aradaiba和beiu儲層水敏性實驗研究

aradaiba和beiu儲層水敏性實驗研究

原油勘探和開發(fā)期間，儲層與外部水流接觸。由于這些流體與儲層中的流體和儲層礦物如粘土、碳酸鹽巖等性質(zhì)不相匹配,往往會發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致儲層滲流能力的下降,從而在不同程度上導(dǎo)致儲層受到傷害。儲層的敏感性一般包括水敏、速敏、鹽敏、酸敏和堿敏。其中,儲層水敏性主要和粘土礦物水化、膨脹、分散和遷移有關(guān)。X油田主要包括Aradeiba、Bentiu、Abugabra三套油層,其中Aradeiba和Bentiu是該區(qū)主力產(chǎn)油層。本文在儲層巖石成分、物性特征和孔隙結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用巖心流動實驗,對X油田主力油層水敏性進(jìn)行了研究,并深入分析了儲層水敏性的形成機理,提出了在注水開發(fā)和鉆完井過程中應(yīng)采取相應(yīng)對策,為油田開發(fā)方案的調(diào)整和改善開發(fā)效果提供地質(zhì)依據(jù)。1儲層的基本特征1.1含礫巖地層Aradeiba地層為曲流河相沉積,埋深1100m左右。儲層主要以粉砂巖和細(xì)砂巖為主,粒徑為0.08～0.4mm,平均粒度中值0.283mm,泥質(zhì)含量較高。部分地區(qū)含礫巖成分。如圖1所示,巖石類型以長石砂巖和次長石砂巖為主。儲層物性較好,孔隙度主要分布在17.4～36.4%,平均為30.6%;滲透率主要分布在40.3×10-3～3577×10-3μm2,平均為921×10-3μm2。壓實程度差到中等;分選中等到好;磨圓程度多為次棱角狀?？紫额愋鸵栽痛紊ｉg孔為主;喉道較粗,平均孔喉半徑2～100μm;顆粒以點接觸為主。粘土礦物含量高,以高嶺石為主,其它粘土礦物少見;高嶺石含量占整個巖石體積的10%～18%。顆粒膠結(jié)非常疏松。1.2儲層及儲層巖石類型Bentiu地層為辮狀河相沉積,埋深1300m左右。儲層主要為細(xì)砂巖,次為含礫中砂巖和粗砂巖,粒徑1.0～2.0mm,平均粒度中值0.367mm,泥質(zhì)含量較高。巖石類型以次長石砂巖和石英砂巖為主(圖1)。與Aradeiba相比,長石含量少,成分成熟度高。儲層物性好,孔隙度主要分布在8.6%～38.2%,平均為29.4%;滲透率主要分布在3.5×10-3～8706×10-3μm2,平均為3162×10-3μm2。壓實程度中等;分選中等;磨圓程度多為次圓狀?？紫额愋鸵栽痛紊ｉg孔為主;喉道較粗,平均孔喉半徑2～100μm;顆粒以點接觸和線接觸為主。粘土礦物含量高,以高嶺石為主,其它粘土礦物少見;高嶺石含量占整個巖石體積的4%～20%。膠結(jié)類型以孔隙膠結(jié)為主,顆粒較為疏松。2儲層水敏實驗儲層中的粘土礦物在地層條件下是處在一定礦化度介質(zhì)條件下的,并與地層水處于平衡狀態(tài)。根據(jù)前人研究成果,當(dāng)?shù)望}度流體進(jìn)入地層后,地層中的某些粘土礦物(如蒙脫石)有可能產(chǎn)生水化膨脹,導(dǎo)致滲透率降低。水敏性就是外來流體進(jìn)入儲層后導(dǎo)致滲透率下降的現(xiàn)象。水敏性評價的目的是評價注入劑對儲層的損害程度,從而為工作液的設(shè)計提供依據(jù),以減少儲層傷害。根據(jù)巖心分析化驗資料,作為對水化膨脹最為敏感的蒙脫石在該儲層內(nèi)并不發(fā)育,但這并不能排除水敏作用會對儲層造成的損傷。