鄂尔多斯盆地镇北地区低渗储层敏感性评价

鄂尔多斯盆地镇北地区低渗储层敏感性评价

0低渗透储层敏感性评价低渗透油田是中国油气发展的重要目标。鄂尔多斯盆地三叠系延长组油藏为典型的低渗透油藏。近年来,随着该盆地低渗储层研究的深入,在盆地内发现了大量渗透率更低的低渗储层,其有效渗透率一般为(1~3)×10-3μm2,部分学者称其为超低渗储层。与常规中、低渗储层相比,该类储层具有低启动压力、非达西流及极强敏感性的特点,在生产动态上均呈现出初期试油高产,但随后产能下降快,单井产量递减大的特征。该类超低渗透油藏的开发前景尚不明朗,如何实现其高效、快速开发,是现阶段油田开发面临的主要挑战。储层敏感性评价及机理研究是储层表征、储层保护及地层损害评价的重要内容,同时也是制约低渗储层高效开发的关键性因素。对于常规中、低渗储层敏感性的研究,众多学者针对不同地区、不同油藏类型的储层,做了大量岩心流动实验,并总结、分析了其敏感性特征。在低渗透储层敏感性成因机理研究方面,国内外也取得了一定认识[11,12,13,14,15,16,17],然而,有关超低渗储层敏感性研究的报道较少,尤其对应力敏感性研究尚很欠缺。镇北地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中西部,为浅水河控三角洲沉积平原亚相,分流河道汇聚形成了厚砂体发育区,在差异压实作用下形成了局部小高点和鼻状隆起带,进而形成了构造岩性复合油藏。通过对185个样品进行物性分析,结果表明,延长组长3段砂岩储层平均孔隙度为13.24%,平均渗透率为1.350×10-3μm2,为典型的超低渗储层。目前注水开发中面临的储层敏感性问题越来越突出,迫切需要弄清其详细特点。1测量精度要求与常规的中、高渗透储层相比,低渗、超低渗储层敏感性流动实验对装置的测量精度要求更高,测试过程中要求的流量更低。参照《SY/T5358—2002储层敏感性流动实验评价方法》进行了镇北地区储层敏感性流动实验。1.1岩心渗透率调查水敏性实验首先用地层水或模拟地层水流过岩心,其次用矿化度为地层水一半的盐水(即次地层水)流过岩心,最后用去离子水(蒸馏水)流过岩心。在上述每一阶段结束后,分别测定不同流体对岩心渗透率的影响程度,并分析岩心水敏强弱程度。本次水敏实验测试结果(见表1)分析表明,储层水敏程度总体表现为弱水敏。1.2速度对岩石渗透率的影响速敏性实验采用不同的注入速度(从小到大),向岩心注入地层水,并且在不同注入速度下测定岩石的渗透率,最后编绘注入速度与渗透率变化关系曲线,据此判断岩石对流速的敏感性程度。本次速敏实验最大测试压力值为13.2MPa,最终渗透率损害率为8.15%,测试结果表明,储层速敏程度总体为弱(见表2)。1.3实验用水渗透率以初始岩样的地层水渗透率为基础,反向注入0.5~1.0PV的酸,然后再进行地层水驱替。分析对比岩样注酸前后地层水渗透率的变化幅度,来判断储层酸敏性的强弱。本次实验用质量分数为15%的盐酸,包括注酸在内反应时间为1h,注酸体积均为1.0PV。实验液样采用KCl盐水,液样矿化度为87200mg/L,黏度为0.990mPa·s。酸敏实验测试结果表明,储层呈极强酸敏的特点(见表3)。