致密砂巖氣藏敏感性評(píng)價(jià)方法研究

趙子丹，張毅，楊茜

致密砂巖氣藏敏感性評(píng)價(jià)方法研究

趙子丹1，張毅1，楊茜2

（1. 陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710065；2. 延長(zhǎng)油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西 延安 717499）

采用一種改進(jìn)的敏感性評(píng)價(jià)方法分析氣藏的敏感性，巖心氣測(cè)速敏損害為中等偏強(qiáng)，水敏感性為強(qiáng)，沒(méi)有酸敏感性和堿敏感性。因此從儲(chǔ)層保護(hù)的角度出發(fā)，在注壓裂液等外來(lái)流體時(shí)，一定要注意控制礦化度，盡量與地層水的礦化度相當(dāng)，否則會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的傷害。

致密砂巖氣藏；敏感性；評(píng)價(jià)方法；滲透率；儲(chǔ)層保護(hù)

本文在系統(tǒng)分析儲(chǔ)集層的礦物成分、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等特征的基礎(chǔ)上，嘗試采用了一種改進(jìn)的氣藏敏感性評(píng)價(jià)方法，對(duì)吐哈柯柯亞氣藏的各種敏感性進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，為工程設(shè)計(jì)中防止和處理地層損害提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 儲(chǔ)層基本地質(zhì)特征

新疆吐哈柯柯亞氣藏為致密粗粒長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖儲(chǔ)層，根據(jù)X-射線衍射分析，該儲(chǔ)層巖石礦物組成中非黏土礦物以石英和斜長(zhǎng)石為主，黏土礦物組成絕大部分為伊蒙混層，這些黏土礦物充填在孔隙中或生長(zhǎng)于礦物表面，嚴(yán)重地影響了儲(chǔ)層物性。

儲(chǔ)層孔隙不發(fā)育，主要為長(zhǎng)石溶孔，連通性不好。巖心孔喉半徑分布范圍為0.016~2.500 μm，造成吐哈柯柯亞氣藏滲透率普遍很低，平均滲透率為3.8×10-5μm2，孔隙度小于10%，屬于致密氣藏[1]。從滲透率的分布可以看出，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性嚴(yán)重。

2 致密砂巖氣藏敏感性評(píng)價(jià)方法研究

在研究水敏、鹽敏、酸敏和堿敏時(shí)，采用了一種改進(jìn)的評(píng)價(jià)方法。選取層位相同、氣測(cè)滲透率等各方面物性相近的巖心，用不同的礦化度或者不同pH值的地層水浸泡巖心，不同的液體對(duì)巖心的傷害程度不同。通過(guò)比較傷害后各個(gè)巖心的氣測(cè)滲透率，得出巖心的敏感性特征。但是該方法也有一定的不足，即無(wú)法找到物性完全一致的巖心，在比較不同液體對(duì)巖心的傷害時(shí)，不能消除由巖心物性的差異帶來(lái)的影響。

改進(jìn)的氣測(cè)滲透率評(píng)價(jià)方法在考察流體與巖心作用時(shí)，用N2測(cè)定經(jīng)流體作用后巖心的滲透率，依據(jù)各種流體傷害后巖心氣測(cè)滲透率的不同說(shuō)明流體對(duì)巖心的作用大小，流體對(duì)巖心滲透率的影響以滲透率相對(duì)變化倍數(shù)表示，倍數(shù)越大，流體對(duì)巖心傷害越小。

3 敏感性評(píng)價(jià)

3.1 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變進(jìn)口壓力，改變氣體的流速。但進(jìn)口壓力始終比環(huán)壓低1.5~2.0 MPa，所以改變進(jìn)口壓力時(shí)相應(yīng)的改變環(huán)壓值。起始環(huán)壓值設(shè)為2.8 MPa，逐漸增加至8.0 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 速敏曲線

根據(jù)巖樣滲透率損害評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以得出如下結(jié)論，見(jiàn)表1。

