高尚堡油田G 5断块储集层敏感性评价

0 引 言

随着油气勘探开发进程,不配伍的流体进入地层及开发过程中,由于储集层流体性质状态的改变制约开发效果,引发储集层的敏感性而改变了储集层的渗流环境。储集层敏感性的研究对于油田开发方案的制定起着至关重要的作用^[1],众多学者对不同地区常规储集层均做了大量岩心流动实验,但对特低渗透率储集层研究仍存在不足。

高尚堡油田G 5断块开发前景广阔,有很好的研究价值。前人应用老井岩心驱替实验结果,在注水开发初期,部分井组取得了较好的效果,但在开发过程中逐渐暴露出诸多问题:注入水压力大,难以注入;储集层非均质性严重,剩余油分布极度不均;产出见水快,油藏可动用价值低。

本文从影响储集层敏感性的因素出发,介绍了研究区沉积特征和孔隙结构,通过研究储集层岩石成分特别是黏土矿物的含量和分布,确定造成储集层敏感性发生的主要因素,最后通过大量的岩心驱替实验,对G 5断块油藏储集层敏感性进行深入分析。基于大量实验数据,对储集层敏感性特征进行系统分析,探讨相应机理,针对不同敏感性提出了相应的开发策略,为该区G 5断块内注采方案的调整提供依据,并提出储集层敏感性在钻井作业、完井压裂及注水开发等各个阶段的重要性。

1 研究区概况

高尚堡油田隶属于冀东油田,G 5断块位于高尚堡油田E₂s32+3亚段北部,油藏类型为未饱和层状断块型油藏,埋藏较深,断裂系统复杂,油层较厚且层多,早期地震资料效果较差,显示可用程度不高。根据该地区沉积相研究成果,E₂s32+3亚段主要以扇三角洲前缘亚相为主,进一步可细分为辫状河、水下分流河道、前缘砂、远端席状砂、前扇三角洲及滨浅湖等微相类型^[2]。

G 5断块储集层岩石多见岩屑长石砂岩,长石岩屑砂岩次之。碎屑组分以岩屑最多,长石、石英次之。根据岩矿分析测试资料可知,E₂s32+3储集层砂岩结构成熟度低,成分较为复杂,分选为中等偏差,磨圆度差,以次圆-次棱角为主,孔隙式胶结,颗粒以点-线接触为主。填隙物由杂基和胶结物构成,总含量为1%~13%,其中胶结物以方解石和泥质为主,含量为2%~10%。次生孔隙较发育,可见溶蚀孔、铸模孔;缩颈型喉道为主要喉道类型,孔缩型及片状喉道为次,喉道宽度平均为5.68~20.02 μm。孔隙连通性较差,气体渗透率普遍低于50 mD,是典型的低渗透率储集层(图1)。其井深4 127.84 m样品为灰褐色油浸含砾不等粒砂岩,主要含次生溶蚀孔隙,少量原生粒间孔隙(图1a、图1b),孔隙发育一般,分布较均,连通性较差;井深4 130.51 m,孔隙不发育,无有效储集空间(图1c、图1d)。

2 储集层敏感性评价

2.1 评价思路

引起储集层敏感性发生的因素有很多,主要是受到储集层内部成分组成和结构特征影响,而黏土矿物的含量及分布特征是决定性因素。根据黏土矿物结构及分布特征的不同,通常认为受到晶格结构的影响,伊蒙混层黏土矿组阳离子交换量大,膨胀性强,易产生水敏感性,而高岭石晶体间结构力弱,易脱落形成颗粒,易产生速敏感性,绿泥石含铁高,易产生难溶的二次沉淀,易造成酸敏感性的发生^[3,4]。

受高尚堡油田G 5断块储集层砂体成因影响,砂体总体上分选较差,黏土矿物发育且杂基含量较高,平均达到4.6%,最高可达到25%以上。储集层黏土矿物非均质强,含量及结构分布不均,通过X衍射和扫描电镜实验结果分析,黏土矿物主要由伊蒙混层、高岭石、绿泥石和伊利石组成,单纯的蒙脱石不多见,多以伊蒙混层呈现于粒表或粒间,总体含量均值最高,达50.17%;高岭石同样分布差异较大,主要见于粒间孔,平均含量21.19%;绿泥石分布于粒表,平均含量24.00%;伊利石相对含量较绿泥石和高岭石低,约4.64%,分布于粒表或粒间(图2)。通过扫描电镜实验结果发现,受沉积环境影响,黏土矿物形态各不相同,伊蒙混层矿物以片絮状、弯曲片状为主;高岭石以板状为主,可见少量柱状形态;绿泥石以叶片状为主,形状不规则;伊利石晶体细小以薄片状为主,棱角清晰可见。此外,自生石英、石英加大及其他自生矿物的存在,也导致储集层具有一定的潜在敏感性。图3a井深4 128.46 m,灰褐色油浸中砂岩,全貌,孔隙较差;图3b井深4 128.46 m,灰褐色油浸中砂岩,片絮状伊蒙混层;图3c井深4 128.46 m,灰褐色油浸中砂岩,叶片状绿泥石;图3d井深4 128.46 m,灰褐色油浸中砂岩,粒间孔;图3e井深4 129.85 m,灰褐色油浸砂砾岩,书页板状高岭石;图3f井深4 129.85 m,灰褐色油浸砂砾岩,石英加大Ⅲ级。

