孫 強(qiáng)

王14塊特低滲裂縫性油藏注水開發(fā)傷害因素

孫 強(qiáng)

孫 強(qiáng)

中石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院

孫強(qiáng)（1986-）男，助理工程師，2012年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)試驗(yàn)方面的研究。

勝利油田王家崗油田王14斷塊屬于特低滲裂縫性油藏。為了深入研究水源水在注水過程對(duì)儲(chǔ)層的傷害，采用靜態(tài)水質(zhì)分析與動(dòng)態(tài)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，對(duì)注水過程中的儲(chǔ)層傷害機(jī)理進(jìn)行分析，并制定了相應(yīng)的注水水質(zhì)指標(biāo)。結(jié)果表明，水源水中固相顆粒含量、粒徑中值嚴(yán)重超標(biāo)是儲(chǔ)層滲透率下降的關(guān)鍵因素。不合格的現(xiàn)場(chǎng)水源水長(zhǎng)期注入儲(chǔ)層對(duì)儲(chǔ)層巖心造成了較大的傷害，基塊巖心滲透率損害率大于70％，裂縫巖心則超過90％。綜合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，王14塊沙四段注水水源的機(jī)械雜質(zhì)指標(biāo)推薦為A2級(jí)。

引言

王14斷塊屬于特低滲油藏，開發(fā)難度相對(duì)較大。巖心觀察及開發(fā)動(dòng)態(tài)資料表明，王14塊儲(chǔ)層中發(fā)育有微裂縫，構(gòu)成了儲(chǔ)層內(nèi)比較復(fù)雜的低孔和裂縫滲流系統(tǒng)。因此研究注入水與儲(chǔ)層裂縫樣品的動(dòng)態(tài)配伍性，對(duì)于高效開發(fā)該類油田具有重要意義。

本文從注入水對(duì)儲(chǔ)層的傷害機(jī)理出發(fā)，采用靜態(tài)水質(zhì)分析與巖心動(dòng)態(tài)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了鑫聯(lián)聯(lián)合站注入水對(duì)王14塊沙四段儲(chǔ)層基塊和有微裂縫巖心的主要傷害特征，并且針對(duì)主要傷害因素研究了保護(hù)措施和制定了相應(yīng)的注水水質(zhì)指標(biāo)。

儲(chǔ)層概況

王14塊沙四段儲(chǔ)層巖石平均孔隙度13.4％，平均氣體滲透率0.714×10-3mm2，平均碳酸鹽含量40.4％，屬于典型的低孔特低滲儲(chǔ)層。根據(jù)薄片鑒定、黏土礦物和全巖X 射線衍射、壓汞等資料分析，儲(chǔ)層中黏土礦物絕對(duì)含量一般不超過8％。黏土礦物主要為伊利石、伊/蒙混層，其中伊利石含量高達(dá)60％，黏土礦物中伊/蒙混層比為20％。并有部分高嶺石和綠泥石；此外，在膠結(jié)物組分中還有方解石、白云石和菱鐵礦等碳酸鹽礦物；儲(chǔ)層巖石孔喉半徑平均值在0.1761mm～1.9163mm。

地層水與注入水靜態(tài)分析

水源水為東勝鑫聯(lián)聯(lián)合站出口的大站污水，地層水取自王24～40井。室內(nèi)對(duì)兩種水進(jìn)行了靜態(tài)分析，兩種水的水型均為氯化鈣型，水源水的礦化度為23390mg/L，王24～40井地層水的礦化度為 64934 mg /L。注入水如果自身穩(wěn)定性差或與地層水不配伍， 將會(huì)在注水管柱或儲(chǔ)層孔隙中結(jié)垢，堵塞滲流通道。通過測(cè)定在常溫（22℃）和地層溫度（80℃）條件下的注入水和注入水與地層水的混合水在密閉容器里分別放置不同時(shí)間后主要成垢離子Ca2+、 Mg2+的濃度，研究水源水自身穩(wěn)定性以及與地層水的配伍性。

注入水自身結(jié)垢趨勢(shì)

