牟漢生

(中國(guó)石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林長(zhǎng)春 130062)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高，清潔能源的需求量正在逐年增大，其中天然氣資源作為一種清潔能源，近年來受到越來越多的關(guān)注。我國(guó)的天然氣資源儲(chǔ)量豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)累計(jì)已探明的天然氣資源儲(chǔ)量在10×1012m3以上，其中非常規(guī)天然氣資源的儲(chǔ)量約占40%[1-4]。非常規(guī)天然氣資源與常規(guī)油氣資源相比，勘探開發(fā)難度較大，其儲(chǔ)層往往具有低孔、低滲、高含水飽和度以及低含氣飽和度的特點(diǎn)，通常需要壓裂等增產(chǎn)措施才能獲得工業(yè)開采價(jià)值,并且在勘探開發(fā)過程中，隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的水鎖損害[5-11]。

龍鳳山地區(qū)某氣藏的火石嶺組屬于典型的火山巖地層，縱橫向疊置關(guān)系復(fù)雜，儲(chǔ)層物性較差，在鉆井、完井和壓裂增產(chǎn)措施過程中，極易受到外流體的污染，產(chǎn)生嚴(yán)重的水鎖損害，對(duì)氣井的產(chǎn)能造成嚴(yán)重的影響[12-15]。因此，在該地區(qū)火山巖氣藏的勘探開發(fā)過程中，需要對(duì)水鎖損害的因素進(jìn)行深入的研究，分析影響水鎖效應(yīng)的重要因素，進(jìn)而提出針對(duì)性的防水鎖措施和建議。筆者以龍鳳山地區(qū)某火山巖氣藏為研究對(duì)象，通過水鎖損害試驗(yàn)評(píng)價(jià)了不同因素對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害的影響，并通過優(yōu)選高效防水鎖劑，提出有效的防水鎖措施建議，為龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏的高效開發(fā)提供一定的參考。

1 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)概況

目標(biāo)區(qū)塊位于松遼盆地中央坳陷區(qū)南部的長(zhǎng)嶺斷陷位，是松遼盆地南部面積最大、天然氣資源最豐富的斷陷，面積約7 240 km2，盆地基底最大埋深超過8 000 m。龍鳳山氣田整體上呈一北東向展布的鼻狀構(gòu)造；有登婁庫(kù)、營(yíng)城、沙河子和火石嶺等4套含油氣層系，其中營(yíng)城組，尤其是營(yíng)三段和營(yíng)四段，為目前勘探開發(fā)的重點(diǎn)層系。下部沙河子組為區(qū)內(nèi)氣藏的主力烴源巖層系，深部火石嶺組為由多個(gè)火山機(jī)構(gòu)組合的火山巖地層，縱橫向疊置關(guān)系復(fù)雜。該斷陷天然氣資源豐富，已在下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖中和登婁庫(kù)組發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣流。目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段屬于典型的火山巖地層，儲(chǔ)層物性較差，具有低孔、低滲以及高含水飽和度的特點(diǎn)，在勘探開發(fā)過程中隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易引發(fā)儲(chǔ)層水鎖損害。

2 水鎖損害影響因素分析

2.1 試驗(yàn)方法

水鎖損害影響因素試驗(yàn)方法如下：①選取龍鳳山地區(qū)儲(chǔ)層段天然巖心，將巖心進(jìn)行洗油烘干處理，并測(cè)定其初始?xì)鉁y(cè)滲透率和孔隙度；②采用濕氮?dú)怛?qū)替的試驗(yàn)方法將上述巖心分別建立不同的初始含水飽和度，再采用脈沖式滲透率測(cè)量裝置測(cè)定不同含水飽和度下巖心的氣測(cè)滲透率，以此作為初始滲透率K1；③將巖心繼續(xù)采用抽真空飽和的方式飽和不同的試驗(yàn)流體，時(shí)間為24 h；④再使用干氮?dú)怛?qū)替巖心，模擬返排，驅(qū)替壓力選擇為4 MPa，并再次使用脈沖式滲透率測(cè)量裝置測(cè)定驅(qū)替不同時(shí)間后巖心的滲透率變化情況，直到滲透率穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定時(shí)滲透率K2，并計(jì)算水鎖損害率D=(K1-K2)/K1；⑤改變不同試驗(yàn)條件，繼續(xù)重復(fù)上述試驗(yàn)步驟，考察不同因素對(duì)水鎖損害率的影響。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.2.1 初始含水飽和度的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了不同初始含水飽和度(10%，15%，20%，25%，30%，35%)條件下巖心的水鎖損害率，試驗(yàn)流體均為模擬地層水(礦化度均為25 040 mg/L)，試驗(yàn)用巖心滲透率均為0.35×10-3μm2左右，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 巖心初始含水飽和度對(duì)水鎖損害的影響

由圖1可見：隨著巖心初始含水飽和度的不斷增大，水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，即巖心初始含水飽和度越小，水鎖損害率就越大。當(dāng)巖心初始含水飽和度為10%時(shí)，最終的水鎖損害率可以達(dá)到80%以上；而當(dāng)巖心初始含水飽和度增大至35%時(shí)，最終的水鎖損害率可以降低至55%以下。這是由于在其他試驗(yàn)條件均相同的情況下，巖心的初始含水飽和度越小，其與束縛水飽和度之間的差值就越大，因此，最終的水鎖損害率就越大。

2.2.2 滲透率的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了不同滲透率巖心對(duì)水鎖損害率的影響，試驗(yàn)流體均為模擬地層水，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可見：隨著巖心滲透率的不斷增大，水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，即巖心的滲透率越大，水鎖損害率就越小。當(dāng)巖心滲透率為0.08×10-3μm2時(shí)，水鎖損害率可以高達(dá)80%左右，而當(dāng)巖心滲透率增大至5.64×10-3μm2時(shí)，水鎖損害率則可以降低至35%以下。這是由于當(dāng)巖心滲透率越大時(shí)，其孔隙連通性往往較好，水相在孔隙中的返排就相對(duì)容易，從而可以有效地降低水鎖損害程度。

