任桂蓉，潘寶風(fēng)，陳智暉，鄒春霞，趙 祥

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

川西致密砂巖以石英、長(zhǎng)石為主，黏土礦物類型中綠泥石、伊利石含量較高，具備潛在傷害物質(zhì)條件，工作液對(duì)儲(chǔ)層滲透率的損害程度是表征致密氣有效開采的關(guān)鍵指標(biāo)之一[1-3]。目前國(guó)內(nèi)傷害評(píng)價(jià)及滲透率測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)6 項(xiàng)，其中包含3 項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[4-6]（GB/T 28912—2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》、GB/T 29172—2012《巖心分析方法》、GB/T 34533—2017《頁(yè)巖氦氣法孔隙度和脈沖衰減法滲透率的測(cè)定》），2 項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7-8]（SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層流體敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》、SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》），1 項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[9]（Q/SH 0501—2013《致密儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》）。綜合來(lái)看各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖心的選取、工作液的制備方法規(guī)定各異，對(duì)于測(cè)試流程尚未作出明確的指示，無(wú)統(tǒng)一的可執(zhí)行的砂巖儲(chǔ)層工作液傷害標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法。為此，本文開展了巖心獲取來(lái)源調(diào)研及分析，探索傷害流體制備方法，進(jìn)行基質(zhì)滲透率測(cè)試流程優(yōu)化，規(guī)范了巖心獲取、工作液制備及測(cè)試流程，建立了符合現(xiàn)場(chǎng)工況、具有可操作性的巖心傷害實(shí)驗(yàn)方法。

1 巖心選取原則分析

1.1 巖心來(lái)源確定

標(biāo)準(zhǔn)顯示人造巖心和天然巖心均可用于傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，為給出更明確的巖心選取指導(dǎo)意見(jiàn)，開展了人造巖心和天然巖心孔滲對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1.1.1 巖心孔隙結(jié)構(gòu)差異 對(duì)天然巖心和人造巖心進(jìn)行壓汞測(cè)試，由測(cè)試結(jié)果（表1）可以看出，在滲透率相近的條件下，天然巖心與人造巖心在孔隙結(jié)構(gòu)方面存在差異，主要表現(xiàn)在孔喉半徑、孔喉分布特征和孔喉連通性三個(gè)方面。與人造巖心相比，天然巖心飽和度中值壓力較大，平均孔喉半徑較小；天然巖心分選較差，粗歪度，表明其孔喉大小不一，非均質(zhì)性較強(qiáng)；人造巖心和天然巖心最大進(jìn)汞飽和度相近，但天然巖心退汞效率較低，表明其連通性較差。

表1 不同巖心類型的壓汞測(cè)試結(jié)果

1.1.2 巖心滲流特性差異 選取滲透率相同或相近的天然巖心和人造巖心，對(duì)比開展不同工作液流經(jīng)巖心的阻力系數(shù)測(cè)試（圖1），結(jié)果表明：當(dāng)聚合物溶液、聚合物/表面活性劑二元復(fù)合體系、強(qiáng)堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合體系和弱堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合體系在巖心中流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，天然巖心與人造巖心阻力系數(shù)之比的平均值分別為1.69、1.73、1.78 和1.65，表明在滲透率相同或相近的條件下，與人造巖心相比，工作液在天然巖心中滯留量較大，滲流阻力較大。

圖1 天然巖心和人造巖心滲流特性對(duì)比

綜合天然巖心和人造巖心孔隙結(jié)構(gòu)和滲流特性測(cè)試結(jié)果來(lái)看兩者差異較大，人造巖心無(wú)法代替天然巖心開展工作液優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，推薦選取天然巖心開展傷害實(shí)驗(yàn)。

1.2 巖心選取原則

CMS 300 測(cè)試不同區(qū)塊巖心孔滲參數(shù)結(jié)果顯示，同井同層位鉆取的天然巖心也存在較大的孔滲差異，如XP15 井的10 塊巖心孔隙度范圍在2.57%～14.22%，氣測(cè)滲透率范圍在0.005 728 00～2.541 714 00 mD（表2）。

表2 CMS 300 測(cè)試不同區(qū)塊巖心孔滲參數(shù)

