韓超,黃凡,職文棟,但順華,萬(wàn)文勝,王琛

(1.中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠,阜康 831500;2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院,西安 710065)

準(zhǔn)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(chǔ)層孔隙度、滲透率差異較大,微觀孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非均質(zhì)性較強(qiáng)[1-3]。開(kāi)發(fā)過(guò)程中,存在單井壓力下降快、產(chǎn)能遞減率大等問(wèn)題。前期勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐認(rèn)為,由于微粒運(yùn)移現(xiàn)象導(dǎo)致的儲(chǔ)層傷害,是制約區(qū)域單井產(chǎn)能的瓶頸[4-6]。中外學(xué)者針對(duì)微粒運(yùn)移機(jī)理和微粒運(yùn)移的關(guān)鍵控制因素開(kāi)展了大量研究。Gruesbeck等[7]、Wojtanowicz等[8]通過(guò)理論分析確定微粒釋放存在臨界流速。李會(huì)平等[9]提出了確定微粒運(yùn)移臨界流速和臨界半徑的方法。Ives[10]、Gabriel等[11]通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合數(shù)值模擬建立微粒運(yùn)移的力學(xué)模型。目前研究微粒運(yùn)移損害的實(shí)驗(yàn)手段以微模型、填砂模型和巖心驅(qū)替流動(dòng)實(shí)驗(yàn)為主[12-13]。劉偉等[14]、常智等[15]通過(guò)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)證明儲(chǔ)層微粒會(huì)堵塞儲(chǔ)層,造成儲(chǔ)層滲透率下降。吳紹偉等[16]、Hasannejada等[17]研究表明,影響儲(chǔ)層微粒運(yùn)移的因素包括流體離子強(qiáng)度、流速、pH、溫度等。值得注意的是,前人對(duì)于儲(chǔ)層微粒運(yùn)移的研究主要包括理論分析、室內(nèi)評(píng)價(jià)測(cè)試、建立數(shù)值模型等,缺少?gòu)奈⒂^角度對(duì)微粒運(yùn)移傷害進(jìn)行定量表征。

儲(chǔ)層微觀孔喉特征的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)手段多樣[18-20],其中核磁共振技術(shù)具有連續(xù)性測(cè)試、精度高和無(wú)損樣品等優(yōu)勢(shì),獲得的T2時(shí)間譜能夠定量反映巖石孔喉結(jié)構(gòu)與流體賦存狀態(tài)[21-27]。Wang等[28]利用核磁共振技術(shù),通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究了典型致密砂巖巖心的微觀驅(qū)油機(jī)理。馬寶芬等[29]對(duì)比評(píng)價(jià)了不同凍融實(shí)驗(yàn)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(xué)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(shí)驗(yàn)分別分析了頁(yè)巖、致密砂巖、疏松砂巖儲(chǔ)層的可動(dòng)流體參數(shù)。Jin等[33]、Tan等[34]利用核磁共振技術(shù)定量表征了儲(chǔ)層的剩余油分布,明確了微觀孔喉的堵塞機(jī)理。綜上,學(xué)者們以不同類(lèi)型儲(chǔ)層為研究對(duì)象,依靠核磁共振技術(shù),在孔喉分布、可動(dòng)流體賦存、儲(chǔ)層驅(qū)油機(jī)理與剩余油分布等方面開(kāi)展了大量研究,形成了比較成熟的技術(shù)流程。準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組疏松砂巖儲(chǔ)層微粒運(yùn)移研究薄弱,從微觀角度對(duì)疏松砂巖儲(chǔ)層微粒運(yùn)移傷害的評(píng)價(jià)尚鮮見(jiàn)報(bào)道。為了明確其微觀控制機(jī)理,采集該地區(qū)目的層代表性砂巖儲(chǔ)層巖心樣品,參考前人評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合鑄體薄片、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、高壓壓汞等多種測(cè)試結(jié)果,分析儲(chǔ)層的微觀孔喉特征;創(chuàng)新性地利用核磁共振T2譜定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層微觀傷害程度,揭示由儲(chǔ)層微粒運(yùn)移引起的微觀孔喉結(jié)構(gòu)傷害作用機(jī)理。以期對(duì)阜東斜坡區(qū)砂巖油藏勘探目標(biāo)優(yōu)選和開(kāi)發(fā)效果改善提供指導(dǎo)或參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

