鄂爾多斯盆地長7 段儲層敏感性實驗研究

2020-07-04 00:49:24劉一倉茍幸福黃東安謝耀榮趙曉紅陳貞萬張紅濤

石油化工應用 2020年6期

關鍵詞：實驗

劉一倉，茍幸福，黃東安，謝耀榮，趙曉紅，陳貞萬，張紅濤

（1.中國石油長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅慶陽 745000；2.北京凱博瑞石油科技有限公司，北京 100083）

自2009 年起針對鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 段頁巖進行勘探，針對陸相頁巖氣的成藏模式、賦存機理、地球化學特征等方面的認識取得了重大的進展[1-6]，但陸相頁巖氣井產能偏低，在地質研究的基礎上需要深入開發方面的分析。頁巖儲層以納米級孔隙和滲透率為主[7]，敏感性礦物及微裂縫發育，使得頁巖具有比常規儲層更強的潛在敏感性[8]，因其滲透率極低，滲流機理有別于常規砂巖儲層[9]，傳統壓汞曲線法只能反映巖芯的部分孔隙特征[10]，對頁巖的研究具有缺陷性，通過二氧化碳吸附數據運用DFT 模型計算出頁巖的微孔分布可知,頁巖含有大量0.5 nm～1.0 nm 的微孔[11]，金武軍等研究指出優質頁巖氣儲層具有更大的微孔孔容、比表面積、孔徑大小及有效孔隙體積[12]，劉子驛等分析了海相頁巖黃鐵礦含量與沉積環境和含氣性的關系[13]，鄂爾多斯長7 段陸相頁巖也富含黃鐵礦，可與此對比分析。在敏感性測試方面李凱，張浩等用氣測法研究了川東南地區下志留統龍馬溪組頁巖儲層敏感性，評價結果表明該區塊水敏性強，鹽敏性強，堿敏性強，酸敏性中等偏強[14]。

為明確陸相頁巖氣在開發過程中可能存在的敏感性問題，利用X 射線衍射、場發射掃描電鏡、氮氣吸附加壓汞實驗、巖心驅替實驗等技術進行全巖分析，明確鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 儲層特征及潛在的敏感性。

1 儲層基本特征

1.1 礦物成分特征

鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 儲層陸相頁巖礦物成分復雜，主要由黏土礦物（高嶺石、蒙脫石、伊利石、伊-蒙混層、綠泥石）、碎屑礦物（石英、斜長石、鉀長石）、碳酸鹽礦物（方解石、白云石、菱鐵礦）組成，含少量黃鐵礦。下寺灣地區YC 組長7 段陸相頁巖黏土礦物含量較高，平均占比52.96 %，碎屑礦物含量次之，占比34.46 %，碳酸鹽礦物含量最少，占比12.56 %。鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 陸相頁巖黏土礦物成分及其含量（見圖1），其以伊利石（48.95 %）和伊-蒙間層（32.39 %）為主，以綠泥石（9.68 %）和高嶺石（8.97 %）含量為輔。

圖1 X 射線衍射分析頁巖黏土礦物相對含量

1.2 孔隙特征

圖2a 氬離子拋光-掃描電子顯微鏡樣品孔隙特征

圖2b 陸相頁巖孔徑分布特征

圖2c 陸相頁巖孔徑分布特征（r＜100 nm）

鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 儲層陸相頁巖場發射掃描電鏡（見圖2a）。掃描電鏡分析顯示：巖石骨架顆粒小，為粉砂質泥巖，主要含黏土礦物，巖石膠結致密。可見大量的黏土礦物晶間孔和粒內孔，含草莓狀黃鐵礦結核，局部可見微裂縫,粒間孔和粒內孔是長7 段烴源巖的主要孔隙類型。鄂爾多斯盆地上三疊統YC 組長7 陸相頁巖孔隙分布特征（見圖2b），通過將低溫氮氣吸附和高壓壓汞法相結合分析頁巖的孔隙分布特征，發現長7 頁巖孔徑分布主特征要分為兩大類。第一類孔隙分布存在三個峰值，富含微孔、介孔和宏孔，孔徑峰值分別為2 nm、100 nm、10 000 nm；第二類孔隙分布存在二個峰值，不存在微孔，富含介孔和宏孔，孔徑峰值分別為100 nm、10 000 nm。頁巖孔徑小于100 nm 的孔隙體積、孔隙比表面積隨孔徑變化規律（見圖2c）。從圖2c 發現：第一類孔隙特征表現為在孔徑小于10 nm 時，隨著孔徑增加孔隙體積和孔隙比表面積均快速增加，在孔徑大于10 nm 后逐漸趨于穩定，說明微孔較發育；第二類孔隙特征表現為在孔徑小于10 nm 時，隨著孔徑增加孔隙體積和孔隙比表面積均增加但幅度很小，在孔徑大于10 nm 后逐漸趨于穩定，說明微孔不發育。

