迪北地区致密砂岩储集层损害实验研究

车星祥，卢渊，周珺，吴红军，邢浩婷，张辉

（1.成都理工大学a.能源学院；b.沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒841000）

迪北地区致密砂岩储集层损害实验研究

车星祥1a，卢渊1a，周珺1a，吴红军2，邢浩婷1b，张辉2

（1.成都理工大学a.能源学院；b.沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒841000）

致密砂岩气是中国非常规气开发的主要对象，深入研究造成致密砂岩储集层的损害机理，对于在开发过程中更好地保护储集层具有重要意义。结合塔里木盆地迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩储集层地质特征，分析了孔隙结构及黏土矿物引起的潜在损害因素，进行了敏感性、水相圈闭等实验。结果表明，侏罗系阿合组储集层表现为中等偏强水敏、中等偏强液体速敏、中等强度的酸敏、较大水相圈闭等损害。要实现该致密砂岩气藏的高效开采，应控制入井液的类型、流速等，慎用酸液。

塔里木盆地；迪北地区；致密砂岩气藏；储集层损害；敏感性；水相圈闭

致密砂岩气的开采需要大规模压裂与特殊采气工艺技术[1-2]，由于中国致密砂岩储集层存在低孔低渗、裂缝发育、地层压力异常、高损害潜力等工程地质特征[3]，钻采开发过程中，容易对储集层造成损害。塔里木盆地库车坳陷迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩储集层进行酸化施工、压裂施工后均未达到预期效果。本文对迪北地区阿合组储集层进行潜在损害因素分析与敏感性评价实验，旨在为现场开发施工提供技术支持与理论依据。总体上，阿合组储集层物性变化较大，非均质性较强，孔隙度为1.5%~9.0%，平均4.6%，渗透率为0.10~1.00mD，平均0.39mD.

1　造成储集层损害的潜在因素

（1）微裂缝据岩心观察和成像测井资料，迪北地区侏罗系阿合组储集层发育的裂缝以高角度斜交的构造缝为主，在岩心上可观察到泥质或石英充填物，局部有溶蚀扩大现象。微裂缝发育在具有强亲水和吸水性的泥质、泥晶碳酸盐岩的微夹片中，缝宽为1~30μm.入井液（包括压井液、洗井液、射孔液与压裂液等）进入储集层后使微裂缝表面矿物剧烈膨胀，微裂缝开度急剧缩小，导致储集层岩石剧烈水敏损害。

（2）微孔隙迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩储集层胶结致密，孔隙度低，连通性差。气层喉道大小为1μm左右，孔隙大小为100~200μm，孔喉比为20~200.绝大部分层间缝、微孔隙、微喉道的表面均为分散的黏土矿物、灰泥和微细粒长英质（图1）。这些矿物表面积极大且带电，具有极强的吸附性能。水在这些矿物微粒之外形成水化膜，从而变成水化粒子，减小了微孔隙、微喉道的有效半径。如果大量水进入储集层，将导致束缚水饱和度增大，孔隙中不可流动液体增加，严重降低油气相渗透率。同时，施工过程中，在正压差作用下入井液固相颗粒容易进入孔隙，堵塞喉道。因此，侏罗系阿合组储集层微孔隙主要的潜在伤害因素为水相圈闭与固相侵入。

图1　迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩微观孔隙结构

（3）黏土矿物黏土矿物在致密砂岩储集层中的绝对含量不大，却是引起储集层损害的主要敏感性因素。对迪北地区侏罗系阿合组岩心矿物成分进行分析（表1，表2）。迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩储集层黏土矿物含量中等，为8%~16%.结合扫描电镜分析（图2），可以看到伊利石呈发丝状（图2a），含量较高，在入井液作用下容易脱落，堵塞孔隙喉道。高含量的伊利石呈片丝状富集（图2b），具有潜在的速度敏感性损害特点；中等含量的伊蒙混层呈片丝状存在（图2c），具有潜在的水敏和盐敏损害特点；低含量的绿泥石呈针叶状存在（图2d），易引发酸敏、碱敏损害。

表1　迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩矿物含量%

表2　迪北地区阿合组致密砂岩黏土矿物相对含量%

图2　侏罗系阿合组致密砂岩扫描电镜分析照片

2　敏感性实验评价

根据以上分析与研究，结合石油天然气行业标准SY/T 5358—2010进行实验设计。敏感性损害率根据下式计算[4]

式中

D——敏感性损害率，%；

K0——初始渗透率，mD；

Ki——实验后渗透率，mD.