北三臺(tái)凸起是一個(gè)持續(xù)性的古隆起,阜東地區(qū)受北三臺(tái)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(gòu)造并發(fā)育一定規(guī)模的正斷層,有利于油氣運(yùn)移和成藏。阜東斜坡區(qū)侏羅系頭屯組物源主要來(lái)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(xì)砂巖互層。

J2t3段地層厚度變化相對(duì)較大,介于60～120 m,向北三臺(tái)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(duì)穩(wěn)定,介于140～180 m,砂體相對(duì)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(chǔ)層。J2t1段地層厚度變化相對(duì)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(duì)較小,是頭屯河組較主要的儲(chǔ)層。

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

巖心樣品為取自準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組的5塊砂巖儲(chǔ)層巖心,將5塊巖心樣品分為長(zhǎng)度相等的兩段,分別進(jìn)行微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn),巖心樣品信息如表1所示。實(shí)驗(yàn)用鹽水為根據(jù)巖心取心層位油藏水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(fù)配,油樣密度0.92 g/cm3,油樣黏度為223 mPa·s。

表1 巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 1 Experiment parameters of core samples

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括核磁共振儀和驅(qū)替泵。核磁共振儀由上海紐邁電子科技有限公司制造,型號(hào)為Mini-MR。核磁共振儀器的磁場(chǎng)強(qiáng)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(shè)置如下,Te(回波時(shí)間):0.27 ms;Tw(等待時(shí)間):4 000 ms;Nech(回波1個(gè)數(shù)):6 000;Ns(掃描次數(shù)):64次。

驅(qū)替泵為美國(guó)Teledyne Isco公司生產(chǎn)260D型高壓計(jì)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(dòng)流速范圍為0.001～80 mL/min,計(jì)量精確,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)注入,在實(shí)驗(yàn)中主要用來(lái)向巖心中注入模擬地層水、錳水等。實(shí)驗(yàn)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(guó)南通華興石油儀器有限公司制造,長(zhǎng)度30 cm,耐壓50.0 MPa。手動(dòng)泵控制實(shí)驗(yàn)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(guò)將驅(qū)替設(shè)備與低場(chǎng)核磁共振儀有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)地層溫度、壓力條件下疏松砂巖油藏出砂過(guò)程的物理流動(dòng)模擬,從微觀尺度定量評(píng)價(jià)出砂對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 微粒膨脹傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

(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(shí)驗(yàn)巖心充分飽和模擬地層水。

(2)巖心夾持器圍壓設(shè)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(duì)巖心樣品進(jìn)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(qū)替,驅(qū)替速度與初始流速保持一致,注入量為20、40、60 PV后停止驅(qū)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(yīng)12 h以上。

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

(5)測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)移傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

(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(shí)驗(yàn)巖心充分飽和模擬地層水。

(2)巖心夾持器圍壓設(shè)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(duì)巖心樣品進(jìn)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(jìn)行依次測(cè)定。

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

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定巖心樣品核磁共振T2譜,對(duì)比實(shí)驗(yàn)前T2譜,觀察流體分布特征,定量計(jì)算孔喉堵塞程度。

3 微粒運(yùn)移傷害特征

3.1 微觀傷害程度表征

采用核磁共振技術(shù),通過(guò)對(duì)比初始狀態(tài)和實(shí)驗(yàn)后的T2譜下覆面積差值,定量評(píng)價(jià)疏松砂巖樣品在生產(chǎn)階段的微粒運(yùn)移傷害特征及微觀機(jī)理。圖1為孔徑為10～100 ms孔喉尺度內(nèi)微粒運(yùn)移傷害程度計(jì)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(shí)驗(yàn)后,T2譜下覆面積值會(huì)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(jì)算得到實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)后發(fā)生了堵塞傷害。假設(shè)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(yùn)移傷害后的核磁共振T2譜面積由Si表示,可計(jì)算砂巖樣品孔喉傷害程度I,計(jì)算公式為

圖1 孔喉傷害程度計(jì)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(shí)驗(yàn)后T2譜頻率面積;So為初始狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)后T2譜頻率面積差值。

3.2 微粒運(yùn)移傷害評(píng)價(jià)