本次研究选取大量样品进行实验室内岩心流动实验,模拟不同矿化度不同驱替液通过岩心对储集层伤害的动态过程^[5],根据多种实验的数据结果和不同驱替液的性质特征,评价储集层敏感性特征和损害程度。下面对具有代表性实验结果逐一叙述。

2.2 流速敏感性评价

外来流体进入储集层,流速和储集层内部流体速度必定存在差异,这种流速差异下渗透率发生的变化就是速敏感性。这是储集层敏感性伤害的基本性质。衡量岩石速敏性的指标有:渗透率变化率(D_vn)、速敏指数(I_v)和临界速度(V_n)^[6]。笔者采用渗透率变化率(D_vn)进行储集层速敏感性评价。

D_vn= |Kn-Ki|Ki(1)

D_v=Max(D_v1,D_v2,…,D_vn) (2)

式中:D_vn为不同流速对应的岩样渗透率变化率,%;K_n为实验中不同流速对应的岩样渗透率,mD;K_i为初始渗透率(实验中最小流速对应的岩样渗透率),mD;D_v为由速敏引起的最大渗透率损害率,%。参照行业标准进行储集层敏感性流动评价实验( D_v≤5%,无速敏;5%<D_v≤30%,弱速敏;30%<D_v≤50%,中等偏弱速敏;50%<D_v≤70%,中等偏强速敏;D_v>70%,强速敏)^[6]。实验结果表明:G 5断块E₂s32+3亚段储集层速性损害程度中等,多为中等偏强速敏,局部属于中等偏弱速敏(表1)。在注水开发过程中,要严格控制注水速度,降低速敏发生的概率,有效保护储集层。

2.3 水敏感性评价

外来流体进入储集层产生的不配伍性会导致渗透率下降现象发生,特别是流体和黏土矿物发生水化膨胀、分散及迁移等反应。水敏感性也是储集层敏感性伤害的基本性质,并与外来流体的不配伍程度以及黏土矿物的成分结构直接相关。水敏感性的强弱与水敏性损害率(D_w) 成正比,其中水敏指数定义为^[6]:

D_w= |Kw-Ki|Ki(3)

式中:D_w为水敏性损害率,%;K_w为水敏实验中蒸馏水对应的岩样渗透率,mD。

参照行业标准进行储集层敏感性流动评价实验^[6](D_w ≤5%,无水敏;5%<D_w≤30%,弱水敏;30%<D_w≤50%,中等偏弱水敏;50%<D_w≤70%,中等偏强水敏;70%<D_w≤90%,强水敏;D_w>90%,极强水敏)。实验结果表明:G 5断块E₂s32+3亚段储集层属强水敏(表2)。在开发过程中,尤其注意注水矿化度浓度,避免水敏感性发生,有效保护储集层。

一般情况下,高渗透率储集层黏土矿物含量较低,水敏强度弱;低渗透率储集层受孔隙结构影响水敏性较强。这与该区黏土组合主要为伊蒙混层黏土矿物成分(平均含量达50.17%)的特征吻合。

2.4 盐度敏感性评价

储集层盐敏感性主要反映不同流体矿化度进入储集层后渗透率的阶梯性变化趋势。临界矿化度是评价盐敏感性的重要指标,这需要通过研究区内大量的岩心驱替实验综合得出。同时,由于黏土矿物成分结构分布的非均质性,在同一区域内,临界矿化度也存在差异。

临界矿化度的判定:受外来不同矿化度流体影响,岩心水相渗透率变化率大于20%之前一点对应的流体矿化度就是临界矿化度。

在G 5断块E₂s32+3亚段储集层盐敏性实验曲线中(图4),5条不同颜色的曲线为该区内具有代表性盐敏实验曲线,分析盐敏特征曲线可知,渗透率在接近储集层原始矿化度下的变化率较小,随着注入水矿化度的降低,岩心水相渗透率变化率逐渐变大。通过分析该区内大量盐敏性特征曲线,确定该区临界矿化度为3 000 mg/L。

