生屑灰巖油藏顆粒傷害與孔喉結構配伍性

汪周華，趙華臻，朱光亞，李茜瑤，郭平，景明強

（1.西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500；2.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠，山東 濱州 256600；3.中國石油勘探開發研究院中東所，北京 100083）

0 引言

伊拉克是世界上石油儲量最豐富的國家之一[1]。現有勘探成果表明，伊拉克已探明石油儲量中約有70%分布在白堊系碳酸鹽巖儲層中[1-2]，包括上白堊統的 Sa′di組、Hartha 組、Khasib 組以及中白堊統的Mishrif組[3-4]。 其中，Mishrif組約占該國白堊系油藏總地質儲量的40%及總石油地質儲量的近30%[5-6]。研究區眾多巖心樣品的孔隙度與氣測滲透率統計結果表明：Mishrif組顆粒灰巖孔隙度主要分布在18%～25%，滲透率分布在 40×10-3～600×10-3μm2；泥粒灰巖的孔隙度主要分布在23%～28%，滲透率分布在3×10-3～12×10-3μm2[7]。 針對 Mishrif組儲層，目前以大規模的注水開發為主[8]，但由于其儲層厚度較大且非均質性較強，導致水竄現象嚴重，且當下研究僅局限于油藏孔隙結構特征，不能結合現階段的注水開發提出指導性意見。因此，為合理開發中東地區生屑灰巖油藏，對影響儲層滲流能力的微觀孔喉結構特征進行了研究，并對注入水中懸浮物顆粒的儲層傷害能力進行了評價。

恒速壓汞技術在評價儲層的孔隙結構方面有著廣泛的應用。前人根據恒速壓汞實驗結果對鄂爾多斯盆地、大慶油田、吐哈油田、克拉瑪依油田等地區的微觀孔喉結構特征進行過詳細的研究[9-15]。同時，眾多學者對懸浮物顆粒的儲層傷害也進行了系統的研究[16-25]。肖佃師等[14]結合恒速壓汞與核磁共振檢測技術，得到了致密砂巖全孔徑范圍內的孔隙分布。張鵬等[15]應用恒速壓汞技術研究了定邊長7致密砂巖儲層的微觀孔喉結構，發現儲層物性與孔隙半徑的相關性差，而與喉道半徑的相關性較好。高建崇等[16]通過對岐口17-2油田主力注水層位的壓汞數據分析，獲得了主流喉道半徑，并通過注入水中顆粒粒徑與喉道的配伍性研究，得到注入水中懸浮物顆粒粒徑應小于主流喉道直徑的1/8。本文基于恒速壓汞實驗與顆粒運移實驗結果，研究了影響中東地區生屑灰巖儲層滲流能力的主要因素以及注入水中懸浮物顆粒質量濃度與粒徑的上限，最后分析了注入水中懸浮物顆粒粒徑的上限值與滲透率貢獻峰值處所對應的喉道半徑的相關性。

1 恒速壓汞實驗

1.1 儀器及設備

恒速壓汞實驗設備為美國coretest ASPE730型恒速壓汞儀，包括注射泵與巖心夾持器，系統整體速率精度達到了 1×10-6mL/s。

1.2 材料

實驗巖心取自H油田Mishrif組，樣品長度為6.0 cm，直徑為3.8 cm，相關物性參數見表1。

1.3 步驟

1）恒速壓汞儀開機，預熱；2）輸入巖樣信息，包括孔隙度、滲透率、密度、外觀體積和孔隙體積等參數；3）抽真空2 h，設置恒速進汞速度，待壓力達到6.21 MPa時，結束實驗。

表1 恒速壓汞實驗巖心物性參數

1.4 結果與分析

1.4.1 巖心的孔喉分布特征

巖心的孔隙半徑分布特征如圖1所示。由圖1可以看出，不同孔滲的巖心樣品，其孔隙半徑分布曲線形態相近，皆為單峰、近正態。巖樣的孔隙半徑分布均在100～300 μm，主峰孔隙分布頻率一般超過22%。

