楊 建 康毅力 周長林，3 張昌鐸

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)），成都610500；2.中國石油西南油氣田公司博士后科研工作站，成都610051；3.中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院，四川 廣漢618300）

致密砂巖具有非常規(guī)地質(zhì)特征，低孔、低滲、高含水飽和度、微裂縫發(fā)育等，致密砂巖天然氣產(chǎn)出需經(jīng)過致密孔喉－天然裂縫－人工裂縫多尺度系統(tǒng)的串聯(lián)耦合［1，2］。在鉆井完井以及增產(chǎn)改造過程中，由于外來液相、固相的侵入極易損害近井地帶儲層，如果儲層裂縫發(fā)育，液相、固相大量侵入甚至發(fā)生井漏，將導(dǎo)致井周液相飽和度增加，侵入的固相顆粒堵塞孔喉、裂縫通道［3，4］。已有的研究證實(shí)，儲層損害大多數(shù)情況下是不可逆的，一旦損害很難恢復(fù)，主要體現(xiàn)在致密基塊、天然裂縫和人工裂縫中氣體滲透率的下降，使得致密基塊－天然裂縫－人工裂縫多尺度系統(tǒng)銜接不緊，增加致密砂巖氣藏生產(chǎn)的復(fù)雜性，進(jìn)而造成氣體在儲層中傳質(zhì)效率降低［5］。

選取四川盆地某典型致密砂巖氣藏巖樣，在已有的流體敏感性、工作液損害程度評價(jià)基礎(chǔ)上［6～8］，利用巖心流動儀開展致密砂巖氣體傳質(zhì)評價(jià)實(shí)驗(yàn)，分析了儲層損害程度與類型對致密砂巖氣體傳質(zhì)效率影響，為高效開發(fā)致密砂巖氣藏以及制定科學(xué)有效的儲層保護(hù)方案提供了理論基礎(chǔ)。

1 致密砂巖儲層地質(zhì)特征

致密天然氣儲層定義為原地滲透率（不包括裂縫滲透率）低于0.1×10－3μm2的含氣儲層。該類氣藏具有非常規(guī)的地質(zhì)特征：孔隙度低，一般分布于4%～12%之間；滲透率低，原地條件滲透率值低于0.1×10－3μm2；喉道半徑一般小于0.6 μm，壓汞飽和度中值壓力可達(dá)5～50MPa。

致密砂巖儲層自身黏土礦物發(fā)育且類型豐富，含量比常規(guī)儲層高，致密砂巖的極低滲透性很大程度上可直接歸因于黏土礦物的作用。如四川盆地中部地區(qū)某致密砂巖儲層，利用沉降法抽提砂巖中粒徑＜4μm的黏土（30塊巖樣），分析表明，儲層黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍在2.81%～29.85%，平均為14.05%，黏土礦物類型主要為綠泥石、伊利石、伊／蒙間層礦物。致密儲層黏土礦物充填孔隙空間以及占據(jù)顆粒表面，形成大量的晶間微孔隙，導(dǎo)致致密砂巖孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系十分復(fù)雜，其喉道類型主要以片狀、彎片狀、管束狀為主。

致密儲層天然微裂縫有一定程度的發(fā)育，構(gòu)造微裂縫、解理縫、層面縫等。裂縫的存在極大地改善了致密儲層的滲流條件，為致密砂巖氣藏的高效開發(fā)提供良好的基礎(chǔ)。天然裂縫寬度10－6～10－4m，長度10－2～10m；空間跨度10－8～10 m［1，5］。

2 致密砂巖儲層損害特征

選取四川盆地中部某典型致密砂巖氣藏X層位實(shí)取巖心，基塊巖樣滲透率（0.001～0.1）×10－3μm2，孔隙度3%～13%，選用部分致密巖樣人工造縫。

水敏評價(jià)結(jié)果表明（表1，圖1），儲層平均損害率為38.41%，具有中等－強(qiáng)程度是水敏性；由于儲層地層水礦化度高達(dá)20‰，進(jìn)行了礦化度降低的鹽敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)，儲層平均損害率為81.80%，鹽敏程度總體為強(qiáng)；模擬地層水添加NaOH配制工作液進(jìn)行堿敏損害評價(jià)，儲層平均損害率為81.28%，堿敏損害程度為強(qiáng)；在20℃條件下，評價(jià)了濃度12%HCl與巖心作用的酸敏性，儲層平均損害率為80.73%，鹽酸損害程度為強(qiáng)。