2 儲層敏感性實驗及評價

2.1 儲層敏感性實驗

（1）實驗設備：PoroPDP-200 型氣體滲透率測量儀，設計用于在模擬地層覆壓（最大壓力70 MPa）條件下，按美國石油學會標準（API RP-40）的要求，采用脈沖衰減法測量巖心樣品克氏滲透率，測量范圍：0.000 01 mD～10 mD。

（2）測試原理：巖心樣品裝在一個巖心夾持器中，然后將夾持器與控制模塊連接，用手動液壓泵加上圍壓，然后測量滲透率。滲透率測量采用非穩態法，即壓力脈沖衰減法。控制模塊首先給巖心施加一個孔隙壓力，然后通過巖心傳遞一個壓差脈沖，隨著壓力瞬間傳遞通過巖心，計算機數據采集系統記錄巖心兩端的壓力差、下游壓力和時間，并在電腦軟件屏幕上繪制出壓差和平均壓力與時間的對數曲線，軟件通過對壓力和時間數據的線性回歸計算滲透率，測量結果存儲到數據文件中。使用很小的壓差可以減少非達西流態的影響，改變孔隙壓力進行多點測量，即可采用常規方法計算克氏滲透率。設想一個小的壓力脈沖信號作用在巖心夾持器樣品上流已知壓力容器V1，當孔隙流動介質在孔隙壓力和脈沖壓力驅動下穿過樣品進入下流已知壓力容器V2時，樣品滲透率便可由樣品上流壓力容器V1的壓力隨時間的衰變特性來確定（見圖3）。

圖3 樣品滲透率計算示意圖

（3）實驗步驟：

①巖心在＜100 ℃條件下烘干稱重，質量穩定后，將干燥的巖心進行核磁共振測試，直到巖心洗油、洗鹽達到干凈標準，判斷標準是核磁檢測無信號。用PDP-200 型氣體滲透率測量儀測試巖心氣體滲透率，作為巖心的初始滲透率K1。

②對于水敏性實驗，將巖心依次抽真空、高壓飽和地層水、1/2 倍模擬地層水（即質量分數1.5 %KCl 溶液）、蒸餾水，在地層溫度下各自反應48 h 以上；對于鹽敏性實驗，將巖心依次抽真空、高壓飽和地層水（模擬地層水）、3/4 地層水（3/4 倍地層水礦化度）、次地層水（1/2 倍地層水礦化度）、1/4 地層水（1/4 倍地層水礦化度）和去離子水（蒸餾水），在地層溫度下各自反應20 h 以上；對于酸敏性實驗，將巖心抽真空、高壓飽和土酸（質量分數為12 %HCl+質量分數為3 %HF 溶液），在地層溫度下反應2 h～3 h 以上；對于堿敏性實驗，將巖心依次抽真空、高壓飽和pH=9、11、13 的堿液，在地層溫度下各自反應48 h 以上。實驗浸泡過程中巖心用熱縮管包裹，預防巖石顆粒松散。

③巖心用無水乙醇浸泡48 h 以上清洗鹽水，至少2 次以上。清洗后巖心在＜100 ℃烘干稱質量，直到質量恒定，核磁檢測無信號；再用PDP-200 型氣體滲透率測量儀測試巖心氣體滲透率，水敏/鹽敏/堿敏需要多循環實驗，重復步驟②、步驟③。分別記錄工作液反應后的滲透率為K2、K3…。

④對于應力敏感實驗，依據步驟①進行洗油、烘干；將實驗巖心夾持器內壓設置為10 MPa（近似為儲層原始孔隙壓力），有效應力系數取平均值0.5（實驗測試值為0.4～0.6），實驗測試方法見文獻，取圍壓分別為15 MPa、20 MPa、25 MPa、30 MPa，即巖心有效應力分別為10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa，分別測定各壓力點下的滲透率值。

⑤數據處理，參照行業標準SY/T 5358-2010“ 儲層敏感性流動實驗評價方法”[15]評價其損害程度。

每次實驗過程中盡量保持巖心驅替方向、上下方位不變。

2.2 儲層敏感性評價

按照SY/T 5358-2010“ 儲層敏感性流動實驗評價方法”行業標準（見表1），鄂爾多斯盆地上三疊統YC組長7 陸相頁巖14 塊巖心敏感性評價結果（見表2、圖4）表明：頁巖水敏損害9.76 %～25.32 %，損害程度為弱；頁巖鹽敏損害率25.93 %～51.57 %，損害程度為中等～中等偏弱；頁巖堿敏損害率為23.94 %～44.25 %，損害程度為中等偏弱；頁巖土酸酸敏損害6.38%～12.96%，損害程度為弱；頁巖應力敏感評價采用李傳亮方法[16]，應力敏感損害為18.47 %～24.50 %，損害程度為中等。