祝 琦

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249）

水敏性傷害是指外來(lái)液體與儲(chǔ)層巖石不配伍，所引起黏土吸水、束縛水增加，黏土膨脹、分散、運(yùn)移并隨著流體滲流進(jìn)孔隙空間，縮小、堵塞滲流通道，最終導(dǎo)致巖芯滲透率下降，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害[1]。水力壓裂在致密油氣藏增產(chǎn)改造過(guò)程中，由于井筒壓力高于地層壓力，水基壓裂液在裂縫壁面發(fā)生濾失，濾液侵入地層與水敏性礦物作用，造成水敏性礦物膨脹、運(yùn)移，堵塞滲流通道。

由于致密油氣藏巖石堅(jiān)硬、膠結(jié)程度高、滲透率極低等不利因素，致使外來(lái)流體難于被注入進(jìn)巖芯中，通過(guò)常規(guī)驅(qū)替?zhèn)?shí)驗(yàn)極其不便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很大的不確定性。

核磁共振是一種無(wú)損害、快速檢測(cè)巖芯含水量、束縛流體、可動(dòng)流體的比例以及分布狀態(tài)的技術(shù)手段。通過(guò)描述引起巖芯核磁共振譜線變化的物性特征參數(shù)值，定性分析巖芯物性[2]。本文結(jié)合外來(lái)流體巖芯傷害行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)核磁共振特征曲線，定性地描述了水基壓裂液造縫過(guò)程中，由壓裂液濾液侵入引起的儲(chǔ)層水敏傷害。

1 分析機(jī)理闡述

1.1 核磁共振巖芯分析機(jī)理[2]

巖芯核磁共振測(cè)試是通過(guò)對(duì)飽和流體的巖芯在不同狀態(tài)下進(jìn)行核磁共振掃描，得到相應(yīng)的核磁共振特征譜線，通過(guò)核磁共振譜線及其特征參數(shù)，定量分析巖芯物性特征。最常用的核磁共振測(cè)試方法是自旋回波衰減信號(hào)測(cè)試得到一系列自旋回波串，通過(guò)指數(shù)擬合得到核磁共振T2分布譜。因?yàn)閹r芯孔隙中流體的核磁共振T2值與其所處的環(huán)境有關(guān)，相同條件下大孔隙內(nèi)的流體對(duì)應(yīng)大的T2值，小孔隙內(nèi)的流體對(duì)應(yīng)小的T2值，所以飽和流體巖芯的T2分布譜能夠直觀地反映巖芯不同孔隙的分布規(guī)律和流體在孔隙中的分布狀態(tài)。

1.2 T2截止值的標(biāo)定

準(zhǔn)確得到可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的關(guān)鍵是核磁共振可動(dòng)流體T2截止值（即T2，cutoff）[3-4]。李彤，郭和坤[3]（2013）等人在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多年研究，采用離心實(shí)驗(yàn)的方法，經(jīng)分析研究，得到了致密砂巖巖樣的含水飽和度與不同離心力之間的規(guī)律，再借助核磁共振的研究手段，最終標(biāo)定出致密砂巖的T2截止值為8 ms左右。本文采用該T2截止值來(lái)分析和判斷致密砂巖巖石板在凍膠壓裂液鋪展過(guò)后的水鎖傷害情況。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器和藥品

2.1.1 藥品 羥丙基胍膠，硼砂，純氮?dú)?，地層水等?/p>

2.1.2 儀器 天然致密砂巖石板，真空泵，裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)儀，RecCore2500型雙孔核磁共振巖樣分析儀等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將天然巖石板抽真空，倒吸進(jìn)地層水飽和48 h后，進(jìn)行第一次核磁共振掃描，得到初試狀態(tài)下的核磁共振T2譜圖。按0.5%的比例將羥丙基胍膠用硼砂交聯(lián)配成凍膠壓裂液。將該壓裂液擠入裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)儀，模擬壓裂液在裂縫中鋪展的過(guò)程，控制巖石板的圍壓。8 h以后，將巖石板取出備用。將經(jīng)壓裂液鋪展過(guò)的巖石板，進(jìn)行第二次核磁共振掃描，得到鋪展后的核磁共振T2譜圖。通過(guò)前后兩次核磁共振T2譜圖，觀察巖石板的孔隙類型、孔隙介質(zhì)中水相的分布情況及變化規(guī)律，從微觀角度解釋不同孔隙類型儲(chǔ)層的水敏性傷害的原因。

