迪北地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)集層損害實(shí)驗(yàn)研究

車星祥，盧淵，周珺，吳紅軍，邢浩婷，張輝

（1.成都理工大學(xué)a.能源學(xué)院；b.沉積地質(zhì)研究院，成都610059；2.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000）

迪北地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)集層損害實(shí)驗(yàn)研究

車星祥1a，盧淵1a，周珺1a，吳紅軍2，邢浩婷1b，張輝2

（1.成都理工大學(xué)a.能源學(xué)院；b.沉積地質(zhì)研究院，成都610059；2.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000）

致密砂巖氣是中國非常規(guī)氣開發(fā)的主要對(duì)象，深入研究造成致密砂巖儲(chǔ)集層的損害機(jī)理，對(duì)于在開發(fā)過程中更好地保護(hù)儲(chǔ)集層具有重要意義。結(jié)合塔里木盆地迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層地質(zhì)特征，分析了孔隙結(jié)構(gòu)及黏土礦物引起的潛在損害因素，進(jìn)行了敏感性、水相圈閉等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，侏羅系阿合組儲(chǔ)集層表現(xiàn)為中等偏強(qiáng)水敏、中等偏強(qiáng)液體速敏、中等強(qiáng)度的酸敏、較大水相圈閉等損害。要實(shí)現(xiàn)該致密砂巖氣藏的高效開采，應(yīng)控制入井液的類型、流速等，慎用酸液。

塔里木盆地；迪北地區(qū)；致密砂巖氣藏；儲(chǔ)集層損害；敏感性；水相圈閉

致密砂巖氣的開采需要大規(guī)模壓裂與特殊采氣工藝技術(shù)[1-2]，由于中國致密砂巖儲(chǔ)集層存在低孔低滲、裂縫發(fā)育、地層壓力異常、高損害潛力等工程地質(zhì)特征[3]，鉆采開發(fā)過程中，容易對(duì)儲(chǔ)集層造成損害。塔里木盆地庫車坳陷迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層進(jìn)行酸化施工、壓裂施工后均未達(dá)到預(yù)期效果。本文對(duì)迪北地區(qū)阿合組儲(chǔ)集層進(jìn)行潛在損害因素分析與敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，旨在為現(xiàn)場開發(fā)施工提供技術(shù)支持與理論依據(jù)?？傮w上，阿合組儲(chǔ)集層物性變化較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙度為1.5%~9.0%，平均4.6%，滲透率為0.10~1.00mD，平均0.39mD.

1　造成儲(chǔ)集層損害的潛在因素

（1）微裂縫據(jù)巖心觀察和成像測井資料，迪北地區(qū)侏羅系阿合組儲(chǔ)集層發(fā)育的裂縫以高角度斜交的構(gòu)造縫為主，在巖心上可觀察到泥質(zhì)或石英充填物，局部有溶蝕擴(kuò)大現(xiàn)象。微裂縫發(fā)育在具有強(qiáng)親水和吸水性的泥質(zhì)、泥晶碳酸鹽巖的微夾片中，縫寬為1~30μm.入井液（包括壓井液、洗井液、射孔液與壓裂液等）進(jìn)入儲(chǔ)集層后使微裂縫表面礦物劇烈膨脹，微裂縫開度急劇縮小，導(dǎo)致儲(chǔ)集層巖石劇烈水敏損害。

（2）微孔隙迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層膠結(jié)致密，孔隙度低，連通性差。氣層喉道大小為1μm左右，孔隙大小為100~200μm，孔喉比為20~200.絕大部分層間縫、微孔隙、微喉道的表面均為分散的黏土礦物、灰泥和微細(xì)粒長英質(zhì)（圖1）。這些礦物表面積極大且?guī)щ?，具有極強(qiáng)的吸附性能。水在這些礦物微粒之外形成水化膜，從而變成水化粒子，減小了微孔隙、微喉道的有效半徑。如果大量水進(jìn)入儲(chǔ)集層，將導(dǎo)致束縛水飽和度增大，孔隙中不可流動(dòng)液體增加，嚴(yán)重降低油氣相滲透率。同時(shí)，施工過程中，在正壓差作用下入井液固相顆粒容易進(jìn)入孔隙，堵塞喉道。因此，侏羅系阿合組儲(chǔ)集層微孔隙主要的潛在傷害因素為水相圈閉與固相侵入。

