西江23-1油田韓江組儲(chǔ)層敏感性評價(jià)

何婷婷，肖傳桃

(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

儲(chǔ)層損害是指在鉆井、完井、井下作業(yè)及油氣田開采全過程中，造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象。它不僅會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)油層的產(chǎn)能降低，甚至使儲(chǔ)層完全喪失產(chǎn)油能力；還會(huì)影響發(fā)現(xiàn)新的油氣層，給油田造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。因此在勘探開發(fā)過程中，對儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)是十分必要的。對于不同的油氣層，其儲(chǔ)集特征和導(dǎo)致?lián)p害的外部環(huán)境均有較大的區(qū)別，因此可能發(fā)生的損害機(jī)理和損害因素也不盡相同。因而對油氣層損害機(jī)理的研究是保護(hù)油氣層技術(shù)中一項(xiàng)必不可少的基礎(chǔ)工作。下面，筆者根據(jù)XJ23-1油田韓江組巖性、物性資料的綜合分析，對XJ23-1油田韓江組儲(chǔ)層主要損害因素進(jìn)行了初步的評價(jià)和診斷，并通過室內(nèi)研究對其主要損害機(jī)理和因素進(jìn)行探討，從而為該地區(qū)各種入井流體的設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。

1 儲(chǔ)層基本情況

1.1 油層分布

XJ23-1油田的含油層分布在上第三系中新統(tǒng)韓江組下部至珠海組中上部，埋深1326.0～1929.7m，含油層段長603.7m，鉆遇油層從上到下有H0、H000、HA、H1B、H2、H2A、H3和H3B等8個(gè)層。油層之間發(fā)育有一定厚度的穩(wěn)定泥巖，形成良好的儲(chǔ)蓋組合，使各油層具有各自的油水系統(tǒng)，形成多個(gè)獨(dú)立的油藏。

1.2 黏土含量

XJ23-1油田韓江組儲(chǔ)層的黏土礦物的含量變化較大，儲(chǔ)層具有一定的非均質(zhì)性。儲(chǔ)層的黏土礦物中以伊蒙混層(I/S)、伊利石(I)和高嶺石(K)為主，并且伴有少量的綠泥石(C)，其伊蒙混層占50%～60%，伊利石含量約20%，高嶺石含量在15%左右。總的來說該地區(qū)主力儲(chǔ)層黏土含量較低，但儲(chǔ)層內(nèi)具有一定的非均質(zhì)性，局部小層黏土礦物含量較高。

1.3 儲(chǔ)集空間

XJ23-1油田韓江組的儲(chǔ)集空間主要為砂巖孔隙，主要孔隙類型為原生粒間孔，孔隙連通性好，儲(chǔ)層孔隙發(fā)育，物性好，油層平均孔隙度為22.6%～33.0%，平均滲透率為460～3167mD，屬于中-高孔隙度、中-高滲透率儲(chǔ)集層。

2 儲(chǔ)層潛在損害因素和敏感性初步診斷

根據(jù)XJ23-1油田韓江組儲(chǔ)層巖性、物性資料整理和分析，該段儲(chǔ)層巖性疏松，膠結(jié)性差，孔隙發(fā)育，滲透性很好，分布差異較大。根據(jù)碎屑巖類儲(chǔ)集層的油田開發(fā)儲(chǔ)層分類判斷，其儲(chǔ)層主要為高孔、高滲儲(chǔ)層。黏土礦物主要為伊/蒙混層(I/S)>伊利石(I)>高嶺石(K)>綠泥石(C)。其中伊/蒙混層以及伊利石含量占絕大多數(shù)。由于伊蒙混層具有高的間層比(平均53%)，因此儲(chǔ)層可能具有較強(qiáng)的水敏性，儲(chǔ)層黏土礦物很容易水化膨脹，有可能由于水化膨脹造成疏松砂巖解體，從而造成微粒運(yùn)移，因此這將是儲(chǔ)層重要的敏感因素。伊利石含量較高，高嶺石含量也在13%左右，且有增加趨勢，是造成儲(chǔ)層速敏的主要原因。通過黏土微結(jié)構(gòu)的特征分析及黏土粒徑與孔喉尺寸的匹配關(guān)系表明，在低流速時(shí)地層即可釋放微粒，由于孔喉直徑大，產(chǎn)生的微粒不足以堵塞孔喉，因此可能會(huì)出現(xiàn)隨流速增加滲透率增大的現(xiàn)象，由于儲(chǔ)層巖性疏松、膠結(jié)性差，儲(chǔ)層表現(xiàn)出未膠結(jié)或弱膠結(jié)性。因此當(dāng)黏土等填隙物被解除后，砂粒將處于非膠結(jié)狀態(tài)。在油氣開采過程中，如果生產(chǎn)壓差過大，或流速增加，極有可能促發(fā)黏土分散運(yùn)移的作用，從而加劇儲(chǔ)層的出砂趨勢。

