某盆地储层敏感性特征研究
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哈尔滨工程大学
硕士学位论文
某盆地储层敏感性特征研究
姓名:彭柏群
申请学位级别:硕士
专业:应用化学
指导教师:张密林
20030301
摘要
本文根据某盆地大量现场施工资料,选取20口井的岩心,进行了其粘十矿物组成分析、岩心薄片形貌及结构分析,以及敏感性特征分析。
通过对储层岩矿特征、孔隙结构特征和物性特征分析,证明盆地的多数井段储集层含油、气性较差,仅少数井段较好。
根据粘十矿物的基本结构,结合粘土的水化膨胀、絮凝、分散情况,从理论上分析了粘士矿物对油层潜在的损害方式。通过大量的粘土矿物分析数据,表明盆地粘十矿物在纵向上由浅到深的变化规律是:蒙皂石一高岭石组合(以蒙皂石为主)、高岭石一蒙皂石组合(以高岭石为主)、高岭石一伊利石组合(以高岭石为主)、伊利石一高岭石组合(以伊利石为主)、伊利石一绿泥石组合。根据这些结果得出粘土矿物在盆地的浅层主要以膨胀的形式损害储层:在中层,主要以微粒运移的形式损害储层;在深层,主要以微粒运移和酸敏的形式损害储层。
储层敏感性实验研究证明,盆地的速敏性为弱到中速敏,水敏性第。和第三凹陷较强,而第二凹陷的水敏性相对较弱;酸化研究表明,现场目前使用的几种酸型配比不适合对该盆地进行酸化改造,必须探索新的酸化途径和配方。
由敏感性实验证明,整个盆地的敏感性主要以水敏和速敏为主,因此
本文的储层敏感性研究为油层保护提出如下解决方案:第一凹陷水敏性较强,要特别注意防止粘上矿物的水化膨胀:第二凹陷速敏性较强,要注意防止微粒迁移:第三凹陷渗透性较差,应以压裂改造为主。
关键词:粘土矿物储层敏感性油层保护速敏水敏
ABSTRACT
Thispaperisbasedonagreatdealofon-the—spotdatainsomebasins.Logcoresfromtwentywellsareselectedtoperformclaymineralcompositionanalysis,shapeandstructureofslicecoreanalysis,andsensitivityanalysis.
ThroeIghanalyzingrockfeature,porestructurefeatureandphysicalfeatureofreservoiLitturnsoutthattheoilandgaspotentialinmostwellintervalsisbadandonlyafewwellintervalsaregood.
Basedonbasicstructure,connectedwithhydrousexpansion,flocculateanddisintegration,thepotentialmethodbywhichclaymineraldoesdamagetoreservoirisanalyzedtheoretically.Throughmuchclaymineralanalysis,itschangingregularityisshownfromshallowtodeepverticallNi.e.:smectite--kaolinitecombination(mainlysmectite),kaolinite--smectitecombination(mainlykaolinite),kaolinite—illitecombination(mainlykaolinite),illite—kaolinitecombination(mainlyillite),itlite—chloritecombination.Soitisconcludedthatintheshallowlayer,claymineraldoesdamagetoreservoirbymeansofexpansion,inthemiddlelayerbymeansofparticulatetransmit,inthedeeplayerbymeansofparticulatetransmitandacidsensitivitN
Thereservoirsensitivitytestturnsoutthatthevelocitysensitivityofthebasinisweaktomedium,watersensitivityisstronginfirstsagandthirdsagandweakinthesecondsag.Acidtreatmentindicatesthatseveraltypesofacidonthespotareunfitforacidstimulationinthebasinanditisnecessarytodiscovernewacidtreatmentmethodandprescription.
Thereservoirsensitivitytestturnsoutthatthewholebasinismainlywater
sensitivityandvelocitysensitivity.Sotheresearchofreservoirsensitivityinthis
follows.WatersensitivityofthefirstsagispapergivesortieSolvingSchemesas
strong,especiallyhydrousexpansionofclaymineral;velocitysensitivityofthesecondsagisstrong,preventingparticulatetransmit;permeabilityofthethirdsagisbad.todofracturetreatmentmainly.