圖1　迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)

（3）黏土礦物黏土礦物在致密砂巖儲(chǔ)集層中的絕對(duì)含量不大，卻是引起儲(chǔ)集層損害的主要敏感性因素。對(duì)迪北地區(qū)侏羅系阿合組巖心礦物成分進(jìn)行分析（表1，表2）。迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層黏土礦物含量中等，為8%~16%.結(jié)合掃描電鏡分析（圖2），可以看到伊利石呈發(fā)絲狀（圖2a），含量較高，在入井液作用下容易脫落，堵塞孔隙喉道。高含量的伊利石呈片絲狀富集（圖2b），具有潛在的速度敏感性損害特點(diǎn)；中等含量的伊蒙混層呈片絲狀存在（圖2c），具有潛在的水敏和鹽敏損害特點(diǎn)；低含量的綠泥石呈針葉狀存在（圖2d），易引發(fā)酸敏、堿敏損害。

表1　迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖礦物含量%

表2　迪北地區(qū)阿合組致密砂巖黏土礦物相對(duì)含量%

圖2　侏羅系阿合組致密砂巖掃描電鏡分析照片

2　敏感性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)以上分析與研究，結(jié)合石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。敏感性損害率根據(jù)下式計(jì)算[4]

式中

D——敏感性損害率，%；

K0——初始滲透率，mD；

Ki——實(shí)驗(yàn)后滲透率，mD.

在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中，參照該標(biāo)準(zhǔn)中敏感性損害程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表3所示。

表3　迪北地區(qū)阿合組致密砂巖敏感性損害程度評(píng)價(jià)%

2.1水敏感性實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)水敏的指標(biāo)是水敏損害率Dw.分別采用地層水、次地層水（礦化度為地層水一半）及蒸餾水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表4，表5），迪北地區(qū)阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層表現(xiàn)出中等偏強(qiáng)水敏，與上述潛在損害因素分析相符。低礦化度入井液進(jìn)入地層后，黏土礦物膨脹、分散、運(yùn)移，堵塞孔喉。并且水敏實(shí)驗(yàn)后巖心氣測滲透率下降了23.5%與15.5%（表5），這種對(duì)儲(chǔ)集層滲透率造成的損害是不可逆的。

表4　迪北地區(qū)阿合組致密砂巖水敏感性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5　迪北地區(qū)阿合組致密砂巖水敏實(shí)驗(yàn)后氣測滲透率損害率

2.2流速敏感性實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)流速敏感性的指標(biāo)是速敏損害率Dv.分別使用氮?dú)馀c地層水作為測試流體，進(jìn)行速敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表6），迪北地區(qū)阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層氣體流速敏感性較弱，氣體流速對(duì)儲(chǔ)集層滲透率影響極小。而儲(chǔ)集層液體流速敏感性為中等偏強(qiáng)，且臨界流速為0.2~0.3mL/min.說明入井液進(jìn)入地層時(shí)，極易破壞礦物微粒結(jié)構(gòu)，而阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層的孔喉狹小，易被礦物顆粒堵塞，因此要控制入井液進(jìn)入地層的速度。

2.3酸敏感性實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)酸敏感性的指標(biāo)是酸敏損害率Dac.分別使用砂巖儲(chǔ)集層酸化常用的15%HCl與12%HCl+3%HF（土酸）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表7），迪北地區(qū)阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層對(duì)鹽酸表現(xiàn)出中等偏強(qiáng)酸敏、對(duì)土酸表現(xiàn)出中等偏弱酸敏。鹽酸可與長石、方解石、綠泥石、伊利石、蒙脫石等反應(yīng)。綠泥石與鹽酸反應(yīng)的活性最高，生成化學(xué)沉淀，同時(shí)黏土礦物脫落，產(chǎn)生微粒運(yùn)移，堵塞孔喉，造成中等偏強(qiáng)的酸敏損害；氫氟酸可與黏土礦物反應(yīng)，造成化學(xué)沉淀，同時(shí)可與石英、長石等巖石骨架礦物反應(yīng)，擴(kuò)大孔喉，總體表現(xiàn)為中等偏弱程度的酸敏損害。阿合組儲(chǔ)集層表現(xiàn)中等偏強(qiáng)的水敏，使得滲透率降低得更加嚴(yán)重。因此，應(yīng)謹(jǐn)慎選用酸液進(jìn)行增產(chǎn)。