表1 速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該段氣測(cè)速敏的臨界氣體流量為27.65 mL/min，速度敏感損害程度為中等偏強(qiáng)，這主要是由于黏土礦物含量較高，而且?guī)缀跞珵橐?蒙混層，微結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在高速流動(dòng)下易破碎、運(yùn)移堵塞孔喉及微裂縫，所以引起滲透率的降低即速敏。

3.2 水敏、鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

3.2.1 水敏實(shí)驗(yàn)

水敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的是了解黏土膨脹、分散、運(yùn)移過(guò)程以及最終使儲(chǔ)層滲透率下降的程度，水敏主要是由蒙脫石、伊利石及混層類礦物引起的[2-6]。

選取滲透率大小相近的巖心進(jìn)行水敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中環(huán)壓設(shè)置在8.0 MPa，其中22-4巖心和22-14巖心在入口端壓力升高至6.5 MPa時(shí)，仍未突破，故將其環(huán)壓升高至10.0 MPa，逐步升高入口端氮?dú)鈮毫Α４龓r心突破后，穩(wěn)定一段時(shí)間，因?yàn)榇藭r(shí)巖心中有部分自由水占用孔道，故應(yīng)繼續(xù)通氮?dú)猓则?qū)出巖樣中的自由水，待穩(wěn)定3.5 h后再測(cè)定滲透率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定3.5 h時(shí)，巖心中的水保留量接近一致，這就排除了因含水量的不同給氣測(cè)滲透率帶來(lái)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，1/2地層水和去離子水浸泡后，巖樣滲透率傷害明顯高于地層水浸泡巖樣。如果忽略掉巖樣初始滲透率的差別，僅僅比較傷害后巖樣的滲透率，結(jié)果如圖2。

圖2 水敏實(shí)驗(yàn)曲線

由圖2可以看出，用地層水浸泡和用去離子水浸泡后巖心的滲透率從2.5×10-7μm2下降到3.4×10-8μm2，滲透率下降了86.5%，根據(jù)水敏性評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，該巖樣為強(qiáng)水敏，并且接近極強(qiáng)水敏。

3.2.2 鹽敏實(shí)驗(yàn)

選取滲透率大小相近的巖心進(jìn)行鹽敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法同水敏，先浸泡巖心2 h，用高壓氮?dú)怛?qū)替，啟動(dòng)后穩(wěn)定3.5 h，測(cè)定此時(shí)的滲透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鹽敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，巖樣的滲透率隨著地層水礦化度的降低而顯著地降低。如果忽略掉巖樣初始滲透率的差別，僅僅比較傷害后巖樣的滲透率，結(jié)果如圖3。

圖3 鹽敏實(shí)驗(yàn)曲線

由圖3可以看出，地層水礦化度從1到3/4，巖心的滲透率從2.5×10-4mD下降到1.1×10-4mD，巖心的滲透率已經(jīng)大幅下降。因此推測(cè)臨界鹽度3/4礦化度以上，前面的水敏實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)該儲(chǔ)層屬于強(qiáng)水敏，這里又證實(shí)礦化度有稍許降低即可導(dǎo)致滲透率的大幅下降。因此注入外來(lái)流體時(shí)礦化度應(yīng)該保持在7 650 mg/L（3/4礦化度）以上。

3.3 酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

選取滲透率大小相近的巖心進(jìn)行酸敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中環(huán)壓設(shè)置為8.0 MPa，逐步增加入口端壓力，驅(qū)替經(jīng)KCl溶液和15%鹽酸KCl溶液浸泡后的巖心。待巖心突破后，穩(wěn)定一段時(shí)間，因?yàn)榇藭r(shí)巖心中有部分自由水占用孔道，故應(yīng)繼續(xù)通氮?dú)猓则?qū)出巖樣中的自由水。為了保持實(shí)驗(yàn)條件的一致，穩(wěn)定時(shí)間定為3.5 h，然后再測(cè)定滲透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如果忽略掉巖樣初始滲透率的差別，僅僅比較傷害后巖樣的滲透率，可以看出巖心的滲透率在酸化處理后變大。因此所研究?jī)?chǔ)層沒(méi)有酸敏感性，同時(shí)可以看出，對(duì)于該儲(chǔ)層，酸化是一項(xiàng)具有廣闊增產(chǎn)空間的改造措施。

