塔里木盆地H油田儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)及保護(hù)措施研究

任玲瑛，張雪銳，朱 靈

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司石油工程監(jiān)督中心，四川 德陽(yáng) 618000； 2.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019； 3.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司老君廟采油廠，甘肅 酒泉 735000)

在油氣田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，每一次作業(yè)施工都可能會(huì)對(duì)油氣儲(chǔ)層造成一定的影響，尤其是當(dāng)外來(lái)流體進(jìn)入到地層中時(shí)，不可避免地會(huì)與儲(chǔ)層巖石、地層水或者原油等流體接觸，進(jìn)而發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，致使油氣儲(chǔ)層受到不同程度的損害[1-4]。由儲(chǔ)層敏感性導(dǎo)致的儲(chǔ)層損害不僅會(huì)影響油氣井的產(chǎn)能，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致油氣井報(bào)廢，甚至?xí)绊懲瑓^(qū)塊內(nèi)其它新儲(chǔ)層的勘探開(kāi)發(fā)[5-7]。因此，研究?jī)?chǔ)層敏感性，并針對(duì)潛在的儲(chǔ)層損害因素開(kāi)展相應(yīng)的儲(chǔ)層保護(hù)措施，具有十分重要的意義。

隨著常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷加快，國(guó)內(nèi)外針對(duì)非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)力度也在逐漸加大，致密油藏作為非常規(guī)油氣資源的主要研究對(duì)象，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。致密油藏儲(chǔ)層由于具有孔喉細(xì)小、滲透率低以及裂縫發(fā)育等特點(diǎn)，其儲(chǔ)層敏感性及潛在損害因素與常規(guī)油藏儲(chǔ)層相比更加復(fù)雜，明確致密油藏儲(chǔ)層敏感性損害程度以及損害機(jī)理，提出切實(shí)可行的儲(chǔ)層保護(hù)措施，是高效開(kāi)發(fā)致密油藏的關(guān)鍵[8-12]。作者以塔里木盆地H油田儲(chǔ)層段天然巖心為研究對(duì)象，開(kāi)展速敏、水敏和酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)在驅(qū)替流體中加入納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1、防膨劑FP-1和鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3的方式開(kāi)展相關(guān)的儲(chǔ)層保護(hù)措施研究，為塔里木盆地H油田的高效合理開(kāi)發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

模擬地層水(總礦化度為51 052 mg·L-1)，使用蒸餾水和無(wú)機(jī)鹽配制而成；天然巖心(長(zhǎng)度為6.5 cm、直徑為2.5 cm)，取自塔里木盆地H油田儲(chǔ)層段。

15%鹽酸，使用濃鹽酸按比例稀釋而成；納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1(有效質(zhì)量濃度為95%)、防膨劑FP-1(有效質(zhì)量濃度為90%)、鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3(有效質(zhì)量濃度為80%)，自制。

HTR型多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置(主要包括平流泵、巖心夾持器、中間容器、回壓泵、壓力傳感器、加熱套以及液體收集裝置等)，自制。

1.2 方法

1.2.1 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》中的規(guī)定，采用塔里木盆地H油田儲(chǔ)層段天然巖心，使用多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展速敏、水敏和酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 儲(chǔ)層保護(hù)措施研究

參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》中的規(guī)定，在速敏損害保護(hù)措施研究過(guò)程中，地層水中加入納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1后，再進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；在水敏損害保護(hù)措施研究過(guò)程中，蒸餾水中加入防膨劑FP-1后，再進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；在酸敏損害保護(hù)措施研究過(guò)程中，15%鹽酸中加入鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3后，再進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)

2.1.1 速敏性

對(duì)H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心進(jìn)行速敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 速敏性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.1 Results of velocity sensitivity evaluation

由表1可以看出，H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心的速敏損害率在65.7%～84.3%之間，速敏損害程度為中等偏強(qiáng)至強(qiáng)，說(shuō)明目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心具有較強(qiáng)的速敏損害特點(diǎn)。這是由于，H油田儲(chǔ)層段粘土礦物中含有較多的高嶺石和伊利石，且高嶺石的產(chǎn)狀多以書(shū)頁(yè)狀為主，此種類型的高嶺石在儲(chǔ)層中極易受到外來(lái)流體流動(dòng)的干擾，發(fā)生微粒運(yùn)移的可能性較大，并且目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段孔隙較為細(xì)小，還發(fā)育有一定量的片狀或者絲狀的伊利石，一旦發(fā)生微粒運(yùn)移，可能會(huì)對(duì)孔隙造成比較嚴(yán)重的堵塞，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的速敏損害特征。

2.1.2 水敏性

對(duì)H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心進(jìn)行水敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水敏性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Results of water sensitivity evaluation

由表2可以看出，H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心的水敏損害率在66.9%～90.8%之間，水敏損害程度為中等偏強(qiáng)至極強(qiáng)，說(shuō)明目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心具有較強(qiáng)的水敏損害特點(diǎn)。這是由于，H油田儲(chǔ)層段粘土礦物中的伊/蒙混層含量相對(duì)較為豐富，伊/蒙混層的產(chǎn)狀以蜂窩狀為主，當(dāng)外來(lái)流體進(jìn)入儲(chǔ)層后，伊/蒙混層極易吸水膨脹，在較小的孔隙中產(chǎn)生流動(dòng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)而阻擋其它粘土顆粒的運(yùn)移，造成孔隙堵塞；另外，雖然目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段孔喉結(jié)構(gòu)相對(duì)較為均一，但孔喉半徑卻極為細(xì)小，一旦粘土顆粒吸水膨脹，極易對(duì)孔喉造成嚴(yán)重的堵塞，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的水敏損害特征。

