王14块特低渗裂缝性油藏注水开发伤害因素

孙 强

王14块特低渗裂缝性油藏注水开发伤害因素

孙 强

孙 强

中石化股份胜利油田分公司地质科学研究院

孙强（1986-）男，助理工程师，2012年硕士毕业于中国石油大学油气田开发工程专业，主要从事油气田开发试验方面的研究。

胜利油田王家岗油田王14断块属于特低渗裂缝性油藏。为了深入研究水源水在注水过程对储层的伤害，采用静态水质分析与动态岩心流动实验相结合的手段，对注水过程中的储层伤害机理进行分析，并制定了相应的注水水质指标。结果表明，水源水中固相颗粒含量、粒径中值严重超标是储层渗透率下降的关键因素。不合格的现场水源水长期注入储层对储层岩心造成了较大的伤害，基块岩心渗透率损害率大于70％，裂缝岩心则超过90％。综合室内实验研究，王14块沙四段注水水源的机械杂质指标推荐为A2级。

引言

王14断块属于特低渗油藏，开发难度相对较大。岩心观察及开发动态资料表明，王14块储层中发育有微裂缝，构成了储层内比较复杂的低孔和裂缝渗流系统。因此研究注入水与储层裂缝样品的动态配伍性，对于高效开发该类油田具有重要意义。

本文从注入水对储层的伤害机理出发，采用静态水质分析与岩心动态流动实验相结合的方法，研究了鑫联联合站注入水对王14块沙四段储层基块和有微裂缝岩心的主要伤害特征，并且针对主要伤害因素研究了保护措施和制定了相应的注水水质指标。

储层概况

王14块沙四段储层岩石平均孔隙度13.4％，平均气体渗透率0.714×10-3mm2，平均碳酸盐含量40.4％，属于典型的低孔特低渗储层。根据薄片鉴定、黏土矿物和全岩X 射线衍射、压汞等资料分析，储层中黏土矿物绝对含量一般不超过8％。黏土矿物主要为伊利石、伊/蒙混层，其中伊利石含量高达60％，黏土矿物中伊/蒙混层比为20％。并有部分高岭石和绿泥石；此外，在胶结物组分中还有方解石、白云石和菱铁矿等碳酸盐矿物；储层岩石孔喉半径平均值在0.1761mm～1.9163mm。

地层水与注入水静态分析

水源水为东胜鑫联联合站出口的大站污水，地层水取自王24～40井。室内对两种水进行了静态分析，两种水的水型均为氯化钙型，水源水的矿化度为23390mg/L，王24～40井地层水的矿化度为 64934 mg /L。注入水如果自身稳定性差或与地层水不配伍， 将会在注水管柱或储层孔隙中结垢，堵塞渗流通道。通过测定在常温（22℃）和地层温度（80℃）条件下的注入水和注入水与地层水的混合水在密闭容器里分别放置不同时间后主要成垢离子Ca2+、 Mg2+的浓度，研究水源水自身稳定性以及与地层水的配伍性。

注入水自身结垢趋势

在常温下注入水经过20d跟踪测试，钙镁离子浓度的减少值均为1％以内；80℃下注入水放置20d后，钙镁离子浓度减少值分别为2.8％和8.7％。由此可见，鑫联联合站大站污水自身稳定性较好。

注入水与地层水配伍性

将地层水和注入水在地层温度80℃下按体积比1：1的比例混合， 跟踪测试20d后，混合水中钙镁离子浓度相比理论值分别降低1.6％和4.8％，由此可见，鑫联联合站大站污水与地层水在地层温度下配伍性良好。

储层敏感性特征

储层敏感性评价主要是通过岩心流动实验，考察油气层岩心与各种外来流体接触后所发生的各种物理化学作用对岩石性质、主要是对渗透率的影响程度。敏感性评价实验程序参照 SY /T 5358 - 2002。敏感性试验的样品取自于王14区块的取心井王24～38井，实验样品井段为2847.00m～2862.00m。

