何偉，王勇，張旭東 任志勇，唐磊 （中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津300451）

速敏試驗(yàn)的目的就是判斷儲(chǔ)層巖心微粒運(yùn)移狀況，找出可能發(fā)生損害的臨界流速，為研究?jī)?chǔ)層速敏損害程度、確定合理的注采速度提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)渤海油田疏松砂巖儲(chǔ)層巖石進(jìn)行速敏試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大量樣品的滲透率隨著流速增加是一直增加的，且僅能定性分析儲(chǔ)層微粒運(yùn)移情況。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)先后以滲透率下降5%及10%作為判斷臨界流速的依據(jù)，而對(duì)于滲透率隨著流速增加一直增加的情形，如何確定臨界流速，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一直沒(méi)有給出規(guī)定[1～4]，直到2010年最新標(biāo)準(zhǔn)才以滲透率累積變化超過(guò)20%作為臨界流速判斷依據(jù)，然而這一規(guī)定在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還存在爭(zhēng)議。為此，筆者探討了一種新方法，以便輔助實(shí)驗(yàn)人員確定疏松砂巖儲(chǔ)層發(fā)生速敏損害的臨界流速。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣品儲(chǔ)層特性

渤海某油田儲(chǔ)層巖石礦物平均體積分?jǐn)?shù)：石英、正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石分別為60%、13%和16%，還有大約8%的泥質(zhì)礦物以及3%其他礦物。選取來(lái)自該油田的天然巖心5塊開(kāi)展微粒運(yùn)移評(píng)價(jià)研究，巖心數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，

表1 巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及步驟

試驗(yàn)設(shè)備為敏感性驅(qū)替系統(tǒng)；ISCO平流泵；Multisizer 3全自動(dòng)庫(kù)爾特粒度分析儀，其分析范圍0.4～1200μm，分辨精度達(dá)0.001μm。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 《儲(chǔ)集層敏感性室內(nèi)評(píng)價(jià)》 （SY/T 5358—2002）和《碎屑巖油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及推薦方法》（SY/T 5329—94）開(kāi)展檢測(cè)工作。試驗(yàn)具體步驟如下：①對(duì)試驗(yàn)巖心飽和模擬地層水，用模擬地層水分別以0.25、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0及6.0ml/min的流量驅(qū)替；②收集每一流速下的流出液體，保證各流速下驅(qū)出流體孔隙倍數(shù)相同；③如果試驗(yàn)中未測(cè)得臨界流速，當(dāng)測(cè)定完流速為6ml/min下的穩(wěn)定滲透率后，迅速切換流體流動(dòng)方向，反向注入巖心，記錄壓力、流量隨時(shí)間的變化情況；④對(duì)各個(gè)驅(qū)替速度下收集的流體進(jìn)行庫(kù)爾特粒度分析，為確保試驗(yàn)過(guò)程中所收集到的驅(qū)出液具有一定代表性，在試驗(yàn)過(guò)程中，在每一流速下收集相同體積的流出液體。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 速敏試驗(yàn)結(jié)果

圖1顯示，橫坐標(biāo)為驅(qū)替速度，縱坐標(biāo)為滲透率變化率。8－4、8－5樣品速敏曲線為上升下降型，速敏曲線存在拐點(diǎn)，拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的驅(qū)替分別為1.0ml/min和2.0ml/min；4－3、8－13、6－1A 樣 品 速敏曲線為上升型，其滲透率隨著驅(qū)替速度的增加是在快速增加的，即使在速敏試驗(yàn)后期，滲透率增幅也較高，反向驅(qū)替過(guò)程中，驅(qū)替壓力波動(dòng)顯示3塊樣品存在微粒運(yùn)移，依據(jù)SY/T 5358—2010給出的速敏試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，當(dāng)速敏曲線上累積滲透率變化率超過(guò)20%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的前一個(gè)點(diǎn)的流速定義為 “臨界流速”，則5塊樣品發(fā)生速敏損害的臨界流速都為初始試驗(yàn)流速0.25ml/min。依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)渤海油田疏松砂巖樣品速敏試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樣品的臨界流速為初始驅(qū)替速度0.25ml/min，臨界流速最大值為0.5ml/min。明顯不符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況。因此，需要重新認(rèn)識(shí)疏松砂巖儲(chǔ)層的臨界流速。速敏試驗(yàn)過(guò)程中流體在其流速高于臨界流速時(shí)，滲透率持續(xù)下降，這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為儲(chǔ)層流速敏感[4]，則8－4、8－5樣品的速敏臨界流速分別為1.0ml/min和2.0ml/min更為準(zhǔn)確。而對(duì)于滲透率隨驅(qū)替速度持續(xù)增加的樣品，顯然僅僅依靠速敏試驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確判斷其發(fā)生速敏時(shí)的臨界流速，需要借助其他試驗(yàn)方法準(zhǔn)確判斷臨界流速。

2.2 微粒運(yùn)移評(píng)價(jià)