在常溫下注入水經(jīng)過20d跟蹤測(cè)試，鈣鎂離子濃度的減少值均為1％以內(nèi)；80℃下注入水放置20d后，鈣鎂離子濃度減少值分別為2.8％和8.7％。由此可見，鑫聯(lián)聯(lián)合站大站污水自身穩(wěn)定性較好。

注入水與地層水配伍性

將地層水和注入水在地層溫度80℃下按體積比1：1的比例混合， 跟蹤測(cè)試20d后，混合水中鈣鎂離子濃度相比理論值分別降低1.6％和4.8％，由此可見，鑫聯(lián)聯(lián)合站大站污水與地層水在地層溫度下配伍性良好。

儲(chǔ)層敏感性特征

儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)主要是通過巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，考察油氣層巖心與各種外來流體接觸后所發(fā)生的各種物理化學(xué)作用對(duì)巖石性質(zhì)、主要是對(duì)滲透率的影響程度。敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)程序參照 SY /T 5358 - 2002。敏感性試驗(yàn)的樣品取自于王14區(qū)塊的取心井王24～38井，實(shí)驗(yàn)樣品井段為2847.00m～2862.00m。

弱速敏：沙四段儲(chǔ)層巖石平均滲透率損害為12.0％，無臨界流速。

弱水敏：沙四段儲(chǔ)層巖石平均滲透率損害為11.9％。雖然儲(chǔ)層巖石中存在水敏性礦物伊蒙混層，但其絕對(duì)含量較低，因此影響相對(duì)較小。

無酸敏：：沙四段儲(chǔ)層巖石注入15％HCI后，平均滲透率提高為33.1％。說明鹽酸酸化能有效改善儲(chǔ)層的滲流通道，且殘酸對(duì)儲(chǔ)層的影響較小。這主要與儲(chǔ)層中碳酸鹽礦物含量相對(duì)較高有關(guān)。

弱堿敏：沙四段儲(chǔ)層巖石平均滲透率損害為5.5％。

中等應(yīng)力敏感性：沙四段儲(chǔ)層基塊巖樣應(yīng)力敏感性損害率為41.8％，應(yīng)力敏感性損害為中等偏弱；裂縫巖樣應(yīng)力敏感性損害率為67.6％，應(yīng)力敏感性損害程度為中等偏強(qiáng)。

通過以上室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得到王14塊沙四段儲(chǔ)層以中等應(yīng)力敏感性為主，呈弱速、水、堿敏，無酸敏性。因此對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層應(yīng)避免或減輕應(yīng)力敏感性的發(fā)生，保持儲(chǔ)層裂縫的導(dǎo)流能力。

水源水與儲(chǔ)層配伍性

通過靜態(tài)配伍性實(shí)驗(yàn)研究可知，水源水與地層水的配伍性良好。從敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，該區(qū)塊儲(chǔ)層敏感性特征表現(xiàn)為弱速、水敏?，F(xiàn)場(chǎng)取水時(shí)肉眼觀測(cè)東勝鑫聯(lián)聯(lián)合站出口的大站污水較為渾濁，有明顯沉淀物，測(cè)試固含量為32.8mg/L，顆粒單位濃度19.15e6/mL，粒徑中值3.864mm。因此本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察水源水與儲(chǔ)層的配伍性，即長(zhǎng)期沖刷作用對(duì)儲(chǔ)層巖心的影響和機(jī)械雜質(zhì)顆粒堵塞的綜合傷害程度。在水源水和儲(chǔ)層巖石的動(dòng)態(tài)配伍性評(píng)價(jià)中除了基塊樣品的配伍性，還選取了部分微縫巖樣，以評(píng)價(jià)在注水過程中注入水同巖樣裂縫和儲(chǔ)層的適應(yīng)性。巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一采用體積流過量法，即實(shí)驗(yàn)在某一恒定流速下，使流體大量通過巖樣，測(cè)量其滲透率隨流過量的增加的變化。