弱速敏：沙四段储层岩石平均渗透率损害为12.0％，无临界流速。

弱水敏：沙四段储层岩石平均渗透率损害为11.9％。虽然储层岩石中存在水敏性矿物伊蒙混层，但其绝对含量较低，因此影响相对较小。

无酸敏：：沙四段储层岩石注入15％HCI后，平均渗透率提高为33.1％。说明盐酸酸化能有效改善储层的渗流通道，且残酸对储层的影响较小。这主要与储层中碳酸盐矿物含量相对较高有关。

弱碱敏：沙四段储层岩石平均渗透率损害为5.5％。

中等应力敏感性：沙四段储层基块岩样应力敏感性损害率为41.8％，应力敏感性损害为中等偏弱；裂缝岩样应力敏感性损害率为67.6％，应力敏感性损害程度为中等偏强。

通过以上室内实验，得到王14块沙四段储层以中等应力敏感性为主，呈弱速、水、碱敏，无酸敏性。因此对于裂缝性储层应避免或减轻应力敏感性的发生，保持储层裂缝的导流能力。

水源水与储层配伍性

通过静态配伍性实验研究可知，水源水与地层水的配伍性良好。从敏感性实验结果来看，该区块储层敏感性特征表现为弱速、水敏。现场取水时肉眼观测东胜鑫联联合站出口的大站污水较为浑浊，有明显沉淀物，测试固含量为32.8mg/L，颗粒单位浓度19.15e6/mL，粒径中值3.864mm。因此本次实验重点考察水源水与储层的配伍性，即长期冲刷作用对储层岩心的影响和机械杂质颗粒堵塞的综合伤害程度。在水源水和储层岩石的动态配伍性评价中除了基块样品的配伍性，还选取了部分微缝岩样，以评价在注水过程中注入水同岩样裂缝和储层的适应性。岩心流动实验统一采用体积流过量法，即实验在某一恒定流速下，使流体大量通过岩样，测量其渗透率随流过量的增加的变化。

空白试验

实验所用注水已经过精细过滤（0.22mm滤膜），不含悬浮杂质，地层水为人工配制（水分析实验结果）的模拟地层水。两种流体与储层岩心的配伍性实验结果见表1。

表1 精滤水实验结果

由表1可以看出，长期注入模拟地层水和精滤水源水后，储层岩心渗透率下降幅度在5％左右，由此可见，精滤水与储层的配伍性是较好的。

固相颗粒对储层岩心的伤害

选取空气渗透率2.39md（基块样品）和6.33md（有微裂缝样品）的两块岩心和进行现场注水堵塞试验。从试验结果可以看出，注入120PV现场水后，试验样品的渗透率分别下降了70.2％和92.6％，属于强伤害。试验过程中，对两块岩心出口液的粒度进行了跟踪测试，见表2。从结果可以看出由于岩心孔喉半径较小，现场水中大颗粒不能进入岩心，在外部迅速形成外滤饼，由于外滤饼的过滤作用，进入岩心的颗粒浓度和尺寸都降低，悬浮颗粒卡住孔喉及在孔口处产生桥塞形成较致密内滤饼的速度变得缓慢。随注入倍数增加，形成较致密的内、外滤饼后，液体渗透率趋于稳定。

表2 出口液粒度测定结果

粒度分析结果说明大站污水中所含悬浮物绝大部分被岩心过滤掉，造成岩心渗透率下降。其中裂缝样品下降幅度明显大于基块样品。裂缝样品岩心出口液60 PV时，每毫升水样中大于1.5mm的颗粒约2.79×105个，减少96.3％。而基块样品岩心出口液60 PV时，每毫升水样中大于1.5mm的颗粒约6.63×105个，减少81.7％。分析是由于裂缝样品的主要渗流通道是岩石的微裂隙，因此悬浮颗粒更容易进入到岩心内部，堵塞程度也相对较大。

由于试验完成后的岩心端面及近端面处颜色明显不同，存在一层明显的外滤饼。为了研究现场水中悬浮颗粒进入岩心的深度，采用现场水污染后的岩心，在其进口端截取不同长度的岩心段，使用65000mg/L氯化钾溶液正向测定剩余岩心的渗透率的方法，对现场水中悬浮颗粒堵塞岩心深度进行研究。见表3。