選取不同巖心開展同一工作液的巖心傷害實(shí)驗(yàn)（圖2、表3），結(jié)果表明：不同區(qū)塊孔滲相近的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，傷害率之差大于10.00%；同一區(qū)塊不同井孔滲相近的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，傷害率之差大于10.00%；同井同層位孔滲差異較大的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，傷害率之差大于10.00%；同井同層位孔滲相近的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較小，傷害率之差約為5.00%。因此，推薦評(píng)價(jià)篩選同類工作液時(shí)，統(tǒng)一采用同井同層位、孔滲相近的天然巖心開展測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

圖2 同一工作液不同巖心傷害對(duì)比實(shí)驗(yàn)

表3 孔滲相近的巖心應(yīng)滿足的條件

2 傷害液制備方法研究

據(jù)文獻(xiàn)資料和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)顯示[10-11]，鉆井液方面：按不同配方配制的鉆井液體系無(wú)需做特殊處理即可直接用作傷害液開展巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。壓裂液方面主要有兩類不同做法，一類是采用壓裂液濾液作為傷害液，另一類是采用壓裂液破膠液作為傷害液開展實(shí)驗(yàn)。

2.1 破膠液和濾液粒徑分布

配制了不同礦化水條件下的高黏降阻水和膠液，分別制備了相應(yīng)的破膠液和濾液，開展粒徑分布對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)（圖3、表4）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：相同配方制備的壓裂液破膠液和濾液粒徑分布差異不大。

圖3 工作液粒徑分布圖

表4 破膠液和濾液粒徑分布對(duì)比

2.2 破膠液和濾液傷害性能

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道壓裂液殘?jiān)吭礁?，?duì)儲(chǔ)層的傷害越大，滲透率越大的儲(chǔ)層，壓裂液殘?jiān)鼈υ絿?yán)重。另外，壓裂液殘?jiān)趦?chǔ)層表面形成的濾餅，在一定程度上增加了壓裂液返排的難度，也會(huì)造成儲(chǔ)層傷害。本文選取孔滲相近的巖心開展了標(biāo)準(zhǔn)鹽水、含固相壓裂液、過(guò)濾固相后壓裂液巖心傷害對(duì)比實(shí)驗(yàn)，定量表征水鎖、水敏和固相傷害（圖4）。工作液如下：

圖4 水鎖、水敏及固相造成的傷害情況

流體1：標(biāo)準(zhǔn)鹽水組成：2.00%KCl+5.50%NaCl+0.45%MgCl2+0.55%CaCl2；

流體2：降阻水組成：0.1%降阻劑+0.1%助排劑+0.1%黏穩(wěn)劑（過(guò)濾固相）；

流體3：降阻水組成：0.1%降阻劑+0.1%助排劑+0.1%黏穩(wěn)劑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水鎖導(dǎo)致滲透率平均降低了37.07%，降阻水水敏導(dǎo)致滲透率平均降低了9.35%，降阻水中固相導(dǎo)致滲透率平均降低了20.32%。

綜上可知：破膠液和濾液粒徑分布差異不大，濾液的制備過(guò)程導(dǎo)致部分固相流失不能較好的反映現(xiàn)場(chǎng)工況，推薦采用破膠液開展壓裂液巖心傷害實(shí)驗(yàn)，且破膠液無(wú)需過(guò)濾，保留固相和殘?jiān)?/p>

3 滲透率測(cè)試方法確定

巖心滲透率傷害率測(cè)試方法均基于達(dá)西定律，主要分為液測(cè)和氣測(cè)兩類。液測(cè)是指使用選擇的液相實(shí)驗(yàn)流體測(cè)定巖樣（提前抽真空飽和實(shí)驗(yàn)流體）初始液體滲透率K1；在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，將工作液注入巖心，工作液注入巖心的方向、注入倍數(shù)以及巖樣與工作液的接觸時(shí)間依據(jù)工作液的性質(zhì)決定；使用選擇的液相實(shí)驗(yàn)流體測(cè)定工作液注入后巖心的滲透率K2；根據(jù)工作液注入前后的滲透率計(jì)算傷害率。氣測(cè)傷害過(guò)程與液測(cè)方法一致，用氮?dú)怛?qū)替測(cè)定巖樣（根據(jù)儲(chǔ)層特征建立相應(yīng)的束縛水飽和度）傷害前和傷害后的氣測(cè)滲透率，從而計(jì)算傷害率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置傷害后氮?dú)怛?qū)替返排的時(shí)間，計(jì)算不同時(shí)間的巖心滲透率恢復(fù)率。

