遼河油田X塊胍膠壓裂液與儲層適應性評價

張向宇 張 宏 蔣美忠 魯印龍

(中國石油遼河油田公司勘探開發研究院, 遼寧 盤錦 124010)

0 前 言

由于致密儲層具有物性較差、孔喉細小等特征,采用常規方式難以實現效益開發,因此，實踐中多采用水平井和大體積壓裂技術對其進行改造[1-5]。壓裂液通?？煞譃樗鶋毫岩?、油基壓裂液和二氧化碳壓裂液等[6]。水基壓裂液又分為胍膠壓裂液、滑溜水壓裂液、清潔壓裂液等，目前應用均較為廣泛。致密儲層具有非均質性強、黏土含量高的特點,在壓裂施工過程中會有大量壓裂液進入儲層,并長期滯留在地層中[7]，由此給儲層帶來各種傷害[8-12]。這些儲層傷害不但不利于單井改造,而且會直接影響油氣藏的整體開發[13]。

壓裂液對儲層的傷害主要表現為固相損害和液相損害[14]。固相損害，主要是指壓裂液破膠后殘留的聚合物和固體顆粒堵塞孔道，導致儲層的滲透性下降；液相損害，主要是指壓裂液侵入引起儲層敏感性傷害，導致油相滲透性下降。壓裂效果不理想，通常是由于固相損害和液相損害的綜合作用所致。

本次研究將基于黏土礦物含量、孔隙結構、儲層敏感性等方面分析，評價遼寧油田X塊儲層壓裂液對儲層滲透率的傷害，為進一步提高壓裂效果提供參考。

1 研究區儲層影響因素分析

研究區地層自下而上依次分為太古界、元古界、新生界,以及古近系房身泡組、沙河街組(包括沙四段、沙三段、沙一段)、東營組、新近系館陶組、第四系平原組。其中，沙四下亞段Ⅰ油組是研究區的主要目的層。區內儲層的巖性較為復雜，主要含角礫巖、砂礫巖、細砂巖等。此外，儲層具特低孔、特低滲特征，孔隙度平均為9.8%，滲透率平均為1.920 ×10-3μm2，需進行壓裂開發。

1.1 黏土礦物含量及潛在敏感性

應用掃描電鏡和X射線衍射儀對研究區儲層中的黏土礦物含量及潛在敏感性進行了分析。結果顯示，目的層位黏土礦物的體積分數一般低于10%(平均為8.2%)，其中包含伊蒙混層(占比為34.3%)、伊利石(占比為9.6%)、高嶺石(占比為34.1%)、綠泥石(占比為22.0%)，混層比約24.7%。黏土礦物的分布特征如圖1所示。

圖1 目的層黏土礦物

(1) 伊蒙混層、伊利石呈粒表襯墊式和粒間搭橋式分布。伊蒙混層占比為22.0%～49.0%，平均34.3%； 伊利石占比為7.0%～13.0%，平均9.6%。

(2) 高嶺石多呈孔隙充填式分布，其占比為17.0%～48.0%，平均34.1%。

(3) 綠泥石多呈粒表襯墊式分布，其占比為13.0%～35.0%，平均22.0%。

同時，儲層具有潛在的水敏和速敏傷害特征。

1.2 孔隙結構

對13塊樣品進行壓汞試驗研究，從而獲得儲集空間類型及孔隙結構特征(見圖2)。 儲集空間的類型以殘余粒間孔、貼?？p、顆?？p為主，其次為溶蝕孔隙、微孔隙?？紫督Y構特征為：最大汞飽和度多介于40%～70%，最高可達90%；退汞效率變化較大，介于20%～80%；孔喉半徑主要分布于0.1～1.0 μm；均質系數多小于0.25，屬于微喉不均勻型。

圖2 孔隙結構特征

1.3 儲層敏感性

從目的層取8塊巖心，對其進行水、鹽、酸及堿敏性分析，評價結果如表1所示?？梢钥闯?，水敏性為中等偏弱 — 中等偏強，臨界鹽度為4 000～5 000 mg/L，臨界pH為8.50，酸敏性為中等偏弱。

表1 敏感性評價結果

2 壓裂液靜態評價

2.1 壓裂液的水質

壓裂液樣品為水基胍膠型壓裂液破膠后的破膠液，其水質分析結果如表2所示。破膠液的總礦化度為11 235 mg/L，遠大于臨界鹽度，對儲層產生的鹽敏性傷害較為微弱。由于大量一價陽離子的加入會導致壓裂液的成本增加，因此在考慮防膨脹問題時應合理加入一價陽離子防膨劑，嚴格控制其用量。壓裂液的pH為9.15，稍大于臨界值。由于儲層堿敏性礦物含量較少，因此其堿敏性傷害較弱。

