潿洲低滲油藏注水水質對滲流能力影響實驗研究

李明軍，何勝林，雷 昊，馬文宏

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057)

注水水質指標是油氣田注水的重要指標，是影響注水效果和成本的重要因素。在注水水質對儲層滲流物性及開發動態與開發效果的影響技術研究中，開發工作者從水驅油的單相及兩相微觀滲流的角度進行了大量的實驗研究，對影響滲流機理的因素進行了較為廣泛的分析，并在此基礎上形成了初步的單相及兩相滲流機理[1-3]。但這些研究都是以一種固定的標準水樣作為驅替介質，將主要精力放在水質對注水工藝系統的影響以及注水開發的動態分析上。因此，欲使注水開發取得理想的效果，除優化注水方案設計、不斷改進注水工藝及加強監督管理外，還必須十分重視水質對儲層滲流物性及開發動態與開發效果的影響。通過對國內注海水油田的水質調研，對海水水質的要求進行了總結：①各地海水的礦化度及pH值相差不大；②海水含氧處于飽和狀態，溶解氧量明顯高于油田用其他注入水；③懸浮物含量差別大；④細菌含量高，各地海水含菌量差別較大[4-8]。由于各地區海水的水質差別較大，所以在處理上和水質指標要求上也有著很大的區別。如果注入水水質發生了不配伍，不僅會堵塞管道，對地層孔喉也會有很大的影響。注水水質指標主要包含懸浮物的顆粒粒徑、懸浮物顆粒濃度、細菌含量等幾個方面[6-8]。

1 黏土礦物對儲層滲流能力的影響

油層中的黏土礦物可以引起水敏、速敏、堿敏、酸敏和水鎖等儲層損害問題[6]。黏土礦物引起水敏損害主要有兩部分：①水化膨脹機理，黏土礦物水化膨脹，使其體積增大，結合力減弱，部分顆粒分散；②分散的黏土顆粒運移，堵塞滲流通道，損害儲層。

1.1 水驅前后礦物成分變化

對油田的5塊巖芯水驅前后礦物組成進行了測試分析，結果見表1。

對水驅前后礦物組成成分的研究發現：膠結黏土礦物相對含量下降；骨架礦物組分相對含量上升。對水驅前后黏土組成成分的研究發現：易發生顆粒遷移的礦物相對含量下降；易發生晶格膨脹的礦物相對含量增加。其中黏土含量、伊利石含量、高嶺石含量、綠泥石含量下降；石英含量上升、鉀長石含量、伊蒙間層含量上升，詳見表2。

表1 水驅前后礦物組成成分測試結果(重量百分比)

表2 水驅前后礦物組成成分變化

1.2 水驅前后黏土對滲流能力影響

水驅前后黏土對儲層影響主要受水化機理和微粒運移相作用，兩者作用機理不同：注入水水質配伍時，黏土幾乎不發生膨脹，微粒運移起主要作用；注入水水質不配伍時，黏土中蒙脫石發生膨脹明顯，水化膨脹和微粒運移都影響儲層滲流能力。

1.2.1 注入水配伍

5塊巖芯平均滲透率63.88 mD，注入30 PV水后，水測滲透率降低幅度存在差異，平均下降19.02%，見圖1。

由圖1可知，水驅過程中隨著注入PV的增加，樣品內的黏土分散發生運移，對于滲透率較高儲層，在驅替初期，整體使得孔隙孔道聯通情況變好，滲透率增加，但增加的幅度不大，隨著驅替進行，被水沖刷分散的黏土礦物在孔道或喉道處滯留、堆積、堵塞流通通道，導致了滲透率降低，水測滲透率呈現一系列波動，隨著水驅的進行，分散顆粒逐步趨于穩定，滲透率波動趨勢減緩，水驅進一步進行，滲透率逐漸趨于穩定，總體呈現下降趨勢。

圖1 水驅過程中水測滲透率的變化曲線

1.2.2 注入水不配伍

首先選取三塊平行樣巖芯13-1、13-2和13-3，分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水飽和。然后在相同驅替速度下，分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水驅替相同PV數，計算驅替前后各自水測滲透率的變化，結果見表3。

表3 同一塊巖芯不同礦化度下滲透率變化

實驗結果表明，驅替速度不變，隨著注入水礦化度的降低，滲透率損失率基本保持不變，略有上升。

選取三塊不同滲透率的巖芯，用10 000 mg/L的水飽和后，在相同驅替速度下，依次用10 000 mg/L、5 000 mg/L、2 500 mg/L和蒸餾水驅替相同PV數，實驗結果見圖2。

圖2 礦化度與膨脹滲透率降幅關系

從圖2可以看出，隨著注入水礦化度逐漸降低，巖芯由于膨脹造成的滲透率損失逐漸升高，且隨著礦化度不斷減少，膨脹對滲透率損失程度的增加幅度增大。滲透率越低的巖芯，相同礦化度條件下，水化膨脹造成的滲透率降低幅度越大。因此，對于黏土礦物高的水敏性強的儲層，注入水礦化度要保持在合理的范圍，注入水礦化度不合理會造成儲層滲流能力的大幅度降低，增加開發難度。