表3 岩心堵塞深度研究

由实验结果可知，第一次岩心切除后，基块岩心渗透率提高了48.5％，裂缝岩心渗透率提高了61.7％；第二次切除后，基块岩心渗透率提高了6.2％，裂缝岩心渗透率仅提高了1.6％。可以看出，现场水中的固相颗粒堵塞岩心主要集中在岩心端面（外滤饼）和近入口处。基块岩心两次切除后，渗透率还有15％未曾恢复，分析应该是污水中粒径较小的颗粒在基岩内部形成内滤饼造成的。裂缝样品两次切除后，渗透率还有30％未曾恢复，明显高于基块样品。说明污水中悬浮颗粒更容易侵入到岩心裂缝深处形成内滤饼，因此堵塞程度相较基块岩心更大，堵塞距离更长，且更加难以解除。

通过以上的实验研究，可以看出现场污水中固相颗粒对储层岩心的堵塞程度不仅与颗粒粒径与储层的匹配有关，而且与注入水中固相颗粒的浓度有直接关系。实验岩心端面和近端口处所形成的外滤饼实际上起到了滤膜的作用，现场水中颗粒浓度越大，外滤饼厚度越大；实验岩心内部形成的内滤饼起到了滤器的作用，颗粒浓度越大，岩心内部内滤饼就越致密，造成的段塞距离越长。相对而言，外滤饼容易解除，可以通过反洗井、酸化等措施；而内滤饼则很难通过常规措施解除，且形成距离越长伤害越大。

不同等级固相颗粒与储层岩心的配伍性

为了获得该区块注入水中悬浮颗粒直径与悬浮颗粒浓度和储层岩心孔隙喉道的配伍关系，使用不同处理方式过滤的现场水长期注入岩心，以研究含不同颗粒浓度和粒径中值的悬浮物的注入水对岩心的伤害程度。

分别将经1.5mm滤膜和0.65mm滤膜过滤的现场水源水注入两块岩心，测定不同注入倍数的液体渗透率值。由实验结果可以看出（图1），注入140PV的1.5mm滤膜过滤的现场水后，岩心渗透率降低了30.5％，0.65mm滤膜过滤的现场水则降低了17.4％。

图1 不同滤膜过滤的现场水对岩心的伤害程度

从上述实验结果可知（表4），现场水源水中的悬浮颗粒对储层岩心的堵塞严重，控制注入水中的悬浮颗粒含量和粒径中值是降低悬浮颗粒对储层伤害的主要手段，岩心渗透率的降低主要是固相颗粒在岩心端面形成外滤饼和岩心内部形成内滤饼而堵塞孔喉作用的结果。

表4 不同处理方式水源水对岩心伤害实验结果

综合上面的实验分析可以看出，王14块现场水源水对储层岩石的渗流能力伤害极其严重，主要原因是注入水中机械杂质含量较高，粒径中值偏大造成的。为了尽量减少机械杂质对该储层的伤害，水源水中机械杂质的固含量应小于2.0mg/L，粒径中值应小于1.5mm，结合中国石油天然气行业标准 SY/T 5329-94 水质推荐标准，王14块沙四段注入水中的机械杂质指标推荐为A2级。

结语

王14块沙四段储层属于典型的低孔、特低渗储层。该区块水源水与地层水配伍性较好，主要伤害类型为应力伤害和悬浮颗粒堵塞，现场水源水对储层的伤害程度较为严重。岩心出口液颗粒分析、堵塞深度研究与液体渗透率测定相结合的实验方法能够很好地反映水源水与储层岩心中矿物成分相互作用以及水源水中悬浮颗粒对岩心堵塞的过程和程度。

该储层微裂缝一定程度发育，且裂缝的应力敏感性较强，因此开发过程中应注重保护裂缝的渗流能力，控制储层注采速度不易过高。东胜鑫联联合站水源水中大量的悬浮颗粒是影响储层渗流能力的重要因素，因此减少水源水中机械杂质含量是降低储层伤害的主要措施，因此，王14块注入水中的机械杂质指标推荐为A2级。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.063