商105區(qū)塊粘土穩(wěn)定措施效果評(píng)價(jià)

李新（中國(guó)石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院 中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院 山東 東營(yíng)257000）

一、儲(chǔ)層巖石基本特征

1.儲(chǔ)層物性特征

商105塊沙三段儲(chǔ)層的取心井有商105井和商105-16井。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得的巖心，經(jīng)液氮鉆取，得到圓柱狀巖心為39塊，全部進(jìn)行了洗油、洗鹽處理。兩口井所取巖心層位均為Es3上，井段為1480.81m～1512.00m，巖性均為粉砂巖。氣測(cè)滲透率分布范圍為 8.37×10-3μm2～116×10-3μm2，滲透率平均值為 47.8×10-3μm2，屬低滲儲(chǔ)層。

2.孔喉結(jié)構(gòu)特征

針對(duì)商105井的2＃、3＃巖心進(jìn)行洗油、洗鹽處理后，進(jìn)行了壓汞試驗(yàn)。孔喉結(jié)構(gòu)主要特征參數(shù)如表1所示。

喉道半徑分布曲線見(jiàn)圖1。由圖1可以看出：該區(qū)塊孔喉分布呈現(xiàn)雙峰曲線，高峰為2～3μm左右的喉道，低峰為0.15μm左右的喉道。對(duì)滲透率起主要貢獻(xiàn)的喉道主要是大于1μm的喉道，低峰值對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。

表1 壓汞試驗(yàn)巖心氣測(cè)資料

圖1 商105井孔喉半徑分布頻率圖

3.巖石礦物特征

巖石的礦物特征特別是粘土礦物的類型、分布、含量及產(chǎn)狀等是儲(chǔ)層傷害的內(nèi)部因素，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)所用的巖心進(jìn)行了巖礦分析，從而對(duì)儲(chǔ)層潛在傷害因素進(jìn)行分析。試驗(yàn)分析結(jié)果詳見(jiàn)表2、表3。

表2 X-衍射全巖礦物分析結(jié)果

表2、表3分別為所取樣品的全巖及粘土礦物分析的結(jié)果。商105區(qū)塊全巖礦物組分主要有石英、斜長(zhǎng)石、粘土礦物、鉀長(zhǎng)石和粘土礦物，其中粘土礦物相對(duì)含量分布范圍為9%～15%，平均含量為11.4%，粘土礦物中以伊蒙間層礦物和高嶺石為主，伊/蒙混層礦物平均相對(duì)含量為79.8%，高嶺石平均相對(duì)含量為12.0%。因此，具有潛在的水敏、微粒運(yùn)移等敏感性傷害。

表3 粘土礦物X-衍射分析結(jié)果

二、水敏感性評(píng)價(jià)

水敏性是指較低礦化度的注入水進(jìn)入儲(chǔ)層后引起粘土膨脹、分散、運(yùn)移，使得滲流通道發(fā)生變化，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。水敏實(shí)驗(yàn)可以判斷該儲(chǔ)層被低礦化度流體直接沖刷后滲透率的降低程度。

表4 實(shí)驗(yàn)樣品基礎(chǔ)資料

根據(jù)地層水資料，室內(nèi)配制了模擬地層水，用模擬地層水對(duì)試驗(yàn)巖心作了水敏評(píng)價(jià)試驗(yàn)，巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由試驗(yàn)曲線可以看出，水敏實(shí)驗(yàn)是隨著注入介質(zhì)礦化度的降低呈不斷下降趨勢(shì)，從模擬地層水到次地層水時(shí)，滲透率下降了36.0%，從次模擬地層水到蒸餾水，滲透率下降了39.2%。可以看出隨礦化度的降低，滲透率下降幅度較大。試驗(yàn)結(jié)果分析表明：儲(chǔ)層水敏損害程度為強(qiáng)水敏，水敏損害率為75.2%。實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)水敏特征主要與巖石孔隙結(jié)構(gòu)和粘土礦物特征有關(guān)。儲(chǔ)層巖石粘土礦物相對(duì)含量為15%，伊蒙間層相對(duì)含量為86%，因此水敏程度較強(qiáng)。

圖2 水敏感性實(shí)驗(yàn)曲線

三、粘土穩(wěn)定劑效果評(píng)價(jià)

目前國(guó)內(nèi)使用的粘土穩(wěn)定劑有無(wú)機(jī)鹽類粘土穩(wěn)定劑和有機(jī)陽(yáng)離子粘土穩(wěn)定劑兩大類。這兩類粘土穩(wěn)定劑根據(jù)自身性質(zhì)不同各有優(yōu)缺點(diǎn)，無(wú)機(jī)鹽類粘土穩(wěn)定劑（如KCl、NH4Cl等）的優(yōu)點(diǎn)是來(lái)源廣、對(duì)低滲儲(chǔ)層不會(huì)有堵塞傷害，但很容易被淡水稀釋置換，粘土穩(wěn)定時(shí)間較短；有機(jī)陽(yáng)離子粘土穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)是吸附粘土顆粒穩(wěn)定，不易被其它離子取代，在各種環(huán)境下均能保持較好的粘土穩(wěn)定效果，但分子量太大的有機(jī)陽(yáng)離子粘土穩(wěn)定劑吸附在孔道壁上會(huì)減小或堵塞低滲透儲(chǔ)層孔喉，降低儲(chǔ)層滲透率。從商105區(qū)塊2口井、39塊樣品的壓汞資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，低滲透儲(chǔ)層的平均孔喉半徑小于1.4251mm，因此大分子或高分子的粘土穩(wěn)定劑對(duì)于低滲透水敏性儲(chǔ)層不適用。本項(xiàng)研究結(jié)合商105區(qū)塊低滲儲(chǔ)層微細(xì)孔喉的特點(diǎn)研制了低分子聚季胺類粘土穩(wěn)定劑KS-1，室內(nèi)采用動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其粘土穩(wěn)定效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1.與水源水的配伍性

