潘寶風(fēng)　陳穎祎　楊東梅　劉徐慧　李洪波

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川　德陽　618000）

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川西侏羅系儲(chǔ)層巖心傷害實(shí)驗(yàn)研究

潘寶風(fēng)陳穎祎楊東梅劉徐慧李洪波

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000）

摘要針對川西侏羅系低壓低產(chǎn)井儲(chǔ)層污染嚴(yán)重問題，結(jié)合儲(chǔ)層實(shí)際情況開展模擬實(shí)驗(yàn)研究了各污染因素對儲(chǔ)層巖心的傷害程度，并進(jìn)行了機(jī)理分析。研究結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組與沙溪廟組儲(chǔ)層巖心水鎖傷害率分別為62.34%、46.98%與59.39%，藥劑污染傷害率分別為70.75%、64.90%與62.22%；沙溪廟組儲(chǔ)層還存在凝析油傷害及結(jié)垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達(dá)88.98%，結(jié)垢傷害率僅為5.26%；未破膠凍膠能夠堵塞流體運(yùn)移通道，裂縫巖心滲透率下降接近100%。

關(guān)鍵詞侏羅系儲(chǔ)層巖心污染因素

修訂回稿日期：2016－01－06

0　引言

川西侏羅系氣田主要包括廣金、洛帶、馬井等氣田，縱向上包括蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組氣藏，儲(chǔ)層大都具有細(xì)微孔喉、較強(qiáng)水敏特性，流體以天然氣為主，部分氣藏含凝析油和地層水，新場沙溪廟組地層水水型以CaCl2型為主。氣田主力氣藏中，一部分氣藏地壓系數(shù)低，氣井初期產(chǎn)量不高；另一部分氣藏初期地層壓力高，但目前也整體逐步進(jìn)入低壓低產(chǎn)階段，產(chǎn)量遞減較快，平均單井日產(chǎn)氣約4 000 m3，氣藏整體穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。儲(chǔ)層污染是川西低壓低產(chǎn)氣井產(chǎn)量衰減的重要原因，污染主要由水鎖、藥劑污染、凝析油傷害、結(jié)晶、結(jié)垢及凍膠堵塞等因素造成［1］。筆者通過開展現(xiàn)場巖心取樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析了各種因素對儲(chǔ)層的傷害性，為制定合理的儲(chǔ)層污染治理對策奠定了基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1水鎖傷害實(shí)驗(yàn)裝置與方法

水鎖傷害實(shí)驗(yàn)方法如下：①制作巖心，烘干選用；②巖樣建立初始飽和度并裝入巖心夾持器，測出巖心初始滲透率Ka；③反向驅(qū)替蒸餾水24 h進(jìn)行水鎖；④正向驅(qū)氮?dú)猓脺p壓閥緩慢調(diào)整輸入的氮?dú)鈮毫Γ考訅?.5 MPa觀察5 min），直到皂沫流量計(jì)中有氮?dú)饬鞒觯瑴y定巖樣傷害后巖心滲透率K1，按公式（1）計(jì)算水鎖傷害率：

式中，Ka為巖心初始滲透率，mD；K1為傷害后巖心滲透率，mD。

1.2污染傷害實(shí)驗(yàn)裝置與方法

污染傷害實(shí)驗(yàn)方法如下：①巖心烘干、稱重、抽真空、鹽水飽和稱重；②在一定驅(qū)替壓力、圍壓下通過標(biāo)準(zhǔn)鹽水測定巖心初始滲透率Ka；③采用污染液在一定驅(qū)替壓力、圍壓下反向污染巖心2 h；④在一定驅(qū)替壓力、圍壓下通過標(biāo)準(zhǔn)鹽水測定傷害后巖心滲透率K1，并按公式（1）計(jì)算出巖心傷害率。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1水鎖傷害

