解鳳強(qiáng)

(大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513)

固體顆粒對(duì)扶楊油層傷害的評(píng)價(jià)

解鳳強(qiáng)

(大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513)

注入儲(chǔ)集層水中固體懸浮物質(zhì)量濃度及顆粒直徑的大小是影響油田注水水質(zhì)的重要指標(biāo)。針對(duì)固體顆粒對(duì)于扶楊油層傷害程度的問(wèn)題，通過(guò)室內(nèi)巖心模擬實(shí)驗(yàn)的方法，作出固體顆粒對(duì)扶楊油層傷害的評(píng)價(jià)，說(shuō)明不同固體懸浮物質(zhì)量濃度及顆粒直徑對(duì)儲(chǔ)集層滲透率的影響。結(jié)果表明，注入水中顆粒質(zhì)量濃度及懸浮固體顆粒粒徑越大，油層滲透率損失幅度越大，其注入壓力上升越快。當(dāng)注入孔隙體積增加到一定程度時(shí)，滲透率損失及注入壓力達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。對(duì)扶楊油層的有效開(kāi)發(fā)具有重要參考價(jià)值，在扶楊油層開(kāi)發(fā)方面取得了一定的成效。

低滲透； 扶楊油層； 注入水水質(zhì)； 固體顆粒； 油層傷害

從鉆井到油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，很多外來(lái)因素能使儲(chǔ)集層滲透率下降，造成油層傷害。松遼盆地是我國(guó)七大油氣勘探戰(zhàn)略盆地之一，石油產(chǎn)量長(zhǎng)期穩(wěn)居全國(guó)首位。截止2013年底，其資源探明率約為42%，還有58%有待探明，在未探明資源之中，集低滲透儲(chǔ)層(如扶楊油層)的剩余資源要占70%～80%[1-3]。扶楊油層屬于低孔、特低滲油藏，開(kāi)采難度大，采出程度低。目前動(dòng)用該儲(chǔ)集層仍然以注水開(kāi)發(fā)為主，注入水中的固體顆粒對(duì)油田的開(kāi)采具有重要影響。某油田注入水主要是再處理污水，對(duì)于懸浮固體顆粒主要采用過(guò)濾工藝處理[4-5]，處理后水中顆粒物指標(biāo)高于清水，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于注入水中的固體顆粒物進(jìn)入地層引起孔隙堵塞，使得油層滲透率下降，吸水能力下降，造成了油層傷害，這已成為影響扶楊油層開(kāi)發(fā)的重要因素[6-8]。為保證油田開(kāi)發(fā)效果，需要對(duì)注入水的水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，使油層傷害降到最低，因此進(jìn)行了扶楊油層注入水傷害室內(nèi)評(píng)價(jià)。通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)，找到合適的注入水懸浮物顆粒條件，對(duì)扶楊油層的有效開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)。

1 儲(chǔ)集層特征

某油田扶楊油層最大埋藏深度一般在1 900～2 000 m，主要處于中成巖作用晚期。油層巖性為含泥長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂、粉砂巖，巖石成分石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)38%～57%，平均47.7%，長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～31%，平均29.2%，砂巖碎屑膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙式膠結(jié)、薄膜型，膠結(jié)物以泥質(zhì)膠結(jié)為主，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.59%，中砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.19%，細(xì)砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)35.74%，粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)43.61%，粒度中值0.083 mm[9-10]。扶楊油層黏土含量較高，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～24%，平均17.59%。在黏土礦物中，最多的為伊蒙混層，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～71%，平均為46.9%；其次為綠泥石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～51%，平均為27.5%；然后為伊利石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～29%，平均為15.9%。油層有效孔隙度分布在10%～18.5%，平均12.5%，空氣滲透率分布在0.1～1.5 mD，平均為1.11 mD，儲(chǔ)集層物性較差，變化范圍大，屬低孔特低滲透儲(chǔ)集層[11-12]。

