高青油田低渗储层酸化改造研究及增产效果

2015-07-02滕建彬张守鹏方正伟朱丽鹏

石油地质与工程 2015年4期

关键词：喉道白云石方解石

滕建彬，张守鹏，方正伟，朱丽鹏

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

高青油田低渗储层酸化改造研究及增产效果

滕建彬，张守鹏，方正伟，朱丽鹏

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

根据碎屑颗粒的接触关系、填隙物类型和分布状态特征，将低渗透砂岩储层分为4大类10小类，高青油田高54块低渗滩坝砂储层属于“半充填型”储层，蒙脱石和碳酸盐胶结物是储层伤害的两大类矿物，蒙脱石矿物遇水膨胀造成强水敏，方解石和白云石矿物产生中等土酸酸敏。在岩石学特征分析基础上，根据岩心酸化驱替实验，敏感矿物分析和酸溶模拟实验结果，制定了高54块的酸化改造方案，该方案实施后使已停产油井高54-x4井低渗透油层重新获得产能，达到了增油增效的目的。

高青油田；高54块；架构矿物；敏感性矿物；储层改造

1 油田概况

高青油田地处东营凹陷的西南边缘，东连博兴洼陷，北接里则镇洼陷，西临惠民洼陷。高54块位于高青断裂带的高青大断层上升盘，该块1993年上报地质储量176×104t，目前采收率仅为4.1%。该块沙一段地层划分为3个砂层组7个小层。其主力油层Ⅰ砂组1小层属于滨浅湖滩坝沉积微相，砂岩中见小型交错层理、波状层理、平行层理和水平层理。岩性以粗粉砂岩和细砂岩为主，粒径一般介于0.08～0.25 mm，分选中等，颗粒支撑结构，孔隙-接触式胶结。储集空间类型主要为残余粒间孔，少量白云石晶间孔和泥质微孔，孔隙度为24.5%～32.0%，渗透率为(10～20)×10-3μm2。目前高54块冷采投产井共13口，普遍产液量低，平均单井日产油1.4 t，主要采用冲砂作业和注水井增注的增产方式。2009年以来该块开发遇到诸多难题，诸如：注水井注水不进、冲砂后无增产效果、对产油层的常规土酸酸化后油层出现严重水敏和土酸敏，储层不出液。这些生产现状表明，目前对其岩石组构和敏感性矿物特点缺乏准确的把握，以致酸液类型选取难、酸液的疏通效果差。

2 碎屑岩低渗储层架构分类方法

碎屑岩储层主要由石英、长石和岩屑等刚塑性颗粒作为架构矿物“搭建”储层储集空间，储集空间包括裂缝、孔隙和喉道。孔喉间充填的矿物称为填隙物，主要包括碳酸盐矿物和硅酸盐矿物。填隙物的类型、含量和赋存状态不但决定了储集空间的大小，而且影响了喉道的曲折度、连通性等与渗流能力直接相关的参数，是储层改造成功与否的关键因素[1-6]。笔者根据对砂岩储层骨架颗粒的接触方式、喉道大小及内壁附着矿物的特点、胶结物赋存状态等因素的分析，将低渗砂岩储层划分为4大类10小类，指导油层增产改造。

A类“畅通型”储层的特点是：骨架颗粒间呈点或线-点状接触为主，喉道内壁无附着物。孔隙被少许(含量小于5%)胶结物填充。可分为2小类：洁净-畅通型储层、少许填隙物-畅通型储层。该类储层喉道洁净，一般具备较好的自然产能，由于填隙物含量较少，酸化改造对其无明显增产效果，建议采用压裂增产方式获得高产油气。

