S區塊致密砂巖氣藏儲層特征及損害因素分析

姚 倩,許 峰

(1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100；2.江漢油田 石油工程技術研究院，湖北 武漢430000)

隨著常規油氣資源的不斷消耗，非常規油氣資源受到越來越多的關注。其中致密氣資源作為一種非常規油氣資源，在世界能源結構中的位置愈發重要。與常規油氣儲層相比，非常規油氣儲層往往具有低孔隙度、低滲透率的特點，并且儲層孔喉細小，連通性差，發育較多的微裂縫，非均質性較強，在勘探開發過程中極易受外部因素的影響而對儲層造成嚴重損害，這就對非常規油氣資源的高效開發提出了更高的要求[1-6]。

在致密砂巖氣藏開發過程中通常存在較嚴重的水敏以及水鎖損害現象，這已成為制約致密砂巖氣藏高效經濟開發的重要因素[7-12]。因此，有必要針對致密砂巖氣藏儲層開展儲層損害因素分析，找出儲層潛在的主要損害因素，為致密砂巖氣藏的穩定開發提供保障。作者在分析S區塊致密砂巖氣藏儲層特征的基礎上，通過巖心流動實驗開展水敏、應力敏、酸敏以及水鎖損害評價，以確定儲層損害的主要因素。

1 儲層特征

1.1 儲層巖性特征

S區塊位于塔里木盆地東北部，儲層段巖石類型主要以巖屑砂巖為主，長石含量較少，部分為長石巖屑砂巖，巖性整體較為穩定，顆粒較粗。粘土礦物含量在12.95%～26.64%之間，平均含量為19.82%，且粘土礦物以伊/蒙混層(平均相對含量49.92%)、綠泥石(平均相對含量21.62%)和伊利石(平均相對含量16.91%)為主，高嶺石和蒙脫石含量相對較少(表1)，說明儲層可能存在較強的水敏和酸敏損害。

表1 儲層粘土礦物含量分布

1.2 儲層孔隙特征

巖石鑄體薄片實驗、壓汞實驗以及掃描電鏡實驗結果表明，S區塊儲層孔隙類型主要以粒間溶孔為主，含有少量的粒內溶孔、泥質微孔以及鑄膜孔等，并且部分儲層發育較多的微裂縫。儲層排驅壓力較高，平均為1.08 MPa，表現為典型的低滲透儲層分布特征；儲層中值半徑在0.02～2.84 μm之間，平均為0.15 μm，屬于微細孔道類型；儲層平均分選系數在1.74左右，分選性較差，儲層孔喉分布差異較大，且比較分散，具有較強的非均質性。

1.3 儲層物性特征

統計分析了S區塊內65塊巖心的儲層孔隙度和滲透率。結果表明，S區塊儲層段孔隙度主要分布在1%～10%之間(圖1)，平均為6.5%；滲透率主要分布在0.01×10-3～1×10-3μm2之間(圖2)，平均為0.351×10-3μm2，表現為低孔、低滲的特征，屬于典型的致密砂巖儲層。

圖1 儲層孔隙度分布Fig.1 Distribution of reservoir porosity

圖2 儲層滲透率分布Fig.2 Distribution of reservoir permeability

1.4 儲層流體特征

S區塊致密砂巖氣藏地層水礦化度分布在8 540～15 753 mg·L-1之間，平均約為12 520 mg·L-1，水型主要為CaCl2型，含有一定量的鈣離子、鎂離子、硫酸根以及碳酸氫根離子，具有一定的結垢趨勢。

2 儲層損害因素分析

2.1 水敏損害

基于以上儲層特征分析，S區塊致密砂巖氣藏儲層段粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層為主，還含有一定量的蒙脫石，儲層段可能存在潛在水敏損害。選用S區塊儲層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長度均為7.0 cm，室內參照石油與天然氣行業標準SY/T 5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》進行水敏損害評價，結果見圖3。

圖3 水敏損害評價結果Fig.3 Results of water-sensitivity damage evaluation

由圖3可以看出，隨著實驗用水礦化度的降低，巖心滲透率逐漸下降，當礦化度降至0時，1#和2#巖心的滲透率損害率分別為80.70%和79.93%，均為強水敏，臨界礦化度均為7 500 mg·L-1。這是由于，儲層段粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層為主。因此，在S區塊致密砂巖氣藏勘探開發過程中應注意避免水敏損害。

