韓超,黃凡,職文棟,但順華,萬文勝,王琛

(1.中國石油新疆油田分公司準東采油廠,阜康 831500;2.西安石油大學石油工程學院,西安 710065)

準噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組埋藏深度為2 100～3 500 m,儲層孔隙度、滲透率差異較大,微觀孔喉結構復雜,非均質(zhì)性較強[1-3]。開發(fā)過程中,存在單井壓力下降快、產(chǎn)能遞減率大等問題。前期勘探開發(fā)實踐認為,由于微粒運移現(xiàn)象導致的儲層傷害,是制約區(qū)域單井產(chǎn)能的瓶頸[4-6]。中外學者針對微粒運移機理和微粒運移的關鍵控制因素開展了大量研究。Gruesbeck等[7]、Wojtanowicz等[8]通過理論分析確定微粒釋放存在臨界流速。李會平等[9]提出了確定微粒運移臨界流速和臨界半徑的方法。Ives[10]、Gabriel等[11]通過室內(nèi)實驗分析結合數(shù)值模擬建立微粒運移的力學模型。目前研究微粒運移損害的實驗手段以微模型、填砂模型和巖心驅替流動實驗為主[12-13]。劉偉等[14]、常智等[15]通過驅替實驗證明儲層微粒會堵塞儲層,造成儲層滲透率下降。吳紹偉等[16]、Hasannejada等[17]研究表明,影響儲層微粒運移的因素包括流體離子強度、流速、pH、溫度等。值得注意的是,前人對于儲層微粒運移的研究主要包括理論分析、室內(nèi)評價測試、建立數(shù)值模型等,缺少從微觀角度對微粒運移傷害進行定量表征。

儲層微觀孔喉特征的測試方法和評價手段多樣[18-20],其中核磁共振技術具有連續(xù)性測試、精度高和無損樣品等優(yōu)勢,獲得的T2時間譜能夠定量反映巖石孔喉結構與流體賦存狀態(tài)[21-27]。Wang等[28]利用核磁共振技術,通過室內(nèi)模擬實驗研究了典型致密砂巖巖心的微觀驅油機理。馬寶芬等[29]對比評價了不同凍融實驗條件下黃土樣品的核磁共振T2譜特征,揭示了凍融后黃土的微觀力學損傷現(xiàn)象。唐紅嬌等[30]、章彤[31]、馬奎前等[32]利用核磁共振流體賦存實驗分別分析了頁巖、致密砂巖、疏松砂巖儲層的可動流體參數(shù)。Jin等[33]、Tan等[34]利用核磁共振技術定量表征了儲層的剩余油分布,明確了微觀孔喉的堵塞機理。綜上,學者們以不同類型儲層為研究對象,依靠核磁共振技術,在孔喉分布、可動流體賦存、儲層驅油機理與剩余油分布等方面開展了大量研究,形成了比較成熟的技術流程。準噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組疏松砂巖儲層微粒運移研究薄弱,從微觀角度對疏松砂巖儲層微粒運移傷害的評價尚鮮見報道。為了明確其微觀控制機理,采集該地區(qū)目的層代表性砂巖儲層巖心樣品,參考前人評價經(jīng)驗,結合鑄體薄片、場發(fā)射掃描電鏡、高壓壓汞等多種測試結果,分析儲層的微觀孔喉特征;創(chuàng)新性地利用核磁共振T2譜定量評價儲層微觀傷害程度,揭示由儲層微粒運移引起的微觀孔喉結構傷害作用機理。以期對阜東斜坡區(qū)砂巖油藏勘探目標優(yōu)選和開發(fā)效果改善提供指導或參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

北三臺凸起是一個持續(xù)性的古隆起,阜東地區(qū)受北三臺凸起的影響,在斜坡高部位侏羅系頭屯河組遭受剝蝕尖滅,形成了向西傾的大型單斜構造并發(fā)育一定規(guī)模的正斷層,有利于油氣運移和成藏。阜東斜坡區(qū)侏羅系頭屯組物源主要來自東部古隆起剝蝕區(qū),沉積相主要為曲流河三角洲沉積,巖性為灰綠色、綠灰色、灰色泥巖與灰綠色、灰色粉砂巖、細砂巖互層。

