譚鉦揚(yáng)，歐陽(yáng)傳湘，王國(guó)鋒，付 穎，陳忠進(jìn)，李佳旭

(1長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 2中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司 3青海油田分公司鉆采工藝研究院 4玉門油田(乍得)有限責(zé)任公司)

隨著油田開發(fā)的深入，開發(fā)地質(zhì)工作者逐漸認(rèn)識(shí)到，除了儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的成因類型和時(shí)空分布特性，以儲(chǔ)層敏感性為代表的儲(chǔ)層損害同樣是降低油氣采收率至關(guān)重要的因素，有關(guān)儲(chǔ)層敏感性的研究日益成為油氣田開發(fā)階段儲(chǔ)層研究的另一項(xiàng)核心問(wèn)題[1]。油氣儲(chǔ)層的敏感性主要是針對(duì)油氣田鉆探乃至后期開采過(guò)程中儲(chǔ)層所遭受損害的敏感程度(或者說(shuō)是難易程度)而言的。因此，儲(chǔ)層敏感性是油藏?fù)p害評(píng)價(jià)和儲(chǔ)層保護(hù)的重要研究?jī)?nèi)容，是油氣勘探開發(fā)中一直存在的問(wèn)題。在鉆完井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價(jià)值的油層，開展油藏敏感性研究，及時(shí)指導(dǎo)鉆井液配方設(shè)計(jì)，對(duì)保護(hù)油氣儲(chǔ)層具有重要意義[2-3]。速敏主要是由于流體流速的變化引起的儲(chǔ)層巖石中顆粒的運(yùn)移，阻塞了喉部，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石的滲透率發(fā)生變化[4]。造成致密碎屑巖儲(chǔ)層速敏感應(yīng)的微粒多種多樣的，常見的有高嶺石和伊利石等黏土礦物以及石英，長(zhǎng)石等碎屑巖微粒[5]。庫(kù)車坳陷侏羅系阿合組主要由礫巖、含礫粗砂巖和非均值砂巖組成。由于靠近沉積物來(lái)源區(qū)，研究區(qū)間的巖石孔喉黏土雜基填隙物富集，是庫(kù)車地區(qū)致密碎屑巖儲(chǔ)層流速敏感性的主要致敏因素[6]。研究區(qū)間強(qiáng)速敏主要是由廣泛發(fā)分布的高嶺石、伊利石和石鹽晶體引起的，且其高值主要分布于水下分流河道砂體內(nèi)。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)石油行業(yè)對(duì)儲(chǔ)層流速敏感性及其效應(yīng)的研究過(guò)于單一，缺乏區(qū)域即平面上的研究，往往導(dǎo)致鄰井間因差異性過(guò)大而無(wú)法提供有效指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)庫(kù)車北部構(gòu)造帶侏羅系阿合組不同井區(qū)的致密儲(chǔ)層巖樣開展流速敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合鑄造薄片、X射線衍射、掃描電子顯微鏡、恒速壓汞和CT掃描資料，詳細(xì)研究了儲(chǔ)層的宏觀和微觀特征，并從巖相分析的角度評(píng)價(jià)了敏感礦物的特征。選擇代表性樣品進(jìn)行儲(chǔ)層流速敏感性保護(hù)實(shí)驗(yàn)，并提出了有針對(duì)性的儲(chǔ)層保護(hù)措施。

一、庫(kù)車阿合組致密碎屑巖速敏機(jī)理

1.巖性因素

阿合組巖石類型主要為巖屑砂巖，其次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，其中，部分井阿合組二段全部為長(zhǎng)石巖屑砂巖。巖屑顆粒以變質(zhì)巖巖屑為主，沉積巖巖屑和巖漿巖巖屑含量較少；剛性的長(zhǎng)石顆粒受到強(qiáng)烈的外部應(yīng)力擠壓，容易產(chǎn)生大量裂隙，成為后期溶蝕改造的良好滲透通道。最終使得完整和粗徑的長(zhǎng)石顆粒經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)分解，形成細(xì)小容易運(yùn)移的顆粒[7]。東西兩側(cè)MN1井的高嶺石全巖含量，明顯高于中部YN4井；伊利石全巖含量自西向東(KZ1至MN1井區(qū)方向)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，埋深的差異性造成了現(xiàn)今黏土礦物的平面分布規(guī)律。高嶺石主要以充填孔隙的書頁(yè)狀形式產(chǎn)出，且六邊晶形發(fā)育較好，晶體顆粒間黏附力較弱，極易在地下流體沖刷作用下脫離并運(yùn)移[8]，通過(guò)強(qiáng)速敏巖心驅(qū)替前后的原位對(duì)比分析可以驗(yàn)證這一點(diǎn)。伊利石主要以粒間孔隙搭橋的形式產(chǎn)出，其將本就較細(xì)的喉道又分隔成更細(xì)的多個(gè)部分。這些都是導(dǎo)致該區(qū)塊強(qiáng)速敏效應(yīng)的關(guān)鍵因素。

