川西侏羅系儲層巖心傷害實(shí)驗(yàn)研究

潘寶風(fēng)　陳穎祎　楊東梅　劉徐慧　李洪波

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川　德陽　618000）

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川西侏羅系儲層巖心傷害實(shí)驗(yàn)研究

潘寶風(fēng)陳穎祎楊東梅劉徐慧李洪波

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000）

摘要針對川西侏羅系低壓低產(chǎn)井儲層污染嚴(yán)重問題，結(jié)合儲層實(shí)際情況開展模擬實(shí)驗(yàn)研究了各污染因素對儲層巖心的傷害程度，并進(jìn)行了機(jī)理分析。研究結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組與沙溪廟組儲層巖心水鎖傷害率分別為62.34%、46.98%與59.39%，藥劑污染傷害率分別為70.75%、64.90%與62.22%；沙溪廟組儲層還存在凝析油傷害及結(jié)垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達(dá)88.98%，結(jié)垢傷害率僅為5.26%；未破膠凍膠能夠堵塞流體運(yùn)移通道，裂縫巖心滲透率下降接近100%。

關(guān)鍵詞侏羅系儲層巖心污染因素

修訂回稿日期：2016－01－06

0　引言

川西侏羅系氣田主要包括廣金、洛帶、馬井等氣田，縱向上包括蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組氣藏，儲層大都具有細(xì)微孔喉、較強(qiáng)水敏特性，流體以天然氣為主，部分氣藏含凝析油和地層水，新場沙溪廟組地層水水型以CaCl2型為主。氣田主力氣藏中，一部分氣藏地壓系數(shù)低，氣井初期產(chǎn)量不高；另一部分氣藏初期地層壓力高，但目前也整體逐步進(jìn)入低壓低產(chǎn)階段，產(chǎn)量遞減較快，平均單井日產(chǎn)氣約4 000 m3，氣藏整體穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。儲層污染是川西低壓低產(chǎn)氣井產(chǎn)量衰減的重要原因，污染主要由水鎖、藥劑污染、凝析油傷害、結(jié)晶、結(jié)垢及凍膠堵塞等因素造成［1］。筆者通過開展現(xiàn)場巖心取樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析了各種因素對儲層的傷害性，為制定合理的儲層污染治理對策奠定了基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1水鎖傷害實(shí)驗(yàn)裝置與方法

水鎖傷害實(shí)驗(yàn)方法如下：①制作巖心，烘干選用；②巖樣建立初始飽和度并裝入巖心夾持器，測出巖心初始滲透率Ka；③反向驅(qū)替蒸餾水24 h進(jìn)行水鎖；④正向驅(qū)氮?dú)猓脺p壓閥緩慢調(diào)整輸入的氮?dú)鈮毫Γ考訅?.5 MPa觀察5 min），直到皂沫流量計中有氮?dú)饬鞒觯瑴y定巖樣傷害后巖心滲透率K1，按公式（1）計算水鎖傷害率：

式中，Ka為巖心初始滲透率，mD；K1為傷害后巖心滲透率，mD。

1.2污染傷害實(shí)驗(yàn)裝置與方法

污染傷害實(shí)驗(yàn)方法如下：①巖心烘干、稱重、抽真空、鹽水飽和稱重；②在一定驅(qū)替壓力、圍壓下通過標(biāo)準(zhǔn)鹽水測定巖心初始滲透率Ka；③采用污染液在一定驅(qū)替壓力、圍壓下反向污染巖心2 h；④在一定驅(qū)替壓力、圍壓下通過標(biāo)準(zhǔn)鹽水測定傷害后巖心滲透率K1，并按公式（1）計算出巖心傷害率。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1水鎖傷害