J2t3段地層厚度變化相對較大,介于60～120 m,向北三臺凸起方向厚度逐漸減薄,砂體欠發(fā)育,泥巖發(fā)育、厚度大,起到一定的蓋層作用。J2t2段地層厚度相對穩(wěn)定,介于140～180 m,砂體相對發(fā)育,砂泥比高、單砂層厚度大,分布廣,是頭屯河組最重要的儲層。J2t1段地層厚度變化相對不大,介于80～110 m,本段砂體較發(fā)育,以砂、泥巖互層為主、單砂層厚度相對較小,是頭屯河組較主要的儲層。

2 實驗介紹

2.1 實驗材料

巖心樣品為取自準噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組的5塊砂巖儲層巖心,將5塊巖心樣品分為長度相等的兩段,分別進行微粒運移實驗,巖心樣品信息如表1所示。實驗用鹽水為根據(jù)巖心取心層位油藏水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)配制的模擬地層水,礦化度為4 800 mg/L。油樣為巖心同層原油與煤油復配,油樣密度0.92 g/cm3,油樣黏度為223 mPa·s。

表1 巖心實驗參數(shù)Table 1 Experiment parameters of core samples

2.2 實驗儀器

實驗儀器主要包括核磁共振儀和驅替泵。核磁共振儀由上海紐邁電子科技有限公司制造,型號為Mini-MR。核磁共振儀器的磁場強度為0.5 T,射頻脈沖頻率范圍為1～30 MHz,射頻頻率控制精度為0.01 MHz。裝置參數(shù)設置如下,Te(回波時間):0.27 ms;Tw(等待時間):4 000 ms;Nech(回波1個數(shù)):6 000;Ns(掃描次數(shù)):64次。

驅替泵為美國Teledyne Isco公司生產(chǎn)260D型高壓計量泵,壓力范圍為0～51.7 MPa,雙泵體,泵體容積103 mL,連續(xù)流動流速范圍為0.001～80 mL/min,計量精確,可實現(xiàn)連續(xù)注入,在實驗中主要用來向巖心中注入模擬地層水、錳水等。實驗采用的中間容器承壓范圍為0～50 MPa,耐溫300 ℃。巖心夾持器,由中國南通華興石油儀器有限公司制造,長度30 cm,耐壓50.0 MPa。手動泵控制實驗環(huán)壓,由華興石油儀器有限公司制造,壓力范圍0～50.0 MPa。

通過將驅替設備與低場核磁共振儀有效結合,實現(xiàn)對地層溫度、壓力條件下疏松砂巖油藏出砂過程的物理流動模擬,從微觀尺度定量評價出砂對儲層的傷害程度。

2.3 實驗步驟

2.3.1 微粒膨脹傷害評價實驗

(1)巖心洗油、烘干后,置于礦化度為4 800 mg/L的模擬地層水中,地層水液面覆蓋巖心頂部,利用真空泵抽真空48 h,使實驗巖心充分飽和模擬地層水。

(2)巖心夾持器圍壓設定為1.5～2 MPa,采用礦化度為4 800 mg/L的模擬地層水,以恒定流速注入巖心中,注入量為3～4 PV(PV為孔隙體積),對巖心樣品進行核磁共振T2譜采樣。

(3)采用濃度為2 400 mg/L的模擬地層水驅替,驅替速度與初始流速保持一致,注入量為20、40、60 PV后停止驅替,保持圍壓和溫度不變,使?jié)舛葹? 400 mg/L的模擬地層水充分與巖石礦物發(fā)生反應12 h以上。

(4)測定注入量為20、40、60 PV時的滲透率,要求巖樣兩端的壓差或驅替流速保持10 min以上不發(fā)生改變,連續(xù)測定三次,其相對誤差應該小于3%。

(5)測定實驗結束后巖心樣品核磁共振T2譜,觀察流體分布特征。

2.3.2 微粒運移傷害評價實驗

(1)巖心洗油、烘干后,置于礦化度為4 800 mg/L的模擬地層水中,地層水液面覆蓋巖心頂部,利用真空泵抽真空48 h,使實驗巖心充分飽和模擬地層水。

(2)巖心夾持器圍壓設定為1.5～2 MPa,采用礦化度為4 800 mg/L的模擬地層水,以恒定流速注入巖心中,注入量為3～4 PV,對巖心樣品進行核磁共振T2譜采樣。

