白豹地区长6储层潜在伤害分析

2010-04-13张红玲周晓峰中国石油大学石油天然气工程学院北京102249

石油天然气学报 2010年1期

关键词：喉道敏感性矿物

张敏,张红玲,周晓峰,周游中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249

中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京102249

白豹地区长6储层潜在伤害分析

张敏,张红玲,周晓峰,周游中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249

中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京102249

白豹地区长6储层属于超低渗储层,与已经规模开发的低渗储层相比,其岩性更致密、物性更差,更容易受到伤害,因而分析储层的潜在伤害可以为后期的科学开发提供依据。对储层岩石的扫描电镜照片、铸体薄片及流体化验结果等资料进行了分析,根据储层的多孔介质特性、敏感性矿物特性、流体性质预测了储层在开发过程中可能会出现的伤害。认为酸敏和速敏性伤害会成为主要的伤害类型,建议酸化作业时采用与储层相配伍的酸液并加入适当的添加剂。在后续的开采过程中,采油和注水的速度不宜过快。

超低渗储层;储层伤害;敏感性;白豹

白豹油田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南部,面积约4000km2,研究目的层为长6超低渗透储层,其中长63为主力油层。与已规模开发的特低渗透油藏相比,超低渗透油藏岩性更致密,孔隙结构更细微、更复杂,应力敏感性更强,物性更差[1],储层更易受到伤害,开发难度更大。因此,必须对储层在后期开发过程中可能出现的伤害进行预测,并提出必要的防预措施,进而为超低渗透油藏提高单井产能和采收率打下坚实的基础,为油藏的经济、高效开发提供科学依据。

造成储层伤害的因素分为外因和内因两种,外因即各种人为因素,如钻井、完井、酸化作业等;内因是指由储层本身的地质特征决定的因素,通常无法改变。笔者研究的主要内容是储层伤害的内因,从3个方面进行分析:多孔介质的性质、敏感性矿物的性质以及地层流体的性质[2]。

1 多孔介质的性质

1.1 孔隙度和渗透率

对于油气田开发来说,多孔介质即储层岩石,是由许多大小不等的、形状各异的孔隙和喉道组成的非均匀介质。其中,油气的储集空间主要是孔隙,渗流通道则主要是喉道,即两个孔隙之间连通的狭窄部分,是最容易受伤害的敏感部位。

根据区内90口取心井9377块砂岩样品的实测物性分析结果,研究区长6砂岩孔隙度主要分布在8%～14%之间,平均孔隙度为12.1%,属于中低孔;渗透率主要分布在(0.1～0.5)×10-3μm2之间,平均渗透率为0.4×10-3μm2,属于超低渗储层[3]。而孔隙度和渗透率越低,岩石孔道的连通性也越差,储层伤害的可能性也越大[4]。

1.2 孔隙结构

岩石孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系,称为储层岩石的孔隙结构。孔隙和喉道的连通关系对储层敏感性起着至关重要的作用,通常将孔喉类型分为5种,即:缩颈喉道、点状喉道、片状喉道、弯片状喉道和管束状喉道。

观察白豹地区长6储层岩石的铸体薄片可以发现,其孔隙以粒间孔为主,孔隙小,喉道细长而弯曲(图1、图2)。经统计,储层岩石的孔喉比为2.3,配位数为1.1。不难发现,该地区储层岩石的孔喉类型以弯片状喉道为主。

一般来说,在其他条件相同的情况下,孔喉越大,不匹配的固相颗粒侵入的深度就越深,造成的固相损害程度可能性也越大,但滤液造成的水锁、贾敏等损害的可能性则越小。孔喉弯曲程度越大,外来固相颗粒侵入越困难,侵入深度小,但地层微粒易在喉道处被卡住,微粒分散或运移的损害潜力增加,喉道越易受到损害。岩石孔隙的配位数较小,说明孔隙的连通性较差,油气层也越易受到损害。

另外,对区内368块样品做了压汞分析(图3),并对实验结果进行了统计。岩样的中值压力平均值为12.22MPa,其中,超过20MPa的岩样占样品总数的17%,白209井的部分岩样中值压力甚至达到97.3MPa。排驱压力的平均值为2.08MPa,其中有16.8%的岩样排驱压力在3MPa以上,最高达到7.87MPa(里63井)。由结果可知,长6储层岩石中值压力和排驱压力都较高,说明岩石的孔隙半径很小,渗透性极差[5]。

2 敏感性矿物

敏感性矿物是指储集层中与外来流体接触易发生物理、化学和物理化学反应并导致储层渗透率大幅度下降的一类矿物,敏感性矿物的潜在影响取决于敏感性矿物的类型、产状以及含量。

2.1 敏感性矿物的类型

根据矿物与不同性质的流体发生反应造成的伤害类型可以将敏感性矿物分为5种:水敏性矿物、盐敏性矿物、碱敏性矿物、酸敏性矿物和速敏性矿物。值得注意的是,同一种矿物,可能同时具有几种不同的敏感性,储层伤害往往是各种敏感性总和的结果。