2 注入水化學(xué)特征及所含顆粒分析

通過(guò)對(duì)某油田現(xiàn)場(chǎng)注入水化驗(yàn)分析，得出注入水化學(xué)特征及所含顆粒的粒徑及質(zhì)量濃度。利用絡(luò)合滴定法對(duì)某油田注入水和地層水進(jìn)行取樣化驗(yàn)，兩種水的離子組成見(jiàn)表1。從表1中可以看出，某油田注入水和地層水礦化度分別為4 610.1 mg/L和3 772.0 mg/L，pH分別為7.00和6.70，兩種水的鈣、鎂含量較小，產(chǎn)生沉淀的可能性較小。

表1 注入水和地層水的離子組成

利用激光粒度分析儀在室溫條件下對(duì)某油田注入水進(jìn)行了水中懸浮顆粒分析，分析結(jié)果為：注入水平均粒徑1.98 μm，顆粒質(zhì)量濃度為0.4 mg/L。

3 室內(nèi)巖心注水實(shí)驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)集層特征，通過(guò)采用不同質(zhì)量濃度及粒徑的固體懸浮物進(jìn)行室內(nèi)巖心注水實(shí)驗(yàn)，研究注入水中的固體懸浮物對(duì)儲(chǔ)集層滲透率的影響。

3.1 實(shí)驗(yàn)用水和巖心

油田開(kāi)發(fā)對(duì)注入水水質(zhì)懸浮物含量要求小于2 g/cm3(SY/T 5329—2012)，目前某油田現(xiàn)場(chǎng)注入水懸浮物顆粒要求小于1.5 mg/L。試驗(yàn)用水根據(jù)地層水化學(xué)特性配制而成，注入水取自現(xiàn)場(chǎng)，按實(shí)驗(yàn)方案配制，采用密度為1.5 g/cm3的石英砂作為實(shí)驗(yàn)用懸浮物顆粒，用濾膜法配制不同級(jí)別的的懸浮物質(zhì)量濃度及顆粒直徑懸浮液[13]。

3.2 實(shí)驗(yàn)流程

(1) 巖心洗油；

(2) 氣測(cè)滲透率，選出氣測(cè)滲透率為1 mD左右的巖心；

(3) 烘干巖心，稱(chēng)干重，測(cè)巖心長(zhǎng)度及直徑；

(4) 抽真空，注入飽和鹽水；

(5) 10 MPa下，加壓24 h；

(6) 注入不同質(zhì)量濃度、不同粒徑的懸浮液；

(7) 計(jì)算滲透率損失。

4 固體顆粒對(duì)油層傷害評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮多種因素，計(jì)算出固體顆粒注入巖心后滲透率損失量，作出注入水中固體顆粒對(duì)巖心滲透率傷害的評(píng)價(jià)。

式中，K1為地層水的滲透率，mD；K2為注入水后測(cè)得的滲透率，mD；ΔK為滲透率損失，%。

4.1 顆粒質(zhì)量濃度對(duì)滲透率的影響

實(shí)驗(yàn)所用4塊巖心孔徑、巖心直徑及長(zhǎng)度相同。在注入流量相同時(shí)，流速差別不大。用孔徑0.45 μm濾膜配制注入水懸浮物(按SY/T 5329—2012)，顆粒質(zhì)量濃度為1.5、1.0、0.5、0.2 mg/L的4份石英砂懸浮液，分別注入4塊巖心中，結(jié)果如圖1、2所示。

從圖1、2中可以看出，隨著注入孔隙體積增加，巖心滲透率損失逐漸增大，注入壓力也隨之增加，達(dá)到一定的注入倍數(shù)后，滲透率損失及壓力上升趨于穩(wěn)定。相同懸浮物粒徑，質(zhì)量濃度越大，孔喉堵塞越大，滲透率損失越大，注入水壓力也上升越大。顆粒質(zhì)量濃度小于0.5 mg/L時(shí)，滲透率損失幅度在15%以?xún)?nèi)，壓力上升幅度也較小。

圖1 顆粒質(zhì)量濃度與滲透率損失關(guān)系

Fig.1 Relationship between particle mass concentration and permeability loss

圖2 顆粒質(zhì)量濃度與注入壓力關(guān)系

Fig.2 Relationship between particle mass concentration and injection pressure

這主要是由于以下兩方面的影響：一是固體顆粒在巖心孔隙及喉道造成的漸變式堵塞，降低滲透率的同時(shí)增大了流體的流動(dòng)阻力；二是固體顆粒在高滲透孔道處漸變式和單孔堵塞，使注入水沿著低滲透孔道流動(dòng)，增大了流體滲流阻力。因此現(xiàn)場(chǎng)注入水顆粒質(zhì)量濃度合適。