空白試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用注水已經(jīng)過精細(xì)過濾（0.22mm濾膜），不含懸浮雜質(zhì)，地層水為人工配制（水分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果）的模擬地層水。兩種流體與儲(chǔ)層巖心的配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 精濾水實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，長(zhǎng)期注入模擬地層水和精濾水源水后，儲(chǔ)層巖心滲透率下降幅度在5％左右，由此可見，精濾水與儲(chǔ)層的配伍性是較好的。

固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層巖心的傷害

選取空氣滲透率2.39md（基塊樣品）和6.33md（有微裂縫樣品）的兩塊巖心和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注水堵塞試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，注入120PV現(xiàn)場(chǎng)水后，試驗(yàn)樣品的滲透率分別下降了70.2％和92.6％，屬于強(qiáng)傷害。試驗(yàn)過程中，對(duì)兩塊巖心出口液的粒度進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，見表2。從結(jié)果可以看出由于巖心孔喉半徑較小，現(xiàn)場(chǎng)水中大顆粒不能進(jìn)入巖心，在外部迅速形成外濾餅，由于外濾餅的過濾作用，進(jìn)入巖心的顆粒濃度和尺寸都降低，懸浮顆?？ㄗ】缀砑霸诳卓谔幃a(chǎn)生橋塞形成較致密內(nèi)濾餅的速度變得緩慢。隨注入倍數(shù)增加，形成較致密的內(nèi)、外濾餅后，液體滲透率趨于穩(wěn)定。

表2 出口液粒度測(cè)定結(jié)果

粒度分析結(jié)果說明大站污水中所含懸浮物絕大部分被巖心過濾掉，造成巖心滲透率下降。其中裂縫樣品下降幅度明顯大于基塊樣品。裂縫樣品巖心出口液60 PV時(shí)，每毫升水樣中大于1.5mm的顆粒約2.79×105個(gè)，減少96.3％。而基塊樣品巖心出口液60 PV時(shí)，每毫升水樣中大于1.5mm的顆粒約6.63×105個(gè)，減少81.7％。分析是由于裂縫樣品的主要滲流通道是巖石的微裂隙，因此懸浮顆粒更容易進(jìn)入到巖心內(nèi)部，堵塞程度也相對(duì)較大。

由于試驗(yàn)完成后的巖心端面及近端面處顏色明顯不同，存在一層明顯的外濾餅。為了研究現(xiàn)場(chǎng)水中懸浮顆粒進(jìn)入巖心的深度，采用現(xiàn)場(chǎng)水污染后的巖心，在其進(jìn)口端截取不同長(zhǎng)度的巖心段，使用65000mg/L氯化鉀溶液正向測(cè)定剩余巖心的滲透率的方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水中懸浮顆粒堵塞巖心深度進(jìn)行研究。見表3。

表3 巖心堵塞深度研究

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，第一次巖心切除后，基塊巖心滲透率提高了48.5％，裂縫巖心滲透率提高了61.7％；第二次切除后，基塊巖心滲透率提高了6.2％，裂縫巖心滲透率僅提高了1.6％。可以看出，現(xiàn)場(chǎng)水中的固相顆粒堵塞巖心主要集中在巖心端面（外濾餅）和近入口處?；鶋K巖心兩次切除后，滲透率還有15％未曾恢復(fù)，分析應(yīng)該是污水中粒徑較小的顆粒在基巖內(nèi)部形成內(nèi)濾餅造成的。裂縫樣品兩次切除后，滲透率還有30％未曾恢復(fù)，明顯高于基塊樣品。說明污水中懸浮顆粒更容易侵入到巖心裂縫深處形成內(nèi)濾餅，因此堵塞程度相較基塊巖心更大，堵塞距離更長(zhǎng)，且更加難以解除。

通過以上的實(shí)驗(yàn)研究，可以看出現(xiàn)場(chǎng)污水中固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層巖心的堵塞程度不僅與顆粒粒徑與儲(chǔ)層的匹配有關(guān)，而且與注入水中固相顆粒的濃度有直接關(guān)系。實(shí)驗(yàn)巖心端面和近端口處所形成的外濾餅實(shí)際上起到了濾膜的作用，現(xiàn)場(chǎng)水中顆粒濃度越大，外濾餅厚度越大；實(shí)驗(yàn)巖心內(nèi)部形成的內(nèi)濾餅起到了濾器的作用，顆粒濃度越大，巖心內(nèi)部?jī)?nèi)濾餅就越致密，造成的段塞距離越長(zhǎng)。相對(duì)而言，外濾餅容易解除，可以通過反洗井、酸化等措施；而內(nèi)濾餅則很難通過常規(guī)措施解除，且形成距離越長(zhǎng)傷害越大。