3 結(jié)果與討論

3.1 巖石板物性

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)采用的天然致密砂巖巖芯進(jìn)行孔隙度的測(cè)定和巖芯的氣相、水相驅(qū)替、XRD掃描分析，得到了實(shí)驗(yàn)用巖芯的物性參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。

表1 巖石板物性參數(shù)

從表1分析，由于巖石礦物成份、膠結(jié)程度和受壓實(shí)作用的差異，使得同層位巖芯的天然物性也有所不同。滲透率相近的巖石板，孔隙度和粘土含量有一定的差別；經(jīng)水相驅(qū)替后，滲透率低、粘土含量高的巖芯，所受到的水相傷害率更大。從表1可以得出，巖石水敏物性受粘土礦物含量和孔隙度有較大影響。

3.2 T2譜圖解釋

經(jīng)過(guò)凍膠壓裂液鋪展過(guò)后的巖石板，有部分壓裂液通過(guò)濾失作用，進(jìn)入到了巖石板的基質(zhì)孔隙或是裂縫中。將飽和地層水后得到的第一次核磁共振T2譜圖與凍膠壓裂液鋪展后得到的第二次核磁共振T2譜圖進(jìn)行對(duì)比，來(lái)分析和判斷致密砂巖巖石樣品孔隙介質(zhì)中的水相分布情況和變化規(guī)律，從而得到凍膠壓裂液在致密砂巖儲(chǔ)層造縫過(guò)程中，造成的水敏性傷害程度。

實(shí)驗(yàn)采用同一井段、不同層位的取芯巖樣制作的20塊巖石板進(jìn)行凍膠壓裂液鋪展實(shí)驗(yàn)，依次經(jīng)過(guò)掃描。選取典型的兩個(gè)層位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖 1，圖 2）。

圖1 1-2#巖石板核磁掃描結(jié)果

從圖1看出，1#層位的兩塊巖石板經(jīng)過(guò)凍膠壓裂液鋪展后，核磁共振T2譜圖小于8 ms區(qū)間內(nèi)，第二次掃描的核磁共振振幅低于第一次掃描，表明凍膠在兩塊巖石板之間鋪展過(guò)程中，濾失進(jìn)巖石板中的濾液，被粘土吸收量小，并沒(méi)明顯引起粘土膨脹，濾液并不是引起此類巖石有效滲透率下降的主要原因。

圖2 2-1#巖石板核磁掃描結(jié)果

從圖2看出，2#層位兩塊巖石板的核磁共振T2譜圖，第二次掃描的核磁共振振幅明顯低于第一次掃描；小于8 ms區(qū)間內(nèi)的孔隙含水飽和度有很大程度上的增幅，表明凍膠的濾液大量進(jìn)入巖石板的基質(zhì)孔隙，巖石受來(lái)外液體侵害，增加了基質(zhì)的束縛水飽和度；而在8 ms以后，由于粘土礦物吸水量大、膨脹幅度明顯，堵塞孔喉，引起基質(zhì)大孔隙孔徑縮小或是堵塞。

從凍膠壓裂液鋪展過(guò)后的巖石板進(jìn)行核磁共振掃描的T2譜圖發(fā)現(xiàn)，巖石膠結(jié)越致密、含水敏性礦物越高，核磁共振T2譜圖小于8 ms區(qū)間內(nèi)的含水飽和度減小的幅度就越大；巖樣中的粘土成份含量越高，膨脹幅度越大，大于8 ms區(qū)間內(nèi)振幅就越大，巖樣受到的水敏性傷害就越嚴(yán)重。

4 結(jié)論

（1）凍膠壓裂液濾失過(guò)程中，濾液引起的水敏性傷害與巖石本身粘土礦物含量多少有關(guān)。

（2）束縛水飽和度增加與T2譜圖小于8 ms區(qū)間振幅的間距成正比，間距越大外來(lái)流體引起的束縛水飽和度增幅就越大；大于8 ms區(qū)間內(nèi)振幅就越大，基質(zhì)孔隙粘土膨脹造成的堵塞越嚴(yán)重。

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