由于影響水敏性的因素較多,其中高嶺石在淡水條件下易分散和運移是重要因素之一,因此在該區(qū)開展儲層水敏實驗也是很有必要的。由于地層水其總礦化度約為2000mg/L,屬非常淡的鹽水。為此,在水敏性流動實驗中,配制了總礦化度從80000mg/L至2000mg/L多種氯鹽標(biāo)準(zhǔn)鹽水。該實驗用鹽水及蒸餾水均經(jīng)砂芯漏斗過濾并抽真空脫氣,采用此系列鹽水及經(jīng)過濾的中性白油(10mPa·s/20℃)進(jìn)行了水敏性評價實驗。實驗中,首先測定標(biāo)準(zhǔn)鹽水的滲透率,然后在低速條件下用濃度逐漸降低的鹽水分別驅(qū)替10倍以上并測量滲透率,最后用蒸餾水測量。比較分別注入不同礦化度的水后巖樣滲透率的變化大小,便可得到儲層水敏性的強弱。水敏程度可用水敏指數(shù)來定量表征IW=KL?KWKL(1)ΙW=ΚL-ΚWΚL(1)式中IW為水敏指數(shù);KL為注入地層水后測得的滲透率,10-3μm2;KW為注入蒸餾水后測得的滲透率,10-3μm2。水敏指數(shù)反映了在注入低礦化度水后儲層滲透率下降的的程度,水敏指數(shù)越大,儲層的水敏性越強。表1所示為X油田儲層巖樣水敏性評價表,根據(jù)水敏強度與水敏指數(shù)的關(guān)系,Aradeiba層水敏程度屬強水敏,而Bentiu層水敏程度屬極強水敏。圖2是利用初始礦化度為2000mg/L鹽水進(jìn)行實驗的儲層巖樣水敏性曲線,實線所示為Aradeiba層巖樣,虛線為Bentiu層巖樣,Ks/Ki為注入不同礦化度流體所測滲透率與最高礦化度時所測滲透率的比值。從注入不同礦化度的水后滲透率的變化看,儲層的水敏性還是很強的。對比來看,Bentiu儲層滲透率的傷害更大,水敏指數(shù)比Aradeiba層要高,屬極強水敏。另外在總礦化度初始降低階段,Bentiu儲層滲透率下降相對較緩慢,臨界鹽度小于Aradeiba層。3儲層變形儲層影響因素前人在研究儲層水敏性時認(rèn)為,儲層水敏程度取決于儲層內(nèi)粘土礦物的類型及含量以及外來流體的礦化度,往往會將儲層的水敏現(xiàn)象歸因于低礦化度條件下粘土礦物的膨脹性。在常見粘土礦物中,蒙脫石的膨脹能力最強,其次是伊/蒙混層和綠/蒙混層礦物,而綠泥石和伊利石膨脹能力相對較弱,高嶺石則無膨脹性。但是在本區(qū),Aradeiba和Bentiu層粘土礦物以高嶺石為主(圖1),不含蒙脫石,極少含伊/蒙混層,一些粘土衍射和掃描電鏡分析也驗證了上述結(jié)論。因此造成該區(qū)儲層強水敏的影響因素中應(yīng)當(dāng)排除粘土礦物的膨脹性。根據(jù)巖石物理學(xué)知識,儲層電導(dǎo)與流出液中鹽度有正相關(guān)關(guān)系。在砂巖中用淡水置換鹽水時電導(dǎo)下降與pH值上升是同時發(fā)生的。用淡水置換鹽水時,淡水中氫離子與粘土礦物(如高嶺石)表面的鈉離子進(jìn)行交換,使溶液pH值上升。pH值上升和鹽度下降兩者共同作用,使粘土礦物分散、運移而產(chǎn)生水敏效應(yīng)。從力學(xué)角度來講,高嶺石與砂粒表面之間存在著范德華引力和雙電層斥力。在地層鹽水中,范德華力大于雙電層斥力,故高嶺石能穩(wěn)定地粘附于砂粒表面。當(dāng)?shù)貙欲}水被淡水或低鹽度水置換以后,由于雙電層擴展,高嶺石顆粒與砂粒表面雙電層斥力增加,而使高嶺石從砂粒表面釋放出來。這樣一來,儲層內(nèi)流體礦化度的大幅度降低將減弱顆粒與高嶺石間的結(jié)構(gòu)力,使那些膠結(jié)不好的高嶺石礦物顆粒分離,一些由高嶺石膠結(jié)的石英或長石微粒被拆解。