4.2 顆粒粒徑對(duì)滲透率的影響

再取6塊巖心，巖心孔徑、巖心直徑及長(zhǎng)度相同。在注入流量相同時(shí)，流速差別不大。配制注入水懸浮物質(zhì)量濃度為0.5 mg/L，采用孔徑分別為2.000、1.500、1.000、0.450、0.275、0.115 μm的濾膜制作6份石英砂懸浮液，分別注入6塊巖心中，結(jié)果如圖3、4所示。

從圖3、圖4中可以看出，在巖心孔隙體積相同時(shí)，注入水懸浮顆粒粒徑越大，滲透率損失幅度越大，其壓力上升越快。當(dāng)注入孔隙體積增加到一定程度時(shí)，滲透率損失達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)巖心注入水懸浮顆粒粒徑小于0.450 μm時(shí)，壓力上升不明顯。

從圖1、3中可以看出，注入水進(jìn)入巖心后，懸浮物對(duì)巖心滲透率的傷害主要有兩個(gè)階段，注入初期

由于懸浮顆粒堵塞孔道，通道逐漸變小，滲透率持續(xù)下降。后期在通道中形成濾餅，孔道變化不大，滲透率下降幅度逐漸減小。而顆粒質(zhì)量濃度越低、顆粒直徑越小，對(duì)巖心的傷害越小。

圖3 不同顆?？讖綄?duì)巖心傷害的對(duì)比

Fig.3 Comparison of different particle radius on core damage

圖4 不同顆?？讖綄?duì)注入壓力的影響對(duì)比

Fig.4 Comparison of different particle radius on the injection pressure

5 結(jié)論

(1) 注入水中顆粒質(zhì)量濃度越大，對(duì)地層傷害越大。隨著注入孔隙體積增加，巖心滲透率損失逐漸增大，注入壓力也隨之增加，達(dá)到一定的注入倍數(shù)后，滲透率損失及壓力上升趨于穩(wěn)定，對(duì)地層損害程度減緩。

(2) 注入孔隙體積倍數(shù)相同時(shí)，注入懸浮固體顆粒粒徑越大，滲透率損失幅度越大，其壓力上升越快。當(dāng)注入孔隙體積增加到一定程度時(shí)，滲透率損失達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。為降低滲透率損失，注入水懸浮顆粒粒徑控制在0.450 μm以?xún)?nèi), 應(yīng)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)注入水懸浮物粒徑進(jìn)行控制。

(3) 懸浮顆粒對(duì)巖心滲透率的傷害主要有兩個(gè)階段，注入初期滲透率持續(xù)下降，后期滲透率下降幅度逐漸變小。

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(編輯 宋官龍)

Experimental Evaluation of Formation Damage Caused by Particles in the Injected Water

Xie Fengqiang

(No.5ProtuctionPlantofDaqingOilfieldCompany,PetroChina,DaqingHeilongjiang163513,China)

The important index for the injected water quality of the oilfield contains the concentration of the suspended material and the diameter size of particle in the injected water. In view of the problem about the damage degree of the solid particles to the Fuyang oil layer, through the method of the core flooding test, the damage of the solid particles to the Fuyang oil layer is mainly evaluated. The effect of different solid particles and particle diameter on the permeability of reservoir is illustrated. It is concluded that the bigger the concentration of the suspended material and the diameter size of particle in the injected water, the greater the loss of permeability of reservoir, and the faster the injection pressure rise. When the pore volume is increased to a certain degree, the loss of permeability of reservoir and the injection pressure can reach a stable value. It will provide important reference for the effective development of Fuyang oil layer, and some achievements have been made in the development of Fuyang oil layer.

Low permeability; Fuyang oil layer; Injected water quality; Solid particle; Formation damage

1006-396X(2016)06-0043-04

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-07-16

2016-08-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50874023)。

解鳳強(qiáng)(1981-)，男，工程師，從事油田開(kāi)發(fā)方面的研究；E-mail:63442320@qq.com。

TE395

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.009