(3)按照0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 cm3/min的流量進行依次測定。

(4)測定滲透率,要求巖樣兩端的壓差或驅替流速保持10 min以上不發(fā)生改變,連續(xù)測定三次,其相對誤差應該小于3%。

(5)實驗結束后測定巖心樣品核磁共振T2譜,對比實驗前T2譜,觀察流體分布特征,定量計算孔喉堵塞程度。

3 微粒運移傷害特征

3.1 微觀傷害程度表征

采用核磁共振技術,通過對比初始狀態(tài)和實驗后的T2譜下覆面積差值,定量評價疏松砂巖樣品在生產(chǎn)階段的微粒運移傷害特征及微觀機理。圖1為孔徑為10～100 ms孔喉尺度內(nèi)微粒運移傷害程度計算示意圖,10～100 ms尺度內(nèi)T2譜下覆面積值可反映巖心樣品的有效孔喉體積,通常實驗后,T2譜下覆面積值會有一定程度的降低,即巖心樣品的有效孔喉體積減小。因此,該方法可定量計算得到實驗前后巖心內(nèi)部有效孔喉體積差值,即表明該部分孔喉在實驗后發(fā)生了堵塞傷害。假設半徑為10～100 ms的孔喉中初始狀態(tài)由So+Si表示,微粒膨脹、運移傷害后的核磁共振T2譜面積由Si表示,可計算砂巖樣品孔喉傷害程度I,計算公式為

圖1 孔喉傷害程度計算示意圖Fig.1 Schematic diagram of calculation of pore throat damage degree

(1)

式(1)中:I為孔喉傷害程度,%;Si為實驗后T2譜頻率面積;So為初始狀態(tài)與實驗后T2譜頻率面積差值。

3.2 微粒運移傷害評價

微觀孔喉傷害程度是基于核磁共振T2譜對比分析,評價微粒運移微觀傷害特征,不同的巖心樣品核磁共振T2譜存在差異。

微粒運移過程中微粒遇到儲層流體膨脹,容易堵塞孔喉狹窄處,造成儲層傷害。1-1號巖心樣品(微粒膨脹)和1-2號巖心樣品(微粒膨脹運移)實驗前后測得的核磁共振T2譜分布如圖2所示,T2譜為雙峰態(tài),左峰峰值高于右峰表明樣品較小孔喉、較大孔喉均發(fā)育。1號巖心組較小孔喉分布在0.01～5.34 ms范圍內(nèi),相對含量為63.28%,較大孔喉分布在5.34～231.01 ms,相對含量為36.72%。1-1號巖心樣品實驗后測得的核磁共振T2譜出現(xiàn)整體下降,下降幅度較小,定量計算微粒膨脹對孔喉傷害程度為4.82%;1-2號巖心樣品實驗后核磁共振T2譜同樣出現(xiàn)整體范圍內(nèi)下降,計算得到微粒膨脹運移對孔喉傷害程度為5.48%。通過核磁共振T2譜觀察發(fā)現(xiàn),儲層在發(fā)生微粒運移傷害時,在孔隙喉道中會發(fā)生一定程度的堵塞。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍色曲線為微粒膨脹實驗后的T2譜;紅色曲線為微粒運移實驗后的T2譜圖2 1-1號、1-2號巖心樣品實驗前后核磁共振T2譜Fig.2 NMR T2 spectra of core samples of No.1-1 and No.1-2 before and after the experiment

2-1號巖心樣品和2-2號巖心樣品核磁共振T2譜為雙峰態(tài),如圖3所示,較小孔喉在整體孔喉中占比較高。2-1號、2-2號砂巖巖心樣品較小孔喉分布在0.01～9.32 ms范圍內(nèi),相對含量為61.43%,較大孔喉分布在9.32～464.16 ms,相對含量為38.57%。2-1號和2-2號樣品實驗后測得的核磁共振T2譜下降幅度接近,計算得到2-1號巖心樣品微粒膨脹導致的孔喉傷害程度為3.29%,2-2號巖心樣品微粒膨脹運移導致的孔喉傷害程度為4.64%;其傷害程度整體小于1號巖心組。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍色曲線為微粒膨脹實驗后的T2譜;紅色曲線為微粒運移實驗后的T2譜圖3 2-1號、2-2號巖心樣品實驗前后核磁共振T2譜Fig.3 NMR T2 spectra of core samples of No.2-1 and No.2-2 before and after the experiment