最終這些地層微粒釋放到流體中去,在微粒半徑與喉道半徑相當(dāng)?shù)那闆r下,堵塞孔隙喉道,從而導(dǎo)致儲層滲透率受到傷害。因此沒有膨脹性質(zhì)的高嶺石在淡水中的分散、運移和堵塞孔隙喉道,以及粘土礦物膠結(jié)的石英或長石顆粒拆解、移動,是影響Aradeiba和Bentiu儲層水敏性的主要因素之一。對比Aradeiba和Bentiu儲層的微觀分布特征發(fā)現(xiàn)(圖3),Aradeiba層巖石顆粒之間接觸更為疏松,礦物顆粒之間大多為點狀接觸。高嶺石等粘土礦物除一部分散布于孔隙中或粘附于顆粒表面外,其余部分作為膠結(jié)物對石英或長石顆粒起膠結(jié)固定作用,使得巖石骨架變得穩(wěn)固。一旦這些膠結(jié)物受到溶解或破壞,巖石中的微粒就容易發(fā)生移動,一旦這些微粒大小與喉道半徑相當(dāng)就會堵塞孔隙,使儲層受到傷害。而Bentiu層顆粒接觸相對緊密,顆粒之間多為線狀接觸,高嶺石等粘土礦物絕大部分分布于石英和長石顆粒之間的孔隙中,膠結(jié)類型多為孔隙膠結(jié),這些粘土礦物并沒有對穩(wěn)固顆粒骨架起決定作用;加之Bentiu層的顆粒粒度相對較大,多大于喉道半徑,且可移動性差,因此水敏時堵塞孔隙喉道的主要是從顆粒表面分散出來高嶺石,石英和長石等顆粒并不容易移動和堵塞喉道。由于粘土礦物堵塞喉道比石英或長石顆粒更為致密,從圖2來看,Bentiu層巖樣在礦化度初始下降時滲透率傷害相對較弱,但當(dāng)?shù)V化度降到更低時,滲透率傷害程度超過了Aradeiba層,因此也說明水敏時孔喉堵塞物成分的不同。另外對實驗中巖樣滲透率與水敏指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析時發(fā)現(xiàn)(圖4),Aradeiba層滲透率與水敏指數(shù)近似于正相關(guān)關(guān)系,而Bentiu層則正好相反,二者之間成負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)本區(qū)的經(jīng)驗公式,滲透率與泥質(zhì)含量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨滲透率的不斷變大,儲層泥質(zhì)含量相應(yīng)減小。在Aradeiba層,高滲透率的儲層具有較低的粘土礦物含量,其顆粒結(jié)構(gòu)比較低滲透率的儲層更為疏松,膠結(jié)程度更差,更容易發(fā)生礦物顆粒的分解和堵塞喉道;在Bentiu層,由于堵塞喉道的主要是高嶺石等粘土礦物,對于低滲透、高泥質(zhì)含量的儲層,巖石孔隙之間分布的高嶺石相對較多,所以更容易發(fā)生粘土礦物分散、分解和堵塞喉道。因此,除粘土礦物含量外,巖石顆粒的接觸關(guān)系、膠結(jié)類型、粘土礦物的分布方式、粒度、孔滲等都是影響儲層水敏強弱的重要因素。在今后的開發(fā)過程中,要充分考慮該區(qū)儲層的水敏性,盡量避免低鹽度水或淡水進(jìn)入儲層,考慮到高嶺石為強速敏礦物,因此注水速度不能超過儲層的臨界流速。在鉆井、固井、壓井等開發(fā)工藝施工時,可加入適量的粘土穩(wěn)定劑,抑制粘土礦物的分散,從而降低水敏對儲層的傷害。4礦物顆粒與高嶺石間的水敏(1)實驗結(jié)果表明,Aradeiba和Bentiu儲層在不含有膨脹性粘土礦物的情況下,存在強水敏性,儲層內(nèi)流體礦化度的大幅度降低將減弱顆粒與高嶺石間的結(jié)