2 固體懸浮物顆粒對儲層潛在傷害研究

根據恒速壓汞的實驗結果，儲層的滲流能力主要受喉道控制。研究區喉道半徑主要分布在1～6.5 μm之間，最大值在6.5 μm以內，含懸浮顆粒注入水的粒徑范圍≤5.0 μm，不同的注入水中含懸浮顆粒的濃度≤5.0 mg/L。實驗所用懸浮顆粒為石英砂，密度為1.57 g/cm3，用濾膜過濾法配置不同粒徑、不同濃度的懸浮液。

2.1 實驗步驟

實驗步驟如下：選出2平行組(每組3塊)不同滲透率級別的巖芯(表4)進行滲透率測試，其中3塊巖芯進行不同顆粒粒徑實驗，3塊巖芯進行不同顆粒濃度實驗；將選好的巖芯放入80 ℃的烘箱中烘24 h；稱巖芯干重，測巖芯的長度及直徑；將巖芯抽真空，24 h后，飽和鹽水，巖芯用10 000 mg/L的標準鹽水飽和；飽和鹽水后，將巖芯放于裝滿相應的標準鹽水的300 mL中間容器中，在10 MPa下加壓24 h；將巖芯水測滲透率；根據實驗要求，注入不同濃度、不同粒徑的懸浮液。

2.2 實驗結果及分析

實驗結果見圖3和圖4。從圖3可以看出，滲透率越小的巖芯，注入水顆粒堵塞造成的傷害越大。滲透率隨著注入顆粒的增大急劇下降，而后滲透率平緩降低，說明注入顆粒越大，越易形成外部濾餅，滲透率變化緩慢。從圖4可以看出，不同顆粒濃度對滲透率的損害程度不同，滲透率越低，損害程度越大。

表4 不同粒徑不同濃度實驗巖芯基礎數據

圖3 注入水顆粒粒徑與滲透率損失率關系

圖4 顆粒濃度與滲透率損失率關系

3 注海水對儲層滲流能力的研究

海水中微生物的特征與普通油田注入水不同，細菌含量隨季節變化而變化。通過對比觀察注入水通過巖芯前后細菌的數量及大小，分析細菌對儲層的堵塞作用(表5)。

表5表示注入水通過巖芯前后細菌形態的變化，從表中可知流出液體中的細菌個數明顯變少，說明細菌對儲層有一定的堵塞作用。通過記錄注入壓力的變化，分析細菌對儲層滲流能力的影響(圖5)。

由圖5可知，隨著細菌數量的增加，對儲層的滲流能力影響增大，體現為滲透率保留量減小。細菌對巖芯的傷害，對孔喉的堵塞是造成傷害的主要原因。海水中細菌含量一般在100個/mL以下，對儲層傷害程度小于20%。

表5 注入巖芯前后細菌形態變化

圖5 細菌數量對儲層滲透率的影響

表6 海水水質檢測結果

礦化度/(mg/L)pH值溶解氧/(mg/L)細菌總數/(CFU/mL)溶解CO2/(mg/L)油類41 4007.97.21607.2未檢出

圖6 不同水質滲透率變化

表6為海水水質檢測結果，圖6為注入不同水質滲透率變化情況。

由圖6可以得出，隨著注入體積倍數的增加，注海水和注地層水儲層巖芯滲流能力變化規律一致，前期滲透率降低幅度達20%，注入體積倍數4 PV時，滲透率降低幅度基本穩定，注海水相比注地層水滲透率達到穩定時，降低幅度更大，表明注海水對儲層具有傷害作用。

4 結 論

1) 水驅后，膠結黏土礦物含量下降，骨架礦物組分含量上升，表現為黏土下降，石英和鉀長石上升；顆粒遷移的礦物含量下降，晶格膨脹的礦物含量增加，表現為伊蒙間層上升，伊利石、高嶺石和綠泥石下降。

2) 黏土對儲層影響主要受水化機理和微粒運移相互作用，兩者作用機理不同。注入水水質配伍時，微粒運移起主要作用，滲透率下降幅度較小；注入水水質不配伍時，蒙脫石發生膨脹明顯，水化膨脹造成的滲透率下降幅度較大。

3) 同一顆粒粒徑情況下，巖芯滲透率越低，對產能的傷害越大；同一滲透率情況下，顆粒粒徑越大，對產能的傷害越大。同一顆粒濃度情況下，巖芯滲透率越低，對產能的傷害越大；同一滲透率情況下，顆粒濃度越高，對產能的傷害越大。

4) 海水中細菌含量一般在100個/mL以下，對儲層傷害程度小于20%。注入海水對滲透率的損害大，對滲透率的損害在30%以上。