圖1 Mishrif組碳酸鹽巖儲層孔隙半徑分布

巖心的喉道半徑分布特征如圖2所示。由圖2可以看出，不同于孔隙半徑的集中分布，喉道半徑分布曲線形態變化較大。當滲透率小于20×10-3μm2時，喉道半徑分布曲線呈現單峰、偏細態，峰值偏高，分布頻率在25%以上，喉道半徑分布較集中；當滲透率大于20×10-3μm2時，峰值降低，喉道半徑分布偏向均勻。

圖2 Mishrif組碳酸鹽巖儲層喉道半徑分布

從數值上看，Mishrif組的喉道半徑一般小于25.0 μm，峰值處的喉道半徑在1.1～12.5 μm。而隨著滲透率的增加，峰值向右偏移，且不斷降低。當巖心滲透率小于20×10-3μm2時，峰值處對應的喉道半徑在3 μm以內；當巖心滲透率在 20×10-3～50×10-3μm2時，峰值處對應的喉道半徑在 3～8 μm； 當滲透率大于 50×10-3μm2時，曲線出現多處峰值，主峰值處對應的喉道半徑在10 μm以內，但大于10 μm時出現多個小峰值。這說明隨著巖心滲透率增加，大尺寸喉道在巖心中占比增加。

1.4.2 巖心的孔喉分布與物性的相關性

根據10塊巖心的恒速壓汞實驗結果，得到每塊巖心的平均孔隙半徑、主流喉道半徑，并分別繪制與滲透率的散點圖（見圖3、圖4）。

圖3 滲透率與平均孔隙半徑的關系

圖4 滲透率與主流喉道半徑的關系

由圖3可以看出，滲透率與平均孔隙半徑相關性較差（R2＜0.1）。由此認為，平均孔隙半徑不是影響H油田Mirshrif組儲層滲流能力的主要因素。

由圖4可以看出，滲透率與主流喉道半徑的相關性較好。滲透率越大，主流喉道半徑越大，主流喉道半徑是影響Mirshrif組儲層滲流能力的重要因素。因此，喉道半徑及分布是中東地區碳酸鹽巖油藏開發的關鍵因素。

2 懸浮物顆粒運移實驗

2.1 儀器及設備

主要包括Ruska全自動泵（西南石油大學自主研發）、壓力傳感器、巖心夾持器等。

2.2 材料

實驗巖心取自Mishrif組（直徑為3.8 cm，長度為6.4 cm），巖心物性參數如表2所示。水樣為根據現場水質分析報告配制的地層水（礦化度為212 420 mg/L、CaCl2型）和注入水（礦化度為 1 580 mg/L、CaCl2型），注入水中所加入的懸浮物顆粒來自江蘇納微科技股份有限公司。

表2 懸浮物顆粒運移實驗巖心物性參數

2.3 步驟

1）分別配制含有相同質量濃度（3 mg/L）和不同粒徑（1.5，5.0，10.0，20.0 μm）懸浮物顆粒的注入水；分別配制含有相同粒徑（5.0 μm）和不同質量濃度（1，5，10，20，40 mg/L）懸浮物顆粒的注入水。

2）將巖心抽真空，飽和地層水，采用地層水驅替巖心，記錄巖心兩端的壓差、出口端流量，計算巖心有效滲透率。

3）使用含有懸浮物顆粒的注入水進行驅替實驗，每注入1 PV測試巖心的滲透率，累計注入20 PV后，結束實驗。

2.4 結果與分析

2.4.1 懸浮物顆粒粒徑對巖心滲透率的影響

相同質量濃度情況下，不同粒徑懸浮物顆粒對巖心滲透率的傷害程度如圖5所示。

圖5 不同粒徑懸浮物顆粒運移實驗結果

由圖5可以看出，當懸浮物顆粒粒徑為1.5，5.0，10.0，20.0 μm時，對巖心滲透率的傷害率分別為7.1%，8.3%，25.0%，31.3%。當懸浮物顆粒質量濃度為3 mg/L、粒徑小于10 μm時，滲透率傷害率會出現一定程度的波動，并不產生實質傷害；而當顆粒質量濃度不變、粒徑大于10 μm時，懸浮物顆粒會對巖心滲透率產生不可逆的傷害。