粘土穩(wěn)定劑需要用水源水稀釋后注入儲(chǔ)層，必須驗(yàn)證它與水源水的配伍性，否則產(chǎn)生沉淀物質(zhì)必然堵塞儲(chǔ)層。選用106-3污水處理站水源水，將KS-1粘土穩(wěn)定劑按2.04%、1.36%、0.68%、0.34%四種濃度分別在室溫（18℃）和57℃的條件下與經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾的水源水混合，放置4小時(shí)后觀察混配液的狀態(tài)，不同濃度的粘土穩(wěn)定劑在常溫和57℃的條件下與水源水混配后均呈清亮透明無(wú)混濁現(xiàn)象，由此可見(jiàn)KS-1粘土穩(wěn)定劑與水源水的配伍性好。

2.使用濃度及注入倍數(shù)

粘土穩(wěn)定劑主要是靠吸附在粘土顆粒外表面和晶層內(nèi)表面，阻止其它陽(yáng)離子的置換作用和水分子的進(jìn)入起到抑制粘土礦物遇淡水后的膨脹作用，使用濃度和注入倍數(shù)是影響其粘土穩(wěn)定效果的兩個(gè)重要參數(shù)。選取商河油田極強(qiáng)水敏性（注入蒸餾水后滲透率降低95%左右）的四塊巖心，177-1、177-2、177-3、177-4的氣體滲透率分別為36.2×10-3μm2、25.4×10-3μm2、27.7×10-3μm2、40.9×10-3μm2，177-1、177-2、177-3三塊巖心分別注入1.32%、0.68%、0.34%粘土穩(wěn)定劑5倍孔隙體積，177-4號(hào)巖心注入0.68%的粘土穩(wěn)定劑2倍孔隙體積。

實(shí)驗(yàn)程序：巖心洗油后抽空飽和3%的KCl溶液→用3%的KCl溶液測(cè)定巖心的初始滲透率→分別注入用精細(xì)過(guò)濾水源水配制的KS-1粘土穩(wěn)定劑，并靜置4小時(shí)→長(zhǎng)期注入蒸餾水測(cè)定滲透率值。

圖3 使用濃度和注入量對(duì)粘土穩(wěn)定效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出KS-1粘土穩(wěn)定劑的使用濃度和注入量直接影響到粘土穩(wěn)定劑的作用效果，濃度過(guò)低（0.34%）的177-3號(hào)巖心和注入量較小（注入倍數(shù)2倍孔隙體積）的177-4號(hào)巖心的粘土穩(wěn)定效果不明顯；當(dāng)濃度大于0.68%后粘土穩(wěn)定效果基本相同；注入5倍孔隙體積KS-1粘土穩(wěn)定效果顯著。因此KS-1的最佳使用有效濃度不低于0.68%并且注入量要不小于處理孔隙體積的5倍。

3.粘土穩(wěn)定劑效果評(píng)價(jià)

選用商105井和商105-16井強(qiáng)水敏性巖心，洗油后用2%的KCl溶液測(cè)定初始滲透率Kws后分成兩組，一組直接注入水源水、另一組先用KS-1粘土穩(wěn)定劑處理再注水源水，通過(guò)對(duì)比注入水源水后兩組滲透率保留值，評(píng)價(jià)KS-1粘土穩(wěn)定劑的粘土穩(wěn)定效果。

表5為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于強(qiáng)水敏性的儲(chǔ)層，先注入5倍孔隙體積0.68%～2.04%的粘土穩(wěn)定劑，后注入各種不同礦化度的水源水（兩塊樣品注入蒸餾水）30倍孔隙體積滲透率均保持在初始滲透率的90%以上，與直接注入水源水相比較滲透率可提高32.9%～90.1%，由此可見(jiàn)KS-1粘土穩(wěn)定劑對(duì)中～強(qiáng)低滲透水敏性儲(chǔ)層的巖心粘土穩(wěn)定效果好。

表5 KS-1粘土穩(wěn)定效果室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，KS-1粘土穩(wěn)定劑與水源水的配伍性好、適應(yīng)地層溫度條件、耐沖刷能力強(qiáng)、粘土穩(wěn)定效果好，其濃度和注入量直接影響其粘土穩(wěn)定效果，使用濃度應(yīng)不小于0.68%、注入量達(dá)到孔隙體積的5倍；綜合來(lái)說(shuō)，KS-1粘土穩(wěn)定劑是商105區(qū)塊理想的粘土穩(wěn)定措施使用藥劑。

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