B类“半充填型”储层的特点是：骨架颗粒间呈薄膜式或线状接触为主，被填隙物间隔，或孔隙内碳酸盐胶结物较A类明显增多(含量5%～12%)，常见碳酸盐胶结物呈隐晶-微晶结构。根据架构矿物接触关系和碳酸盐胶结物的产出状态，又可细分为2小类：堵塞喉道型和充填孔隙型。由于填隙物含量适中，选择合适的酸液对其进行溶蚀，可起到增喉扩孔的作用，增大近井带渗流半径，酸化增产效果显著。在同等初始渗流能力条件下，堵塞喉道型的酸化增液效果要明显优于充填孔隙型。

C类“布满型”储层的特点是：骨架颗粒间接触关系复杂，基底式、线接触、连晶式等单一或多种方式共存，孔隙与喉道内填隙物类型多样、产出状态复杂。根据填隙物类型及赋存状态分为4小类：中-连晶碳酸盐胶结型、泥质胶结型、塑性组分充填型、次生石英胶结型。该类储层受控于多重成岩作用改造，有复杂的低渗或超低渗系统，仅凭单一的酸化或压裂，增产效果不理想，建议选择清除敏感性矿物针对性强的酸液，采用“酸压并举”方式进行增产。

D类“压嵌弥合型”储层的特点是：骨架颗粒间压嵌紧密，呈凹凸接触，造成喉道细小，加之少许自生黏土矿物赋存，渗透率极低。根据填隙物类型及赋存状态，进一步分为2小类：硅质沉淀-压嵌弥合型、自生黏土-压嵌弥合型。该类储层一般为超低渗储层，含油性一般较差，如遇较好油层，硅质沉淀-压嵌弥合型储层可借助大型压裂或水平井开采，自生黏土-压嵌弥合型储层可利用压裂和土酸酸化相配合的方式求产。

3 储层增产改造应用[7-10]

3.1 高54块低渗透储层碎屑岩特点及类型

高54-x4井2004年常规试油获4.1 t/d的工业油流，产量递减快，2007年日产油不足1 t。目前正常生产时，日产液0.6 t，日产油0.3 t，动液面865 m，油层段埋深1 086.90～1110.9 m，原油密度为0.973 g/cm3，黏度2 850 mPa·s，油质较好。温度变化范围为48～55 ℃。压力9.3～10.31 MPa，压力系数为0.97，属于正常温压系统。

井壁取心样品的x-衍射全岩分析数据表明：石英含量为40%～69%、平均值为52.5%，长石含量为17%～28%、平均值为19.2%。填隙物主要为黏土矿物、白云石和方解石，其中方解石含量1%～13%、平均值为3.6%，白云石含量为3%～9%、平均值为5.0%，泥质杂基含量4%～35%、平均为18.9%。x-衍射黏土分析其伊/蒙混层比为80%，储层内蒙脱石平均含量为15.1%。

根据对岩石架构、填隙物成分及赋存状态分析，高54块低渗砂岩储层属于分类中的“半充填型”储层，石英等刚性颗粒架构较好，泥质杂基含量较高，骨架颗粒间呈薄膜式-线状接触为主。碳酸盐胶结物主要为微晶-细晶结构的方解石，部分呈斑块状胶结，见栉节状白云石胶结物环绕颗粒边缘生长，混含黏土矿物。碳酸盐胶结物比表面积大，分布于粒间孔的孔隙和喉道处，若加以酸溶处理，可以形成良好的渗流通道，提高近井带储层的渗流能力。

3.2 高54块低渗透储层敏感性矿物分析

储层架构以砂质颗粒为主，碳酸盐胶结物局部富集，孔隙大多为方解石致密胶结充填，发育部分残余粒间孔，敏感性矿物主要为蒙脱石、方解石和白云石。渗透性潜在伤害主要来自：一是蒙脱石遇水膨胀造成强水敏；二是方解石和白云石矿物对氢氟酸的酸敏伤害(表1)。此外，由于生物碎屑、砂心鲕和泥膜普遍发育，碎屑颗粒接触处的泥膜脱落和显微晶碳酸盐微粒剥离运移也是造成储层多敏的因素。