速敏傷害機(jī)理為微粒運(yùn)移，是巖石中被膠結(jié)的黏土礦物顆?；蛞栏接诳紫秲?nèi)表面的松散構(gòu)架顆粒，在流體的沖刷下被運(yùn)移、堵塞，從而造成儲(chǔ)層的傷害[5]。依據(jù)這個(gè)理論，通過(guò)評(píng)價(jià)驅(qū)出液中懸浮顆粒含量，可確定引起儲(chǔ)層微粒大規(guī)模運(yùn)移的驅(qū)替速度。圖2～6顯示了不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中懸浮顆粒的粒徑分布及含量情況。其中d90及d50分別代表顆粒組成的粗端粒徑及平均粒徑，可直接作為運(yùn)移微粒大小的判斷依據(jù)，顆粒數(shù)量統(tǒng)計(jì)則反映運(yùn)移微粒規(guī)模的大小[6～8]。5塊樣品的懸浮顆粒粒度分析結(jié)果（見(jiàn)表1）反映出不同驅(qū)替速度下疏松砂巖巖石普遍存在微粒運(yùn)移現(xiàn)象，其運(yùn)移微粒粒徑大小不一，驅(qū)出顆粒數(shù)量不同；其微粒粒徑在35μm以下，平均粒徑在2～20μm之間；在低速下驅(qū)出液中微粒數(shù)量較少，粒徑較大，隨著驅(qū)替速度的增加，驅(qū)替液中微粒數(shù)量逐漸增加，并達(dá)到某一驅(qū)替速度時(shí)，微粒數(shù)量增加幅度突然加大，說(shuō)明在該速度下，儲(chǔ)層巖樣中可能發(fā)生了大量的微粒運(yùn)移。

圖1 速敏試驗(yàn)曲線

2.3 臨界流速的確定

對(duì) 比 8－4、8－5 樣品的粒度分析結(jié)果及速 敏 試 驗(yàn) 結(jié) 果 （見(jiàn)圖1～3）可 以 看 出，2塊樣品速敏臨界流速分別為1.0ml/min和2.0ml/min，其微粒運(yùn)移特點(diǎn)顯示，低速下驅(qū)替液中顆粒粒徑要大于高速下驅(qū)出液中顆粒粒徑，但巖石滲透率未發(fā)生損害，由于低速下驅(qū)出液中顆粒含量較低，巖石樣品中運(yùn)移顆粒數(shù)較少，因此運(yùn)移微粒不足以損害滲流能力，導(dǎo)致巖 樣 滲 透 率 降 低[9]，隨著驅(qū)替速度的增加，2塊樣品分別在1.5、2.0ml/min時(shí)，運(yùn)移微粒數(shù)量大幅增加，且此時(shí)驅(qū)出液中運(yùn)移微粒粒徑較大，當(dāng)這些微粒隨著流體運(yùn)移至巖石孔喉處，形成橋堵，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生損害，巖石中發(fā)生大量微粒運(yùn)移時(shí)的驅(qū)替速度與速敏試驗(yàn)中所得臨界流速基本一致，因此可以根據(jù)巖石樣品中發(fā)生大規(guī)模微粒運(yùn)移時(shí)的驅(qū)替速度，確定速敏臨界速度。

圖2 8－4樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

圖3 8－5樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

對(duì)于高孔高滲疏松砂巖巖石，速敏試驗(yàn)結(jié)果顯示巖石樣品存在微粒運(yùn)移現(xiàn)象。一些分析認(rèn)為室內(nèi)試驗(yàn)過(guò)程中，巖石樣品較短，而巖心物性好、孔喉大，當(dāng)運(yùn)移的微粒與巖石孔喉不匹配，無(wú)法在孔喉處形成橋堵，微粒易被沖出巖心，從而導(dǎo)致巖石滲流能力得到較大改善，滲透率越來(lái)越大[10]。而在實(shí)際地層中，這些微粒會(huì)向儲(chǔ)層深部運(yùn)移，并易在孔喉狹窄處發(fā)生堵塞，從而損害儲(chǔ)層的滲流能力，因此確定速敏曲線上升型樣品的臨界流速是非常必要的。樣品8－4及8－5微粒運(yùn)移評(píng)價(jià)試驗(yàn)驗(yàn)證了樣品中開(kāi)始發(fā)生大量微粒運(yùn)移時(shí)的驅(qū)替速度基本一致。根據(jù)前文所述，判斷儲(chǔ)層巖石何時(shí)發(fā)生大規(guī)模微粒運(yùn)移，需要根據(jù)運(yùn)移微粒數(shù)量及粒徑大小變化關(guān)系綜合判斷，由圖4～6可知，3塊樣品分別在1.0、1.5、1.5ml/min速度下開(kāi)始發(fā)生大規(guī)模的微粒運(yùn)移，因此，3塊樣品相應(yīng)的臨界流速即為發(fā)生大規(guī)模微粒運(yùn)移時(shí)的驅(qū)替速度。

圖4 4－3樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

圖5 8－13樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

表1反映了儲(chǔ)層巖石速敏試驗(yàn)結(jié)果及微粒運(yùn)移評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)對(duì)5塊疏松砂巖巖石速敏試驗(yàn)中驅(qū)出液進(jìn)行粒度分析，根據(jù)其顯示的顆粒大量運(yùn)移時(shí)的驅(qū)替速度，可以準(zhǔn)確地判斷疏松砂巖的臨界流速。

3 結(jié)論

1）通過(guò)試驗(yàn)可知，評(píng)價(jià)疏松砂巖儲(chǔ)層微粒運(yùn)移情況時(shí)，利用速敏試驗(yàn)及粒度分析結(jié)果，不但可以定量分析巖石樣品中運(yùn)移微粒大小及顆粒數(shù)量多少，還可判斷存在微粒運(yùn)移的巖石產(chǎn)生滲透率損害時(shí)的臨界流速。

2）利用以上新方法可有效解決速敏曲線上升型樣品臨界流速無(wú)法確定的難題，新方法顯示，不同驅(qū)替速度下，巖心中微粒運(yùn)移數(shù)量大幅度增加時(shí)所對(duì)應(yīng)的驅(qū)替速度即為臨界流速。

圖6 6－1A樣品不同驅(qū)替速度下驅(qū)出液中顆粒含量及粒徑分布

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