3-1號、3-2號巖心樣品實驗前后測得的核磁共振T2譜分布如圖4所示,樣品較小孔喉含量高于較大孔喉。3號巖心組樣品較小孔喉尺度基本分布在0.01～9.33 ms范圍內(nèi),相對含量為66.67%,較大孔喉主要分布在9.33～811.13 ms,相對含量為33.33%。3號巖心組實驗后測得的核磁共振T2譜與初始飽和水狀態(tài)相比在較小、較大孔喉范圍內(nèi)均有明顯下降。計算得到微粒膨脹孔喉傷害程度為6.74%,微粒運移孔喉傷害程度為9.21%。3號巖心組微粒運移引起的孔喉堵塞程度相比1號和2號巖心組有一定程度的增加。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍色曲線為微粒膨脹實驗后的T2譜;紅色曲線為微粒運移實驗后的T2譜圖4 3-1號、3-2號巖心樣品實驗前后核磁共振T2譜Fig.4 NMR T2 spectra of core samples of No.3-1 and No.3-2 before and after the experiment

4號巖心組實驗前后測得的核磁共振T2譜分布如圖5所示,該樣品的核磁共振T2譜同樣為雙峰態(tài),但是右峰幅度顯著低于左峰,計算得到較小孔喉尺度基本分布在0.01～3.51 ms范圍內(nèi),相對含量達到94.43%;而較大孔喉主要分布在3.51～65.79 ms,相對含量僅為5.57%,較小孔喉在樣品總孔喉體積中占有絕對比例。4-1號巖心樣品實驗后較小孔喉T2譜下降明顯,而較大孔喉范圍內(nèi)T2譜幅度基本無變化。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍色曲線為微粒膨脹實驗后的T2譜;紅色曲線為微粒運移實驗后的T2譜圖5 4-1號、4-2號巖心樣品實驗前后核磁共振T2譜Fig.5 NMR T2 spectra of core samples of No.4-1 and No.4-2 before and after the experiment

4-2號巖心樣品實驗后測得的T2譜變化規(guī)律與4-1號巖心樣品基本一致。計算得到4號巖心組微粒膨脹孔喉傷害程度為9.43%,微粒膨脹運移孔喉傷害程度則達到11.98%,微粒運移效應對儲層微觀孔喉的堵塞程度整體較高,且主要堵塞了尺度較小的孔喉。

5號巖心樣品的核磁共振T2譜分布如圖6所示,整體呈現(xiàn)單峰態(tài),表明該巖心內(nèi)部孔喉尺度較小,總體分布在0.01～1.32 ms范圍內(nèi),相對含量達到98.26%,而較大孔喉的含量則非常低。孔喉發(fā)育程度導致其滲透率僅有0.97×10-3μm2,為5組巖心樣品中滲透率的最低值。5-2號巖心樣品實驗后測得的核磁共振T2譜在較小孔喉范圍內(nèi)降幅顯著,微粒運移孔喉傷害程度達到14.49%;5-1號巖心樣品微粒膨脹孔喉傷害程度為9.90%,與4-1號樣品的傷害程度接近。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍色曲線為微粒膨脹實驗后的T2譜;紅色曲線為微粒運移實驗后的T2譜圖6 5-1號、5-2號巖心樣品實驗前后核磁共振T2譜Fig.6 NMR T2 spectra of core samples of No.5-1 and No.5-2 before and after the experiment

綜上,阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲層微粒膨脹引起的孔喉傷害程度介于3.29%～9.90%,平均為6.84%;微粒運移引起的孔喉傷害程度介于4.64%～14.49%,平均為9.16%,微粒運移對儲層微觀孔喉的傷害程度更大(表2)。由于儲層物性存在一定程度的差異,1號巖心組～3號巖心組儲層物性較好,微粒膨脹傷害程度較低,為3.29%～6.74%,而4號巖心組和5號巖心組的微粒膨脹傷害程度則接近10%;同時,4號巖心組和5號巖心組的微粒運移傷害程度則已超過10%,最高達到14.49%,整體高于1號巖心組～3號巖心組。

表2 微粒膨脹、運移孔喉傷害程度Table 2 Damage degree of particle expansion and migration pore throat

