保护油气层技术是一项系统工程,它贯穿在地质、钻井、固井、测井、射孔、酸化、压裂、试油、采油(气)、修井、注水等作业的全过程中,每一项作业都应该重视保护油气层,否则便会造成油气层伤害。完井过程中保护油气层实用技术是:选择适当的完井方式。对于射孔完井则采用优质射孔液,大孔径、合理密度、深穿透优化射孔参数等。对于需要压裂、酸化完井的油气层,压裂液、酸液配方针对地层特点,经室内筛选优化确定;气层压裂酸化破胶水化要控制好,应加助排剂,作好返排工艺措施,必要或有条件时采用液氮助排;加入黏土稳定剂。
3.5.2.1 塔河六区储层保护
(1)储层敏感性分析
1)速敏评价实验。本实验以不同的注入速度向岩心注入实验流体(水或煤油),并测定各注入速度下的岩心伤害率,从注入速度与渗透率的变化规律,判断油气层岩心对流速的敏感性。速敏评价结果见表3-17。
表3-17 某井10#岩心速敏实验结果
速敏实验曲线见图3-169。
从表3-17和图3-169看出:该岩心渗透率损害率最大只有9.5%,因此断定6区储层基本无速敏。
2)水敏评价实验。先用模拟地层水测定岩心渗透率,再用次地层水测定岩心渗透率,最后用淡水(去离子水)测定岩心渗透率,计算淡水引起岩心中黏土矿化物的水化膨胀及造成的损害程度。实验结果见表3-18。
图3-169 某井10#岩心速敏实验曲线
从表3-18看出:该储层存在弱水敏,原因可能在于储层岩心中含有极少量的黏土矿物,尤其是水敏性矿物,如蒙脱石矿物等。
表3-18 某井12#岩心水敏实验结果
3)盐敏评价实验。通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水,并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率,根据渗透率随矿化度的变化情况评价盐敏损害程度,并确定盐敏临界矿化度。实验结果见表3-19。
表3-19 某井7#岩心盐敏试验结果
根据盐敏实验结果可以判断,7#岩心盐敏程度不大,其盐敏临界矿化度为80000mg/L。
4)碱敏评价实验。地层水pH值一般呈现中性或弱碱性,而大多数钻井液和水泥浆的pH值在8~12之间。当高pH值流体进入油气层后,将造成油气层中黏土矿化物和硅质胶结物的结构破坏而释放微粒,引起油气层的堵塞损害。此外,大量氢氧根与某些二价离子结合会生成不溶物,也会造成油气层的堵塞损害。实验结果见表3-20。
表3-20 某井1#岩心碱敏实验结果
由实验结果可见,随着pH值升高,岩心渗透率变化不大,表明该区块无碱敏。
5)酸敏评价实验。油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象。用盐酸、土酸与岩心实验结果见表3-21。
表3-21 某井6#和12#岩心酸敏实验结果
从实验结果可以看出:6#岩心的酸敏性很弱,说明该块岩心适合于用盐酸对其进行解堵处理;12#岩心的酸敏性呈中等水平,表明该块岩心不适合于用土酸对其渗透率进行恢复处理。
6)应力敏感性分析。本试验利用塔河6区天然裂缝性岩心评价该区应力敏感性损害程度。试验采用定排量增加有效应力的方法,测定岩心在有效应力不断升高条件下渗透率变化规律。然后再降低有效应力,测定岩心的渗透率恢复情况。试验温度为室温,驱替介质为200000mg/L的NaCl盐水。试验结果见表3-22,表3-23。
表3-22 应力敏感性损害试验数据表(σ升高)