表1 流體敏感性評價(jià)結(jié)果The experimental result of fluid sensitivity

3 儲層損害對致密砂巖氣體傳質(zhì)效應(yīng)影響實(shí)驗(yàn)評價(jià)

3.1 流體敏感性對致密砂巖傳質(zhì)效率影響

利用巖心流動儀以及高精度氣體流量計(jì)，在不同的驅(qū)替壓差下，用氮?dú)饽M天然氣單位時(shí)間通過實(shí)驗(yàn)巖心的能力，評價(jià)致密砂巖氣體傳質(zhì)效率。實(shí)驗(yàn)選取已經(jīng)進(jìn)行水敏、鹽敏、酸敏、堿敏等流體敏感性損害評價(jià)后致密砂巖巖樣（10個(gè)巖樣），烘干，置于干燥箱內(nèi)待用。根據(jù)已有評價(jià)的損害率數(shù)據(jù)將巖樣分類，對損害程度為中等、強(qiáng)兩大類實(shí)驗(yàn)巖樣分別評價(jià)氣體傳質(zhì)效率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可直觀反映出（圖2），氣體傳質(zhì)效率與致密砂巖損害程度呈臺階狀分布，損害程度越低氣體傳質(zhì)效率越高；反之，則極大地影響氣體的傳質(zhì)效率。在0.33MPa驅(qū)替壓力下，損害程度強(qiáng)相對于損害程度中的巖樣氣體流量損失率為27.20%～54.37%，平均為42.24%；在0.48 MPa驅(qū)替壓力下，損害程度強(qiáng)相對于損害程度中的巖樣氣體流量損失率為24.37%～71.71%，平均為48.26%。

3.2 鉆井完井液侵入對巖樣氣體傳質(zhì)效率的影響

利用CWCTAcid－Ⅰ高溫高壓酸溶解堵評價(jià)儀，采用現(xiàn)場實(shí)際工作液進(jìn)行室內(nèi)模擬濾餅形成及強(qiáng)度、返排恢復(fù)率實(shí)驗(yàn)，選取評價(jià)后實(shí)驗(yàn)致密巖樣，烘干，置于干燥箱內(nèi)待用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中濾失量、返排恢復(fù)率將巖樣分類，進(jìn)行氣體傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

圖1 流體敏感性損害實(shí)驗(yàn)評價(jià)曲線Fig.1 The damage curves of the fluid sensitivity（A）鹽敏損害實(shí)驗(yàn)評價(jià)；（B）堿敏損害實(shí)驗(yàn)評價(jià)

圖2 巖樣損害程度與氣體流量關(guān)系圖Fig.2 The relationship of damage extent of rock samples and gas flow

由返排恢復(fù)率與氣體流量關(guān)系圖表明（圖3），隨著實(shí)驗(yàn)巖樣返排恢復(fù)率的增加，氣體傳質(zhì)效率相應(yīng)地增加。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，返排恢復(fù)率每增加20%，氣體平均流量相應(yīng)增加20.17%。

巖樣濾失量與流量關(guān)系圖揭示出（圖4），工作液濾失量越大氣體傳質(zhì)效率越低，相同壓差條件下氣體流量越小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作液濾失量每增加1mL，氣體平均流量降低24.78%。實(shí)驗(yàn)中個(gè)別巖樣氣體流量隨濾失量增加反而增大，檢查實(shí)驗(yàn)過程及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，在氣體驅(qū)替過程中固相微粒帶出，疏通了孔喉及微裂縫是其主要原因。

圖3 巖樣返排恢復(fù)率與氣體流量關(guān)系圖Fig.3 The relationship of flowback recovery rate and gas flow