表6　迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖速度敏感性分析數(shù)據(jù)

表7　迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖酸敏感性分析數(shù)據(jù)

2.4水相圈閉實(shí)驗(yàn)

先后對(duì)迪北地區(qū)阿合組致密砂巖樣品進(jìn)行毛細(xì)管自吸實(shí)驗(yàn)與水相圈閉實(shí)驗(yàn)。

圖3　毛細(xì)管自吸速率和含水飽和度與自吸時(shí)間的關(guān)系

毛細(xì)管自吸實(shí)驗(yàn)使用模擬地層水作自吸液，從圖3可看出，巖樣在前4 h內(nèi)自吸速率較快，4 h后逐漸趨于平緩，說明在壓裂施工期間，液體的侵入對(duì)近井地層的影響非常明顯。自吸24 h后，含水飽和度都為45%以上，無疑會(huì)造成嚴(yán)重的水相圈閉損害。

水相圈閉實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)過程中的關(guān)鍵在于建立不同的含水飽和度，結(jié)果如圖4所示。

圖4　水相圈閉損害結(jié)果

由上述實(shí)驗(yàn)可見，迪北地區(qū)阿合組致密砂巖水相圈閉損害程度隨含水飽和度的增加而加重，因此，在改造作業(yè)過程中應(yīng)及時(shí)返排，加大排水力度，減少液體與地層接觸時(shí)間，最大程度地減小儲(chǔ)集層損害程度。

3　結(jié)論與建議

（1）迪北地區(qū)阿合組致密砂巖儲(chǔ)集層微裂縫、微孔隙的潛在損害因素為水敏、水相圈閉、固相侵入。儲(chǔ)集層包含中等含量黏土礦物，包括伊利石、伊蒙混層、綠泥石。其潛在損害因素為速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏。

（2）液相侵入會(huì)引起中等偏強(qiáng)水敏、中等偏強(qiáng)液體速敏、中等強(qiáng)度的酸敏、較大水相圈閉的損害。

（3）工程施工時(shí)應(yīng)控制入井液與地層配伍性、漏失量，注入速度應(yīng)小于0.2~0.3mL/min，施工結(jié)束后應(yīng)盡快完成入井液返排作業(yè)，避免損害儲(chǔ)集層。同時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇酸液進(jìn)行增產(chǎn)開發(fā)。

［1］戴金星，倪云燕，吳小奇.中國致密砂巖氣及在勘探開發(fā)上的重要意義［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（3）：257-264. Dai Jinxing，Ni Yunyan，Wu Xiaoqi.Tight gas in China and its sig?nificance in exploration and exploitation［J］.Petroleum Exploration and Development，2012，39（3）：257-264.

［2］李建忠，郭彬程，鄭民，等.中國致密砂巖氣主要類型.地質(zhì)特征與資源潛力［J］.天然氣地球科學(xué)，2012，23（4）：607-615. Li Jianzhong，Guo Bincheng，Zheng Min，etal.Main types，geologi? cal features and resource potential of tight sandstone gas in China［J］.NaturalGasGeoscience，2012，23（4）：607-615.

［3］康毅力，羅平亞.中國致密砂巖氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34（2）：239-245. Kang Yili，Luo Pingya.Current status and prospect of key tech?niques for exploration and production of tight sandstone gas reser?voirs in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2007，34（2）：239-245.

［4］國家能源局.SY/T 5358—2010儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2010. National Energy Administration.SY/T 5358—2010 Formation dam?age evaluation by flow test［S］.Beijing：Petroleum Industry Press，2010.