3.3 不同尺度孔喉的傷害機理

基于微粒膨脹、運移傷害實驗的核磁共振T2譜數(shù)據(jù),可以定量計算出疏松砂巖樣品不同孔喉尺度內(nèi)的傷害程度,結果如表3所示。

表3 微粒膨脹、運移實驗不同尺度孔喉堵塞傷害程度Table 3 Damage degree of pore throats at different scales of particle expansion and migration

從表3可以看出,微粒膨脹引起的較小孔喉的傷害程度介于2.02%～9.73%,平均為5.64%。由于4-1號、5-1號巖心樣品孔喉發(fā)育程度較差,孔喉尺度較小,因此,微粒膨脹實驗中以上兩塊樣品的較小孔喉堵塞程度達到8.90%和9.73%,整體高于1-1號～3-1號巖心樣品。微粒膨脹引起的較大孔喉的傷害程度介于0.17%～2.25%,平均為1.20%。相比較小孔喉,由于更大的孔喉半徑,較大孔喉在實驗中發(fā)生堵塞傷害程度明顯較小[圖7(a)]。

圖7 微粒膨脹、運移實驗不同尺度孔喉傷害程度分布Fig.7 Damage degree of pore throats at different scales in particle expansion and migration

不同尺度的孔喉在微粒運移實驗中發(fā)生的堵塞傷害情況與微粒膨脹較為相似,但程度略高[圖7(b)],較小孔喉的孔喉傷害介于2.85%～14.24%,平均為7.60%。4號、5號巖心樣品較小孔喉堵塞程度分別達到11.31%和14.24%,堵塞程度明顯偏高。1號～3號巖心樣品較小孔喉堵塞程度分布在2.85%～6.14%,傷害程度相對較低。針對較大孔喉而言,微粒運移實驗中發(fā)生的堵塞程度介于0.25%～3.07%,平均為1.56%,與 微粒膨脹實驗規(guī)律基本一致,即較大尺度的孔喉在 微粒運移實驗中發(fā)生堵塞傷害程度較小。

定量計算得到不同尺度孔喉在微粒膨脹、運移實驗中的堵塞傷害程度如表3所示。綜合分析發(fā)現(xiàn),孔喉尺度與微粒膨脹、運移引發(fā)的儲層微觀堵塞傷害程度呈負相關,即孔喉尺度越大,儲層堵塞傷害程度越低。較小孔喉由于孔喉尺度有限,實驗中脫落的礦物、黏土顆粒更容易發(fā)生聚集堵塞,儲層微觀孔喉傷害程度較高;而較大孔喉由于孔喉尺度大,脫落的礦物、黏土顆?？呻S流體進一步運移,不易發(fā)生聚集堵塞傷害。同時,微粒運移效應在不同尺度孔喉內(nèi)引起堵塞傷害程度要明顯高于 微粒膨脹效應。疏松砂巖儲層普遍存在出砂傷害,砂粒脫落伴隨流體一起運移。當流體流速較快時,疏松砂巖巖石骨架松散的砂粒脫落現(xiàn)象加劇,砂粒在孔喉較窄處形成橋塞,對微觀孔喉造成傷害。在現(xiàn)場開發(fā)過程中,嚴重的出砂現(xiàn)象會在近井段附近造成砂堵、砂埋,產(chǎn)能不理想。疏松砂巖油藏的微粒運移傷害是黏土礦物膨脹、脫落和砂粒運移共同作用的結果。

4 微粒運移傷害控制因素

明確儲層微粒運移傷害特征對開發(fā)方案的制定與優(yōu)化具有重要參考意義。研究認為,儲層物性和孔喉特征與儲層微粒膨脹、運移傷害具有相關關系,是儲層傷害的關鍵控制因素[35-36]。此外,疏松砂巖在開發(fā)過程中普遍存在出砂現(xiàn)象,出砂是微粒運移的表現(xiàn)[37-38]。

4.1 物性

阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖樣品的孔隙度介于8.72%～16.80%,平均為12.65%;滲透率介于0.97×10-3～20.12×10-3μm2,平均8.88×10-3μm2。物性非均質(zhì)性較強,孔喉結構復雜,孔隙度和滲透率之間有一定的正相關關系。

阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖孔隙度、滲透率與儲層微觀孔喉堵塞傷害程度呈負相關關系,相關性較好(圖8)。其中孔隙度與整體孔喉、較小孔喉的微粒膨脹傷害程度相關系數(shù)為0.66、0.65,與較大孔喉傷害程度無相關性;即孔隙度越大,整體孔喉、較小孔喉的微粒膨脹傷害程度則越低?？紫抖扰c整體孔喉、較小孔喉的微粒運移傷害程度的相關關系也呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。滲透率與孔喉傷害程度的相關性顯著高于孔隙度,其中滲透率與整體孔喉、較小孔喉的微粒膨脹傷害程度相關系數(shù)為0.81、0.77,與整體孔喉、較小孔喉的微粒運移傷害程度相關系數(shù)達到0.87、0.80。綜合分析認為,針對孔隙度、滲透率較低的儲層,較小孔喉中的顆粒堵塞是引起儲層傷害的主要原因。

圖8 儲層物性與孔喉傷害程度相關性分析Fig.8 Correlation analysis of reservoir physical properties and pore-throat damage degree

4.2 孔喉特征

阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖樣品場發(fā)射掃描電鏡測試結果顯示。1號巖心樣品粒間孔較發(fā)育,孔喉發(fā)育程度高,表面覆蓋綠泥石薄膜,粒間孔隙充填自生石英[圖9(a)];2號巖心樣品多見粒間孔、粒內(nèi)溶孔,孔隙發(fā)育程度高,粒間孔充填較多小的自生石英晶體[圖9(b)];3號巖心樣品可見粒間孔、溶孔,孔喉連通性差,孔隙發(fā)育程度低,未見晶型完整的自生礦物[圖9(c)];4號巖心樣品多見溶孔,孔喉發(fā)育程度較差,部分粒間孔隙被自生石英和綠泥石充填[圖9(d)];5號巖心樣品總體較致密,粒間孔隙充填絲片狀伊利石和方解石,顆粒之間接觸緊密[圖9(e)]。

圖9 阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖巖心樣品場發(fā)射掃描電鏡照片F(xiàn)ig.9 FE-SEM photo of Toutunhe Formation sandstone core sample in Fudong slope area

阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖樣品壓汞測試結果顯示,砂巖樣品排驅壓力介于0.11～2.32 MPa,平均為0.99 MPa;中值壓力介于3.09～20.33 MPa,平均為10.38 MPa;中值半徑介于0.04～0.24 μm,平均為0.13 μm;最大進汞飽和度介于50.08%～69.35%,平均為60.55%;分選系數(shù)介于1.19～2.68,平均為1.89;均值系數(shù)介于0.11～0.26,平均為0.19。整體看來,頭屯河組砂巖排驅壓力低,分選性較好,孔喉差異大(表4)。

表4 阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲層特征Table 4 Characteristics of the sandstone reservoir of Toutunhe Formation in the Fudong slope area

基于壓汞測試得到巖心樣品的孔喉特征參數(shù),選取排驅壓力、分選系數(shù)與微粒膨脹、微粒運移孔喉傷害程度進行相關性分析(圖10)。結果表明,孔喉特征參數(shù)與較大孔喉傷害程度均沒有明顯相關性。排驅壓力與整體孔喉、較小孔喉微粒膨脹傷害程度呈正相關,相關系數(shù)分別為0.75、0.72;即排驅壓力越高,微粒膨脹、運移引發(fā)的孔喉堵塞程度越大。排驅壓力與整體孔喉、較小孔喉微粒運移傷害程度呈正相關,且相關系數(shù)達到0.89、0.81,相關性較好。然而,分選系數(shù)與孔喉傷害程度呈負相關,即分選性越好,微粒膨脹、運移引發(fā)的孔喉堵塞程度越小。分選系數(shù)與整體孔喉、較小孔喉微粒膨脹孔喉堵塞程度相關系數(shù)為0.71、0.61,與微粒運移孔喉堵塞程度相關系數(shù)為0.80、0.67。分析認為,針對排驅壓力高、分選性差的儲層,較小孔喉中的顆粒堵塞是引起儲層傷害的主要原因。