目前普遍認(rèn)為影響水鎖傷害的因素有：氣測滲透率大小、原始含水飽和度、界面張力、水相侵入深度、注入流體黏度、驅(qū)動壓力、孔隙結(jié)構(gòu)、粘土礦物種類及含量等，這些內(nèi)在的地質(zhì)因素和外在誘發(fā)的工程因素都不同程度地影響著水鎖傷害的程度［2］。蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組及遂寧組巖心水鎖傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組巖心水鎖傷害率為62.34%，沙溪廟組巖心水鎖傷害率為59.39%，遂寧組巖心水鎖傷害率為46.98%。

蓬萊鎮(zhèn)組儲層巖性以中—細(xì)砂巖為主，次為粉砂巖，細(xì)砂巖主要為巖屑石英砂巖、長石巖屑石英砂巖、巖屑砂巖。碎屑以石英為主平均68.24%，長石含量平均8.26%，巖屑含量平均23.61%。膠結(jié)物以方解石為主，平均7.05%，白云石少量；少量硅質(zhì)、沸石、硬石膏。泥質(zhì)含量較普遍，含量平均0～2%。儲層孔隙度介于0.66%～22.01%，平均為11.47%；沙溪廟組儲層孔隙為粒間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、云母解理縫及晶間孔。喉道類型以片狀、彎曲片狀為主，少量晶間縫、縮頸喉道；喉道半徑小于1.00 μm。孔喉組合多為大孔—微喉、中孔—微喉型。儲層最大孔隙度為17.07%，最小孔隙度為1.08%，平均孔隙度為9.69%；遂寧組儲層以細(xì)粒巖屑砂巖為主，次為細(xì)粒巖屑石英砂巖、細(xì)粒長石巖屑砂巖與巖屑長石砂巖。碎屑礦物成分以石英為主，平均含量為66.07%；富含巖屑，平均含量為27.45%；少量長石，平均含量為6.48%。膠結(jié)物以方解石為主，平均為10.38%；少量硅質(zhì)，硬石膏含量為1.58%。泥質(zhì)含量較普遍，一般小于10%。儲層孔隙度值為1.10%～10.25%，平均為4.74%。根據(jù)上述儲層巖性與物性特征并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在3類儲層中，蓬萊鎮(zhèn)組巖心平均孔隙度最高，水相容納程度最高，因而水鎖效應(yīng)最明顯，需要在后期井底凈化施工中采用高效解水鎖劑。

2.2泡排污染液傷害

井底凈化加注的藥劑中，表面活性劑成分與產(chǎn)出液體如凝析油等組分等發(fā)生乳化作用，形成油包水乳狀液，或與地層流體不配伍，形成黏度較高的乳狀液，易堵塞流體滲流通道。項(xiàng)目開展了蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組及遂寧組巖心化學(xué)傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組巖心泡排傷害率為70.75%，沙溪廟組巖心泡排傷害率為62.22%，遂寧組巖心泡排傷害率為64.90%。因此在凈化施工中，需要根據(jù)井底水量嚴(yán)格控制泡排劑種類與用量，盡量防止乳化現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.3反凝析油傷害

川西侏羅系氣藏中，通過PVT相圖分析（圖1）確定僅有沙溪廟組儲層內(nèi)存在反凝析油，反凝析液占據(jù)多孔介質(zhì)孔隙表面和充填微小孔隙，而使流體流動的有效孔隙空間減少，增加氣液滲流阻力，降低了孔隙通道的滲透性，使凝析氣井產(chǎn)能下降［3-4］。采用前面所述巖心傷害實(shí)驗(yàn)方法，開展了沙溪廟組巖心反凝析油傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，該結(jié)果表明沙溪廟組巖心反凝析油傷害率為88.98%。

