陳 棟，李 季 張 潔，莊劍鋒 （中國地質(zhì)大學(xué) （武漢）材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

張綠惠 （武漢市世紀(jì)金道石油技術(shù)開發(fā)有限公司，湖北 武漢430074）

劉 濤，莊 麗 （江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 潛江433124）

八面河油田面120區(qū)蒸汽吞吐對儲層傷害的分析及研究

陳 棟，李 季 張 潔，莊劍鋒 （中國地質(zhì)大學(xué) （武漢）材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

張綠惠 （武漢市世紀(jì)金道石油技術(shù)開發(fā)有限公司，湖北 武漢430074）

劉 濤，莊 麗 （江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 潛江433124）

八面河油田面120區(qū)儲層會因蒸汽吞吐而發(fā)生結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的轉(zhuǎn)變。為研究蒸汽吞吐對該區(qū)儲層的傷害機(jī)制并配合后續(xù)開采，選取八面河油田面120區(qū)－33－斜14井的巖心作為研究對象，通過靜態(tài)物模試驗、環(huán)境掃描電鏡、X射線衍射等方法對蒸汽吞吐中巖心礦物的傷害機(jī)理進(jìn)行了分析和研究。結(jié)果表明，該井儲層會因蒸汽吞吐而使粘土礦物的膠結(jié)分布方式向著降低儲層滲透率的方向轉(zhuǎn)變，并會加速砂巖的溶蝕運(yùn)移和新礦物的產(chǎn)生。

八面河油田面120區(qū)；蒸汽吞吐；儲層傷害

八面河油田面120區(qū)屬于薄層、薄互層稠油區(qū)塊，為Ⅱ類普通稠油油藏。對于八面河油田面120區(qū)的稠油油藏，目前主要以蒸汽吞吐的方式進(jìn)行開采。但經(jīng)分析，該區(qū)的儲層巖性以砂巖和生物灰?guī)r為主，滲透率低，儲層夾層多、非均質(zhì)性強(qiáng)，且存在高溫強(qiáng)水敏，高溫中強(qiáng)堿敏的特點(diǎn)［1］。利用蒸汽吞吐的熱采方式會使儲層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化，對儲層帶來傷害，影響后續(xù)的開采。為了制定有效的防護(hù)對策，有必要對儲層傷害機(jī)理進(jìn)行分析。

1 巖心礦物常溫特性分析

1.1 巖心礦物類型及含量

通過X射線衍射分析測定了面120－33－斜14井的巖心礦物類型及相對含量，結(jié)果如表1所示。

表1 面120－33－斜14井巖心礦物類型及含量

由表1可以看出，該井巖心中粘土礦物含量高，且全部以蒙脫石的形式存在。蒙脫石屬于具有2∶1型結(jié)構(gòu) （即單位晶層由兩片Si—O四面體晶片中夾一片Al—O八面體晶片構(gòu)成）和強(qiáng)烈膨脹性的含水鋁硅酸鹽礦物［2］，此結(jié)構(gòu)易發(fā)生陽離子置換，引起正電荷虧損。在天然情況下，虧損的正電荷主要由層間吸附的可交換離子如K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋等進(jìn)行補(bǔ)償，維持了蒙脫石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。蒸汽吞吐注入的高溫蒸汽在油層中液化為低硬度水，與蒙脫石等粘土礦物充分接觸后，稀釋了原生地層水中金屬陽離子的濃度［3］，層間會吸附和填充大量的軟水，層間距離可能增加到2～3μm，此時蒙脫石表現(xiàn)出明顯的宏觀膨脹特性，導(dǎo)致儲層的孔隙喉道縮小甚至堵塞。

1.2 環(huán)境掃描電鏡分析粘土礦物的分布方式

對面120－33－斜14井的巖心進(jìn)行ESEM （環(huán)境掃描電子顯微鏡）分析，可以看出粘土礦物在洗油前后的分布方式發(fā)生了較為明顯的變化，由洗油前的孔隙襯墊式分布向洗油后的孔隙充填式分布轉(zhuǎn)變，如圖1、2所示。這說明伴隨著儲層中原油的采出，粘土礦物的分布方式逐漸向易于堵塞儲層油氣通道的趨勢轉(zhuǎn)變，若長期采用傳統(tǒng)的蒸汽吞吐方法，將會使得儲層中剩余的原油愈加難以采出。

圖1 洗油前粘土礦物的孔隙襯墊式膠結(jié)

圖2 洗油后粘土礦物的孔隙充填式膠結(jié)

1.3 巖心膨脹率測定

鑒于面120－33－斜14井巖心中粘土礦物含量高，且以膨脹性蒙脫石為主，需要對巖心的膨脹率進(jìn)行測定。試驗利用YPM－03型頁巖膨脹模擬試驗裝置，測定了巖心在蒸餾水中不同溫度 （50、100和150℃）下的巖心膨脹率，壓力12.7MPa，測定數(shù)據(jù)見表2，試驗結(jié)果如圖3所示。

表2 膨脹率測定數(shù)據(jù)

