致密儲層壓裂液傷害的數(shù)字化評價方法
——以P59井為例

王賢君，王 磊，張明慧，任 偉，孫志成

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163458）

水力壓裂是低滲致密砂巖儲層增產(chǎn)的有效方式[1–3]，在壓裂過程中，壓裂液易侵入儲層，對儲層造成傷害，從而影響壓裂改造效果[4]。大慶油田致密油儲層物性差，以往采用的巖心驅(qū)替?zhèn)υu價方法存在取心數(shù)量多、驅(qū)替壓力高、實驗周期長、實施費用高等問題。利用數(shù)字巖心模擬技術(shù)可快速、精準(zhǔn)地完成壓裂液對致密儲層的傷害評價[5–6]。

CT掃描技術(shù)在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，目前已經(jīng)相對成熟的實用技術(shù)包括利用X射線CT掃描進(jìn)行儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究、碳酸鹽巖儲層孔洞和裂縫分布特征研究、巖心驅(qū)替過程掃描和儲層剩余油分布規(guī)律研究等[7–9]。利用CT掃描技術(shù)構(gòu)建的三維數(shù)字巖心不僅能真實、完整地反映巖石的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征，而且還可以代替真實巖心實驗，全面地模擬巖石的電性、彈性、滲流等宏觀物理屬性[10]。此外，數(shù)字巖心的建立大大節(jié)約了巖石物模實驗的成本，還可以重復(fù)進(jìn)行各種數(shù)值模擬實驗，并根據(jù)不同實驗的需求進(jìn)行各種實驗條件約束，具有重要的應(yīng)用價值和理論意義[11]。

1 數(shù)字巖心壓裂液傷害評價實驗

1.1 實驗方法

數(shù)字巖心模擬計算技術(shù)包括樣品制備、數(shù)值模擬和模擬計算，具體方法如下：

（1）樣品制備：制備8 mm3和1 mm3的微樣品，進(jìn)行1.0μm和0.5μm CT掃描、三維重構(gòu)、壓汞曲線模擬。

（2）數(shù)字建模：主力孔徑大于1個分辨率即為建模最佳分辨率，孔隙度變化低于5%即為建模最佳網(wǎng)格邊長，選擇1 mm3的巖心微樣品，按儲層實際溫度和壓力，進(jìn)行高溫高壓掃描實驗，以第一步的數(shù)字巖心建模標(biāo)準(zhǔn)來建模。

（3）模擬計算：計算不同時間的孔滲參數(shù)，以孔隙度、滲透率的降低幅度作為壓裂液對致密儲層傷害評價標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 實驗過程

取P59井全巖心制備8 mm3和1 mm3的微樣品，分別進(jìn)行1.0 μm和0.5 μm分辨率CT掃描，壓汞模擬計算，優(yōu)選掃描分辨率，不斷提升數(shù)字巖心的網(wǎng)格邊長，計算不同網(wǎng)格邊長的孔隙度，繪制成邊長與孔隙度關(guān)系曲線，優(yōu)選建模尺寸。

以0.5 μm分辨率掃描壓汞模擬計算后，巖心主力孔隙半徑為1.5 μm，呈正態(tài)分布。大于600網(wǎng)格邊長（2.16×108個網(wǎng)格體）計算的孔隙度趨于穩(wěn)定。因此，確定 P59井致密儲層選擇 0.5 μm掃描分辨率和600網(wǎng)格邊長為建模標(biāo)準(zhǔn)，如圖1和圖2所示。

圖1 不同分辨率CT掃描下的孔隙半徑分布

圖2 數(shù)字巖心建模尺寸優(yōu)選

取1 mm3巖心柱，抽真空后，置于20 MPa、90 ℃的胍膠壓裂液破膠液中0，2，72，168，360 h，然后以0.5μm分辨率CT掃描，600網(wǎng)格邊長（2.16×108個網(wǎng)格體）建模，重構(gòu)獲得相應(yīng)時刻數(shù)字巖心，得到其平面圖像（圖3）。