1.4流体盐度对岩相渗透率的影响在该实验中,根据地层水水型及矿化度,按照盐度减半的顺序分别配制出不同的盐水,并按盐度由高到低将其依次注入岩心中,同时分别测定不同盐度盐水通过岩石样品时的渗透率。当流体盐度递减至某一值时,岩样渗透率下降幅度较大,这一盐度即为临界盐度(临界矿化度),该参数对注水开发中注入水的选择和调整有一定意义。总体看,储集岩为弱盐敏,临界矿化度为43600mg/L,盐敏指数为15.8%(见表4)。1.5储层渗透率变化规律应力敏感性是指岩石所受围压改变时,孔喉发生变形、微裂缝张开或闭合,从而导致岩石渗流能力变化的性质。实验选用LDY-Ⅲ型岩心流动实验仪,该仪器实验压力最高为32MPa,液体流量范围0.01~10.00mL/min,气体流量0.01~300.00mL/min。实验过程中,对具有代表性的岩心柱,首先逐渐提高围压至原始地层压力,模拟地下岩石在加压至原始地层压力过程中的渗透率变化;随后保持压力不变,稳定2~4h;最后逐渐降低围压,测定岩石的渗透率。实验中应力的递增和递减2种变化,分别对应实际生产中地层压力上升和下降的过程,实验中储层渗透率变化及其不可逆程度的模拟,具有较强的理论和实践意义。实验结果(见图1)表明,镇北地区长3段岩石最大渗透率损害率为60.40%,不可逆渗透率损害率为40.80%,应力敏感程度为中等偏强。对于低渗透储层,其渗透率受到损害后,其中40.80%的渗透率不能恢复,将对产能和后续开发产生重大影响,因而对于低渗储层,更应关注压力敏感性带来的伤害。2层的特点表15种敏感性实验测试结果表明,镇北地区长3储层具有弱水敏、弱速敏、弱盐敏、中等偏强压敏和极强酸敏的特点。探讨其敏感性产生的原因及影响,对油气田今后持续有效开发具有重要意义。2.1不同层系黏土矿物在油气田开发过程中,外来流体的性质差异引起储层黏土矿物的吸水膨胀、物理吸附、化学胶结、沉淀作用,导致低渗透储层孔隙变小、喉道堵塞、渗透率明显降低;流体注入速度差异,导致不稳定颗粒产生微粒运移,形成桥塞,最终导致储层储集性能变差。因此,黏土矿物是储层产生敏感性的关键因素,弄清黏土矿物的体积分数、类型及产状,是敏感性研究的重要内容。大量电镜扫描照片(见图2)观察表明,研究区高岭石呈蠕虫状、书页状充填孔隙(见图2a、图2b);绿泥石一般呈针叶状薄膜式生长于颗粒表面(见图2c);丝发状伊利石主要以搭桥式充填细小喉道间(见图2d);不规则片状伊利石主要以孔隙衬垫、薄膜式分布于长石颗粒表面或边缘。一般而言,高岭石易发生微粒运移,产生速敏;伊利石产生速敏及水敏;蒙脱石产生强水敏;绿泥石产生酸敏;混层黏土则介于单组分敏感性之间。通过分析黏土矿物产状对储层的敏感性伤害程度认为,搭桥式大于薄膜式,薄膜式大于孔隙充填式。X衍射分析结果表明(见表5),镇北地区黏土矿物主要由高岭石、绿泥石、伊利石及伊/蒙混层组成,蒙脱石不发育。由于蒙脱石膨胀性最强,而研究区蒙脱石并不发育,引起膨胀的黏土主要为伊/蒙混层,并且其含量也相对较低;因而镇北地区长3储层黏土矿物呈弱水敏特征。研究区低渗透砂岩储层主要成岩阶段为中成岩A期,在强烈的成岩过程中,骨架颗粒之间黏合相对牢固,粒间孔隙多被高岭石黏土矿物半充填。高岭石一般为蠕虫状、书页状,胶结方式为孔隙充填式(见图2a、图2b)。在流体实验中,部分颗粒随着流体的冲刷,产生运移,因而长3储层呈弱速敏特征。