XJ23-1油田韓江組儲(chǔ)層中黏土礦物中含有綠泥石，綠泥石的存在則可能會(huì)使儲(chǔ)層具有酸敏性，它的均勻分布也會(huì)使得全油田范圍內(nèi)普遍存在酸敏的因素。

3 儲(chǔ)層敏感性試驗(yàn)研究

儲(chǔ)層敏感性采用儲(chǔ)層敏感性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2002《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法》[2]。

3.1 流速敏感性評價(jià)

速敏是指因流體速度變化而引起地層中微粒運(yùn)移，堵塞喉道，造成滲透率下降的現(xiàn)象。

圖1 XJ23-1-4井巖心單項(xiàng)鹽水流速敏感性評價(jià)結(jié)果 圖2 收集液體激光粒度分析結(jié)果

XJ23-1-4井巖心單項(xiàng)鹽水流速敏感性評價(jià)結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出，XJ23-1-4井巖心在單項(xiàng)鹽水流速敏感性評價(jià)中表現(xiàn)為隨著流量的增大，其水相滲透率也隨之增大，當(dāng)流量為2ml/min時(shí)滲透率的增加程度逐漸減緩。通過收集巖心出口端液體，用激光粒度儀檢測出驅(qū)出液中有固相粒子存在，從而證實(shí)了確實(shí)存在微粒運(yùn)移現(xiàn)象(見圖2)。室內(nèi)結(jié)果表現(xiàn)為無水流速敏損害，但考慮到出砂問題可能對儲(chǔ)層造成的損害，在完井作業(yè)中也必須考慮到防砂工藝措施。

對于膠結(jié)疏松的巖石，隨著流體注入速度增加，由于巖石膠結(jié)比較疏松，則微粒開始移動(dòng)。對于滲透率較高、孔隙度較大的樣品，由于孔喉半徑大，允許通過較多顆粒，運(yùn)移后沖出巖石端面，表現(xiàn)為滲透率不斷上升的趨勢；當(dāng)運(yùn)移微粒逐漸減少時(shí)，微粒沖出巖心或未堵塞喉道，則滲透率會(huì)逐漸趨于平穩(wěn)。若發(fā)生運(yùn)移的微粒尺寸相對于孔喉較大，數(shù)量多，則會(huì)在孔隙喉道處形成橋堵塞，造成滲透率下降。對于XJ23-1油田來說，由于儲(chǔ)層表現(xiàn)出來的未固結(jié)或弱固結(jié)性，因此存在較為嚴(yán)重的微粒運(yùn)移現(xiàn)象。在油氣開采過程中，如果生產(chǎn)壓差過大，或流速增加，極有可能促發(fā)黏土分散運(yùn)移的作用，從而加劇儲(chǔ)層的出砂趨勢。

3.2 水敏感性評價(jià)

地層中黏土礦物在原始地層條件下是處于一種含有一定礦化度的水環(huán)境中，當(dāng)?shù)M(jìn)入地層后，某些黏土礦物就會(huì)發(fā)生膨脹、分散，減少或堵塞地層的孔隙和喉道，造成滲透率的降低[3]。地層的這種遇淡水后降低滲透率的現(xiàn)象就稱為地層的水敏性，水敏試驗(yàn)的目的就是評價(jià)地層水敏性損害程度的大小。

表1 單項(xiàng)水敏感性試驗(yàn)結(jié)果

注： 滲透率降低百分?jǐn)?shù)是不同濃度的鹽水為介質(zhì)時(shí)巖心的滲透率與標(biāo)準(zhǔn)鹽水為介質(zhì)時(shí)巖心的滲透率的比值百分?jǐn)?shù)。

單項(xiàng)水敏感性試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，室內(nèi)采用標(biāo)準(zhǔn)鹽水代替模擬地層水時(shí)，地層巖心滲透率隨礦化度的降低而降低，當(dāng)?shù)V化度降到5000mg/L時(shí)，滲透率下降到初始值的92.6%，可以確定其臨界礦化度為5000mg/L。說明XJ23-1油田儲(chǔ)層巖心具有中等偏強(qiáng)的水敏性。

基于此，在鉆井過程中必須考慮到水敏可能造成的儲(chǔ)層損害，并提前做好措施。

3.3 酸敏感性評價(jià)