2.5 酸敏感性评价

储集层酸敏感性是指酸液进入储集层后与其中的酸敏矿物发生反应,产生凝胶、沉淀或释放出微粒,致使储集层渗透率下降的性质。酸敏性是酸与岩、酸与原油、酸与反应产物、反应产物与反应产物及酸液中的有机物等与岩石及原油相互作用的综合结果。其计算公式如下:

D_ac= |Ki-Kacd|Ki(4)

式中: D_ac为酸敏性损害率,%;K_acd为酸液处理后实验流体所对应岩样渗透率,mD。

参照行业标准进行储集层敏感性流动评价实验^[6]( D_ac≤5%,无酸敏;5%<D_ac≤30%,弱酸敏;30%<D_ac≤50%,中等偏弱酸敏;50%<D_ac≤70%,中等偏强酸敏;D_ac>70%,强酸敏) 。实验结果表明:G 5断块E₂s32+3亚段储集层属中等偏弱酸敏(表3),储集层酸化措施对该区渗透性有一定的改善作用。

2.6 碱敏感性评价

碱敏感性主要由于外来流体的碱度与储集层自身pH值存在差异,这种碱度的差异会导致储集层内部发生化学反应生成新的沉淀而堵塞喉道或引起其他敏感性的发生,都将改变储集层的渗透率。这种现象就是储集层碱敏感性。其计算公式如下:

D_aln= |Ki-Kn|Ki(5)

D_al=Max(D_al1,D_al2,…,D_aln) (6)

式中:D_aln为不同pH值碱性流体对应的岩样渗透率损害率,%;K_n为不同pH值碱液所对应的岩样渗透率,mD;D_al为最大碱敏渗透率损害率,%。

参照敏感性流动实验评价方法行业标准SY/T 5358-2010(D_al≤5%,无碱敏;5%<D_al≤30%,弱碱敏;30%<D_al≤50%,中等偏弱碱敏;50%<D_al≤70%,中等偏强碱敏;D_al>70%,强碱敏)^[6],根据碱敏特征曲线分析可知(图5),研究区内碱敏多以中等偏弱为主,次为中等偏强,pH值>9时,储集层渗透率下降明显。

3 机理探讨及开发策略

根据前文所述,G 5断块E₂s32+3亚段经过短距离搬运近物源沉积而成,主要以扇三角洲前缘亚相为主,储集层砂岩结构成熟度低,成分较为复杂,储集层物性较差,非均质性较强,黏土矿物含量高,这是造成储集层敏感性发生的内在因素。

受储集层黏土矿物成分和结构影响,高岭石和伊利石是主要速敏矿物,对储集层速敏性影响较大。通过实验数据分析表明,G 5断块E₂s32+3亚段储集层平均高岭石含量为21.19%,而且在低渗透率储集层中含量更高,最高达到54%,主要以孔隙式充填于粒间。当驱替速度超过临界流速时,高岭石更易于脱落运移,当颗粒运移到较小孔喉处残留,原孔道发生堵塞,储集层渗透率下降明显。因此在开采过程中,注水开发速度的设定较为重要,一旦储集层速敏性发生,渗透率很难恢复,要依据临界流速实验数据,谨慎选取合适流速,有效避免速敏对储集层的伤害^[7]。

受晶格结构所致,混层矿物及蒙脱石易于发生水化膨胀,这是水敏和盐敏发生的主要原因。G 5断块E₂s32+3亚段储集层岩石中尽管没有发现独立蒙脱石,但伊蒙混层含量高,平均相对含量为50.17%,最高达到77%,主要分布在粒间和粒表。由于该区存在较强水敏性,注水流体矿化度要大于临界盐度,而且在水敏性较强区块,从钻井开发初期就要注意低盐度液体的进入,降低水敏感性发生风险。

酸敏性对储集层伤害主要有两种方式:一种是产生化学沉淀和凝胶;另一种是通过腐蚀破坏内部结构发生颗粒运移从而造成速敏的发生。G 5断块E₂s32+3亚段储集层属中等偏弱酸敏,酸化可有效改善储集层喉道。胶结物主要为方解石,由于氢氟酸可与其发生反应生成CaF₂沉淀及非晶质SiO₂沉淀,建议采用盐酸。

碱敏性受黏土矿物影响,同时也和岩石成分有关。岩石成分中的石英、硅酸盐(长石)、碳酸盐、硫酸盐等和某些黏土矿物,易与外来碱性溶液发生多种反应形成沉淀,在喉道中沉积而阻碍渗流,导致渗透率降低^[8]。对于储集层的碱敏性,在选用驱替液时,根据临界pH值合理控制酸碱度。