微觀孔喉傷害程度是基于核磁共振T2譜對(duì)比分析,評(píng)價(jià)微粒運(yùn)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(yùn)移過(guò)程中微粒遇到儲(chǔ)層流體膨脹,容易堵塞孔喉狹窄處,造成儲(chǔ)層傷害。1-1號(hào)巖心樣品(微粒膨脹)和1-2號(hào)巖心樣品(微粒膨脹運(yùn)移)實(shí)驗(yàn)前后測(cè)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(hào)巖心組較小孔喉分布在0.01～5.34 ms范圍內(nèi),相對(duì)含量為63.28%,較大孔喉分布在5.34～231.01 ms,相對(duì)含量為36.72%。1-1號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的核磁共振T2譜出現(xiàn)整體下降,下降幅度較小,定量計(jì)算微粒膨脹對(duì)孔喉傷害程度為4.82%;1-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)后核磁共振T2譜同樣出現(xiàn)整體范圍內(nèi)下降,計(jì)算得到微粒膨脹運(yùn)移對(duì)孔喉傷害程度為5.48%。通過(guò)核磁共振T2譜觀察發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)層在發(fā)生微粒運(yùn)移傷害時(shí),在孔隙喉道中會(huì)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(lán)色曲線為微粒膨脹實(shí)驗(yàn)后的T2譜;紅色曲線為微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)后的T2譜圖2 1-1號(hào)、1-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(hào)巖心樣品和2-2號(hào)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(hào)、2-2號(hào)砂巖巖心樣品較小孔喉分布在0.01～9.32 ms范圍內(nèi),相對(duì)含量為61.43%,較大孔喉分布在9.32～464.16 ms,相對(duì)含量為38.57%。2-1號(hào)和2-2號(hào)樣品實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的核磁共振T2譜下降幅度接近,計(jì)算得到2-1號(hào)巖心樣品微粒膨脹導(dǎo)致的孔喉傷害程度為3.29%,2-2號(hào)巖心樣品微粒膨脹運(yùn)移導(dǎo)致的孔喉傷害程度為4.64%;其傷害程度整體小于1號(hào)巖心組。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍(lán)色曲線為微粒膨脹實(shí)驗(yàn)后的T2譜;紅色曲線為微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)后的T2譜圖3 2-1號(hào)、2-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(hào)、3-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)前后測(cè)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(hào)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(duì)含量為66.67%,較大孔喉主要分布在9.33～811.13 ms,相對(duì)含量為33.33%。3號(hào)巖心組實(shí)驗(yàn)后測(cè)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(jì)算得到微粒膨脹孔喉傷害程度為6.74%,微粒運(yùn)移孔喉傷害程度為9.21%。3號(hào)巖心組微粒運(yùn)移引起的孔喉堵塞程度相比1號(hào)和2號(hào)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(lán)色曲線為微粒膨脹實(shí)驗(yàn)后的T2譜;紅色曲線為微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)后的T2譜圖4 3-1號(hào)、3-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(hào)巖心組實(shí)驗(yàn)前后測(cè)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(jì)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(duì)含量達(dá)到94.43%;而較大孔喉主要分布在3.51～65.79 ms,相對(duì)含量?jī)H為5.57%,較小孔喉在樣品總孔喉體積中占有絕對(duì)比例。4-1號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(wú)變化。

黑色曲線為巖心樣品初始狀態(tài)核磁共振T2譜;藍(lán)色曲線為微粒膨脹實(shí)驗(yàn)后的T2譜;紅色曲線為微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)后的T2譜圖5 4-1號(hào)、4-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的T2譜變化規(guī)律與4-1號(hào)巖心樣品基本一致。計(jì)算得到4號(hào)巖心組微粒膨脹孔喉傷害程度為9.43%,微粒膨脹運(yùn)移孔喉傷害程度則達(dá)到11.98%,微粒運(yùn)移效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)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(hào)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(duì)含量達(dá)到98.26%,而較大孔喉的含量則非常低?？缀戆l(fā)育程度導(dǎo)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(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的核磁共振T2譜在較小孔喉范圍內(nèi)降幅顯著,微粒運(yùn)移孔喉傷害程度達(dá)到14.49%;5-1號(hào)巖心樣品微粒膨脹孔喉傷害程度為9.90%,與4-1號(hào)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(lán)色曲線為微粒膨脹實(shí)驗(yàn)后的T2譜;紅色曲線為微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)后的T2譜圖6 5-1號(hào)、5-2號(hào)巖心樣品實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(yùn)移引起的孔喉傷害程度介于4.64%～14.49%,平均為9.16%,微粒運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)層微觀孔喉的傷害程度更大(表2)。由于儲(chǔ)層物性存在一定程度的差異,1號(hào)巖心組～3號(hào)巖心組儲(chǔ)層物性較好,微粒膨脹傷害程度較低,為3.29%～6.74%,而4號(hào)巖心組和5號(hào)巖心組的微粒膨脹傷害程度則接近10%;同時(shí),4號(hào)巖心組和5號(hào)巖心組的微粒運(yùn)移傷害程度則已超過(guò)10%,最高達(dá)到14.49%,整體高于1號(hào)巖心組～3號(hào)巖心組。