如果在完井過程中，井眼附近的地層受到了堵塞損害，或者地層滲透率較低，影響了原油流出，就需要進(jìn)行酸化處理以改善地層的孔隙結(jié)構(gòu)和連通狀況，以達(dá)到增產(chǎn)的目的。一方面，酸液對地層的孔隙有一定的溶蝕擴(kuò)大作用，它使地層滲透率增加。另一方面，酸液與地層中某些礦物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀將會(huì)造成地層的堵塞，這種堵塞就是地層的酸敏性。

表2 酸敏感性試驗(yàn)結(jié)果

酸敏感性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從2結(jié)果中可以看出，巖心在注酸后，滲透率均有明顯下降，儲(chǔ)層巖心的鹽酸酸敏指數(shù)為11.1，土酸酸敏指數(shù)為21.6，表現(xiàn)為中等偏弱的鹽酸敏感性損害。這與儲(chǔ)層黏土礦物中含有綠泥石有關(guān)，綠泥石中含有大量鎂、鐵離子，注酸后會(huì)產(chǎn)生膠體狀物質(zhì)或是沉淀，從而造成儲(chǔ)層孔隙堵塞[4-5]，使儲(chǔ)層具有酸敏性，它的均勻分布也會(huì)使得全油田范圍內(nèi)普遍存在酸敏的因素。

3.4 堿敏感性評價(jià)

在油氣井鉆、完井生產(chǎn)過程中，與地層接觸的流體中有些是呈堿性的。堿敏性是指堿性液體進(jìn)入地層后與地層中的堿敏性礦物發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致地層滲透率下降的現(xiàn)象。堿敏性評價(jià)試驗(yàn)的目的在于了解施工作業(yè)過程中對地層所用的堿性工作液是否會(huì)對地層產(chǎn)生傷害及傷害的程度，并找出產(chǎn)生堿敏的臨界PH值，以此為據(jù)設(shè)計(jì)合理的施工工藝。

表3 堿酸敏感性試驗(yàn)結(jié)果

堿酸敏感性試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，不同pH值的KCl鹽水對巖心滲透率影響不大，基本無損害。XJ23-1油田儲(chǔ)層巖心的堿敏指數(shù)為8.67，表現(xiàn)為極弱的堿敏性。根據(jù)油田關(guān)基礎(chǔ)資料，XJ23-1油田主力儲(chǔ)層段內(nèi)的黏土總量相對較低，但存在一定的非均質(zhì)性，并且伊利石含量較高，高嶺石含量也在13%左右，而對堿敏感的蒙脫石含量很少，這應(yīng)該是地層弱堿敏的原因之一。另外，地層水中也不存在堿性條件下易沉淀的高價(jià)金屬離子，這也是地層弱堿敏的因素之一。

3.5 應(yīng)力敏感性評價(jià)

目前應(yīng)力敏感性評價(jià)試驗(yàn)主要可用2種不同的方式進(jìn)行，一種是將圍壓保持恒定(如3.5 MPa)，逐漸增加驅(qū)替壓力以獲得不同的有效應(yīng)力(有效應(yīng)力逐漸減小)；另一種是將驅(qū)替壓力(即流量)保持恒定，逐漸增大圍壓以獲得不同的有效應(yīng)力(有效應(yīng)力逐漸增加)。筆者選用后一種方式。

應(yīng)力敏感性引起的滲透率損害率有2種計(jì)算方式：

(1)

(2)

表4 應(yīng)力敏感性試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)力敏感性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，在改變圍壓的情況下，隨著有效應(yīng)力的不斷增加，巖心的滲透率不斷下降，并且在降低有效應(yīng)力的情況下，巖心滲透率雖有所上升，但不能恢復(fù)到原來的滲透率上，這是典型的應(yīng)力恢復(fù)的滯后現(xiàn)象。因此，XJ23-1油田存在應(yīng)力敏感性，應(yīng)力敏感指數(shù)Dk2為30.3；Dk3為8.58，屬弱應(yīng)力敏感。

4 結(jié)論

1)XJ23-1油田儲(chǔ)層存在明顯的微粒運(yùn)移現(xiàn)象，雖然表現(xiàn)為非流速敏感性，但出砂問題是開發(fā)過程中需要注意的問題。

2)XJ23-1油田儲(chǔ)層具有中等偏強(qiáng)的水敏性，鉆井過程中須注意提高鉆井液、完井液的抑制性，室內(nèi)研究臨界礦化度為5000mg/L。

3)XJ23-1油田儲(chǔ)層對鹽酸的敏感性為中等偏弱的敏感性，而對土酸的敏感性則為中等偏強(qiáng)。

4)XJ23-1油田儲(chǔ)層對堿的敏感性較弱，不同pH值對儲(chǔ)層的滲透率值變化不大。

5)對于XJ23-1油田的疏松砂巖儲(chǔ)層，具有弱的應(yīng)力敏感性。

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