的固體顆粒物質(zhì)很難進入儲層的孔隙中，在表面形成泥餅，進入儲層中的是鉆井液和濾液，這些濾液進入儲層后，打破儲層原有的平衡，會使儲層孔隙中的粘土松散、運移，堵塞儲層，影響氣體的滲流，造成產(chǎn)量下降［10-16］。

將已知的巖樣裝入流程，測試巖樣注鉆井液前鹽水的滲透率，取出巖樣浸泡在鉆井液中反應，然后清除巖樣表面的鉆井液，將巖樣裝入流程，測試與鉆井反應后鹽水的滲透率，從表4鉆井液傷害實驗看，巖心經(jīng)過鉆井液的浸泡，鹽水滲透率有所下降，平均傷害指數(shù)為0.30，屬于弱傷害。從樣品個體看，儲層越好，泥漿侵入造成的傷害越大。

表4 鉆井液對巖心傷害實驗

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1）氣藏開采速度過大，會造成摩阻壓力變大，滲流能力下降，同時在近井地帶產(chǎn)生應力敏感，滲流能力也會下降。

2）酸液對儲層滲流能力有一定的改善，特別是復合有機酸對滲流能力有較大提高；堿液反應較弱，基本滲流能力沒有改變。

3）儲層最大的傷害因素是外來水，可動水飽和度較低，外來水一旦進入儲層，很難排出。儲層在無外力作用下靠毛管壓力可以吸水，平均含水飽和度可達70.2%，親水性較強。儲層對水中的礦化度不敏感，屬于無水敏和弱鹽敏。鉆井液和濾液對儲層的傷害比較弱，屬于弱傷害。

3.2 建議

此類致密氣藏在開發(fā)過程中，遇到裂縫發(fā)育地帶，注意開采速度；由于儲層中含有較多的酸溶物質(zhì)，可用復合有機酸改善滲流通道，提高單井產(chǎn)量；在各種施工過程中，盡量避免外來水進入儲層，造成儲層二次傷害，降低滲流通道，影響單井產(chǎn)量。