利用核磁共振研究致密砂岩油气藏水敏性伤害

2014-05-10祝琦

石油化工应用 2014年5期

祝琦

（中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

水敏性伤害是指外来液体与储层岩石不配伍，所引起黏土吸水、束缚水增加，黏土膨胀、分散、运移并随着流体渗流进孔隙空间，缩小、堵塞渗流通道，最终导致岩芯渗透率下降，对储层造成伤害[1]。水力压裂在致密油气藏增产改造过程中，由于井筒压力高于地层压力，水基压裂液在裂缝壁面发生滤失，滤液侵入地层与水敏性矿物作用，造成水敏性矿物膨胀、运移，堵塞渗流通道。

由于致密油气藏岩石坚硬、胶结程度高、渗透率极低等不利因素，致使外来流体难于被注入进岩芯中，通过常规驱替伤害实验极其不便，实验结果具有很大的不确定性。

核磁共振是一种无损害、快速检测岩芯含水量、束缚流体、可动流体的比例以及分布状态的技术手段。通过描述引起岩芯核磁共振谱线变化的物性特征参数值，定性分析岩芯物性[2]。本文结合外来流体岩芯伤害行业标准评价实验，通过核磁共振特征曲线，定性地描述了水基压裂液造缝过程中，由压裂液滤液侵入引起的储层水敏伤害。

1 分析机理阐述

1.1 核磁共振岩芯分析机理[2]

岩芯核磁共振测试是通过对饱和流体的岩芯在不同状态下进行核磁共振扫描，得到相应的核磁共振特征谱线，通过核磁共振谱线及其特征参数，定量分析岩芯物性特征。最常用的核磁共振测试方法是自旋回波衰减信号测试得到一系列自旋回波串，通过指数拟合得到核磁共振T2分布谱。因为岩芯孔隙中流体的核磁共振T2值与其所处的环境有关，相同条件下大孔隙内的流体对应大的T2值，小孔隙内的流体对应小的T2值，所以饱和流体岩芯的T2分布谱能够直观地反映岩芯不同孔隙的分布规律和流体在孔隙中的分布状态。

1.2 T2截止值的标定

准确得到可动流体百分数的关键是核磁共振可动流体T2截止值（即T2，cutoff）[3-4]。李彤，郭和坤[3]（2013）等人在借鉴前人经验的基础上，经过多年研究，采用离心实验的方法，经分析研究，得到了致密砂岩岩样的含水饱和度与不同离心力之间的规律，再借助核磁共振的研究手段，最终标定出致密砂岩的T2截止值为8 ms左右。本文采用该T2截止值来分析和判断致密砂岩岩石板在冻胶压裂液铺展过后的水锁伤害情况。

2 实验

2.1 仪器和药品

2.1.1 药品羟丙基胍胶，硼砂，纯氮气，地层水等。

2.1.2 仪器天然致密砂岩石板，真空泵，裂缝导流能力评价仪，RecCore2500型双孔核磁共振岩样分析仪等。

2.2 实验方法

将天然岩石板抽真空，倒吸进地层水饱和48 h后，进行第一次核磁共振扫描，得到初试状态下的核磁共振T2谱图。按0.5%的比例将羟丙基胍胶用硼砂交联配成冻胶压裂液。将该压裂液挤入裂缝导流能力评价实验仪，模拟压裂液在裂缝中铺展的过程，控制岩石板的围压。8 h以后，将岩石板取出备用。将经压裂液铺展过的岩石板，进行第二次核磁共振扫描，得到铺展后的核磁共振T2谱图。通过前后两次核磁共振T2谱图，观察岩石板的孔隙类型、孔隙介质中水相的分布情况及变化规律，从微观角度解释不同孔隙类型储层的水敏性伤害的原因。

3 结果与讨论

3.1 岩石板物性

通过对实验采用的天然致密砂岩岩芯进行孔隙度的测定和岩芯的气相、水相驱替、XRD扫描分析，得到了实验用岩芯的物性参数，实验结果（见表1）。

表1 岩石板物性参数

从表1分析，由于岩石矿物成份、胶结程度和受压实作用的差异，使得同层位岩芯的天然物性也有所不同。渗透率相近的岩石板，孔隙度和粘土含量有一定的差别；经水相驱替后，渗透率低、粘土含量高的岩芯，所受到的水相伤害率更大。从表1可以得出，岩石水敏物性受粘土矿物含量和孔隙度有较大影响。

3.2 T2谱图解释

经过冻胶压裂液铺展过后的岩石板，有部分压裂液通过滤失作用，进入到了岩石板的基质孔隙或是裂缝中。将饱和地层水后得到的第一次核磁共振T2谱图与冻胶压裂液铺展后得到的第二次核磁共振T2谱图进行对比，来分析和判断致密砂岩岩石样品孔隙介质中的水相分布情况和变化规律，从而得到冻胶压裂液在致密砂岩储层造缝过程中，造成的水敏性伤害程度。

实验采用同一井段、不同层位的取芯岩样制作的20块岩石板进行冻胶压裂液铺展实验，依次经过扫描。选取典型的两个层位的实验数据，进行分析研究实验结果（见图 1，图 2）。

图1 1-2#岩石板核磁扫描结果

从图1看出，1#层位的两块岩石板经过冻胶压裂液铺展后，核磁共振T2谱图小于8 ms区间内，第二次扫描的核磁共振振幅低于第一次扫描，表明冻胶在两块岩石板之间铺展过程中，滤失进岩石板中的滤液，被粘土吸收量小，并没明显引起粘土膨胀，滤液并不是引起此类岩石有效渗透率下降的主要原因。

图2 2-1#岩石板核磁扫描结果

从图2看出，2#层位两块岩石板的核磁共振T2谱图，第二次扫描的核磁共振振幅明显低于第一次扫描；小于8 ms区间内的孔隙含水饱和度有很大程度上的增幅，表明冻胶的滤液大量进入岩石板的基质孔隙，岩石受来外液体侵害，增加了基质的束缚水饱和度；而在8 ms以后，由于粘土矿物吸水量大、膨胀幅度明显，堵塞孔喉，引起基质大孔隙孔径缩小或是堵塞。

从冻胶压裂液铺展过后的岩石板进行核磁共振扫描的T2谱图发现，岩石胶结越致密、含水敏性矿物越高，核磁共振T2谱图小于8 ms区间内的含水饱和度减小的幅度就越大；岩样中的粘土成份含量越高，膨胀幅度越大，大于8 ms区间内振幅就越大，岩样受到的水敏性伤害就越严重。