2.物性因素

阿合組在垂向上沒(méi)有明顯的增減規(guī)律。根據(jù)井下樣品的測(cè)試結(jié)果，東部井區(qū)樣品所揭示的孔滲級(jí)別最高，中部次之，西部最差。通過(guò)CT掃描結(jié)果，東部MN1井區(qū)樣品連通性最好，喉道半徑值最大，且孔徑比最小，相對(duì)較難引發(fā)明顯的儲(chǔ)層敏感性效應(yīng)[9]；而與東部井區(qū)的樣品相比，西部KZ1井區(qū)和中部YN4井區(qū)的樣品所揭示出的孔喉結(jié)構(gòu)差異非常明顯，除了宏觀孔滲的差異(滲透率比前者相差近一個(gè)數(shù)量級(jí))外，喉道半徑及孔徑比參數(shù)也較前者差距明顯，揭示出西部和中部井區(qū)研究層段儲(chǔ)層連通性能較差，更易引發(fā)潛在的儲(chǔ)層敏感性損害。

3.孔喉因素

雖然在常規(guī)的孔滲參數(shù)上，阿合組整體上都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，但在平面上，儲(chǔ)層的孔喉特征存在著明顯的差異。上述參數(shù)中，歪度系數(shù)直接表征孔喉半徑的分布特征，研究層段部分樣品中可見大范圍的顆粒破碎，產(chǎn)生貫穿孔隙的裂縫，形成裂隙型孔道，這能極大地提升地層的滲透性[10]。但裂縫的產(chǎn)出并非百利無(wú)一害，裂縫產(chǎn)出的同時(shí)，會(huì)使得儲(chǔ)層內(nèi)顆粒發(fā)生大面積崩解，產(chǎn)生大量易堵塞喉道的細(xì)小顆粒[11]。由表1壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，庫(kù)車侏羅系阿合組儲(chǔ)層孔喉半徑均值范圍為0.09～14.35 μm(均值為4.06 μm)。自西向東，歪度同向遞增，喉道半徑和退汞效率逐漸變小，分選性變差，表明該區(qū)塊越往西部，細(xì)小喉道所占比例越高，發(fā)生流速敏感性的可能性更大。

表1 研究區(qū)阿合組壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鑄體薄片鏡下觀察表明，各井區(qū)儲(chǔ)層孔喉形態(tài)差異明顯，其中東部MN1井區(qū)則以縮頸狀為主，而中部的YN4和YN5井區(qū)喉道形態(tài)以縮頸狀和片狀最為常見。此外，中部井區(qū)還發(fā)育大量裂縫型喉道，在開發(fā)過(guò)程中長(zhǎng)石顆粒和巖漿巖碎屑經(jīng)溶蝕擠壓作用形成的細(xì)小顆粒極易堵塞裂縫，產(chǎn)生較強(qiáng)流速敏感性[12]。這種喉道形態(tài)上的差異，表明中部井區(qū)研究層段可能是最易引發(fā)潛在敏感性效應(yīng)的層段。