圖2 巖心滲透率對(duì)水鎖損害的影響

2.2.3 黏土礦物含量的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了巖心中不同黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水鎖損害率的影響，試驗(yàn)流體均為模擬地層水，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水鎖損害的影響

由圖3可見：隨著巖心中黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，水鎖損害率也逐漸增大。當(dāng)黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%時(shí)，水鎖損害率較低，為40%左右；而當(dāng)黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至16.8%時(shí)，水鎖損害率則增大至80%以上。這是因?yàn)閹r石中黏土礦物的存在會(huì)充填在儲(chǔ)層孔隙和滲流通道中，對(duì)其造成一定的堵塞，減少了流體滲流的空間，使水相不易返排，從而造成水鎖損害程度的增加。

2.2.4 試驗(yàn)流體類型的影響

按照2.1中的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了不同試驗(yàn)流體對(duì)水鎖損害率的影響，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，其中不同類型的壓裂液均為壓裂液濾液，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可見：不同試驗(yàn)流體對(duì)儲(chǔ)層段天然巖心水鎖損害率的影響較大，其中使用胍膠壓裂液作為試驗(yàn)流體時(shí)水鎖損害率最大，可以達(dá)到85%左右，而使用清潔壓裂液和滑溜水壓裂液作為試驗(yàn)流體時(shí)，水鎖損害率最較小，分別為55.8%和50.3%。這是由于胍膠壓裂液中含有的聚合物成分較多，黏度稍大，且殘?jiān)^多，從而容易對(duì)巖心孔隙造成堵塞，影響水相返排，造成水鎖損害程度增大；而清潔壓裂液和滑溜水壓裂液中含有一定量的表面活性物質(zhì)，表面張力較低，且其黏度較小，殘?jiān)枯^少，從而能夠降低水相返排時(shí)的阻力，達(dá)到降低水鎖損害率的目的。因此，在目標(biāo)區(qū)塊火山巖氣藏采取壓裂施工措施時(shí)，應(yīng)盡可能選擇對(duì)儲(chǔ)層水鎖損害較小的清潔壓裂液體系或者滑溜水壓裂液體系。

圖4 試驗(yàn)流體類型對(duì)水鎖損害的影響

3 水鎖損害防治措施研究

3.1 高效防水鎖劑優(yōu)選

使用模擬地層水配制不同類型、不同濃度的防水鎖劑溶液，以表面張力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，室內(nèi)使用全自動(dòng)表面張力儀對(duì)不同類型的防水鎖劑進(jìn)行了評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 防水鎖劑質(zhì)量濃度對(duì)表面張力的影響

由圖5可見：當(dāng)模擬地層水中防水鎖劑質(zhì)量濃度不斷增大時(shí)，溶液的表面張力值逐漸降低，其中高效防水鎖劑LFSY-2的效果最好，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，就能將水溶液的表面張力值降低至21 mN/m以下，表面活性較好，效果明顯優(yōu)于其他3種防水鎖劑。因此，推薦選擇LFSY-2作為龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏的高效防水鎖劑。

3.2 防水鎖效果評(píng)價(jià)

按照2.1中的試驗(yàn)方法，將3.1中優(yōu)選的高效防水鎖劑LFSY-2加入到模擬地層水中作為試驗(yàn)流體，以此評(píng)價(jià)不同濃度高效防水鎖劑LFSY-2對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害率的影響，試驗(yàn)用巖心初始含水飽和度均為25%，巖心滲透率均為0.35×10-3μm2左右，巖心黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為8%左右，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 高效防水鎖劑LFSY-2的防水鎖效果

由圖6可見：隨著模擬地層水中高效防水鎖劑LFSY-2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，巖心的水鎖損害率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)高效防水鎖劑LFSY-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，水鎖損害率可以降低至20%左右，達(dá)到了良好的防水鎖效果；再繼續(xù)增大高效防水鎖劑LFSY-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，水鎖損害率基本不再變化。因此，在龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏勘探開發(fā)過程中，推薦在入井流體中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高效防水鎖劑LFSY-2，最大限度地降低水鎖損害對(duì)氣井產(chǎn)能造成的影響。

4 結(jié)論

龍鳳山地區(qū)火山巖氣藏儲(chǔ)層段屬于典型的火山巖地層，儲(chǔ)層物性較差，具有低孔、低滲以及高含水飽和度的特點(diǎn)，在勘探開發(fā)過程中隨著外來流體進(jìn)入儲(chǔ)層，極易引發(fā)儲(chǔ)層水鎖損害。通過水鎖損害試驗(yàn)評(píng)價(jià)了不同因素對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖心水鎖損害的影響，并通過優(yōu)選高效防水鎖劑，評(píng)價(jià)了其防水鎖效果。

1)水鎖損害影響因素試驗(yàn)結(jié)果表明：巖心的初始含水飽和度越低、滲透率越低、黏土礦物含量越高，水鎖損害率就越高；試驗(yàn)流體類型對(duì)水鎖損害程度的影響較大，胍膠壓裂液濾液的水鎖損害率最高，而滑溜水壓裂液的水鎖損害率最低。

2)高效防水鎖劑LFSY-2能夠大幅度降低模擬地層水的表面張力，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，可使水溶液的表面張力值降低至21 mN/m以下；模擬地層水中加入高效防水鎖劑LFSY-2后，可使巖心的水鎖損害率大幅降低，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，水鎖損害率可以降低至20%左右，起到了良好的防水鎖效果。