辽河油田X块胍胶压裂液与储层适应性评价

张向宇 张 宏 蒋美忠 鲁印龙

(中国石油辽河油田公司勘探开发研究院, 辽宁 盘锦 124010)

0 前 言

由于致密储层具有物性较差、孔喉细小等特征,采用常规方式难以实现效益开发,因此，实践中多采用水平井和大体积压裂技术对其进行改造[1-5]。压裂液通常可分为水基压裂液、油基压裂液和二氧化碳压裂液等[6]。水基压裂液又分为胍胶压裂液、滑溜水压裂液、清洁压裂液等，目前应用均较为广泛。致密储层具有非均质性强、黏土含量高的特点,在压裂施工过程中会有大量压裂液进入储层,并长期滞留在地层中[7]，由此给储层带来各种伤害[8-12]。这些储层伤害不但不利于单井改造,而且会直接影响油气藏的整体开发[13]。

压裂液对储层的伤害主要表现为固相损害和液相损害[14]。固相损害，主要是指压裂液破胶后残留的聚合物和固体颗粒堵塞孔道，导致储层的渗透性下降；液相损害，主要是指压裂液侵入引起储层敏感性伤害，导致油相渗透性下降。压裂效果不理想，通常是由于固相损害和液相损害的综合作用所致。

本次研究将基于黏土矿物含量、孔隙结构、储层敏感性等方面分析，评价辽宁油田X块储层压裂液对储层渗透率的伤害，为进一步提高压裂效果提供参考。

1 研究区储层影响因素分析

研究区地层自下而上依次分为太古界、元古界、新生界,以及古近系房身泡组、沙河街组(包括沙四段、沙三段、沙一段)、东营组、新近系馆陶组、第四系平原组。其中，沙四下亚段Ⅰ油组是研究区的主要目的层。区内储层的岩性较为复杂，主要含角砾岩、砂砾岩、细砂岩等。此外，储层具特低孔、特低渗特征，孔隙度平均为9.8%，渗透率平均为1.920 ×10-3μm2，需进行压裂开发。

1.1 黏土矿物含量及潜在敏感性

应用扫描电镜和X射线衍射仪对研究区储层中的黏土矿物含量及潜在敏感性进行了分析。结果显示，目的层位黏土矿物的体积分数一般低于10%(平均为8.2%)，其中包含伊蒙混层(占比为34.3%)、伊利石(占比为9.6%)、高岭石(占比为34.1%)、绿泥石(占比为22.0%)，混层比约24.7%。黏土矿物的分布特征如图1所示。

图1 目的层黏土矿物

(1) 伊蒙混层、伊利石呈粒表衬垫式和粒间搭桥式分布。伊蒙混层占比为22.0%～49.0%，平均34.3%； 伊利石占比为7.0%～13.0%，平均9.6%。

(2) 高岭石多呈孔隙充填式分布，其占比为17.0%～48.0%，平均34.1%。

(3) 绿泥石多呈粒表衬垫式分布，其占比为13.0%～35.0%，平均22.0%。

同时，储层具有潜在的水敏和速敏伤害特征。

1.2 孔隙结构

对13块样品进行压汞试验研究，从而获得储集空间类型及孔隙结构特征(见图2)。 储集空间的类型以残余粒间孔、贴粒缝、颗粒缝为主，其次为溶蚀孔隙、微孔隙。孔隙结构特征为：最大汞饱和度多介于40%～70%，最高可达90%；退汞效率变化较大，介于20%～80%；孔喉半径主要分布于0.1～1.0 μm；均质系数多小于0.25，属于微喉不均匀型。

图2 孔隙结构特征

1.3 储层敏感性

从目的层取8块岩心，对其进行水、盐、酸及碱敏性分析，评价结果如表1所示。可以看出，水敏性为中等偏弱 — 中等偏强，临界盐度为4 000～5 000 mg/L，临界pH为8.50，酸敏性为中等偏弱。

表1 敏感性评价结果

2 压裂液静态评价

2.1 压裂液的水质

压裂液样品为水基胍胶型压裂液破胶后的破胶液，其水质分析结果如表2所示。破胶液的总矿化度为11 235 mg/L，远大于临界盐度，对储层产生的盐敏性伤害较为微弱。由于大量一价阳离子的加入会导致压裂液的成本增加，因此在考虑防膨胀问题时应合理加入一价阳离子防膨剂，严格控制其用量。压裂液的pH为9.15，稍大于临界值。由于储层碱敏性矿物含量较少，因此其碱敏性伤害较弱。