隨著懸浮物顆粒粒徑的增大，巖心的滲透率傷害越嚴重。當懸浮物顆粒粒徑為1.5，5.0 μm時，流量以及滲透率傷害率表現為起伏波動的變化，原因在于喉道處顆粒聚集，又在壓力下被注入水沖散；當粒徑為10.0，20.0 μm時，由于懸浮物顆粒粒徑的增大，接近于巖心喉道直徑，喉道處的顆粒不易被沖散，喉道被堵塞，滲流通道減少，導致滲透率降低。

2.4.2 懸浮物顆粒質量濃度對巖心滲透率的影響

相同懸浮物顆粒粒徑情況下，不同質量濃度顆粒對巖心滲透率的傷害程度如圖6所示。由圖6可以看出：當懸浮物顆粒質量濃度為 1，5，10，20，40 mg/L 時，巖心滲透率的傷害率分別為7.14%，14.29%，20.00%，35.71%，53.70%。當懸浮物顆粒粒徑為5.0 μm、質量濃度小于5 mg/L時，對滲透率不產生實質傷害；而當質量濃度大于5 mg/L時，懸浮物顆粒會對巖心滲透率產生不可逆的傷害。

圖6 不同質量濃度懸浮物顆粒運移實驗結果

3 喉道半徑與顆粒粒徑配伍關系

對主流喉道半徑、平均孔隙半徑以及滲透率貢獻峰值處對應的喉道半徑進行整理后（見表3）可知，滲透率在 20×10-3～40×10-3μm2的巖心平均孔隙半徑主要分布在178.43～216.59 μm，而當注入水中的懸浮物顆粒粒徑在1.5～20.0 μm時，顆粒很難通過堵塞孔隙，使得巖心滲流能力降低。巖心滲透率發生變化，原因在于懸浮物顆粒堵塞喉道，進而造成巖心滲流能力降低。

由表3可以看出，巖心的主流喉道半徑存在一定的差異性，且全部小于10 μm，但從喉道對于滲透率的貢獻方面看，巖心滲透率貢獻峰值處對應的喉道半徑在11 μm左右。

表3 部分巖心的恒速壓汞實驗數據 μm

由不同粒徑懸浮物顆粒的運移實驗可知，當顆粒質量濃度為3 mg/L、粒徑大于10 μm時，巖心容易產生不可逆的滲透率傷害。由此認為，當注入水中的懸浮物顆粒粒徑接近滲透率貢獻峰值處對應的喉道半徑時，生屑灰巖油藏會產生不可逆的滲流能力下降現象。

4 結論

1）通過恒速壓汞實驗發現，中東地區的生屑灰巖儲層孔隙半徑主要分布在100～300 μm，喉道半徑一般小于 25 μm，峰值處的喉道半徑在 1.1～12.5 μm。 喉道半徑分布是影響Mishrif組儲層滲流能力的重要因素，且隨著滲透率的增大，喉道半徑增大。

2）不同粒徑懸浮物顆粒的運移實驗表明，隨著注入水中懸浮物顆粒粒徑的增大，巖心的滲透率傷害率增加。在懸浮物顆粒質量濃度為3 mg/L、粒徑大于10 μm情況下，注入水累計注入10 PV后，生屑灰巖儲層會發生不可逆的滲透率傷害。

3）不同質量濃度懸浮物顆粒的運移實驗表明，隨著注入水中懸浮物顆粒質量濃度的增加，巖心的滲透率傷害率增加。在懸浮物顆粒粒徑5 μm、質量濃度大于5 mg/L情況下，注入水累計注入15 PV后，生屑灰巖儲層會發生不可逆的滲透率傷害。

4）對比恒速壓汞實驗與顆粒運移實驗發現，在滲透率 20×10-3～40×10-3μm2的巖心中， 滲透率貢獻峰值處對應的喉道半徑在11 μm左右，而當懸浮物顆粒粒徑接近11 μm時，生屑灰巖油藏會發生儲層滲流能力下降的現象。

5）中東地區生屑灰巖油藏滲流能力的主要影響因素為喉道半徑及其分布，可考慮采取措施，降低低滲儲層注入水中的大粒徑懸浮物顆粒質量濃度。