表1 高54-x2井敏感性矿物

敏感性矿物的类型、含量及产状决定了高54块低渗透储层具有强水敏、中等氢氟酸敏、弱速敏的特性。在酸化改造作业中应注重对蒙脱石矿物的有效防膨，并规避氢氟酸酸敏伤害。

3.3 高54块岩心驱替模拟实验

酸化改造的可行性论证不仅要进行岩石学特征静态分析和敏感性机理诊断，更要进行实验室岩心酸化试验。利用模拟地层温压条件的驱替实验装置，成功模拟了温度50℃、压力10 MPa条件下，岩心的自然渗流能力和经过轻配氯基酸溶液改造后的提高幅度(图1)。通过ICP离子浓度动态监测表明：轻配氯基酸(CHCl2+CHClF+NH4Cl)驱替岩心过程中，缓慢释放HCl，溶蚀碳酸盐矿物。活性水(NH4Cl)溶液有效抑制蒙脱石矿物膨胀。反应过程中Ca2+和Mg2+浓度升高，填充孔隙和喉道的方解石、白云石矿物均被清除掉，渗流能力提高为原来的3倍，证实该储层适合酸化增产改造。

3.4 高54块酸化改造方案及现场应用效果

图1 高54-x2井砂岩岩心驱替实验与ICP离子浓度分析

根据对高54块岩石架构及组分特征剖析和归类，结合酸化模拟实验结果，制定了高54-x4井19.5 m产油段的酸化改造方案，侧重三方面：①低浓度酸化，全过程防膨；②低注入低返排；③先溶碳酸盐，后溶黏土。采用CHCl2+CHClF+NH4Cl配合缓溶剂(聚二烯丁基二甲基氯化铵)缓速溶解白云石和方解石，防产层出砂。酸化施工过程中充分利用轻配氯基酸中NH4Cl的防膨作用，在前置液、后置液及顶替液中再伴注NH4Cl，全过程防膨，有效抑制了蒙脱石的水敏特性。此外，利用轻配氯基酸的缓释作用也解决了储层黏土矿物和碳酸盐矿物含量高、遇土酸反应速度快、有效穿透距离小的难题。考虑到储层非均质性，设计酸化用液50 t，对储层的酸溶半径可达0.88～2.0 m，保证近井带储层溶蚀后的有效渗透半径。

2013年5月10号酸化施工后，该井初期日产液8.3 t、较酸压前增加7.3 t，日产油4.2 t、较酸压前增加3.9 t，动液面570 m、回升295 m，增产稳产效果显著。四个月累增油超500 t，单井改造费用仅16万元，经济效益明显。该井的成功酸化处理有望解决高54块低渗储量的有效开发，提高该块的整体采收率。

4 结论

(1)依据碎屑岩储层中石英、长石和岩屑等刚塑性颗粒的接触关系、填隙物类型、赋存状态，可将碎屑岩储层划分为“畅通型”、“半充填型”、“布满型”和“压嵌弥合型”四种储层类型。

(2)对高54块储层岩石学分析表明，其油层段的滩坝砂储层属于“半充填型”储层，具有刚性颗粒架构好、泥质杂基含量高、骨架颗粒间呈薄膜式或线状接触的特点，主要填隙物类型为方解石、白云石和蒙脱石，栉节状白云石和斑块状方解石填充孔隙和喉道。敏感性伤害有两点：一是蒙脱石矿物遇水膨胀后造成强水敏；二是方解石和白云石对氢氟酸具有中等酸敏。

(3)地层温压条件下的岩心酸化模拟实验证实：轻配氯基酸对该类储层的疏通改造效果十分理想，Ca2+和Mg2+浓度升高，方解石和白云石胶结物被溶蚀，活性水(NH4Cl)有效防止蒙脱石水敏膨胀，岩心渗流能力提高为原来的3倍。

(4)根据低渗透油层酸化可行性论证，制定了高54-x4老井低渗透油层的增油改造方案，现场酸化作业取得成功，并获得较好的经济效益。

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