表2 微粒膨脹、運(yùn)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(jī)理

基于微粒膨脹、運(yùn)移傷害實(shí)驗(yàn)的核磁共振T2譜數(shù)據(jù),可以定量計(jì)算出疏松砂巖樣品不同孔喉尺度內(nèi)的傷害程度,結(jié)果如表3所示。

表3 微粒膨脹、運(yùn)移實(shí)驗(yàn)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(hào)、5-1號(hào)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(shí)驗(yàn)中以上兩塊樣品的較小孔喉堵塞程度達(dá)到8.90%和9.73%,整體高于1-1號(hào)～3-1號(hào)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(shí)驗(yàn)中發(fā)生堵塞傷害程度明顯較小[圖7(a)]。

圖7 微粒膨脹、運(yùn)移實(shí)驗(yàn)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(yùn)移實(shí)驗(yàn)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(hào)、5號(hào)巖心樣品較小孔喉堵塞程度分別達(dá)到11.31%和14.24%,堵塞程度明顯偏高。1號(hào)～3號(hào)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(duì)較低。針對(duì)較大孔喉而言,微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律基本一致,即較大尺度的孔喉在 微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)中發(fā)生堵塞傷害程度較小。

定量計(jì)算得到不同尺度孔喉在微粒膨脹、運(yùn)移實(shí)驗(yàn)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(yùn)移引發(fā)的儲(chǔ)層微觀堵塞傷害程度呈負(fù)相關(guān),即孔喉尺度越大,儲(chǔ)層堵塞傷害程度越低。較小孔喉由于孔喉尺度有限,實(shí)驗(yàn)中脫落的礦物、黏土顆粒更容易發(fā)生聚集堵塞,儲(chǔ)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(jìn)一步運(yùn)移,不易發(fā)生聚集堵塞傷害。同時(shí),微粒運(yùn)移效應(yīng)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(yīng)。疏松砂巖儲(chǔ)層普遍存在出砂傷害,砂粒脫落伴隨流體一起運(yùn)移。當(dāng)流體流速較快時(shí),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(duì)微觀孔喉造成傷害。在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,嚴(yán)重的出砂現(xiàn)象會(huì)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(yùn)移傷害是黏土礦物膨脹、脫落和砂粒運(yùn)移共同作用的結(jié)果。

4 微粒運(yùn)移傷害控制因素

明確儲(chǔ)層微粒運(yùn)移傷害特征對(duì)開(kāi)發(fā)方案的制定與優(yōu)化具有重要參考意義。研究認(rèn)為,儲(chǔ)層物性和孔喉特征與儲(chǔ)層微粒膨脹、運(yùn)移傷害具有相關(guān)關(guān)系,是儲(chǔ)層傷害的關(guān)鍵控制因素[35-36]。此外,疏松砂巖在開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍存在出砂現(xiàn)象,出砂是微粒運(yùn)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(qiáng),孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔隙度和滲透率之間有一定的正相關(guān)關(guān)系。

阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖孔隙度、滲透率與儲(chǔ)層微觀孔喉堵塞傷害程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)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(guān)系數(shù)為0.66、0.65,與較大孔喉傷害程度無(wú)相關(guān)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。孔隙度與整體孔喉、較小孔喉的微粒運(yùn)移傷害程度的相關(guān)關(guān)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(guān)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(guān)系數(shù)為0.81、0.77,與整體孔喉、較小孔喉的微粒運(yùn)移傷害程度相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.87、0.80。綜合分析認(rèn)為,針對(duì)孔隙度、滲透率較低的儲(chǔ)層,較小孔喉中的顆粒堵塞是引起儲(chǔ)層傷害的主要原因。

圖8 儲(chǔ)層物性與孔喉傷害程度相關(guān)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(chǎng)發(fā)射掃描電鏡測(cè)試結(jié)果顯示。1號(hào)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(hào)巖心樣品多見(jiàn)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(hào)巖心樣品可見(jiàn)粒間孔、溶孔,孔喉連通性差,孔隙發(fā)育程度低,未見(jiàn)晶型完整的自生礦物[圖9(c)];4號(hào)巖心樣品多見(jiàn)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(hào)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(chǎng)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(cè)試結(jié)果顯示,砂巖樣品排驅(qū)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(jìn)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(lái),頭屯河組砂巖排驅(qū)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(chǔ)層特征Table 4 Characteristics of the sandstone reservoir of Toutunhe Formation in the Fudong slope area