目前普遍認(rèn)為影響水鎖傷害的因素有：氣測滲透率大小、原始含水飽和度、界面張力、水相侵入深度、注入流體黏度、驅(qū)動(dòng)壓力、孔隙結(jié)構(gòu)、粘土礦物種類及含量等，這些內(nèi)在的地質(zhì)因素和外在誘發(fā)的工程因素都不同程度地影響著水鎖傷害的程度［2］。蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組及遂寧組巖心水鎖傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組巖心水鎖傷害率為62.34%，沙溪廟組巖心水鎖傷害率為59.39%，遂寧組巖心水鎖傷害率為46.98%。

蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖性以中—細(xì)砂巖為主，次為粉砂巖，細(xì)砂巖主要為巖屑石英砂巖、長石巖屑石英砂巖、巖屑砂巖。碎屑以石英為主平均68.24%，長石含量平均8.26%，巖屑含量平均23.61%。膠結(jié)物以方解石為主，平均7.05%，白云石少量；少量硅質(zhì)、沸石、硬石膏。泥質(zhì)含量較普遍，含量平均0～2%。儲(chǔ)層孔隙度介于0.66%～22.01%，平均為11.47%；沙溪廟組儲(chǔ)層孔隙為粒間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、云母解理縫及晶間孔。喉道類型以片狀、彎曲片狀為主，少量晶間縫、縮頸喉道；喉道半徑小于1.00 μm?？缀斫M合多為大孔—微喉、中孔—微喉型。儲(chǔ)層最大孔隙度為17.07%，最小孔隙度為1.08%，平均孔隙度為9.69%；遂寧組儲(chǔ)層以細(xì)粒巖屑砂巖為主，次為細(xì)粒巖屑石英砂巖、細(xì)粒長石巖屑砂巖與巖屑長石砂巖。碎屑礦物成分以石英為主，平均含量為66.07%；富含巖屑，平均含量為27.45%；少量長石，平均含量為6.48%。膠結(jié)物以方解石為主，平均為10.38%；少量硅質(zhì)，硬石膏含量為1.58%。泥質(zhì)含量較普遍，一般小于10%。儲(chǔ)層孔隙度值為1.10%～10.25%，平均為4.74%。根據(jù)上述儲(chǔ)層巖性與物性特征并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在3類儲(chǔ)層中，蓬萊鎮(zhèn)組巖心平均孔隙度最高，水相容納程度最高，因而水鎖效應(yīng)最明顯，需要在后期井底凈化施工中采用高效解水鎖劑。

2.2泡排污染液傷害

井底凈化加注的藥劑中，表面活性劑成分與產(chǎn)出液體如凝析油等組分等發(fā)生乳化作用，形成油包水乳狀液，或與地層流體不配伍，形成黏度較高的乳狀液，易堵塞流體滲流通道。項(xiàng)目開展了蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組及遂寧組巖心化學(xué)傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，蓬萊鎮(zhèn)組巖心泡排傷害率為70.75%，沙溪廟組巖心泡排傷害率為62.22%，遂寧組巖心泡排傷害率為64.90%。因此在凈化施工中，需要根據(jù)井底水量嚴(yán)格控制泡排劑種類與用量，盡量防止乳化現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.3反凝析油傷害

川西侏羅系氣藏中，通過PVT相圖分析（圖1）確定僅有沙溪廟組儲(chǔ)層內(nèi)存在反凝析油，反凝析液占據(jù)多孔介質(zhì)孔隙表面和充填微小孔隙，而使流體流動(dòng)的有效孔隙空間減少，增加氣液滲流阻力，降低了孔隙通道的滲透性，使凝析氣井產(chǎn)能下降［3-4］。采用前面所述巖心傷害實(shí)驗(yàn)方法，開展了沙溪廟組巖心反凝析油傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，該結(jié)果表明沙溪廟組巖心反凝析油傷害率為88.98%。