二、速敏特征差異控制因素

對(duì)庫(kù)車北部構(gòu)造帶阿合組7口井進(jìn)行了速敏室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)(表2)，損害率在27.7%～70.9%之間，平均46.4%；臨界流速最小為1.32 m/d，最大15.04 m/d，平均3.76 m/d。平面上流速敏感性損害程度差異明顯，中心井區(qū)的速敏最強(qiáng)，其次是東部井區(qū)，西部最低?；诓煌畢^(qū)速敏曲線特征(圖1)，大致可以將研究區(qū)塊流速敏感性分為：快速下降型、先升后降型和快速上升型3種類型，其中快速下降型主要分布在西部井區(qū)的KZ1井和中部井區(qū)的YN5、YN4，結(jié)合前面研究可知，其速敏特征曲線產(chǎn)生原因主要是西部和中部井區(qū)物性極差，屬于特低孔特低滲儲(chǔ)層，由CT掃描結(jié)果可知，儲(chǔ)層連通性要明顯差于東部，喉道較細(xì)小，主要呈片狀、縮頸狀和裂縫狀。因此，細(xì)小的巖漿巖溶蝕顆粒極容易被喉道捕集，形成堵塞，導(dǎo)致滲透率快速下降[13-15]；先升后降型速敏主要發(fā)生在東部井區(qū)的TD2井，其地層物性優(yōu)于西部，屬于低孔低滲類型，由于流速的變化，一部分微孔隙中的雜基填隙物被沖刷出，滲透率可能會(huì)出現(xiàn)小幅度的增加，但隨著地層流體長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)，雜基填隙物在更狹窄的喉部積聚，建立穩(wěn)定的橋堵后，滲透率開始下降[16]；快速上升型速敏主要發(fā)生在東部的MN1井區(qū)，由于構(gòu)造抬升作用，埋深較淺，孔滲性最好[17]，為中高孔滲儲(chǔ)層，巖心顆粒膠結(jié)較弱，連通性較好，孔喉尺寸大且多呈縮頸狀，驅(qū)替過(guò)程中流速增加時(shí)，有明顯出砂現(xiàn)象，說(shuō)明巖心中的松散顆粒因無(wú)法被喉道捕集而被流體沖出[18-19]，造成滲透率大幅上升，并隨可驅(qū)出微粒數(shù)量的減少而趨于穩(wěn)定。

表2 研究區(qū)儲(chǔ)層水敏損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

圖1 速敏室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

三、速敏損害保護(hù)措施

選取速敏較強(qiáng)的YN5井和YN4井各自物性相近的巖心進(jìn)行加入顆粒穩(wěn)定劑前后的速敏對(duì)比評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，圖2可以發(fā)現(xiàn)：添加顆粒穩(wěn)定劑后YN4井的速敏損害率從70.9%降低至33.1%，損害程度從強(qiáng)降至中等偏弱，YN5井的速敏損害率從68.2%降至28.9%，結(jié)果表明，添加顆粒穩(wěn)定劑后，巖心喉道結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減緩了流體機(jī)械沖擊下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象[20]，有效降低了對(duì)儲(chǔ)層的損害。

圖2 中部井區(qū)井加入顆粒穩(wěn)定劑后對(duì)比

針對(duì)該儲(chǔ)層整體較強(qiáng)的速敏損害，建議在該儲(chǔ)層生產(chǎn)及注入井流體時(shí)嚴(yán)格控制流速，在入井液體中添加顆粒穩(wěn)定劑來(lái)降低片狀伊利石和高嶺石的運(yùn)移程度，提高顆粒的抗沖擊能力，減輕速敏損害。

四、結(jié)論

(1)庫(kù)車坳陷侏羅系阿合組雜基含量較高，極細(xì)粒的片絲狀伊利石和書頁(yè)狀高嶺石顆粒占據(jù)大部分孔喉，在高速流體沖刷下，易遷移阻塞孔喉，導(dǎo)致滲透性降低，產(chǎn)生較強(qiáng)的速敏。

(2)通過(guò)CT掃描結(jié)果知，東部樣品連通性最好，喉道半徑值最大，且孔徑比最小，相對(duì)較難引發(fā)明顯的儲(chǔ)層敏感性效應(yīng)；西部樣品所揭示出的喉道半徑及孔徑比參數(shù)也較前者差距明顯，更易引發(fā)潛在的儲(chǔ)層敏感性損害。

(3)庫(kù)車地區(qū)各井區(qū)儲(chǔ)層孔喉形態(tài)差異明顯，越往西部，細(xì)小喉道所占比例越高，其中東部MN1井區(qū)則以縮頸狀為主，而中部的YN4和YN5井區(qū)喉道形態(tài)以縮頸狀、片狀和裂縫型喉道最為常見，這種喉道形態(tài)上的差異，表明中部井區(qū)研究層段更易引發(fā)潛在流速敏感性效應(yīng)。

(4)選取速敏較強(qiáng)的YN5井和YN4井各自物性相近的巖心進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。加入顆粒穩(wěn)定劑后發(fā)現(xiàn)，YN4井和YN5井的速敏損害率都有大幅度降低，表明添加顆粒穩(wěn)定劑后，巖心喉道結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減緩了流體機(jī)械沖擊下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象，有效降低了對(duì)儲(chǔ)層的損害。