3.4 堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

堿敏評(píng)價(jià)的目的是找出儲(chǔ)層堿敏發(fā)生的條件，主要指臨界pH值以及由堿敏引起的油氣層損害程度[7]。選取滲透率大小相近的巖心進(jìn)行堿敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中環(huán)壓設(shè)置為8.0 MPa，逐步增加入口端壓力，驅(qū)替經(jīng)不同pH值的KCl溶液浸泡的巖心。待巖心突破后，穩(wěn)定一段時(shí)間，因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)巖心中有部分自由水占用孔道，故應(yīng)繼續(xù)通氮?dú)猓则?qū)出巖樣中的自由水。為了保持實(shí)驗(yàn)條件的一致，穩(wěn)定時(shí)間定為3.5 h，然后再測(cè)定滲透率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定3.5 h時(shí)，巖心中的水保留量接近一致，這就排除了因含水量的不同給氣測(cè)滲透率帶來(lái)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

分析巖樣的堿敏感性，方法同前：選取滲透率相近的巖心，用不同pH值的KCl溶液浸泡，通過(guò)比較傷害后巖心的滲透率值，進(jìn)而分析pH值對(duì)巖樣的影響，為了便于處理數(shù)據(jù)，忽略巖樣初始滲透率的差異，僅比較傷害后的滲透率。

表5 堿敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出，初始滲透率相近的巖樣，經(jīng)不同pH值的KCl溶液傷害后，最后的滲透率基本一致。比較pH為13和pH為7時(shí)的滲透率，滲透率變化為0，即Ib值為0。根據(jù)堿敏評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出，所研究的儲(chǔ)層沒(méi)有堿敏感性。

4 結(jié) 論

（1）由于儲(chǔ)層中黏土礦物含量較高，而且?guī)缀跞珵橐?蒙混層，微結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在高速流動(dòng)下易破碎、運(yùn)移堵塞孔喉及微裂縫，巖心氣測(cè)速敏損害為中等偏強(qiáng)。

（2）巖心的水敏性為強(qiáng)，因此在注壓裂液等外來(lái)流體時(shí)，一定要注意控制礦化度，外來(lái)流體的礦化度不能過(guò)低，否則會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的傷害[8]。

（3）巖心的滲透率在酸化處理后變大，所以酸化是一項(xiàng)具有廣闊增產(chǎn)空間的改造措施。但鑒于該儲(chǔ)層為致密砂巖儲(chǔ)層，且此儲(chǔ)層的黏土含量非常高，因此常規(guī)的酸化技術(shù)并不適合此儲(chǔ)層的改造。

（4）經(jīng)不同pH值的KCl溶液傷害后，初始滲透率相近的巖樣，最后的滲透率基本沒(méi)有變化，因此所研究?jī)?chǔ)層沒(méi)有堿敏感性。

［1］SY-T 6168-1995，氣藏分類[S].

［2］李永林，楊道慶，田納新，等. 焉耆盆地侏羅系低滲透儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)[J].礦物巖石，2003，23（1）：77-80.

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Study on Evaluation Method of Sensitivity of Tight Sandstone Gas Reservoirs

1,1,2

（1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xian 710065，China；2. Xingzichuan Oil Production Plant of Yanchang Oilfield Co., Ltd., Shaanxi Yanan 717499，China）

An improved sensitivity evaluation method was used to analyze the sensitivity of gas reservoir. The results showed that the degree of speed-sensitive damage was relatively strong,the water sensitivity was strong, and there was not acid sensitivity and alkali sensitivity. So from the perspective of reservoir protection, when injecting extraneous fluids such as fracturing fluid,itssalinity should be controlled strictly（as close as possible to the salinity of the formation water）,otherwise it will cause serious damage to reservoir.

tight sandstone gas reservoirs; sensitivity; evaluation method; permeability; reservoir protection

2020-02-09

趙子丹（1992-），男，初級(jí)職稱，碩士研究生，河南省臨潁縣人，2018年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，研究方向：油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)。

TE258

A

1004-0935（2020）05-0580-03