張 敏,張紅玲,周曉峰,周 游 中國石油大學石油天然氣工程學院,北京102249

中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京102249

白豹地區(qū)長6儲層潛在傷害分析

張 敏,張紅玲,周曉峰,周 游 中國石油大學石油天然氣工程學院,北京102249

中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京102249

白豹地區(qū)長6儲層屬于超低滲儲層,與已經規(guī)模開發(fā)的低滲儲層相比,其巖性更致密、物性更差,更容易受到傷害,因而分析儲層的潛在傷害可以為后期的科學開發(fā)提供依據。對儲層巖石的掃描電鏡照片、鑄體薄片及流體化驗結果等資料進行了分析,根據儲層的多孔介質特性、敏感性礦物特性、流體性質預測了儲層在開發(fā)過程中可能會出現的傷害。認為酸敏和速敏性傷害會成為主要的傷害類型,建議酸化作業(yè)時采用與儲層相配伍的酸液并加入適當的添加劑。在后續(xù)的開采過程中,采油和注水的速度不宜過快。

超低滲儲層;儲層傷害;敏感性;白豹

白豹油田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部,面積約4000km2,研究目的層為長6超低滲透儲層,其中長63為主力油層。與已規(guī)模開發(fā)的特低滲透油藏相比,超低滲透油藏巖性更致密,孔隙結構更細微、更復雜,應力敏感性更強,物性更差[1],儲層更易受到傷害,開發(fā)難度更大。因此,必須對儲層在后期開發(fā)過程中可能出現的傷害進行預測,并提出必要的防預措施,進而為超低滲透油藏提高單井產能和采收率打下堅實的基礎,為油藏的經濟、高效開發(fā)提供科學依據。

造成儲層傷害的因素分為外因和內因兩種,外因即各種人為因素,如鉆井、完井、酸化作業(yè)等;內因是指由儲層本身的地質特征決定的因素,通常無法改變。筆者研究的主要內容是儲層傷害的內因,從3個方面進行分析:多孔介質的性質、敏感性礦物的性質以及地層流體的性質[2]。

1 多孔介質的性質

1.1 孔隙度和滲透率

對于油氣田開發(fā)來說,多孔介質即儲層巖石,是由許多大小不等的、形狀各異的孔隙和喉道組成的非均勻介質。其中,油氣的儲集空間主要是孔隙,滲流通道則主要是喉道,即兩個孔隙之間連通的狹窄部分,是最容易受傷害的敏感部位。

根據區(qū)內90口取心井9377塊砂巖樣品的實測物性分析結果,研究區(qū)長6砂巖孔隙度主要分布在8%～14%之間,平均孔隙度為12.1%,屬于中低孔;滲透率主要分布在(0.1～0.5)×10-3μm2之間,平均滲透率為0.4×10-3μm2,屬于超低滲儲層[3]。而孔隙度和滲透率越低,巖石孔道的連通性也越差,儲層傷害的可能性也越大[4]。

1.2 孔隙結構

巖石孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其連通關系,稱為儲層巖石的孔隙結構。孔隙和喉道的連通關系對儲層敏感性起著至關重要的作用,通常將孔喉類型分為5種,即:縮頸喉道、點狀喉道、片狀喉道、彎片狀喉道和管束狀喉道。

觀察白豹地區(qū)長6儲層巖石的鑄體薄片可以發(fā)現,其孔隙以粒間孔為主,孔隙小,喉道細長而彎曲(圖1、圖2)。經統(tǒng)計,儲層巖石的孔喉比為2.3,配位數為1.1。不難發(fā)現,該地區(qū)儲層巖石的孔喉類型以彎片狀喉道為主。

一般來說,在其他條件相同的情況下,孔喉越大,不匹配的固相顆粒侵入的深度就越深,造成的固相損害程度可能性也越大,但濾液造成的水鎖、賈敏等損害的可能性則越小。孔喉彎曲程度越大,外來固相顆粒侵入越困難,侵入深度小,但地層微粒易在喉道處被卡住,微粒分散或運移的損害潛力增加,喉道越易受到損害。巖石孔隙的配位數較小,說明孔隙的連通性較差,油氣層也越易受到損害。

