致密储层速度敏感性伤害机理研究

李鑫羽，欧阳传湘，曹杰，赵鸿楠，曾羽佳

油气田开发

致密储层速度敏感性伤害机理研究

李鑫羽，欧阳传湘，曹杰，赵鸿楠，曾羽佳

（长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100）

北部构造带侏罗系阿合组吐格尔明段的速度敏感性实验表现出明显的差异特征，以往伤害机理归咎于储层内的颗粒运移等因素，本次实验从速度敏感性实验的本质仍是在储层产生力的作用这一观点，设计两种不同的实验方式进行分析对比，结合CT扫描、铸体薄片等方法进行微观验证。研究表明：在速度敏感性实验中，TD-1不可逆损害率为48.62%，JE-1不可逆损害率为7.31%，TD-1岩心的无因次渗透率差值逐渐增大，而JE-1岩心的无因次渗透率差值先增大后减小，且在两种不同的应力敏感性实验中可观察出近似的下降趋势；此外，根据最大球孔隙网络提取算法结果发现，在0.40 MPa进口压力下，平均裂缝开度为9.36 μm，进口压力增加到7.83 MPa时，平均裂缝开度为5.71 μm；分析岩心、岩石薄片、扫描电镜实验数据可知，岩屑组分及晶间孔等因素也是造成速度敏感性损害的主要因素，原因在于这类因素易受到力的作用造成敏感性实验中渗透率发生显著变化现象。

速度敏感性；微粒运移；晶间孔；岩屑组

从表面上看，学者们认为速敏效应是由通过储层流体的流速变化所致，其本质是由颗粒运移导致渗透率变化的现象。张春华[1]等在实验中所选取的一个岩心初始渗透率为5.2×10-4μm，而渗透率损害率曲线远高于其他初始渗透率较高的岩心，认为低渗透岩心渗透率越低，渗透率损伤越严重，桥堵和卡堵对渗透率伤害越大。张浩[2]等氮气速敏实验评价结果显示，在岩心干燥的条件下，采用氮气驱替干岩样时，对致密砂岩的微粒冲刷作用有限，不会带来严重的速敏损害。石京平[3]等从力学上分析，流速增大，水动力增大，当水动力大于微粒的范德华引力和双电层斥力之和时，将使微粒从砂粒表面释放、脱离，随着水动力运移而造成地层伤害。

故此，笔者认为速度敏感性的成因归根到底仍是存在作用在储层上的力。为此选取北部构造带侏罗系阿合组吐格尔明段的岩心进行实验，设计两种实验方式，采用高致密储层、低流速范围等实验特点，尽量避免高流速导致的颗粒运移，后采用CT扫描、铸体薄片等方法进行验证。

1 速度敏感性评价实验

1.1 实验设计

1）选取塔里木吐格尔明段不同井位致密砂岩，使围压保持在3 MPa。

2）选择流速为0.05、0.07、0.10、0.15、0.20、0.30 mL·min-1，每段流速均保30 min以上，记录岩心渗透率；与此同时，并记录每段流速时的进口压力，并观察渗透率变化。

3）实验一：根据速度敏感性实验进行实验步骤调整，流速设置为0.05、0.07、0.10、0.15、0.20、0.30、0.20、0.15、0.10、0.07、0.05 mL·min-1，观察岩心渗透率的变化。

4）实验二：选出3块出自同一岩样的岩心，一块岩心进行速度敏感性实验，流速设置为0.05、0.07、0.10、0.15、0.20、0.30 mL·min-1；第二块岩心进行速度敏感性实验，主要是依据行业标准[4]《储层敏感性流动实验评价方法》（SY/T 5358—2010），设定应力敏感性的围压为2、3、5、7 MPa；第三块块岩心根据第一块岩心实验时其流速的进口压力进行应力敏感性实验，观察两块岩心渗透率的变化。