圖1　新場沙溪廟組氣藏氣樣PVT分析包絡(luò)線圖

圖2　沙溪廟組巖心反凝析油傷害實(shí)驗(yàn)前后滲透率比較圖

分析認(rèn)為，當(dāng)井底流壓低于露點(diǎn)壓力而地層壓力高于露點(diǎn)壓力時(shí)，地層中將出現(xiàn)3個(gè)不同的流動(dòng)區(qū)域，包括油氣兩相流區(qū)域、凝析油段塞區(qū)域及單相氣流區(qū)域。在油氣兩相流區(qū)域內(nèi)，凝析油飽和度高于凝析油臨界流動(dòng)飽和度；單相氣流區(qū)域內(nèi)地層壓力高于露點(diǎn)壓力，又稱為干氣區(qū)，沒有凝析油析出；凝析油段塞區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在氣相和反凝析油相，但凝析油飽和度低于臨界流動(dòng)飽和度。隨著凝析氣藏衰竭式開發(fā)地層壓力降低到上露點(diǎn)壓力以下某個(gè)壓力（最大凝析壓力）區(qū)間內(nèi)時(shí)，部分凝析油在地層中析出并滯留在儲(chǔ)層巖石孔隙微粒表面造成的反凝析傷害。反凝析液占據(jù)多孔介質(zhì)孔隙表面和充填微小孔隙，而使流體流動(dòng)的有效孔隙空間減少，增加氣液滲流阻力，降低了孔隙通道的滲透性，使凝析氣井產(chǎn)能下降。

2.4結(jié)垢傷害

實(shí)驗(yàn)中通過模擬地層條件，持續(xù)將地層水驅(qū)替入巖心720 h，將巖心剖開采用掃描電鏡觀察是否產(chǎn)生結(jié)垢晶體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中僅在沙溪廟組巖心中出現(xiàn)了如圖3所示的碳酸鈣晶體。分析認(rèn)為，這主要是因?yàn)榇ㄎ髻_系沙溪廟組地層水礦化度高，水型主要為CaCl2型，富含大量的成垢離子（Ca2+、CO32-、HCO3-），具備產(chǎn)生碳酸鹽垢的潛在因素。當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆?，二氧化碳?xì)怏w易逸出，地層水中各種離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合起來在地層或井底形成鹽垢［5］。巖心結(jié)垢傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地層水結(jié)垢對巖心傷害率為5.26%，對儲(chǔ)層具有一定的傷害性（圖4）。因此在井底凈化中需要采用適當(dāng)藥劑以進(jìn)行防垢除垢。

圖3　巖心內(nèi)部結(jié)垢形態(tài)圖

圖4　巖心驅(qū)替地層水前后滲透率變化圖

2.5凍膠傷害

實(shí)驗(yàn)中，將巖心人工造縫后，在一定壓力下通過驅(qū)替鹽水測定凍膠傷害前后巖心滲透率。結(jié)果表明，在一定壓力作用下，具有一定縫寬人造巖心滲流通道能夠被高黏度凍膠堵塞，巖心滲透率下降高達(dá)99.99%。因此，壓裂增產(chǎn)施工后裂縫中殘余凍膠對儲(chǔ)層傷害巨大，增大返排阻力，嚴(yán)重影響天然氣在裂縫中的運(yùn)移，需要針對性地開展增加破膠劑等凍膠污染解除措施。

3　結(jié)論

侏羅系低壓低產(chǎn)井儲(chǔ)層污染因素復(fù)雜，蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組與沙溪廟組儲(chǔ)層均存在水鎖傷害與藥劑污染傷害，巖心水鎖傷害率可達(dá)62.34%，污染藥劑傷害率可達(dá)70.75%。沙溪廟組儲(chǔ)層還存在凝析油傷害及結(jié)垢傷害，其中巖心凝析油傷害率可達(dá)88.98%，結(jié)垢傷害率僅為5.26%。另外未破膠凍膠能夠堵塞裂縫，裂縫巖心滲透率下降高達(dá)99.99%。上述污染因素易導(dǎo)致儲(chǔ)層污染情況加重，嚴(yán)重影響天然氣在裂縫中的運(yùn)移，需要針對性地開展污染解除措施。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：盧櫟羽）

作者簡介：潘寶風(fēng)（1973－），博士，高級(jí)工程師，從事油氣勘探開發(fā)技術(shù)研究工作。E-mail：pbaofeng@sina.com。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.005

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-1132（2016）01-0016-03