基于壓汞測(cè)試得到巖心樣品的孔喉特征參數(shù),選取排驅(qū)壓力、分選系數(shù)與微粒膨脹、微粒運(yùn)移孔喉傷害程度進(jìn)行相關(guān)性分析(圖10)。結(jié)果表明,孔喉特征參數(shù)與較大孔喉傷害程度均沒(méi)有明顯相關(guān)性。排驅(qū)壓力與整體孔喉、較小孔喉微粒膨脹傷害程度呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.75、0.72;即排驅(qū)壓力越高,微粒膨脹、運(yùn)移引發(fā)的孔喉堵塞程度越大。排驅(qū)壓力與整體孔喉、較小孔喉微粒運(yùn)移傷害程度呈正相關(guān),且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.89、0.81,相關(guān)性較好。然而,分選系數(shù)與孔喉傷害程度呈負(fù)相關(guān),即分選性越好,微粒膨脹、運(yùn)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(guān)系數(shù)為0.71、0.61,與微粒運(yùn)移孔喉堵塞程度相關(guān)系數(shù)為0.80、0.67。分析認(rèn)為,針對(duì)排驅(qū)壓力高、分選性差的儲(chǔ)層,較小孔喉中的顆粒堵塞是引起儲(chǔ)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(jié)程度低,儲(chǔ)層多為孔隙-接觸式、接觸式膠結(jié),泥質(zhì)膠結(jié)多見(jiàn),膠結(jié)強(qiáng)度低,砂巖疏松。疏松砂巖巖心樣品碎屑顆粒分選較好,以細(xì)砂為主,少量中-細(xì)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(zhǎng)石含量平均含量為13.08%。膠結(jié)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(duì)儲(chǔ)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(xì)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(yùn)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(chǔ)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(guān)關(guān)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(guān)關(guān)系,隨著蒙脫石、伊蒙混層含量的增多,孔喉傷害程度增強(qiáng)。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(guān)系數(shù)為0.79、0.72。

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

微粒運(yùn)移引發(fā)的孔喉傷害程度與高嶺石含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.59,較小孔喉傷害程度與高嶺石含量也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.48,相關(guān)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(yùn)移的孔喉傷害程度的相關(guān)性不明顯,表明微粒運(yùn)移傷害程度可能還受其他因素控制。

微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用濾紙對(duì)實(shí)驗(yàn)出口端液體進(jìn)行過(guò)濾,5塊巖心樣品均可見(jiàn)不同程度的出砂現(xiàn)象。其中,2-2號(hào)樣品 微粒運(yùn)移的孔喉傷害程度較低,濾紙上可見(jiàn)少量砂粒,4-2號(hào)、5-2號(hào)樣品微粒運(yùn)移的孔喉傷害程度高,濾紙上可見(jiàn)較多砂粒,包括粒徑較粗的砂粒,說(shuō)明在微粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在出砂現(xiàn)象(圖13)。

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

5 結(jié)論

(1)基于核磁共振T2譜計(jì)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(yùn)移造成的孔喉傷害程度介于4.64%～14.49%,平均為9.16%;微粒運(yùn)移作用對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)移對(duì)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(yùn)移實(shí)驗(yàn)中的堵塞程度很低。

(3)阜東斜坡區(qū)頭屯河組砂巖儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、分選系數(shù)與儲(chǔ)層微觀孔喉堵塞傷害程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,排驅(qū)壓力與孔喉堵塞傷害程度呈正相關(guān)。蒙脫石+伊蒙混層含量高是導(dǎo)致研究區(qū)目的層儲(chǔ)層微粒膨脹傷害的重要因素,疏松砂巖中砂粒運(yùn)移則是微粒運(yùn)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(duì)象,利用核磁共振方法對(duì)疏松砂巖油藏微粒膨脹、運(yùn)移特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究表明,疏松砂巖油藏微粒膨脹、運(yùn)移傷害作用較強(qiáng),疏松砂巖存在出砂現(xiàn)象。研究成果對(duì)疏松砂巖注水開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù),有利于疏松砂巖油藏的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的提高。