2.2 應力敏損害

在致密砂巖氣藏衰竭式開發過程中，隨著地層中流體的不斷產出，地層壓力逐漸減小，而由于地層上覆壓力不變，導致儲層的有效應力不斷升高，可能會對儲層產生一定的應力敏損害。選用S區塊儲層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長度均為7.0 cm，室內參照石油與天然氣行業標準SY/T 5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》進行應力敏損害評價，結果見圖4。

圖4 應力敏損害評價結果Fig.4 Results of stress-sensitivity damage evaluation

由圖4可以看出，在升壓過程中，隨著圍壓的升高，巖心滲透率逐漸下降，當圍壓升至20 MPa時，3#和4#巖心的滲透率損害率分別達到81.82%和79.17%，均為強應力敏；在降壓過程中，隨著圍壓的降低，巖心滲透率逐漸升高，但最終的升幅小于升壓過程中的降幅，當圍壓低至2.5 MPa時，3#和4#巖心的滲透率損害率仍為40%左右，說明S區塊致密砂巖氣藏儲層存在較強的應力敏損害。

2.3 酸敏損害

S區塊儲層段粘土礦物中含有較多的綠泥石，因此，在致密砂巖氣藏儲層酸化增產施工過程中可能引起一定的酸敏損害。選用S區塊儲層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長度均為7.0 cm，室內參照石油與天然氣行業標準SY/T 5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》進行酸敏損害評價，實驗用酸液類型分別為鹽酸和土酸，結果見表2。

表2 酸敏損害評價結果

由表2可以看出，S區塊致密砂巖氣藏儲層天然巖心注入不同類型的酸液后，滲透率均出現一定程度的下降。注入鹽酸后，5#和6#巖心的滲透率損害率分別為59.94%和39.66%，酸敏程度分別為中等偏強和中等偏弱；而注入土酸后，7#和8#巖心的滲透率損害率分別為39.34%和50.70%，酸敏程度分別為中等偏弱和中等偏強。說明S區塊致密砂巖儲層存在較強的酸敏損害，在酸化增產作業過程中，應采取一定的措施防止酸敏損害。

2.4 水鎖損害

致密砂巖氣藏儲層孔隙細小，且連通性往往較差，在勘探開發過程中極易受到外來流體的干擾而產生嚴重的水鎖損害。選用S區塊儲層段天然巖心，巖心直徑均為2.5 cm，長度均為7.0 cm，參照中國石油天然氣集團公司企業標準Q/SY 1832-2015《致密氣儲層水鎖傷害實驗評價方法》進行水鎖損害評價，結果見表3。

由表3可以看出，9#和10#巖心經過水鎖損害評價實驗后，滲透率大幅下降，其滲透率損害率分別為81.18%和83.65%，均為強水鎖損害。這是由于，致密砂巖氣藏儲層物性較差，具有低孔隙度、低滲透率以及低含水飽和度的特點，極易通過毛細管自吸作用吸收大量的外來流體，使其滯留在微小的孔隙中，從而對儲層造成嚴重的水鎖損害。因此，在S區塊致密砂巖氣藏勘探開發過程中應選擇合適的工作流體，以最大限度地降低水鎖損害程度，確保致密砂巖氣藏的高效合理開發。

表3 水鎖損害評價結果

3 結論

(1)塔里木盆地S區塊屬于典型的致密砂巖氣藏儲層，儲層段巖石以巖屑砂巖為主，粘土礦物含量較高，且以伊/蒙混層、綠泥石和伊利石為主；儲層孔隙類型主要以粒間溶孔為主，排驅壓力較高，中值半徑較小；儲層平均孔隙度為6.5%，平均滲透率為0.351×10-3μm2；地層水水型為CaCl2型，平均礦化度約為12 520 mg·L-1。

(2)儲層損害因素分析結果表明，S區塊致密砂巖氣藏儲層具強水敏、強應力敏、中等偏弱至中等偏強酸敏及較強的水鎖損害特點，水鎖損害程度在80%以上。

(3)建議在S區塊致密砂巖氣藏勘探開發過程中，選擇合適的鉆完井工藝、酸化壓裂工藝、工作流體以及合理的生產壓差，以避免造成嚴重的敏感性損害以及水鎖損害，從而保障致密砂巖氣藏的高效穩定開發。