川西侏羅系儲層巖心傷害實驗研究

潘寶風　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研究院，四川　德陽　618000）

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川西侏羅系儲層巖心傷害實驗研究

潘寶風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研究院，四川德陽618000）

摘要針對川西侏羅系低壓低產井儲層污染嚴重問題，結合儲層實際情況開展模擬實驗研究了各污染因素對儲層巖心的傷害程度，并進行了機理分析。研究結果表明，蓬萊鎮組、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垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達88.98%，結垢傷害率僅為5.26%；未破膠凍膠能夠堵塞流體運移通道，裂縫巖心滲透率下降接近100%。

關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，縱向上包括蓬萊鎮組、遂寧組、沙溪廟組氣藏，儲層大都具有細微孔喉、較強水敏特性，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低，氣井初期產量不高；另一部分氣藏初期地層壓力高，但目前也整體逐步進入低壓低產階段，產量遞減較快，平均單井日產氣約4 000 m3，氣藏整體穩產形勢嚴峻。儲層污染是川西低壓低產氣井產量衰減的重要原因，污染主要由水鎖、藥劑污染、凝析油傷害、結晶、結垢及凍膠堵塞等因素造成［1］。筆者通過開展現場巖心取樣，進行實驗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。

1　實驗裝置與方法

1.1水鎖傷害實驗裝置與方法

水鎖傷害實驗方法如下：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反向驅替蒸餾水24 h進行水鎖；④正向驅氮氣，利用減壓閥緩慢調整輸入的氮氣壓力（每加壓0.5 MPa觀察5 min），直到皂沫流量計中有氮氣流出，測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污染傷害實驗裝置與方法

污染傷害實驗方法如下：①巖心烘干、稱重、抽真空、鹽水飽和稱重；②在一定驅替壓力、圍壓下通過標準鹽水測定巖心初始滲透率Ka；③采用污染液在一定驅替壓力、圍壓下反向污染巖心2 h；④在一定驅替壓力、圍壓下通過標準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　實驗結果與分析

2.1水鎖傷害

目前普遍認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、驅動壓力、孔隙結構、粘土礦物種類及含量等，這些內在的地質因素和外在誘發的工程因素都不同程度地影響著水鎖傷害的程度［2］。蓬萊鎮組、沙溪廟組及遂寧組巖心水鎖傷害實驗結果表明，蓬萊鎮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%。

蓬萊鎮組儲層巖性以中—細砂巖為主，次為粉砂巖，細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%。膠結物以方解石為主，平均7.05%，白云石少量；少量硅質、沸石、硬石膏。泥質含量較普遍，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%；遂寧組儲層以細粒巖屑砂巖為主，次為細粒巖屑石英砂巖、細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%。膠結物以方解石為主，平均為10.38%；少量硅質，硬石膏含量為1.58%。泥質含量較普遍，一般小于10%。儲層孔隙度值為1.10%～10.25%，平均為4.74%。根據上述儲層巖性與物性特征并結合實驗結果分析，在3類儲層中，蓬萊鎮組巖心平均孔隙度最高，水相容納程度最高，因而水鎖效應最明顯，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出液體如凝析油等組分等發生乳化作用，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。項目開展了蓬萊鎮組、沙溪廟組及遂寧組巖心化學傷害實驗，結果表明，蓬萊鎮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，需要根據井底水量嚴格控制泡排劑種類與用量，盡量防止乳化現象產生。

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存在反凝析油，反凝析液占據多孔介質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，使凝析氣井產能下降［3-4］。采用前面所述巖心傷害實驗方法，開展了沙溪廟組巖心反凝析油傷害實驗，結果如圖2所示，該結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分析包絡線圖

圖2　沙溪廟組巖心反凝析油傷害實驗前后滲透率比較圖

分析認為，當井底流壓低于露點壓力而地層壓力高于露點壓力時，地層中將出現3個不同的流動區域，包括油氣兩相流區域、凝析油段塞區域及單相氣流區域。在油氣兩相流區域內，凝析油飽和度高于凝析油臨界流動飽和度；單相氣流區域內地層壓力高于露點壓力，又稱為干氣區，沒有凝析油析出；凝析油段塞區域內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地層壓力降低到上露點壓力以下某個壓力（最大凝析壓力）區間內時，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。反凝析液占據多孔介質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，使凝析氣井產能下降。

2.4結垢傷害

實驗中通過模擬地層條件，持續將地層水驅替入巖心720 h，將巖心剖開采用掃描電鏡觀察是否產生結垢晶體。結果發現實驗中僅在沙溪廟組巖心中出現了如圖3所示的碳酸鈣晶體。分析認為，這主要是因為川西侏羅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-），具備產生碳酸鹽垢的潛在因素。當地層壓力下降，二氧化碳氣體易逸出，地層水中各種離子發生化學反應，結合起來在地層或井底形成鹽垢［5］。巖心結垢傷害實驗結果表明，地層水結垢對巖心傷害率為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藥劑以進行防垢除垢。

圖3　巖心內部結垢形態圖

圖4　巖心驅替地層水前后滲透率變化圖

2.5凍膠傷害

實驗中，將巖心人工造縫后，在一定壓力下通過驅替鹽水測定凍膠傷害前后巖心滲透率。結果表明，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99.99%。因此，壓裂增產施工后裂縫中殘余凍膠對儲層傷害巨大，增大返排阻力，嚴重影響天然氣在裂縫中的運移，需要針對性地開展增加破膠劑等凍膠污染解除措施。

3　結論

侏羅系低壓低產井儲層污染因素復雜，蓬萊鎮組、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62.34%，污染藥劑傷害率可達70.75%。沙溪廟組儲層還存在凝析油傷害及結垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達88.98%，結垢傷害率僅為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99.99%。上述污染因素易導致儲層污染情況加重，嚴重影響天然氣在裂縫中的運移，需要針對性地開展污染解除措施。

參考文獻

［1］姚廣聚，彭紅利，雷煒，等.低滲透氣藏低壓低產氣井解水鎖技術研究及應用［J］.油氣地質與采收率，2011，18（5）：97-99.

［2］趙哲軍，李莎莎，趙華，等.氣井生產過程中水鎖傷害機理研究［J］.天然氣技術與經濟，2015，9（3）：33-36.

［3］王樂之，戚志林，姜貽偉，等.深層低滲凝析氣藏反凝析特征研究［J］.天然氣技術，2007，1（1）：52-54.

［4］潘毅，孫雷，李士倫，等.凝析氣藏解除反凝析污染、提高氣井產能方法［J］.西南石油大學學報，2007，29 （2）：37-40.

［5］涂乙，汪偉英，吳萌，等.注水開發油田結垢影響因素分析［J］.油氣儲運，2010，29（2）：97-99.

（編輯：盧櫟羽）

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

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.005

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0016-03