表3-23 应力敏感性损害试验数据表(σ降低)
由图3-170看出:随着有效应力增加,试验岩心渗透率呈下降的趋势,总体表现为先急后缓的趋势。在有效应力为5.37MPa以前的区域内,单位岩心渗透率随着有效应力的增大呈现出剧烈的下降(0.423×10-3μm2/MPa);在有效应力为5.37MPa以后的区域内,岩心渗透率随着有效应力的增加,下降趋势明显变缓(0.066×10-3μm2/MPa);当达到本试验最大有效应力14.67MPa时,岩心的损害率为73.27%。
图3-170 有效应力对渗透率的影响
由表3-23看出:当有效应力降低后,岩心渗透率得到一定程度的恢复,本试验岩心渗透率最高恢复率只有36.87%。
综上所述:塔河油田6区油藏表现为无速敏,弱水敏,无盐敏、碱敏、酸敏。且储层表现为强应力敏,最大损害率达73.27%,最大恢复率达36.87%,裂缝闭合拐点54MPa。
(2)油层损害因素分析及油层保护技术
油层损害主要受孔隙、裂缝、洞孔间系统的控制,其储层损害有以下几点:
1)酸压解堵过程中,酸液与岩石发生反应生产酸渣而堵塞地层。
2)裂缝宽度小于100μm的微缝约占70.47%,入井液中的固相颗粒进入到储层微缝而堵塞油层。
3)碳酸盐岩缝缝洞洞流道表面比较光滑,增大油层深部损害。
4)储层存在强应力敏,渗透率的减少将难以得到恢复。
由于奥陶系油藏为裂缝-溶洞型、裂缝-孔洞型、裂缝型为主,其渗透率在数百至数千毫达西之间变化。分析产油方式为:孔洞储油-裂缝产油、溶洞储油-裂缝产油、多裂缝连通产油,因而有效保持裂缝的有效条数和开度是油层保护的重中之重,因此完井过程中采取的保护措施是:
1)塔河油田6区奥陶系油藏岩石坚固致密,在原始地应力不被破坏的情况下,井眼稳定,故选择以裸眼完井方式为主。另外,考虑该油藏含油层段长,油层之间物性差异大,开发后期需要进行堵水、压裂、酸化等工艺,部分井采用尾管固井完井方式。
2)射孔完井时采用负压射孔,射孔负压值为3~5MPa。射孔液基液采用高矿化度盐水或处理后的油田污水,悬浮固相颗粒含量≤5mg/L,粒径中值≤3μm。
3)作业压井、洗井循环时所有入井液其矿化度要高于80000mg/L,以防止因入井液与地层水不配伍造成的垢沉淀而堵塞裂缝。稠油井入井液温度要高于80℃,防止稠油冷却凝固以及产生胶质、沥青质沉淀堵塞地层。
4)用前置液HGRJ进行酸压时,120℃时黏度保持为85mPa·s,以减少滤失,在挤注完凝胶酸后即迅速破胶,破胶率不低于98%,使用的HGRJ残渣余量小于5%~7%。
5)由于6号区块奥陶系油藏裂缝应力敏感性强,试验证明当地层压力降至54MPa裂缝出现闭合拐点,因而生产过程中压差控制在2~3MPa以内,以防止过大造成地层中裂缝渗透率下降的不可逆伤害。
3.5.2.2 塔中奥陶系碳酸盐岩储层敏感性研究
塔中奥陶系碳酸盐岩储层是塔里木油田的一种特殊油气藏,成藏条件复杂。随着油气勘探开发的深入,由于其特殊的地质特征和较强的敏感性,常常影响油气勘探和油井正常生产。为此,中油塔里木油田分公司联合石油大学(北京)和西安石油大学通过室内实验,分析该储层造成伤害的主要因素、伤害机理和伤害程度,提出相应的储层保护对策。
(1)储层敏感性评价实验与伤害机理
1)速敏。塔中奥陶系储层中黏土杂基矿物含量较高,类型复杂,在岩石中与碳酸盐矿物共生。在流体动力作用下,黏土杂基矿物暴露,失去结晶碳酸盐矿物的黏结保护,随流体一起运移。由于裂缝弯曲多变,宽窄不一,流体容易发生流速和流态变化,在裂缝的某一部分产生冲刷剥蚀,在另一部分产生沉淀。当微裂缝细小、沉淀物堵塞有效流动通道时,岩样渗透率将丧失,产生储层伤害。