液測(cè)滲透率計(jì)算公式：

式中：K-巖樣初始液測(cè)滲透率，10-3μm2；μ-測(cè)試條件下的液體黏度，mPa·s；L-巖樣長(zhǎng)度，cm；Q-液體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)巖樣的體積，cm3/s；A-巖樣橫截面積，cm2；Δp-巖樣兩端的壓差，MPa。

氣測(cè)滲透率計(jì)算公式：

式中：K-巖樣初始?xì)鉁y(cè)滲透率，10-3μm2；μg-測(cè)試條件下的氣體黏度，mPa·s；L-巖樣長(zhǎng)度，cm；A-巖樣橫截面積，cm2；Q0-氣體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)巖樣的體積，cm3/s；p0-測(cè)試條件下的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，MPa；p1-巖樣入口壓力（驅(qū)替壓力+0.0955 MPa），MPa；p2-巖樣出口壓力，0.0955 MPa。

鉆井液體系中單劑的優(yōu)選通常采用流變、濾失等其他指標(biāo)來(lái)衡量，巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要用來(lái)優(yōu)選體系，對(duì)比不同鉆井液體系與儲(chǔ)層的適應(yīng)性。為更好的貼合現(xiàn)場(chǎng)工況，推薦根據(jù)儲(chǔ)層特征建立巖樣含水飽和度，采用氣測(cè)滲透率方法優(yōu)選鉆井液體系。壓裂液用于壓裂儲(chǔ)層，工作液會(huì)大面積接觸巖石，因此，體系中單劑的篩選除了考慮對(duì)基液黏度、耐溫耐剪切性能、降阻率、防膨率表面張力等指標(biāo)的影響，還需考慮與實(shí)際巖樣接觸帶入的傷害，單因素篩選助劑時(shí)應(yīng)盡量摒除水敏、水鎖等因素的影響，故推薦采用液測(cè)滲透率方法篩選壓裂液?jiǎn)蝿６鴫毫岩后w系的篩選則應(yīng)涵蓋多因素的影響，匹配現(xiàn)場(chǎng)工況，根據(jù)儲(chǔ)層特征建立巖樣含水飽和度，采用氣測(cè)滲透率方法優(yōu)選壓裂液體系。

4 巖心傷害評(píng)價(jià)全流程指南

4.1 巖心傷害評(píng)價(jià)方法全流程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_滲透率傷害率測(cè)試方法，準(zhǔn)備相應(yīng)的流動(dòng)介質(zhì)、工作液（傷害液）、巖心，按步驟開展巖心傷害實(shí)驗(yàn)（圖5、圖6）。

圖5 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)示意圖

圖6 巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程總圖

4.2 巖心傷害評(píng)價(jià)方法可靠性驗(yàn)證

采用形成的統(tǒng)一的巖心傷害評(píng)價(jià)方法，開展了5組平行實(shí)驗(yàn)對(duì)新方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明新方法實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較好，各組平行實(shí)驗(yàn)巖心傷害率差值均小于5.00%（表5）。

表5 巖心傷害評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證

5 結(jié)論

（1）通過(guò)開展壓汞測(cè)試和阻力系數(shù)測(cè)試，明確了人造巖心與天然巖心孔滲特征存在很大差異，無(wú)法代替天然巖心開展傷害評(píng)價(jià)，推薦評(píng)價(jià)篩選同類工作液時(shí)，統(tǒng)一采用同井同層位孔滲相近的天然巖心開展測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

（2）測(cè)試表明破膠液和濾液粒徑分布差異不大，但濾液的制備過(guò)程導(dǎo)致部分固相流失不能較好的反映現(xiàn)場(chǎng)工況，推薦采用破膠液開展壓裂液巖心傷害實(shí)驗(yàn)，且破膠液無(wú)需過(guò)濾，保留固相和殘?jiān)?/p>

（3）根據(jù)工作液特征和實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程分析，推薦采用液測(cè)滲透率方法篩選壓裂液?jiǎn)蝿?；采用氣測(cè)滲透率方法優(yōu)選工作液體系。

（4）采用形成的統(tǒng)一的巖心傷害評(píng)價(jià)方法，開展了5 組平行實(shí)驗(yàn)對(duì)新方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明新方法實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較好，各組平行實(shí)驗(yàn)巖心傷害率差值均小于5.00%。