2.2x衍射及能谱分析酸敏实验数据表明储层酸敏程度大。强酸敏的根本原因在于研究区砂岩储层样品中碳酸盐胶结物体积分数较高(见图2e),碳酸盐胶结物的溶解造成石英、长石等颗粒松散脱离,易阻塞喉道。再者,X衍射及能谱分析结果表明,黏土矿物中铁绿泥石体积分数较高(见图2c、图2b、图2g、图2h),其矿物能谱分析见表6。绿泥石与酸反应释放Fe2+,易生成Fe(OH)3沉淀或SiO2沉淀凝胶体,堵塞喉道。此外,方解石、白云石(见图2f)、钙长石等均为含钙高的矿物,它们与氢氟酸发生反应生成CaF2沉淀及非晶质SiO2沉淀,并堵塞喉道。2.3储层压敏性影响储层渗透率低渗透油气藏由于储层本身的孔渗性很差,因此在投产前多数都实施过大规模压裂改造,所形成的压裂缝与天然微裂缝一起成为低渗透储层有效的渗流通道。裂缝渗透率计算公式为式中:K为裂缝渗透率,10-3μm2;b为裂缝宽度,mm;准为裂缝孔隙度。式(1)表明,裂缝渗透率与裂缝宽度呈指数相关,而与裂缝孔隙度呈线性相关。一般来讲,裂缝宽度受岩石有效应力的影响,上覆有效应力增大,裂缝宽度变小,渗透率至少下降2倍。文献调研表明:在低有效应力阶段,裂缝呈较强应力敏感特征;有效应力逐渐增大时,其应力敏感性逐渐减弱,直至油相渗透率、水力学开度和传导系数趋于常数。孔隙型岩心的应力敏感性小于裂缝型岩心,而天然裂缝型岩心的应力敏感性小于人造裂缝型岩心,且人造裂缝型岩心受应力作用发生渗透率损害后,其损害过程几乎不可逆。储层压敏性对低孔、低渗储层有很大影响:一方面,由于地层压力的降低,原来开启的微裂缝闭合及喉道直径缩小,导致储层渗透率降低,从而致使油井的产能降低;另一方面,储层渗透率受到损害后,其中40.80%的渗透率是不能恢复的。因此,在生产过程中,要重点监测油藏地层压力的变化,避免因注采比偏小、地层压力减小、上覆压力增加而产生应力敏感,进而对油气藏采收率产生不利影响。3试验存在的问题和改进方向3.1储层渗透率实验研究常规储层敏感性实验的依据是达西定律,它通过测量一定条件下注入不同实验流体前、后岩样的渗透率,以渗透率的降低幅度来评价储层渗透率损害的程度。室内岩心应力敏感性评价时,仪器与设备的精度、加载与卸载方式、实验用流体类型及各种人为因素等都会对评价结果产生影响,其中岩心密封套在高压、高温条件下的密闭性会对实验结果产生较大影响。此外,实验过程中模拟真实油藏的温度、压力场及水介质条件等,都需要进一步改进。3.2采用低渗储层的数据选取点由于低渗储层应力敏感性具有特殊性,实验数据处理及评价标准仍存在较大争议。目前实验过程没有考虑油气藏的原始地层压力及原地应力,也没考虑超低渗储层的低启动压力与非达西流的情况,因此,在实验中,如何评价选取数据、区分非达西流实验样品点及受敏感性影响的数据点,是值得关注的问题。选取不同的数据点作为计算渗透率损害率的基准点,计算出来的结果偏差很大,不便于分析对比。由此可见,任何评价结果都要建立在准确的室内分析数据及统一评价标准基础上,因此,建立特低渗、超低渗储层敏感性评价标准很有意义。4低渗储层岩石力学特性1)流动实验表明,镇北地区长3储层具有弱水敏、弱速敏、弱盐敏、中等偏强压敏和极强酸敏等特点。2)通过分析该区超低渗储层敏感性机理认为,蒙脱石不发育,蠕虫状、书页状的高岭石及丝发状伊利石是形成弱水敏的原因。此外,孔隙间多为高岭石充填