储层岩心速敏伤害实验结果见表3-24,储层属于中偏强—强速敏,平均伤害率0.73,临界流速为50.88~57.48m/d。
2)水敏、盐敏。水敏矿物含量的多少与种类是储层水敏、盐敏的物质基础。塔中奥陶系碳酸盐岩储层微裂缝中存在泥质、灰质等胶态矿物,入井流体与微裂缝周围的泥质矿物接触,由于这些矿物的强吸水性,势必导致隐晶质和胶态黏土、灰泥等吸水后膨胀,使本来极小的孔隙更小,束缚水饱和度加大,导致渗透率急剧降低。同时,由于吸水后泥质矿物膨胀解体,微粒发生运移,堵塞微裂缝,导致渗透率降低。
储层孔隙结构极差,水锁伤害将大大超过水敏伤害。水锁伤害机理为:①液相聚集或滞留;②水锁效应产生附加毛细管力;③矿物表面水膜增加了水溶液的极性,双电层使流体与孔隙表面的力的性质发生明显变化,使毛细管力转化为静电引力和分子间力,油滴、气泡不易克服这种静电引力通过孔喉,从而造成永久性伤害;④基块孔喉的排驱压力使储层中的油气不易运移,因此容易发生水锁、水堵等地层伤害。
表3-24 岩心速敏实验结果
模拟地层水矿化度为149.6g/L。从储层岩心水敏及盐敏实验结果(表3-25)可知,在纯水条件下,储层属强伤害,临界矿化度为地层水总矿化度。因此,入井流体矿化度不能低于地层水总矿化度,否则可能对储层造成强伤害。
表3-25 岩心水敏及盐敏实验结果
3)酸敏。储层中大量泥质矿物与碳酸盐矿物混生,形成小孔微细喉道,储层物性差,但在人工造缝后渗透率大大提高。由于人工裂缝宽度较大,虽然岩石中存在大量泥质矿物,在碳酸盐矿物被酸溶解后,黏土矿物得以释放,形成微粒。但这些微粒和新形成的胶体微粒的大小不足以堵塞裂缝,可以从微裂缝中顺利排出。酸液增大了微裂缝的宽度,使得储层渗透率大大提高。实验结果表明,合适的酸压可以有效地提高碳酸盐岩储层油气产能。
由储层岩心酸敏实验结果可知,储层基本无酸敏(表3-26)。
表3-26 岩心酸敏实验结果
4)碱敏。储层岩石裂缝中和基体中含有大量碱敏矿物泥质、云泥、灰泥,这些物质在强碱性环境中极不稳定。强碱性水溶液会破坏泥质硅酸盐矿物和碳酸盐矿物,并使它们解体,形成各种不溶胶态物质,堵塞孔隙喉道,使渗透率大大降低。
由储层岩心碱敏实验结果可知,储层属弱碱敏-中偏弱碱敏(表3-27)。
表3-27 岩心碱敏实验结果
5)应力敏感。储层灰质软,碎屑岩屑含量高,岩石具有塑性,在强压下颗粒容易发生粒间滑动,使岩石发生整体流变。岩块可能沿裂缝壁滑移,改变岩石孔喉网络结构,使原先开放的裂缝闭合,从而导致储层渗透率的减小。
从不同岩心在升压时渗透率比值变化中可知,储层在加压时渗透率明显降低,为强应力敏感性储层。
(2)结论
1)塔中奥陶系碳酸盐岩储层是以微孔、微喉和微裂缝为特征的裂缝性油气藏。储层基体以各种微孔隙、晶间孔、粒间孔、溶蚀孔隙为主,裂缝以构造微裂缝、压溶缝和构造溶蚀缝为主,储层岩石矿物具强亲水性,地层压力不足。
2)敏感性实验结果表明,储层具强速敏、强水敏及盐敏、强应力敏、弱—中强碱敏、无酸敏。
3)水锁、速敏、水敏及盐敏、应力敏对储层岩石渗透率伤害均较大,碱敏也会对储层造成一定伤害。要保持油气藏稳产高产,首先应设法保护地层压力。由于酸性入井流体不会对储层造成伤害,合适的酸压可以有效地提高碳酸盐岩储层油气产能。