膨脹率定義為在測試筒中巖心礦物樣品浸水后高度的增加值與原高度的比值，用百分率表示。膨脹率＝ （Ro/ΔL）×100%。

由圖3可以看出，巖心礦物在蒸餾水中表現(xiàn)出明顯的膨脹特性，且隨著溫度的升高其膨脹率 （從樣品的位移量來看）顯著增加，不同溫度點(diǎn)時的膨脹量在1h左右均接近或達(dá)到了最大，以后逐漸趨于平緩。在150℃時，瞬時膨脹率在0.8h左右出現(xiàn)了一個突變，其值急劇增加，這是由于在較高溫度下長石的溶解離解出的Na＋與石英發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了新的膨脹性粘土礦物而導(dǎo)致［4，5］。

圖3 樣品位移與時間的關(guān)系曲線

2 巖心礦物高溫特性分析

2.1 靜態(tài)物模試驗

為了考察巖心在蒸汽吞吐中的溶蝕和運(yùn)移情況，模擬蒸汽吞吐的現(xiàn)場條件，利用高壓反應(yīng)釜進(jìn)行試驗，按照八面河油田用蒸汽發(fā)生器的爐水中離子濃度檢測值 （見表3）配置模擬爐水，并將pH值調(diào)至檢測值12.5。

表3 面120－33－斜14井爐水出口水樣分析結(jié)果

模擬壓力10MPa，反應(yīng)時間24h，在溫度點(diǎn)100～300℃下，以25℃為間隔，進(jìn)行了靜態(tài)物模試驗，對試驗后模擬水的酸堿度和巖心的溶出量進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著溫度的升高，試液的酸堿度逐漸向中性趨近，表明以硅鋁酸鹽為主的巖心礦物在地層的高溫高壓條件下消耗了試液中的OH－，發(fā)生了較為顯著的溶蝕。而溶出量則隨著溫度的升高而逐漸增加，說明升高溫度會促進(jìn)此類反應(yīng)發(fā)生的速度和程度。

2.2 蒙脫石001面晶面間距的變化

對靜態(tài)物模試驗后的巖心樣品進(jìn)行分離提純，烘干后過200目篩。用X射線衍射儀測定蒙脫石001面晶面間距，與洗油后巖心干樣值 （15.05?）比較，結(jié)果如圖5所示。

圖4 靜態(tài)物模試驗pH值和溶出量與溫度的關(guān)系曲線

圖5 蒙脫石001面晶面間距值隨溫度的變化趨勢

由圖5可以看出，相對于巖心的干樣值，經(jīng)靜態(tài)物模試驗后的蒙脫石001面晶面間距值在各溫度點(diǎn)均有明顯的增加。在150℃時達(dá)到最大，以后溫度繼續(xù)升高，其值基本保持穩(wěn)定。當(dāng)溫度達(dá)到300℃時，晶面間距值下降到15.45?，這是由于Na基蒙脫石與鉀長石溶蝕于地層水中解離出的K＋反應(yīng)生成了晶面間距較小的伊利石的緣故；且由前面得出的結(jié)論，隨溫度的升高，地層溶液的pH值逐漸由強(qiáng)堿性向中性趨近。由反應(yīng)式［6，7］：

可以看出，當(dāng)?shù)貙尤芤旱乃釅A度下降時，將有利于伊利石的形成，這也更加證明了之前的結(jié)論。

3 結(jié) 論

根據(jù)對八面河油田面120－33－斜14井的巖心礦物的常溫特性分析、高溫高壓特性分析，得出了如下結(jié)論：

1）稠油蒸汽吞吐使巖心中粘土礦物的膠結(jié)方式由孔隙襯墊式向孔隙充填式轉(zhuǎn)變，在高溫蒸汽和高堿度蒸汽凝析液的作用下，可以加速這一過程的發(fā)生。以強(qiáng)水敏性蒙脫石為主的粘土礦物在遇低礦化度的地層液流時極易發(fā)生膨脹，并在較寬的溫度區(qū)間內(nèi)與其呈正相關(guān)關(guān)系。在蒸汽吞吐中，因為蒙脫石的水化膨脹而易于導(dǎo)致儲層的孔喉堵塞甚至油氣通道阻斷，降低了儲層的滲透性。

2）高溫高壓的強(qiáng)堿性環(huán)境能夠促進(jìn)砂巖溶蝕后的產(chǎn)物之間發(fā)生相互作用產(chǎn)生新的礦物，增加了儲層的不穩(wěn)定性和潛在傷害性。新生成的礦物顆粒隨儲層液流流速的變化而沉降析出，堵塞儲層中的流體通道，進(jìn)一步降低了儲層的滲透性，并增加了儲層的非均質(zhì)性。

［1］李之帆.八面河油田提高熱采效果的工藝對策 ［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2009，22（4）：36～37.

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TE39

A

1000－9752（2011）06－0348－04

2011－03－16

陳棟 （1987－），男，2009年中國地質(zhì)大學(xué) （武漢）畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)方面的研究工作。

［編輯］ 蕭 雨