Keywords:Claymineral,Reservoirsensitivity,ReservoirpreservatmnVelocitysensitivity,Watersensitivity
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第1章绪论
1.1概述
石油工业一诞生在客观上就存在油层伤害和保护问题,油层伤害不仅损失油气资源,提高生产成本,对石油天然气工业来说也是一个非常复杂而严重的问题“。51。在油气层被打开前,地层中矿物及流体基本上处于一种物理的、化学的、热动力学的、水动力学的平衡状态。钻井、完井、采油等作业都可能破坏这种平衡,导致油层伤害。
油层伤害的原因是多方面的,也是极其复杂的,综合起来有以下几个方面:
1、在油井建成(钻井、完井、修井、增产作业)和开采的每一阶段,都可能产生油层伤害。
2、在各种井下作业工程中,工作液中的固相颗粒对油层的堵塞。
3、外来流体与地层流体不配伍造成的伤害。
4、入浸的滤液与地层流体的化学反应造成的伤害。
5、外来流体与地层中原油乳化,使流体粘度增加,降低了流体的自由流动能力。
根据这些因素,油层保护主要从下面几个方面考虑:
1、不浚进入的外来流体(包括它的滤液)和固相颗粒,要尽量保证不进入或少进入油层。
2、必须进入的流体(如酸化液、压裂液、注入水等),应与储层有较好的配伍性,尽可能采用无固相工作液。
3、凡进入地层的工作液、固相颗粒,可以用化学方法(酸蚀、酸化)或
物理方法(如射孔)解堵、排液。
4、尽量减少施工过程中的事故。
5、保护油层要遵循预防为主的原则。油层一旦被污染,恢复渗透率是相当困难的,所以解堵补救工作只能是辅助的。
1.2课题的来源及研究意义
油层保护是油田必须研究的课题,而保护油层最主要的就是要搞清楚油层可能的伤害类型,以及伤害的程度,从而采取相应的对策。在储层伤害评价研究中,储层敏感性评价是最主要的手段之一。
储层敏感性评价包括两方面的内容,一是从岩相学分析的角度,评价储层的敏感性矿物特征,研究储层潜在的伤害因素;二是在岩相学分析分析的基础上,选择代表性的样品,进行敏感性实验,通过测定岩石与各种外来工作液接触前后渗透率的变化,来评价工作液对储层的伤害程度。
不同地区地质特征不同,油层伤害的程度也不同。如冀东油田由于地层年代较新,岩石成岩作用弱,胶结疏松,外来流体的主要影响是速敏和出砂问题,四川气田为海相地层,酸的影响占主导地位。x盆地地质特征复杂,特别是粘土矿物含量高(一般在20%左右),不同的凹陷矿物组成差异较大,储层受外来流体的影响极易被污染,正确认识其敏感性特征是本次研究的关键,通过对x盆地的敏感性特征研究,为x盆地保护油层提供指导依据,对x盆地的勘探和开发具有重要意义。
1.3国内外研究现状
在上世纪中叶至后期国外开始了油层损害的室内研究捌,美国岩心公司在实验室就设计出有效的工程施工方案(见图1.1)。
该方案根据岩相学的理论,通过X射线衍射、扫描电井和薄片分析等技
2
术,阐明了储层敏感性分析对确定潜在问题的程度及变化规律的重要性。
油气层敏感性分析包括岩心柱的选择、静态敏感性实验、流速敏感性实验、流体接触程序评价、盐度评价、钻井泥浆的损害评价等,通过实验确定外来流体对渗透率的影响程度,根据这项评价选择最佳的钻井液、完井液、射孔液、酸化、压裂液等的配方和最佳施工方案。然后在根据现场实际情况进行系列实验对比,选择最经济有效的方案供旌工设计。油气层敏感性分析见图1.2。
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常规或井壁取芯样品、钻井岩
屑
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l墨数线堑盟担描电镱薄片分析
l<4¨的粘土矿物自生矿物相的来源、形孔隙结构、构造
|>4u的粘土矿物态和空间位置
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无潜在储层的问题日圳鬻L\凳量臼
推荐措施
钴井、完井、采油、
增产
图1.1美国岩心公司的工程施工方案
3