圖1　新場沙溪廟組氣藏氣樣PVT分析包絡(luò)線圖

圖2　沙溪廟組巖心反凝析油傷害實(shí)驗(yàn)前后滲透率比較圖

分析認(rèn)為，當(dāng)井底流壓低于露點(diǎn)壓力而地層壓力高于露點(diǎn)壓力時，地層中將出現(xiàn)3個不同的流動區(qū)域，包括油氣兩相流區(qū)域、凝析油段塞區(qū)域及單相氣流區(qū)域。在油氣兩相流區(qū)域內(nèi)，凝析油飽和度高于凝析油臨界流動飽和度；單相氣流區(qū)域內(nèi)地層壓力高于露點(diǎn)壓力，又稱為干氣區(qū)，沒有凝析油析出；凝析油段塞區(qū)域內(nèi)同時存在氣相和反凝析油相，但凝析油飽和度低于臨界流動飽和度。隨著凝析氣藏衰竭式開發(fā)地層壓力降低到上露點(diǎn)壓力以下某個壓力（最大凝析壓力）區(qū)間內(nèi)時，部分凝析油在地層中析出并滯留在儲層巖石孔隙微粒表面造成的反凝析傷害。反凝析液占據(jù)多孔介質(zhì)孔隙表面和充填微小孔隙，而使流體流動的有效孔隙空間減少，增加氣液滲流阻力，降低了孔隙通道的滲透性，使凝析氣井產(chǎn)能下降。

2.4結(jié)垢傷害

實(shí)驗(yàn)中通過模擬地層條件，持續(xù)將地層水驅(qū)替入巖心720 h，將巖心剖開采用掃描電鏡觀察是否產(chǎn)生結(jié)垢晶體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中僅在沙溪廟組巖心中出現(xiàn)了如圖3所示的碳酸鈣晶體。分析認(rèn)為，這主要是因?yàn)榇ㄎ髻_系沙溪廟組地層水礦化度高，水型主要為CaCl2型，富含大量的成垢離子（Ca2+、CO32-、HCO3-），具備產(chǎn)生碳酸鹽垢的潛在因素。當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆担趸細(xì)怏w易逸出，地層水中各種離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合起來在地層或井底形成鹽垢［5］。巖心結(jié)垢傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地層水結(jié)垢對巖心傷害率為5.26%，對儲層具有一定的傷害性（圖4）。因此在井底凈化中需要采用適當(dāng)藥劑以進(jìn)行防垢除垢。

圖3　巖心內(nèi)部結(jié)垢形態(tài)圖

圖4　巖心驅(qū)替地層水前后滲透率變化圖

2.5凍膠傷害

實(shí)驗(yàn)中，將巖心人工造縫后，在一定壓力下通過驅(qū)替鹽水測定凍膠傷害前后巖心滲透率。結(jié)果表明，在一定壓力作用下，具有一定縫寬人造巖心滲流通道能夠被高黏度凍膠堵塞，巖心滲透率下降高達(dá)99.99%。因此，壓裂增產(chǎn)施工后裂縫中殘余凍膠對儲層傷害巨大，增大返排阻力，嚴(yán)重影響天然氣在裂縫中的運(yùn)移，需要針對性地開展增加破膠劑等凍膠污染解除措施。

3　結(jié)論

侏羅系低壓低產(chǎn)井儲層污染因素復(fù)雜，蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組與沙溪廟組儲層均存在水鎖傷害與藥劑污染傷害，巖心水鎖傷害率可達(dá)62.34%，污染藥劑傷害率可達(dá)70.75%。沙溪廟組儲層還存在凝析油傷害及結(jié)垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達(dá)88.98%，結(jié)垢傷害率僅為5.26%。另外未破膠凍膠能夠堵塞裂縫，裂縫巖心滲透率下降高達(dá)99.99%。上述污染因素易導(dǎo)致儲層污染情況加重，嚴(yán)重影響天然氣在裂縫中的運(yùn)移，需要針對性地開展污染解除措施。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：盧櫟羽）

作者簡介：潘寶風(fēng)（1973－），博士，高級工程師，從事油氣勘探開發(fā)技術(shù)研究工作。E-mail：pbaofeng@sina.com。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.005

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0016-03