不同等級(jí)固相顆粒與儲(chǔ)層巖心的配伍性

為了獲得該區(qū)塊注入水中懸浮顆粒直徑與懸浮顆粒濃度和儲(chǔ)層巖心孔隙喉道的配伍關(guān)系，使用不同處理方式過濾的現(xiàn)場(chǎng)水長(zhǎng)期注入巖心，以研究含不同顆粒濃度和粒徑中值的懸浮物的注入水對(duì)巖心的傷害程度。

分別將經(jīng)1.5mm濾膜和0.65mm濾膜過濾的現(xiàn)場(chǎng)水源水注入兩塊巖心，測(cè)定不同注入倍數(shù)的液體滲透率值。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出（圖1），注入140PV的1.5mm濾膜過濾的現(xiàn)場(chǎng)水后，巖心滲透率降低了30.5％，0.65mm濾膜過濾的現(xiàn)場(chǎng)水則降低了17.4％。

圖1 不同濾膜過濾的現(xiàn)場(chǎng)水對(duì)巖心的傷害程度

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（表4），現(xiàn)場(chǎng)水源水中的懸浮顆粒對(duì)儲(chǔ)層巖心的堵塞嚴(yán)重，控制注入水中的懸浮顆粒含量和粒徑中值是降低懸浮顆粒對(duì)儲(chǔ)層傷害的主要手段，巖心滲透率的降低主要是固相顆粒在巖心端面形成外濾餅和巖心內(nèi)部形成內(nèi)濾餅而堵塞孔喉作用的結(jié)果。

表4 不同處理方式水源水對(duì)巖心傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合上面的實(shí)驗(yàn)分析可以看出，王14塊現(xiàn)場(chǎng)水源水對(duì)儲(chǔ)層巖石的滲流能力傷害極其嚴(yán)重，主要原因是注入水中機(jī)械雜質(zhì)含量較高，粒徑中值偏大造成的。為了盡量減少機(jī)械雜質(zhì)對(duì)該儲(chǔ)層的傷害，水源水中機(jī)械雜質(zhì)的固含量應(yīng)小于2.0mg/L，粒徑中值應(yīng)小于1.5mm，結(jié)合中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5329-94 水質(zhì)推薦標(biāo)準(zhǔn)，王14塊沙四段注入水中的機(jī)械雜質(zhì)指標(biāo)推薦為A2級(jí)。

結(jié)語(yǔ)

王14塊沙四段儲(chǔ)層屬于典型的低孔、特低滲儲(chǔ)層。該區(qū)塊水源水與地層水配伍性較好，主要傷害類型為應(yīng)力傷害和懸浮顆粒堵塞，現(xiàn)場(chǎng)水源水對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度較為嚴(yán)重。巖心出口液顆粒分析、堵塞深度研究與液體滲透率測(cè)定相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法能夠很好地反映水源水與儲(chǔ)層巖心中礦物成分相互作用以及水源水中懸浮顆粒對(duì)巖心堵塞的過程和程度。

該儲(chǔ)層微裂縫一定程度發(fā)育，且裂縫的應(yīng)力敏感性較強(qiáng)，因此開發(fā)過程中應(yīng)注重保護(hù)裂縫的滲流能力，控制儲(chǔ)層注采速度不易過高。東勝鑫聯(lián)聯(lián)合站水源水中大量的懸浮顆粒是影響儲(chǔ)層滲流能力的重要因素，因此減少水源水中機(jī)械雜質(zhì)含量是降低儲(chǔ)層傷害的主要措施，因此，王14塊注入水中的機(jī)械雜質(zhì)指標(biāo)推薦為A2級(jí)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.063