圖4 巖樣濾失量與氣體流量關(guān)系圖Fig.4 The relationship of filtration rate and gas flow

4 分析討論

致密砂巖由于其特殊的地質(zhì)特征，氣體高效產(chǎn)出需要經(jīng)過致密孔喉－天然裂縫－人工裂縫多尺度系統(tǒng)的串聯(lián)耦合，其中致密孔喉是氣體的儲存空間及滲濾通道，裂縫是連接致密孔喉與井筒的“高速公路”。致密儲層如果在鉆井、完井及增產(chǎn)改造過程中受到損害，外來液相、固相的侵入將對氣體高效產(chǎn)出存在致命性的影響，儲層損害改變了儲層微觀結(jié)構(gòu)，弱功能化、甚至徹底阻斷了基塊－裂縫配置的傳質(zhì)鏈條，極大地降低致密砂巖氣體傳質(zhì)效率。

致密砂巖儲層中含豐富的黏土礦物，綠泥石、伊利石、伊／蒙間層礦物，而黏土礦物是儲層損害的主要損害源。在鉆井、完井及其他作業(yè)中，各種工作液具有不同的礦化度，當(dāng)高于地層水礦化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，可能引起黏土的收縮、失穩(wěn)、脫落；當(dāng)?shù)陀诘貙铀V化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，可能引起黏土的膨脹和分散。儲層含易膨脹的伊／蒙間層礦物，如果遇到淡水侵入，微弱膨脹后易于脫落和運(yùn)移，損害儲層。

對儲層所含綠泥石分析表明，其中含有Fe2＋和Fe3＋離子。在對儲層進(jìn)行酸化處理過程中，酸可以破壞綠泥石的晶體結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)中的Fe2＋，F(xiàn)e3＋和Mg2＋等離子出溶，隨著流體pH值上升，當(dāng)pH 值＞5.3時(shí)，就會出現(xiàn)Fe（OH）2膠體沉淀。在鉆井、完井過程中，由于外來液相、固相的侵入極易損害近井地帶儲層，如果儲層裂縫發(fā)育，液相、固相大量侵入甚至發(fā)生井漏，侵入的固相顆粒堵塞孔喉、裂縫通道。一般鉆井液的pH值為8～11，固井水泥漿pH值可達(dá)13～14。當(dāng)高pH值工作液進(jìn)入儲層后，會與黏土礦物等地層微粒反應(yīng)，破壞黏土微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，高pH值的外界流體進(jìn)入儲層后，還會引起無機(jī)垢的生成，同樣會損害儲層。

5 結(jié)論

a.致密砂巖儲層具有非常規(guī)地質(zhì)特征，存在最大的儲層損害潛力。儲層損害大多數(shù)情況下是不可逆的，一旦損害，很難恢復(fù)，勢必影響致密砂巖氣體的高效傳質(zhì)。

b.流體敏感性損害對巖樣氣體傳質(zhì)效率的影響實(shí)驗(yàn)評價(jià)結(jié)果表明，損害程度越低氣體傳質(zhì)效率越高，即使增加氣體驅(qū)替壓差也不能消除儲層損害的影響。

c.工作液侵入對巖樣氣體傳質(zhì)效率影響模擬實(shí)驗(yàn)揭示出，隨著工作液返排恢復(fù)率的增加，氣體傳質(zhì)效率相應(yīng)地增加，返排恢復(fù)率每增加20%，氣體平均流量相應(yīng)增加20.17%；工作液濾失量越大氣體傳質(zhì)效率越低，濾失量每增加1mL，氣體平均流量降低24.78%。

d.工程實(shí)踐證明，為持續(xù)保證致密砂巖儲層致密基塊－天然裂縫－人工裂縫多尺度系統(tǒng)高效傳質(zhì)通道的順暢，需貫徹儲層保護(hù)與改造并舉的方針，實(shí)現(xiàn)全過程儲層保護(hù)是致密砂巖氣藏經(jīng)濟(jì)開發(fā)的重要支撐［9］。

［1］李前貴，康毅力，羅平亞.致密砂巖氣藏多尺度效應(yīng)及生產(chǎn)機(jī)理［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（2）：111－113.

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