5）根据不同实验方式，进行数据总结，得出结论。

1.2 实验结果与数据分析

1.2.1 实验一

选自北部构造带侏罗系阿合组依南4井TD-1岩心和依深4井JE-1岩心，实验步骤如上所述，进行速度敏感性实验，实验结果如图1所示。将引起岩心渗透率下降的流速确定为临界流速，可确定 图1中两块岩心均存在使渗透率下降的流速，实质是流体的流速破坏黏土矿物微结构的稳定场，造成黏土矿物等物质的脱落与运移，产生储层孔喉堵塞现象，导致储层渗透率下降，故大量学者认为微粒运移而造成的地层损害是不可逆的。然而本次实验的2块岩心均存在随流速增大渗透率逐渐减小，而后随流速减小渗透率逐渐恢复现象，且TD-1不可逆损害率为48.62%，JE-1不可逆损害率为7.31%，并不符合以上结论。此外，控制最高流速在 0.30 mL·min-1内，在减小流速的过程会产生不可逆损害，造成不同的恢复程度，可观察到同一流速时，TD-1岩心的无因次渗透率差值逐渐增大，而JE-1岩心的无因次渗透率差值先增大后减小。

图1（a） TD-1岩心速敏无因次渗透率变化曲线

图1（b） JE-1岩心速敏无因次渗透率变化曲线

1.2.2 实验二

选自速度敏感性实验后岩心渗透率变化不同的两种形式（如图2（a）、图3（a）所示），对来自同一块岩样的两块岩心做不同梯次有效应力的应力敏感性实验，一块岩心的有效应力示数选自根据行业标准SY/T 5358—2010和流速为0.3 mL·min-1时接近的进口压力为截止有效应力（如图2（b）b、图3（b）所示），另一块岩心的有效应力由速度敏感性实验时流速对应的进口压力进行对应（如图2（c）、图3（c）所示），目的在于对比各个岩心无因次渗透率下降的趋势及大小。实验结果如下，在速度敏感性实验中，随流速增大，岩心受到进口压力不断增大，如同岩心受到一股横向的应力，导致岩心颗粒受到挤压，造成颗粒运移等塑性形变及裂缝收缩等弹性形变现象。

图2（a） TD岩心速敏无因次渗透率变化曲线

图2（b） TD岩心应力敏无因次渗透率变化曲线

图2（c） TD岩心应力敏无因次渗透率变化曲线

此外，图2中TD岩心的两种应力敏感性实验均呈现出“先急后缓”的下降趋势，图3中JE岩心的两种应力敏感性实验表现出近乎一致的下降特点，可推测出造成岩心速度敏感性实验渗透率下降的原因并非是颗粒运移堵塞喉道等单一因素，速度敏感性实验产生的作用力也是造成岩心渗透率下降的原因之一。

图3（a） JE岩心速敏无因次渗透率变化曲线

图3（b） JE岩心应力敏无因次渗透率变化曲线

图3（c） JE岩心应力敏无因次渗透率变化曲线

2 机理分析

2.1 储层储集空间类型

北部构造带侏罗系阿合组吐格尔明段储集空间复杂多样，成岩成因是对储层敏感性造成影响的主要因素，故此在储层内含有大量微孔隙和晶间孔，导致储层内存在非均质特性，表现出连通性较差、发育不均匀等特点。剖析致密储层速度敏感性成因，可通过CT扫描对处于不同流速时的微观裂缝进行观察（如图4所示），然后根据最大球孔隙网络提取算法对CT原位扫描结果进行定量化计算，从而分析裂缝闭合收缩程度。结果发现，0.40 MPa进口压力下，平均裂缝开度为9.36 μm，进口压力增加到7.83 MPa时，平均裂缝开度为5.71 μm，其结果验证了致密储层速度敏感性实验会引起裂缝闭合现象。

图4（a） 0.4 MPa进口压力CT扫描图像

图4（b） 7.83 MPa进口压力CT扫描图像

2.2 储层岩石矿物成分

图5为砂岩矿物成分的三角图。根据研究区块储层敏感性室内评价实验结果，整个吐格尔明段以岩屑砂岩为主，其次是石英颗粒、长石颗粒、斜长石等；在吐格尔明段阿合组的井中观察发现存在支撑砾石构成的原生孔隙，且颗粒间的填隙物较少，可见岩屑组分是造成堵塞喉道造成速度敏感性损害的主要因素，原因在于岩屑易受到力的作用造成依附于孔隙表面的颗粒脱落、运移、堵塞等一系列现象，其次原因是岩屑组分是由变质岩岩屑和火山岩岩屑，挤压时容易分散成细小颗粒堵塞喉道产生损害[12]。