2.1.3 酸敏性

對(duì)H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心進(jìn)行酸敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 酸敏性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Results of acid sensitivity evaluation

由表3可以看出，H油田儲(chǔ)層段8塊天然巖心的酸敏損害率在58.7%～85.2%之間，酸敏損害程度為中等偏弱至強(qiáng)，說(shuō)明目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心具有較強(qiáng)的酸敏損害特點(diǎn)。這是由于，H油田儲(chǔ)層段粘土礦物中含有一定量的綠泥石和碳酸巖膠結(jié)物等酸敏性礦物，在酸液作用下容易發(fā)生溶蝕反應(yīng)和沉淀反應(yīng)，生成易導(dǎo)致地層堵塞的沉淀物，對(duì)致密砂巖孔隙產(chǎn)生二次傷害，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的酸敏損害特征。

綜上，H油田儲(chǔ)層段天然巖心存在比較嚴(yán)重的速敏損害、水敏損害以及酸敏損害，在該油田鉆井、完井、壓裂及酸化增產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)注意選擇合適的入井流體，或者采取相應(yīng)的儲(chǔ)層保護(hù)措施，以最大限度地降低儲(chǔ)層敏感性損害。

2.2 儲(chǔ)層保護(hù)措施研究

2.2.1 速敏損害保護(hù)措施研究

測(cè)定加入質(zhì)量濃度2%的納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1后目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心的速敏損害率，并與空白實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 速敏損害保護(hù)措施評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 Evaluation results of protection measures for velocity sensitivity damage

由圖1可以看出，在地層水中加入2%的納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1后，速敏損害率顯著降低，其中H-27和H-28巖心的速敏損害率分別為41.6%和43.9%，速敏損害程度均為中等偏弱。表明，納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1的加入能夠起到較好的穩(wěn)定粘土顆粒的作用，能夠減弱粘土顆粒在外來(lái)流體沖擊下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象，進(jìn)而降低速敏損害程度。

2.2.2 水敏損害保護(hù)措施研究

測(cè)定加入質(zhì)量濃度2.5%的防膨劑FP-1后目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心的水敏損害率，并與空白實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 水敏損害保護(hù)措施評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation results of protection measures for water sensitivity damage

由圖2可以看出，在蒸餾水中加入2.5%的防膨劑FP-1后，水敏損害率顯著降低，其中H-31和H-32巖心的水敏損害率分別低至47.5%和39.2%，水敏損害程度均為中等偏弱。表明，防膨劑FP-1的加入可以有效抑制目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段粘土礦物的水化膨脹，使粘土顆粒在外來(lái)流體的侵入過(guò)程中保持良好的穩(wěn)定性，進(jìn)而減弱了吸水膨脹對(duì)孔隙造成的堵塞損害程度。

2.2.3 酸敏損害保護(hù)措施研究

測(cè)定加入質(zhì)量濃度1.5%的鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3后目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心的酸敏損害率，并與空白實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 酸敏損害保護(hù)措施評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Evaluation results of protection measures for acid sensitivity damage

由圖3可以看出，在15%鹽酸中加入1.5%的鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3后，酸敏損害率明顯降低，其中H-35和H-36巖心的酸敏損害率分別為49.3%和45.2%，酸敏損害程度均為中等偏弱。這是由于，鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3的加入能夠有效減少鹽酸與目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心中含鐵礦物的反應(yīng)，并且鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3還具有一定的弱酸性，在溶液中能夠解離出少量的氫離子，可以有效降低儲(chǔ)層段巖心與酸液反應(yīng)生成二次沉淀物的風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)到降低酸敏損害程度的目的。

綜上，針對(duì)H油田儲(chǔ)層段存在嚴(yán)重的速敏損害、水敏損害以及酸敏損害等特點(diǎn)，采取加入納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1、防膨劑FP-1和鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3的措施能夠有效降低相應(yīng)的敏感性損害程度，為目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段施工方案的制定和入井流體的選擇提供相應(yīng)的參考。

3 結(jié)論

(1)儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，塔里木盆地H油田儲(chǔ)層段具有較強(qiáng)的速敏損害、水敏損害和酸敏損害，其中速敏損害率在65.7%～84.3%之間，損害程度為中等偏強(qiáng)至強(qiáng)；水敏損害率在66.9%～90.8%之間，損害程度為中等偏強(qiáng)至極強(qiáng)；酸敏損害率在58.7%～85.2%之間，損害程度為中等偏弱至強(qiáng)。

(2)儲(chǔ)層保護(hù)措施研究結(jié)果表明，采取在驅(qū)替流體中加入納米顆粒穩(wěn)定劑NWD-1、防膨劑FP-1和鐵離子穩(wěn)定劑DFY-3的方式，能夠有效降低相應(yīng)的敏感性損害程度，使速敏損害、水敏損害和酸敏損害程度均降低至中等偏弱，儲(chǔ)層保護(hù)效果較好。