1.3 實驗結(jié)果分析

經(jīng)孔滲模擬計算得到不同時間數(shù)字巖心的孔隙度、滲透率。以初始時刻干樣品的孔隙度、滲透率為基準(zhǔn)，經(jīng)計算可得到孔隙度和滲透率隨浸泡時間的變化曲線（圖4、圖5）。

從胍膠壓裂液對P59井樣品的孔滲影響情況看，浸泡2 d內(nèi)，孔滲情況均有不同程度地降低，這種傷害情況一直持續(xù)到 3 d左右，表明浸泡過程中孔喉連通性變差影響了儲層的物性。

2 胍膠壓裂液傷害評價實驗方法

2.1 實驗方法

利用巖心流動實驗裝置，進(jìn)行胍膠壓裂液的破膠液傷害實驗，主要包括泵送裝置和驅(qū)替裝置兩部分。

圖3 巖心在胍膠壓裂液破膠液中不同時刻的平面圖

圖4 巖心在胍膠壓裂液破膠液中的孔隙度隨時間的變化

圖5 巖心在胍膠壓裂液破膠液中的滲透率隨時間的變化

2.2 實驗過程

（1）選取試驗區(qū)天然巖心。巖心直徑為25.0～25.4 mm，巖心長度不超過直徑的1.5倍，巖心洗油并氣測滲透率和孔隙度。

（2）水測滲透率。將巖心放入巖心流動實驗裝置夾持器中，按實驗流程，使鹽水從巖心下端擠入，上端流出，擠入壓差為0.7 MPa，根據(jù)巖心滲透率大小，可以適當(dāng)升高或降低擠入壓差。要求通過鹽水量為孔隙體積的10倍，使巖心進(jìn)一步飽和鹽水，并計算滲透率。

（3）擠入壓裂液濾液。將壓裂液濾液裝入高壓容器中，用壓力源加壓，使濾液從巖心夾持器上端入口進(jìn)入巖心，擠入壓差可根據(jù)巖心滲透率大小選取壓力0.7，1.0，1.4 MPa，擠入濾液量以時間36 min為限，分別按1，4，9，16，25，30，36 min計量體積。擠完后，關(guān)閉夾持器兩端閥門，使濾液在巖心中停留2 h。實驗溫度為壓裂液適用溫度。

（4）基質(zhì)滲透率和孔隙度傷害率的計算。其公式為：

式中：ηd為滲透率傷害率，%；ηf為孔隙度傷害率，%；k1為水測滲透率，10–3μm2；k2為壓裂液侵入后的滲透率，10–3μm2；1φ為初始孔隙度，%；2φ為壓裂液侵入后的孔隙度，%。

（5）壓裂液侵入后的滲透率和孔隙度。將巖心放入巖心流動實驗裝置夾持器中，按實驗流程，使壓裂液濾液從巖心下端擠入，上端流出，擠入壓差為0.7 MPa，根據(jù)巖心滲透率大小，可適當(dāng)升高或降低擠入壓差。要求通過濾液為孔隙體積的10倍，并計算滲透率和孔隙度 。

2.3 實驗結(jié)果分析

進(jìn)行巖心壓裂液驅(qū)替實驗，并獲得驅(qū)替前后巖心孔隙度、滲透率變化情況，對比分析實驗結(jié)果見表1。

表1 巖心驅(qū)替前后孔滲變化情況

對比兩種方法所測得的巖心孔滲傷害率可以看出（表2），符合率較高，均在90%以上，證明了數(shù)字巖心方法的準(zhǔn)確性。

表2 兩種方法孔滲傷害率對比

3 結(jié)論

（1）基于數(shù)字巖心技術(shù)的致密儲層壓裂液傷害數(shù)字化評價方法，為致密油儲層適應(yīng)性評價提供了更為便捷的技術(shù)手段。

（2）同一井儲層，巖心驅(qū)替方法評價孔隙度傷害率及滲透率傷害率分別為39.2%和42.8%，通過數(shù)字化方法評價孔隙度傷害率及滲透率傷害率分別為42.2%和40.0%，傷害率符合率達(dá)到90%以上。

（3）取心井巖心數(shù)量有限且價格昂貴，而數(shù)字化巖心具有建模速度快、實驗周期短、重復(fù)性強、成本低等優(yōu)點，具有廣闊的推廣價值。