图5 砂岩矿物成分的三角图

2.3 储层喉道类型

北部构造带侏罗系阿合组吐格尔明段储层中含有大量的岩屑砂岩，可判断储层内所形成的喉道类型主要是由颗粒接触方式和胶结方式控制。岩石薄片和扫描电镜发现储层内的次生孔隙近乎完全取代原始孔隙，可将次生孔隙产生的原因分为5种常见方式：破裂作用、收缩作用、沉积物质的溶解作用、自生胶结物的溶解作用、自生胶带物的溶解作用。故此，在胶结作用发育良好的情况下，砂岩颗粒因压实作用或压溶作用使黏土矿物晶体二次生长，孔隙缩小，黏土矿物晶面孔隙成为晶间孔，是此储层的主要喉道类型（见图6和图7）。在速度敏感性实验中，由于储层喉道半径极小，更易发生堵塞孔喉或在力的作用下产生闭合现象，导致该类储集层敏感性实验中渗透率发生显著变化。

图6 岩心铸体薄片结果

图7 岩心扫描电镜结果

3 结 论

1）实验一结果显示，在速度敏感性实验中，TD-1不可逆损害率为48.62%，JE-1不可逆损害率为7.31%，且存在不同的恢复程度；实验二结果显示，岩心的两种应力敏感性实验表现出近乎一致的下降特点，可推测出造成渗透率下降的原因并非是颗粒运移堵塞喉道等单一因素，速度敏感性实验中产生的作用力也是造成岩心渗透率下降的原因之一。

2）在速度敏感性实验中，可用CT扫描观察到在0.40 MPa进口压力下，平均裂缝开度为9.36 μm，进口压力增加到7.83 MPa时，平均裂缝开度为 5.71 μm，其结果直接验证了致密储层中速度敏感性实验会引起裂缝闭合现象。

3）致密储层的敏感性与岩石矿物成分、储层储集空间类型和喉道类型有关，表现在岩屑组分及晶间孔等因素也是造成速度敏感性损害的主要因素，当储层中存在的作用力时更易发生堵塞孔喉或孔喉闭合现象。

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Study on Velocity Sensitive Damage Mechanism of Tight Reservoir

（College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

The velocity sensitivity experiment of Tugerming section of the Jurassic Ahe formation in the northern structural belt shows obvious differences. The previous damage mechanism is attributed to the migration of particles in the reservoir and other factors. From the point of view that the essence of velocity sensitivity experiment is still the role of the reservoir in generating force, this experiment designed two different experimental methods for analysis and comparison, combining with CT scanning, casting thin section and so on, microscopic verification was carried out. The results showed that the irreversible damage rate of TD-1 was 48.62%, and that of JE-1 was 7.31%. The dimensionless permeability difference of TD-1 core increased gradually, while that of JE-1 core increased first and then decreased, and the similar decreasing trend was observed in two different stress sensitivity experiments; In addition, according to the results of the maximum spherical pore network extraction algorithm, the average fracture opening was 9.36 μm at the inlet pressure of 0.40 MPa, and 5.71 μm when the inlet pressure increased to 7.83 MPa; According to the analysis of the experimental data of core, rock slice and SEM, it was seen that the components of rock cuttings and intercrystalline pores were also the main factors that caused the damage of velocity sensitivity. The reason was that these factors were easy to be affected by the force, resulting in the significant change of permeability in the sensitivity experiment.

Tight sandstone reservoir; Velocity sensitive; Particle migration; Intercrystal pore; Detritus

国家自然科学基金青年科学基金项目（项目编号：51804039）。

2021-04-09

李鑫羽（1997-），男，湖北省武汉市人，长江大学硕士研究生，研究方向：致密油气储层开发。

欧阳传湘，男，教授，研究方向：致密气藏开发。

P618.13

A

1004-0935（2021）10-1518-05