表2 壓裂液水質分析結果

2.2 壓裂液與儲層流體的配伍性

2.3 破膠液的性能

破膠液為淡黃色的透明溶液，其黏度為1.81 mPa·s，密度為1.22 g/cm3，符合《壓裂液通用技術條件》(SY/T 6376 — 2018)中關于破膠后壓裂液的黏度和密度標準要求。破膠液的殘渣粒徑介于3～200 μm，粒徑中值為37.0 μm，大于基質孔喉的半徑(0.1～1.0 μm)。破膠液的殘渣不會進入基質對其產生固相傷害[20]，但容易對裂縫產生傷害，且破膠液中的聚合物有可能造成滲透率傷害。

3 壓裂液動態傷害評價

3.1 實驗方法

通過實驗進一步研究壓裂液在動態過程中對儲層的傷害，滲透率傷害程度的評價標準如表3所示。首先，按照正向注水→正向注壓裂液→反向注水的步驟進行實驗操作，記錄各階段的數據；然后，計算儲層的滲透率傷害率，據此評價壓裂液對儲層的傷害程度。

表3 滲透率傷害程度的評價標準

儲層滲透率傷害率的計算，如式(1)所示：

(1)

式中：I—— 滲透率傷害率，%；

Koi—— 巖心初始水相滲透率，10-3μm2；

Kli—— 注壓裂液后的巖心水相滲透率，10-3μm2。

3.2 動態傷害評價結果

(1) 基質水相動態傷害，主要指壓裂液對儲層基質滲透率的綜合傷害。通過基質水相動態傷害評價曲線(見圖3)可以看出，當注入壓裂液后，基質滲透率傷害率約為21.88%。這屬于弱傷害。

圖3 基質水相動態傷害評價曲線

(2) 裂縫水相動態傷害，主要指壓裂液中的殘渣和聚合物對儲層裂縫滲透率的綜合傷害。實驗中的裂縫為人造貫通縫，造縫后在裂縫表面鋪撒石英砂并用生料帶纏繞。通過裂縫水相動態傷害評價曲線(見圖4)可以看出，當注入壓裂液后，裂縫滲透率傷害率約為36.45%。這屬于中等偏弱傷害。

圖4 裂縫水相動態傷害評價曲線

4 主要傷害因素及傷害機理分析

從前述評價結果可以看出，壓裂液對儲層的敏感性傷害較小。將壓裂液破膠液離心后取上層清液注入巖心，并進行掃描電鏡分析，結果如圖5所示。從中可以看出，巖心內部礦物表面干凈，孔隙內部未見微粒膨脹、分散及堵塞現象。由此可見，壓裂液對儲層的傷害主要源自破膠后聚合物和殘渣造成的儲層堵塞。

圖5 壓裂液破膠液離心后上層清液注入巖心后電鏡掃描圖片

壓裂液中的聚合物呈致密網狀或鏈狀，進入巖心后吸附能力較強，會有一部分吸附在巖心內部(見圖6)。

圖6 聚合物在巖心內部吸附滯留現象

壓裂液對基質的傷害主要表現為聚合物吸附，這一點可通過巖心出入口壓裂液中聚合物的質量濃度測定結果差異來證實，如表4所示。

表4 壓裂液中聚合物的質量濃度測定結果

壓裂液對裂縫的傷害主要源自破膠后造成的殘渣堵塞和聚合物吸附滯留，如圖7所示。

圖7 裂縫表面的聚合物吸附和破膠液殘渣堵塞現象

5 結 語

基于黏土礦物含量、孔隙結構、儲層敏感性等方面分析，針對遼寧油田X塊儲層所用胍膠壓裂液對儲層滲透率的傷害程度及其主要傷害因素進行了評價。研究結果表明：胍膠壓裂液對X塊儲層基質的傷害為弱傷害，對裂縫的傷害為中等偏弱傷害；胍膠壓裂液對基質的傷害主要源自破膠液中殘留的聚合物，對裂縫的傷害主要源自破膠液中殘留的聚合物和殘渣。因此，建議增強破膠性能，以減少破膠液中殘留的聚合物和殘渣，削弱其對儲層的傷害，從而提升壓裂效果。此外，還應根據臨界鹽度評價結果，適當控制一價陽離子防膨劑的加入量，以節約配方成本。