另外,對區(qū)內368塊樣品做了壓汞分析(圖3),并對實驗結果進行了統(tǒng)計。巖樣的中值壓力平均值為12.22MPa,其中,超過20MPa的巖樣占樣品總數的17%,白209井的部分巖樣中值壓力甚至達到97.3MPa。排驅壓力的平均值為2.08MPa,其中有16.8%的巖樣排驅壓力在3MPa以上,最高達到7.87MPa(里63井)。由結果可知,長6儲層巖石中值壓力和排驅壓力都較高,說明巖石的孔隙半徑很小,滲透性極差[5]。

2 敏感性礦物

敏感性礦物是指儲集層中與外來流體接觸易發(fā)生物理、化學和物理化學反應并導致儲層滲透率大幅度下降的一類礦物,敏感性礦物的潛在影響取決于敏感性礦物的類型、產狀以及含量。

2.1 敏感性礦物的類型

根據礦物與不同性質的流體發(fā)生反應造成的傷害類型可以將敏感性礦物分為5種:水敏性礦物、鹽敏性礦物、堿敏性礦物、酸敏性礦物和速敏性礦物。值得注意的是,同一種礦物,可能同時具有幾種不同的敏感性,儲層傷害往往是各種敏感性總和的結果。

水敏性礦物與外來的低礦化度的水溶液相遇時,巖石中的某些粘土礦物會發(fā)生膨脹,從而堵塞孔隙或喉道,使儲集層滲透率下降,如果水溶液中的陽離子的類型和含量不同,則水敏性礦物的膨脹和分散程度也不同。換句話說,即這類礦物與不同鹽度的水溶液相接觸,儲集層的物性變化程度是不同的,從這個概念上講,又可以將這種礦物稱為鹽敏性礦物。最常見的水(鹽)敏性礦物為蒙脫石,如鈉蒙脫石遇水后其體積可膨脹至原體積的600%～1000%。堿敏性礦物是指在強堿性條件下能產生沉淀而使儲層滲透率顯著降低的礦物,如鉀長石、鈉長石及各類粘土礦物等在強堿性條件下可形成新的硅酸鹽沉淀物和硅凝膠體,堵塞孔隙或喉道,使儲層滲透率變差。酸敏性礦物與酸液作用后產生化學沉淀或酸蝕后釋放出的微粒會引起滲透率下降,主要為含鐵高的一類礦物,如綠泥石、鐵方解石、鐵白云石等;還有含鈣高的礦物,如方解石、白云石、鈣長石等。如果流體流速過高,一些分散狀的細粒礦物會在儲層中隨流體運移,在狹窄的喉道處堆積下來,形成堵塞,使儲層滲透率變差,這類礦物稱之為速敏性礦物,如微粒粘土礦物、微晶石英、微晶長石等礦物。

經過對大量砂巖樣品的鑄體薄片資料進行分析和統(tǒng)計,白豹地區(qū)長6儲層中的敏感性礦物種類較多,其中最常見為伊利石、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石。

2.2 敏感性礦物的產狀

敏感性礦物的產狀是指它們在含油氣巖石中的分布位置和存在狀態(tài),其對油氣層損害的方式有較大的影響。研究表明,敏感性礦物有4種產狀類型:薄膜式、櫛殼式、橋接式和孔隙充填式。

選取研究區(qū)長6儲層具有代表性的巖樣做電鏡掃描分析,觀察發(fā)現儲層巖石中的敏感性礦物以櫛殼式和橋接式為主。櫛殼式的綠泥石(圖4)呈葉片狀垂直于顆粒表面生長,表面積大,且又處于流體通道部位,流體經過時的阻力較大,因此,遇到高速流體的沖擊,容易破裂形成顆粒隨流體運移,堵塞孔喉。橋接式的伊利石(圖5)則以毛發(fā)狀、纖維狀搭橋于顆粒之間,在高速流體的沖擊下也極易被沖碎,造成微粒運移。

2.3 敏感性礦物的含量

巖石學分析表明,白豹地區(qū)長6儲層中填系物含量約為9.4%,以膠結物為主。其中,鐵方解石占3.0%,綠泥石占2.77%,鐵白云石占1.28%,硅質占0.93%。可見,儲層巖石中酸敏性礦物鐵方解石、綠泥石及鐵白云石的含量較高。一般情況下,敏感性礦物的含量越高,造成儲層傷害的程度也越嚴重[4]。

此外,X射線衍射結果(表1)也表明,白豹地區(qū)長6儲層巖石粘土礦物中的酸敏性礦物綠泥石相對含量最高,伊利石次之,伊/蒙間層較少,部分樣品中可見高嶺石。因此,儲層出現酸敏的可能性較大。