现阶段国外油层保护研究主要分为两个方面“3:一是根据过去的研究成果,研制油气层损害评价软件,即所谓的专家系统,使油气层损害评价逐步向自动化和智能化方向发展,如美国岩心公司正在研制的智能型专家系统;
二是在敏感性评价的基础上,结合现场实际研制新的工作液配方,以减少工作液对油层的损害。如在工作液中加入粘土稳定剂可防止粘土膨胀或分散运移带来的伤害;在酸化工作液中加入酯类或有机酸作为PH缓冲剂,以延缓氢氧化铁沉淀的产生。
油气层敏感性分析程序
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{常规岩心分析{扫摇电镜j【-一射线衍射I薄片分析f
lI『
选择岩心
l静态流速系列注入流盐度评价钻井泥浆
l敏感性实验敏感性实验体评价实验损害评价
敏感性程度及变化规律
对钻井、完井、采油、增产(注水)提出推荐措施
图1.2油气层敏感性分析流程图
4
国内油气层损害问题的研究始上于上世纪八十年代末,虽然起步较晚,但发展较快。目前,石油勘探开发科学研究院、西南石油学院、胜利、辽河、华北、中原、长庆、四川等单位针对生产中出现的油层损害问题,较系统地研究了评价油层损害的各种实验方法,基本上形成了一套能适用于不同类型油藏的评价实验程序。在油气层损害的机理方面取得了很大的进展”1“,主要表现在以下几个方面:(1)在钻井液动、静滤失规律的研究中,对内外滤饼的形成与油层损害的关系、滤饼的结构、动静滤失的差别,以及在钻开油层过程中影响固相颗粒浸入的主要因素等进行了广泛深入的研究。(2)在采用数学模型研究微粒运移的机理时,对微粒水化膨胀造成分散的临界盐浓度、微粒起动的临界速度及十三种影响因素进行了全面系统的描述““。(3)在酸敏及水锁损害研究方面,将理化分析与微观测试技术紧密配合。(4)针对碳酸栽岩储层和变质岩储层的损害机理问题,四川I和辽河等进行了大量的工作,这国外研究很少。(5)由于国外大多数是海相地层,陆相地层很少,相应地对该类储层的研究液较少。因此在陆相地层勘探开发的油气层保护研究方面国内已达到了国际先进水平。””3。
总体来说,关于油气层保护的研究目前主要偏重于机理研究,在实际生产中的应用研究这将是今后一个时期内的主攻方向“”。
大庆油田油气藏保护技术研究开始于1988年,经过十余年的发展,研制出适合于不同渗透性样品的流动试验装置、酸化试验装置和泥浆伤害模拟试验装置,结合其它检测手段,形成了较为完善的油气层敏感性评价体系。1999年到2000年,对流动试验装置及配套设备进行了全面更新,使该体系目前在国内处于先进水平,其中主要检测项目包括:
1.储层敏感性评价:主要是通过五敏试验对油层的敏感性进行分类评价,进而提出相应的保护措施。五敏包括速敏性、水敏性、盐敏性、碱敏性和酸敏性。
2.泥浆伤害模拟试验:
5
通过泥浆伤害模拟试验主要解决以下问题:
(1)钻井泥浆滤液浸入地层的深度,即污染半径,为后续施工提供参考依据;
(2)评价钻井泥浆对储层的污染程度;
(3)依据上述两条优选适当的优质泥浆。
3.系列流体评价:主要评价不同的工作液或流体进入地层后所发生的物理和化学变化,以及这种变化对地层渗透率的影响。
4.其它辅助检测手段:x射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、图象分析、普通薄片和铸体薄片鉴定、常规油层物性分析等。
1.4本文的主要工作
1.通过x盆地岩相学特征分析,研究总结了x盆地的岩性、孔隙结构和物性特征。
2.通过x射线衍射和扫描电镜分析,对x盆地纵向和平面上的粘土矿物分布特征进行了系统研究,根据粘土矿物分农特征,x盆地在上部地层的主要伤害为粘土膨胀引起的水敏伤害,下部地层主要为速敏伤害。
3.敏感性流动实验对x盆地储层敏感性特征进行了综合评价,髓凹陷主要为水敏伤害,wE凹陷主要为速敏伤害,HH凹陷主要为水锁和速敏伤害。
4.进行x盆地泥浆伤害模拟实验,结果表明泥浆滤液对渗透率小于5×10’。lam2的储层有较大的伤害。
5.通过对勘探数据库的查询检索和重组,建立了x盆地岩芯、粒度、粘土矿物、岩石薄片等基础数据库。
6
第2章X盆地的岩石矿物学特征
2.1X盆地概况
x盆地构造示意图见图2.1。