4.3 黏土礦物

阜東斜坡區(qū)頭屯河組疏松砂巖的典型特征是膠結程度低,儲層多為孔隙-接觸式、接觸式膠結,泥質(zhì)膠結多見,膠結強度低,砂巖疏松。疏松砂巖巖心樣品碎屑顆粒分選較好,以細砂為主,少量中-細砂,磨圓度為次棱角狀、棱角-次棱角狀,孔隙發(fā)育程度較好。巖心樣品碎屑成分主要為巖屑,平均含量60.98%;其次為石英,平均含量18.63%;長石含量平均含量為13.08%。膠結物含量平均為6.12%,雜基含量平均為1.29%(圖11)。在黏土礦物中,蒙脫石與伊蒙混層含量平均為55.44%,二者相比其他黏土礦物具有較大的比表面積,遇水易膨脹后堵塞孔喉,對儲層造成傷害;綠泥石與綠蒙混層含量平均為16.92%;高嶺石含量平均為16.45%,其在流體沖刷作用下脫落后被攜帶至孔喉細小處造成堵塞;伊利石含量平均為11.19%(圖11);高嶺石是典型的微粒運移礦物,而微粒膨脹礦物主要為蒙脫石和伊蒙混層。

圖11 阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲層礦物組分Fig.11 Mineral composition of sandstone reservoirs of in the Toutunhe Formation of the Fudong slope area

孔喉傷害程度與礦物含量的相關關系如圖12所示,微粒膨脹引發(fā)的孔喉傷害程度與蒙脫石+伊蒙混層含量呈正相關關系,隨著蒙脫石、伊蒙混層含量的增多,孔喉傷害程度增強。蒙脫石+伊蒙混層含量與整體孔喉、較小孔喉 微粒膨脹傷害程度相關系數(shù)為0.79、0.72。

圖12 黏土礦物與孔喉傷害程度相關性分析Fig.12 Correlation analysis between clay minerals and pore throat damage degree

微粒運移引發(fā)的孔喉傷害程度與高嶺石含量呈負相關關系,相關系數(shù)為0.59,較小孔喉傷害程度與高嶺石含量也呈負相關關系,相關系數(shù)為0.48,相關性均一般。因此,蒙脫石、伊蒙混層含量越高,微粒膨脹的孔喉傷害程度越明顯,黏土礦物含量與微粒運移的孔喉傷害程度的相關性不明顯,表明微粒運移傷害程度可能還受其他因素控制。

微粒運移實驗結束后,用濾紙對實驗出口端液體進行過濾,5塊巖心樣品均可見不同程度的出砂現(xiàn)象。其中,2-2號樣品 微粒運移的孔喉傷害程度較低,濾紙上可見少量砂粒,4-2號、5-2號樣品微粒運移的孔喉傷害程度高,濾紙上可見較多砂粒,包括粒徑較粗的砂粒,說明在微粒運移實驗過程中存在出砂現(xiàn)象(圖13)。

圖13 實驗中砂巖樣品出砂現(xiàn)象Fig.13 Sand production phenomenon of sandstone samples in the experiment

5 結論

(1)基于核磁共振T2譜計算微粒膨脹造成的孔喉傷害程度介于3.29%～9.90%,平均為6.84%;微粒運移造成的孔喉傷害程度介于4.64%～14.49%,平均為9.16%;微粒運移作用對儲層孔喉造成的傷害程度更高。

(2)阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲層較小孔喉介于0.01～9.33 ms,孔喉傷害程度高,微粒膨脹孔喉傷害程度介于2.02%～9.73%,平均為5.64%,微粒運移對較小孔喉傷害程度介于2.85%～14.24%,平均為7.60%。較大尺度的孔喉在微粒膨脹、運移實驗中的堵塞程度很低。

(3)阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲層的孔隙度、滲透率、分選系數(shù)與儲層微觀孔喉堵塞傷害程度呈負相關關系,排驅壓力與孔喉堵塞傷害程度呈正相關。蒙脫石+伊蒙混層含量高是導致研究區(qū)目的層儲層微粒膨脹傷害的重要因素,疏松砂巖中砂粒運移則是微粒運移的宏觀表現(xiàn)。

以阜東斜坡區(qū)頭屯河組疏松砂巖油藏為研究對象,利用核磁共振方法對疏松砂巖油藏微粒膨脹、運移特征進行評價。研究表明,疏松砂巖油藏微粒膨脹、運移傷害作用較強,疏松砂巖存在出砂現(xiàn)象。研究成果對疏松砂巖注水開發(fā)提供了理論依據(jù),有利于疏松砂巖油藏的保護和經(jīng)濟效益的提高。