［5］張蕊.南翼山低滲微裂縫儲(chǔ)層損害機(jī)理研究［D］.西安：西安石油大學(xué)，2010. Zhang Rui.The research on damagemechanism of low permeability and micro?fracture ofNanyishan reservoir［D］.Xi'an：Xi'an Shiyou University，2010.

［6］劉偉.低滲透油藏儲(chǔ)層保護(hù)與改造措施研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2008. Liu Wei.Research ofreservoirprotection and reform measurements of low permeability oil reservoir［D］.Chengdu：Chengdu University ofTechnology，2008.

［7］陳忠，沈明道.粘土礦物在油田保護(hù)中的潛在危害［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，23（2）：80-87. Chen Zhong，Shen Mingdao.Potential damages of clayminerals in oil?filed protection［J］.JournalofChengdu University ofTechnology，1996，23（2）：80-87.

［8］舒勇，鄢捷年，李志勇，等.低孔低滲高壓砂巖儲(chǔ)層損害機(jī)理及保護(hù)技術(shù)研究［J］.鉆井液與完井液，2009，25（6）：17-19. Shu Yong，Yan Jienian，Li Zhiyong，et al.Studies of the damaging mechanism and protection techniquesoflow porosity low permeabili?ty and high pressure reservoirs［J］.Drilling Fluid&Completion Fluid，2009，25（6）:17-19.

［9］游利軍.致密砂巖氣層水相圈閉損害機(jī)理及應(yīng)用研究［D］.成都：西南石油學(xué)院，2004. You Lijun.The study ofmechanisms ofaqueous phase trapping and its applications in tight sands gas reservoirs［D］.Chengdu：South?westPetroleum University，2004.

［10］吳洛菲，師永民，馬偉，等.致密砂巖儲(chǔ)集層孔喉群落發(fā)育特征［J］.新疆石油地質(zhì)，2013，34（4）：428-431. Wu Luofei，Shi Yongmin，Ma Wei，et al.Characteristics ofpores and throats distribution in tight sandstone reservoir［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2013，34（4）：428-431.

［11］Elkewidy T I.Evaluation offormation damage/remediation potential oftightreservoirs［R］.SPE 165093-MS，2013.

Tight Sandstone GasReservoir Damages in DibeiArea ofTarim Basin:ExperimentalStudy

CHEXingxiang1a,LUYuan1a,ZHOU Jun1a,WUHongjun2,XINGHaoting1b,ZHANGHui2
(1.Chengdu University ofTechnology,a.College ofEnergy Resources,b.Research Institute ofSedimentary Geology,Chengdu,Sichuan 610059,China;2.Research Institute ofOil&Gas Engineering,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000,China)

Tight sandstone gas is themain type and the direction ofdevelopment ofunconventional gas in China.Study on themechanics and factorsfor tightsandstone gas reservoirdamage ismore favorable to reservoirprotection during the reservoirdevelopmentand field op?eration.This paperpresents the geological characteristics ofthe Ahe tight sandstone gas reservoirofJurassic in Dibeiarea ofTarim basin, analyzes the potentialfactorsofreservoirdamage caused by pore structure and clayminerals,andmakes the experimentsofreservoirsensi?tivity and aqueousphase trapping.The resultsshow that there existsuch damagesasmoderate?strongwatersensitivity,medium?strongfluid velocity sensitivity,medium acid sensitivity and largeraqueous phase trapping in the Ahe reservoir,and it is suggested that thewell fluid type,flow rate and other related properties should be controlled,and acid liquid should be used very carefully for the purpose ofefficient developmentofsuch agasreservoir.

Tarim basin;Dibeiarea;tightsandstone gas reservoir;reservoirdamage;sensitivity;aqueousphase trapping

TE371

A

1001-3873（2015）05-0579-04

10.7657/XJPG20150515

2015-03-12

2015-06-28

國家自然科學(xué)基金（51304032）

車星祥（1991-），男，江西九江人，碩士研究生，油氣田開發(fā)工程，（Tel）15196625439（E-mail）bushiqingjia@live.com.