表2 压裂液水质分析结果

2.2 压裂液与储层流体的配伍性

2.3 破胶液的性能

破胶液为淡黄色的透明溶液，其黏度为1.81 mPa·s，密度为1.22 g/cm3，符合《压裂液通用技术条件》(SY/T 6376 — 2018)中关于破胶后压裂液的黏度和密度标准要求。破胶液的残渣粒径介于3～200 μm，粒径中值为37.0 μm，大于基质孔喉的半径(0.1～1.0 μm)。破胶液的残渣不会进入基质对其产生固相伤害[20]，但容易对裂缝产生伤害，且破胶液中的聚合物有可能造成渗透率伤害。

3 压裂液动态伤害评价

3.1 实验方法

通过实验进一步研究压裂液在动态过程中对储层的伤害，渗透率伤害程度的评价标准如表3所示。首先，按照正向注水→正向注压裂液→反向注水的步骤进行实验操作，记录各阶段的数据；然后，计算储层的渗透率伤害率，据此评价压裂液对储层的伤害程度。

表3 渗透率伤害程度的评价标准

储层渗透率伤害率的计算，如式(1)所示：

(1)

式中：I—— 渗透率伤害率，%；

Koi—— 岩心初始水相渗透率，10-3μm2；

Kli—— 注压裂液后的岩心水相渗透率，10-3μm2。

3.2 动态伤害评价结果

(1) 基质水相动态伤害，主要指压裂液对储层基质渗透率的综合伤害。通过基质水相动态伤害评价曲线(见图3)可以看出，当注入压裂液后，基质渗透率伤害率约为21.88%。这属于弱伤害。

图3 基质水相动态伤害评价曲线

(2) 裂缝水相动态伤害，主要指压裂液中的残渣和聚合物对储层裂缝渗透率的综合伤害。实验中的裂缝为人造贯通缝，造缝后在裂缝表面铺撒石英砂并用生料带缠绕。通过裂缝水相动态伤害评价曲线(见图4)可以看出，当注入压裂液后，裂缝渗透率伤害率约为36.45%。这属于中等偏弱伤害。

图4 裂缝水相动态伤害评价曲线

4 主要伤害因素及伤害机理分析

从前述评价结果可以看出，压裂液对储层的敏感性伤害较小。将压裂液破胶液离心后取上层清液注入岩心，并进行扫描电镜分析，结果如图5所示。从中可以看出，岩心内部矿物表面干净，孔隙内部未见微粒膨胀、分散及堵塞现象。由此可见，压裂液对储层的伤害主要源自破胶后聚合物和残渣造成的储层堵塞。

图5 压裂液破胶液离心后上层清液注入岩心后电镜扫描图片

压裂液中的聚合物呈致密网状或链状，进入岩心后吸附能力较强，会有一部分吸附在岩心内部(见图6)。

图6 聚合物在岩心内部吸附滞留现象

压裂液对基质的伤害主要表现为聚合物吸附，这一点可通过岩心出入口压裂液中聚合物的质量浓度测定结果差异来证实，如表4所示。

表4 压裂液中聚合物的质量浓度测定结果

压裂液对裂缝的伤害主要源自破胶后造成的残渣堵塞和聚合物吸附滞留，如图7所示。

图7 裂缝表面的聚合物吸附和破胶液残渣堵塞现象

5 结 语

基于黏土矿物含量、孔隙结构、储层敏感性等方面分析，针对辽宁油田X块储层所用胍胶压裂液对储层渗透率的伤害程度及其主要伤害因素进行了评价。研究结果表明：胍胶压裂液对X块储层基质的伤害为弱伤害，对裂缝的伤害为中等偏弱伤害；胍胶压裂液对基质的伤害主要源自破胶液中残留的聚合物，对裂缝的伤害主要源自破胶液中残留的聚合物和残渣。因此，建议增强破胶性能，以减少破胶液中残留的聚合物和残渣，削弱其对储层的伤害，从而提升压裂效果。此外，还应根据临界盐度评价结果，适当控制一价阳离子防膨剂的加入量，以节约配方成本。