在实验数据处理过程中，参照该标准中敏感性损害程度评价指标，如表3所示。

表3　迪北地区阿合组致密砂岩敏感性损害程度评价%

2.1水敏感性实验

评价水敏的指标是水敏损害率Dw.分别采用地层水、次地层水（矿化度为地层水一半）及蒸馏水进行实验，实验结果表明（表4，表5），迪北地区阿合组致密砂岩储集层表现出中等偏强水敏，与上述潜在损害因素分析相符。低矿化度入井液进入地层后，黏土矿物膨胀、分散、运移，堵塞孔喉。并且水敏实验后岩心气测渗透率下降了23.5%与15.5%（表5），这种对储集层渗透率造成的损害是不可逆的。

表4　迪北地区阿合组致密砂岩水敏感性实验数据

表5　迪北地区阿合组致密砂岩水敏实验后气测渗透率损害率

2.2流速敏感性实验

评价流速敏感性的指标是速敏损害率Dv.分别使用氮气与地层水作为测试流体，进行速敏实验，实验结果表明（表6），迪北地区阿合组致密砂岩储集层气体流速敏感性较弱，气体流速对储集层渗透率影响极小。而储集层液体流速敏感性为中等偏强，且临界流速为0.2~0.3mL/min.说明入井液进入地层时，极易破坏矿物微粒结构，而阿合组致密砂岩储集层的孔喉狭小，易被矿物颗粒堵塞，因此要控制入井液进入地层的速度。

2.3酸敏感性实验

评价酸敏感性的指标是酸敏损害率Dac.分别使用砂岩储集层酸化常用的15%HCl与12%HCl+3%HF（土酸）进行实验，实验结果表明（表7），迪北地区阿合组致密砂岩储集层对盐酸表现出中等偏强酸敏、对土酸表现出中等偏弱酸敏。盐酸可与长石、方解石、绿泥石、伊利石、蒙脱石等反应。绿泥石与盐酸反应的活性最高，生成化学沉淀，同时黏土矿物脱落，产生微粒运移，堵塞孔喉，造成中等偏强的酸敏损害；氢氟酸可与黏土矿物反应，造成化学沉淀，同时可与石英、长石等岩石骨架矿物反应，扩大孔喉，总体表现为中等偏弱程度的酸敏损害。阿合组储集层表现中等偏强的水敏，使得渗透率降低得更加严重。因此，应谨慎选用酸液进行增产。

表6　迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩速度敏感性分析数据

表7　迪北地区侏罗系阿合组致密砂岩酸敏感性分析数据

2.4水相圈闭实验

先后对迪北地区阿合组致密砂岩样品进行毛细管自吸实验与水相圈闭实验。

图3　毛细管自吸速率和含水饱和度与自吸时间的关系

毛细管自吸实验使用模拟地层水作自吸液，从图3可看出，岩样在前4 h内自吸速率较快，4 h后逐渐趋于平缓，说明在压裂施工期间，液体的侵入对近井地层的影响非常明显。自吸24 h后，含水饱和度都为45%以上，无疑会造成严重的水相圈闭损害。

水相圈闭实验评价过程中的关键在于建立不同的含水饱和度，结果如图4所示。

图4　水相圈闭损害结果

由上述实验可见，迪北地区阿合组致密砂岩水相圈闭损害程度随含水饱和度的增加而加重，因此，在改造作业过程中应及时返排，加大排水力度，减少液体与地层接触时间，最大程度地减小储集层损害程度。

3　结论与建议

（1）迪北地区阿合组致密砂岩储集层微裂缝、微孔隙的潜在损害因素为水敏、水相圈闭、固相侵入。储集层包含中等含量黏土矿物，包括伊利石、伊蒙混层、绿泥石。其潜在损害因素为速敏、水敏、盐敏、酸敏和碱敏。

（2）液相侵入会引起中等偏强水敏、中等偏强液体速敏、中等强度的酸敏、较大水相圈闭的损害。

（3）工程施工时应控制入井液与地层配伍性、漏失量，注入速度应小于0.2~0.3mL/min，施工结束后应尽快完成入井液返排作业，避免损害储集层。同时，应谨慎选择酸液进行增产开发。

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Tight Sandstone GasReservoir Damages in DibeiArea ofTarim Basin:ExperimentalStudy

CHEXingxiang1a,LUYuan1a,ZHOU Jun1a,WUHongjun2,XINGHaoting1b,ZHANGHui2
(1.Chengdu University ofTechnology,a.College ofEnergy Resources,b.Research Institute ofSedimentary Geology,Chengdu,Sichuan 610059,China;2.Research Institute ofOil&Gas Engineering,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000,China)

Tight sandstone gas is themain type and the direction ofdevelopment ofunconventional gas in China.Study on themechanics and factorsfor tightsandstone gas reservoirdamage ismore favorable to reservoirprotection during the reservoirdevelopmentand field op⁃eration.This paperpresents the geological characteristics ofthe Ahe tight sandstone gas reservoirofJurassic in Dibeiarea ofTarim basin, analyzes the potentialfactorsofreservoirdamage caused by pore structure and clayminerals,andmakes the experimentsofreservoirsensi⁃tivity and aqueousphase trapping.The resultsshow that there existsuch damagesasmoderate⁃strongwatersensitivity,medium⁃strongfluid velocity sensitivity,medium acid sensitivity and largeraqueous phase trapping in the Ahe reservoir,and it is suggested that thewell fluid type,flow rate and other related properties should be controlled,and acid liquid should be used very carefully for the purpose ofefficient developmentofsuch agasreservoir.

Tarim basin;Dibeiarea;tightsandstone gas reservoir;reservoirdamage;sensitivity;aqueousphase trapping

TE371

A

1001-3873（2015）05-0579-04

10.7657/XJPG20150515

2015-03-12

2015-06-28

国家自然科学基金（51304032）

车星祥（1991-），男，江西九江人，硕士研究生，油气田开发工程，（Tel）15196625439（E-mail）bushiqingjia@live.com.