X盆地属于典型的陆相含油气盐地,与松辽盆地相比,具有地层断块多、地形复杂、胶结物和粘士矿物含量高等特点,勘探开发难度较大,长期以来没有突破性进展。本次研究的目的就是要搞清楚x盆地的敏感性矿物分布特征,储层潜在的伤害因素及敏感性变化规律,为勘探和开发提供指导。
图2.1x盆地构造示意图
2.2储集层的岩矿特征
2.2.1储集层岩矿特征的鉴定一岩石薄片分析方法
岩石薄片分析技术是油层保护岩相学分析三大技术之一,也是最基础的
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岩石的孔隙结构、面孔率、裂缝率、裂缝密度、裂缝宽度等。
2.2.2X盆地储层的岩矿特征
通过150块样品分析及薄片鉴定数据库56000条记录检索,得出x盆地储层的岩矿特征见表2.1。
由表中可见,X盆地发育多种类型储集层,包括砂岩、砂砾岩、泥岩裂缝、火山岩裂缝及变质岩裂缝洞五种类型。其中以砂岩为主,砂砾岩次之。其岩性有如下特点:
1、岩性以粉砂岩、细砂岩、中砂岩为主,部分井为砂砾岩、砾岩。
2、碎屑组分中岩屑含量很高,平均含量大于50%,岩石类型为长石质岩屑砂岩或长石砂岩。只有wE凹陷南上段砂岩岩屑含量较低,小于25%,为混合砂岩或长石砂岩。
岩屑含量高,反映的是一种近物源的快速堆积。另一方面也反映了物源区的母岩类型。砂岩中的岩屑成分以酸性的喷出岩、凝灰岩为主,故物源区母岩主要是一些火山岩类。
3、砂岩胶结物种类多,含量高,胶结类型以孔隙式为主,胶结物有泥质(包括粘土杂基、自生粘土矿物等)、方解石、硅质、碳钠铝石等,总量大于20%。大量的胶结物充填在孔隙中,这对岩石的储集性是非常不利的。
4、砂岩中的粘土矿物主要有蒙皂石、高岭石、伊利石、混合层及少量绿泥石。分析资料表明x盆地砂岩中粘土矿物绝对含量比松辽盆地要高得多(表2.2)。这些粘土矿物呈颗粒套膜、孔隙衬里或充填于孔隙中,不但降低了砂岩的储集性能,而且还易受到外来流体的伤害。
2.2.3储层II{J:FL隙结构特征
x盆地砂岩储集层有四种基本孔隙类型,它们是原生粒问孔隙、溶蚀孔
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隙、微孔隙和裂缝孔隙。溶蚀孔隙还可分为粒间内溶孔、粒间溶孔、铸模孔隙和胶结物内溶孔四个亚类。其中,粒间溶孔和微孔隙分布最广,普遍存在于瓮地内各个断陷的储集岩中。按照不同孔隙在储集岩中的差异,可将储层分为五种孔隙组合类型(表2.3)。
根据压汞资料(表2.4)分析,x盆地储集岩的孔隙结构特征如下:
l、多数样品孔隙结构较差,而少数井的砂岩样品孔隙结构较好。
2、孔隙喉道半径小。最大喉道半径仅几um,平均喉道半径小于l“m。
3、孔隙喉道分布范围窄,主要集中在小喉道。喉道分布峰位小于lum。
4、孔隙结构系数大。一般样品均大于6。结构系数大说明孔隙喉道弯瞎,迂回程度剧烈,液体在岩石中的渗流能力很差。
5、束缚孔隙(不流动孔隙)体积大,一般大于50%,仅少数井较小。
以上孔隙结构特征说明,x盆地砂岩储集层中多数储集性质较差,仅少数井段好。
2.2.4储层的物性特征
总的来说x盆地砂岩储层物性具有“中孔低渗”的特点,部分地区和层段也有高渗透砂岩分布。
1、砂岩孔隙度随深度增加而减少(图2.2)。在1200m深度以内孔隙度大于20%,1200~2000m深度内,孔隙度为10~20%,2000m以F,孔隙度小于10%。和松辽盆地相比,x盆地砂岩所经受的压实作用要强得多。这是因为该区砂岩多属岩屑砂岩,刚性组分(石英)少,不稳定组分岩屑含量高,骨架颗粒抗压能力差。另一方面砂岩中泥质(杂基)多,也易被压实。
2、大多数井段砂岩平均渗透率低,一般小于1x10。um2或只有几个1X101pm2,仅有少部分井段较高。
3、孑L隙度和渗透率之间的相关关系不象松辽盆地那样明显(图2.3、图2.4)。孔隙度大,渗透率不一定高。主要原因是微孔隙所占体积太大。所以该瓮地渗透率是评价储层物性的主要参数。
4、本区砂岩比表面积远大于一般砂岩的比表面积“”(表2.5,以XWl井为例)。比表面积大是砂岩含有大量的粘土矿物和微孔隙造成的。因为粘土矿物的比表面值比一般矿物大得多。它将影响流体的聚集、分布和产出。
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