水敏性矿物与外来的低矿化度的水溶液相遇时,岩石中的某些粘土矿物会发生膨胀,从而堵塞孔隙或喉道,使储集层渗透率下降,如果水溶液中的阳离子的类型和含量不同,则水敏性矿物的膨胀和分散程度也不同。换句话说,即这类矿物与不同盐度的水溶液相接触,储集层的物性变化程度是不同的,从这个概念上讲,又可以将这种矿物称为盐敏性矿物。最常见的水(盐)敏性矿物为蒙脱石,如钠蒙脱石遇水后其体积可膨胀至原体积的600%～1000%。碱敏性矿物是指在强碱性条件下能产生沉淀而使储层渗透率显著降低的矿物,如钾长石、钠长石及各类粘土矿物等在强碱性条件下可形成新的硅酸盐沉淀物和硅凝胶体,堵塞孔隙或喉道,使储层渗透率变差。酸敏性矿物与酸液作用后产生化学沉淀或酸蚀后释放出的微粒会引起渗透率下降,主要为含铁高的一类矿物,如绿泥石、铁方解石、铁白云石等;还有含钙高的矿物,如方解石、白云石、钙长石等。如果流体流速过高,一些分散状的细粒矿物会在储层中随流体运移,在狭窄的喉道处堆积下来,形成堵塞,使储层渗透率变差,这类矿物称之为速敏性矿物,如微粒粘土矿物、微晶石英、微晶长石等矿物。

经过对大量砂岩样品的铸体薄片资料进行分析和统计,白豹地区长6储层中的敏感性矿物种类较多,其中最常见为伊利石、绿泥石、铁方解石、铁白云石。

2.2 敏感性矿物的产状

敏感性矿物的产状是指它们在含油气岩石中的分布位置和存在状态,其对油气层损害的方式有较大的影响。研究表明,敏感性矿物有4种产状类型:薄膜式、栉壳式、桥接式和孔隙充填式。

选取研究区长6储层具有代表性的岩样做电镜扫描分析,观察发现储层岩石中的敏感性矿物以栉壳式和桥接式为主。栉壳式的绿泥石(图4)呈叶片状垂直于颗粒表面生长,表面积大,且又处于流体通道部位,流体经过时的阻力较大,因此,遇到高速流体的冲击,容易破裂形成颗粒随流体运移,堵塞孔喉。桥接式的伊利石(图5)则以毛发状、纤维状搭桥于颗粒之间,在高速流体的冲击下也极易被冲碎,造成微粒运移。

2.3 敏感性矿物的含量

岩石学分析表明,白豹地区长6储层中填系物含量约为9.4%,以胶结物为主。其中,铁方解石占3.0%,绿泥石占2.77%,铁白云石占1.28%,硅质占0.93%。可见,储层岩石中酸敏性矿物铁方解石、绿泥石及铁白云石的含量较高。一般情况下,敏感性矿物的含量越高,造成储层伤害的程度也越严重[4]。

此外,X射线衍射结果(表1)也表明,白豹地区长6储层岩石粘土矿物中的酸敏性矿物绿泥石相对含量最高,伊利石次之,伊/蒙间层较少,部分样品中可见高岭石。因此,储层出现酸敏的可能性较大。

3 地层流体

3.1 原油

白豹地区长6储层地层原油密度为0.723g/cm3,地层原油粘度1.06mPa·s,饱和压力为11.34MPa,地层温度为68.9℃,溶解气油比为114.5m3/m3。地面原油密度为0.8537g/cm3,地面原油粘度为6.40mPa·s,不含硫,初馏点为71.0℃,凝固点为21.0℃。原油组分中,烃含量为87.14%,沥青质含量为2.49%,非烃含量为9.54%。

导致储层发生伤害的原油成分主要是石蜡和沥青,其机理是在开采的过程中可能形成沉淀,如注水和压裂中的冷却效应就可以导致石蜡、沥青在地层中沉积,进而堵塞孔喉。由上述可知,长6储层中沥青质含量很低,且地层温度比原油凝固点高出很多,因此,出现沥青沉淀的可能性不大。此外,长6储层地层原油粘度很低,这对于原油的开采也十分有利。

3.2 地层水

地层水与储层伤害紧密相关的性质为矿化度、p H值以及水型。在井口进行取样,对白豹地区地层水和注入水做了化验分析,结果如表2所示。

由化验结果可以看出,注入水与地层水的水型相同,p H值非常接近。除此之外,注入水的矿化度很低,这是缘于地层水的矿化度并不高,而且,经验表明,当储层岩石中蒙脱石的含量小于10%时,储层表现为弱水敏性[6]。由前述敏感性矿物含量分析结果可知,白豹地区长6储层中蒙脱石的含量很低,因而,出现水敏性的可能性不大。