以上开发方案在G 5断块中均取得了较好的效果,将进一步在更多区块推广应用。

4 结论与建议

(1)G 5断块E₂s32+3亚段储集层为一套近源、搬运距离短、快速堆积的扇三角洲沉积,因此岩石成分复杂、结构成熟度较低,黏土矿物含量较高,储集层物性较差,非均质性较强。这是发生储集层敏感性的根本原因。

(2)岩心驱替实验结果表明,物性不同,同一储集层敏感性也存在差异,对于渗透率大的储集层,敏感性偏弱;而渗透率低的储集层,水敏性和速敏性较强。E₂s32+3亚段储集层临界盐度为3 000 mg/L,当低于临界盐度时,渗透率损害大且不易恢复。E₂s32+3亚段储集层存在弱酸敏,酸化手段可有效改善储集层渗透性。外来流体pH值超过9以上时,储集层渗透率下降明显。

(3)G 5断块E₂s32+3亚段储集层渗透率大多低于50 mD,故在钻井作业、完井压裂及注水开发等各个阶段都要重视储集层敏感性的影响。在配置注水工作液时,应严格控制流速,且盐度不应低于3 000 mg/L,pH中性为宜,可最大程度避免对储集层造成伤害。

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参考文献

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[1]	裘亦楠,薛叔浩.油气储层评价技术[M]. 北京:石油工业出版社,1997:284-342. [本文引用: 1]      QIU Yinan,XUE Shuhao.Hydrocarbon reservoir evaluation technology[M]. Beijing:Petroleum Industry Press,1997,284-342. [本文引用: 1]
[2]	游秀玲,金彦君,常学军. 高尚堡油田沙三段二、三亚段沉积体系与沉积相 [J]. 石油与天然气地质,1997,18(1):15-20. [本文引用: 1]      YOU Xiuling,JIN Yanjun,CHANG Xuejun. Sedimentary system and facies of the second and third submembers in the third member of Shahejie Formation in Gaoshangpu Oilfields [J]. Oil & Gas Geology,1997,18(1):15-20. [本文引用: 1]
[3]	贾统权. 粘土矿物与油藏演化的对应关系对储层敏感性的影响:以正理庄油田樊131区块沙四段滩坝油藏为例 [J]. 油气地质与采收率,2007,14(5):12-15. [本文引用: 1]      JIA Tongquan. Influence of the correspondent relation between clay mineral and oil reservoir evolution on formation sensitivity: case study of beach-bar sandstone oil reservoirs in Es4 of Fan 131 block,Zhenglizhuang Oilfield [J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2007,14(5):12-15. [本文引用: 1]
[4]	李嘉瑞,张炜,沈妍斐,等. 富黏土低渗透砂岩应力敏感性实验和微观变形机理 [J]. 断块油气田,2011,18(5):645-648. [本文引用: 1]      LI Jiarui,ZHANG Wei,SHEN Yanfei,et al. Stress sensitivity laboratory and microcosmic distortional mechanism of clay-rich and low permeability sandstone [J]. Fault-Block Oil Gas Field,2011,18(5):645-648. [本文引用: 1]
[5]	常学军,尹志军. 高尚堡沙三段油藏储层敏感性实验研究及其形成机理 [J]. 石油实验地质,2004,26(1):84-88. [本文引用: 1]      CHANG Xuejun,YIN Zhijun. Sensitivity experimental study and its mechanism analysis of reservoirs in the third member of the Shahejie Formation, Gaoshangbpu oilfield [J]. Petroleum Geology & Experiment,2004,26(1):84-88. [本文引用: 1]
[6]	中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院. 石油天然气行业标准储层敏感性流动实验评价方法:SY/ T 5358-2010[S]. 北京:石油工业出版社,2010. [本文引用: 6]      China petroleum and chemical corporation,Shengli Oilfield branch,institute of geological sciences. Formation damage evaluation by flow test of petroleum and gas industry standards SY/T 5358-2010[S]. Beijing:Petroleum Industry Press,2010. [本文引用: 6]
[7]	宫清顺,寿建峰,姜忠朋,等. 准噶尔盆地乌尔禾油田三叠系百口泉组储层敏感性评价 [J]. 石油与天然气地质,2012,33(2):307-313. [本文引用: 1]      GONG Qingshun,SHOU Jianfeng,JIANG Zhongpeng,et al. Reservoir sensitivity evaluation of the Triassic Baikouquan Formation in Wuerhe Oilfield,Junggar Basin [J]. Oil & Gas Geology,2012,33(2):307-313. [本文引用: 1]
[8]	张绍槐,罗平亚.保护储层技术[M]. 北京:石油工业出版社,1991:63-91. [本文引用: 1]      ZHANG Shaohuai,LUO Yaping.Reservoir protection technology[M]. Beijing:Petroleum Industry Press,1991:63-91. [本文引用: 1]