3 地層流體

3.1 原油

白豹地區(qū)長6儲層地層原油密度為0.723g/cm3,地層原油粘度1.06mPa·s,飽和壓力為11.34MPa,地層溫度為68.9℃,溶解氣油比為114.5m3/m3。地面原油密度為0.8537g/cm3,地面原油粘度為6.40mPa·s,不含硫,初餾點為71.0℃,凝固點為21.0℃。原油組分中,烴含量為87.14%,瀝青質含量為2.49%,非烴含量為9.54%。

導致儲層發(fā)生傷害的原油成分主要是石蠟和瀝青,其機理是在開采的過程中可能形成沉淀,如注水和壓裂中的冷卻效應就可以導致石蠟、瀝青在地層中沉積,進而堵塞孔喉。由上述可知,長6儲層中瀝青質含量很低,且地層溫度比原油凝固點高出很多,因此,出現瀝青沉淀的可能性不大。此外,長6儲層地層原油粘度很低,這對于原油的開采也十分有利。

3.2 地層水

地層水與儲層傷害緊密相關的性質為礦化度、p H值以及水型。在井口進行取樣,對白豹地區(qū)地層水和注入水做了化驗分析,結果如表2所示。

由化驗結果可以看出,注入水與地層水的水型相同,p H值非常接近。除此之外,注入水的礦化度很低,這是緣于地層水的礦化度并不高,而且,經驗表明,當儲層巖石中蒙脫石的含量小于10%時,儲層表現為弱水敏性[6]。由前述敏感性礦物含量分析結果可知,白豹地區(qū)長6儲層中蒙脫石的含量很低,因而,出現水敏性的可能性不大。

3.3 天然氣

與油氣層損害有關的天然氣性質主要是H2S和CO2腐蝕氣體的含量和相態(tài)特征,常常會腐蝕設備進而造成微粒堵塞。白豹地區(qū)長6儲層所產出的氣體為伴生氣,色譜分析結果表明其中僅含有微量CO2,平均值為0.143%,不含H2S氣體,因此,氣體的性質不會對儲層造成傷害。

4 結論與建議

4.1 結論

1)眾多分析結果表明,白豹地區(qū)長6儲層中綠泥石和鐵方解石等酸敏性礦物含量較高,后期酸化作業(yè)時如果處理不當,可能會出現酸敏性傷害。

2)白豹地區(qū)長6儲層為中低孔、超低滲儲層,其孔隙結構復雜,以彎片狀喉道為主,在開發(fā)過程中很容易產生賈敏效應,對儲層造成傷害。

3)儲層孔隙小,喉道狹窄,流體經過喉道的流速會比較高,此時,儲層中發(fā)育的片狀綠泥石和絲狀伊利石很容易被沖碎并攜帶至喉道處形成堵塞,造成速敏性傷害。

4.2 建議

1)白豹油田長6儲層在開發(fā)的過程中,應保證其注水和采油不超過臨界流速,防止出現速敏性傷害,如果需要提高產量,可以采取壓裂或酸化措施。

2)如果需要酸化作業(yè),應該選用與儲層巖石相配伍的酸液,并加入適當的添加劑,如鐵離子穩(wěn)定劑,防止出現酸敏性傷害。

3)建立全面的注入水水質保障體系。如果說鉆井、完井、射孔以及壓裂過程中對油層的損害是短時期和局限在井底附近的,那么注水過程中對油層的損害則是長期和深入到油層內部的,因而注水過程中對超低滲油層的保護非常重要。

[1]史成恩,萬曉龍,趙繼勇,等.鄂爾多斯盆地超低滲透油層開發(fā)特征[J].成都理工大學學報(自然科學版),2007,34(5):538～542.

[2]吳少波,閆慶來,何秋軒.安塞油田長6儲層傷害的地質因素分析[J].西北地質,1998,19(2):35～40.

[3]李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[4]徐同臺,趙敏,熊友明,等.保護油氣層技術[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[5]楊勝來,魏俊之.油層物理學[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[6]于興河.油氣儲層地質學基礎[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[編輯] 蕭 雨

TE348

A

1000-9752(2010)01-0328-05

2009-09-19

國家科技重大專項項目(2008ZX05009)。

張敏(1983-),男,2007年大學畢業(yè),碩士生,現主要從事油氣田開發(fā)地質和油藏工程方面工作。