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37
214
在 121 ℃的热处理后 ,渗透率 (0. 01 ×10 - 3μm2) 变化不明显 。这是因为在该温度下不能蒸发导致水
锁效应的束缚水 。加热到 318 ℃和 485 ℃后 ,渗透率 显著增加 。485 ℃的热处理后 ,岩心渗透率增加到 0. 035 ×10 - 3μm2 ,比岩心基准渗透率 0. 02 ×10 - 3 μm2 增加 75 %。从表 3 还可以看到 ,485 ℃的热处理 也蒸发了岩心所有水 。再用淡水驱替并将其饱和度 降到 15. 3 % ,此时氮气渗透率为 0. 02 ×10 - 3μm2 ,这 个值与原始饱和度20. 3 %时的渗透率相同 。然而 , 这个渗透率比饱和度 27. 2 %下水锁渗透率增加了 150 %。在 649 ℃时 , 渗 透 率 又 有 明 显 提 高 , 达 到 0. 062 ×10 - 3μm2 。这与基准值 0. 02 ×10 - 3μm2 相比 增加 210 % ,与水锁渗透率 0. 008 ×10 - 3μm2 相比增 加 675 % ,水驱岩心后 ,重新获得 5. 2 %的束缚水饱 和度 ,相应渗透率0. 03 ×10 - 3μm2 比基准值 0. 02 × 10 - 3μm2 增加 50 % ,比水锁渗透率 0. 008 ×10 - 3μm2 增加 275 %。
粘土矿物 温度/ ℃
蒙脱石
300
伊利石 结晶程度高 的高岭石 镁 —绿泥石 铁 —绿泥石 混层粘土
海绿石
125～250 575～625
649 500 < 60015A 的峰消失 ,9A 的峰
出现 (收缩影响) 失去吸附水
由不定形的变种高岭石替代
14A 的峰值加强 14A 的峰值分散变宽 随矿物含量和类型变化 失去层间水 ,转化成云母结构
热处理 649 ℃ 0. 0
0. 062
水驱
5. 2
0. 03
渗透率 与水锁渗透 变化/ % 率比较/ %
0
—
- 60
—
- 50
25
25
212
75
337
0
150
210
675
50
275
表 4 岩心 B 渗透率的热处理变化结果
测试
水饱和度 渗透率/ / % ( ×10 - 3μm2)
原始水饱和度 18. 2
表 3 岩心 A 渗透率的热处理变化结果
测试
水饱和度 渗透率/ / % ( ×10 - 3μm2)
原始水饱和度 20. 3
0. 02
水驱后
27. 2
0. 008
热处理 121 ℃ 26. 2
0. 01
热处理 318 ℃ 0. 0
0. 025
热处理 485 ℃ 0. 0
0. 035
水驱
15. 3
0. 02
(1) 束缚水和层间水的蒸发 ; (2) 粘土矿物结构水 的脱去 ; (3) 粘土矿物微结构的破坏和矿物相转化 , 并诱发产状的变化 ; (4) 近井筒地层由于热应力可 能引起微裂缝 。
脱掉和蒸发层间水和结构水 ,所需温度比相应 储层压力下的饱和温度高 ,粘土破坏程度也取决于 加热温度 。
2 粘土矿物的热处理分析
B 样的实验结果见表 4 。从表 4 可以看出 ,B 样
中也得到与 A 样相似的结果 。由于水锁 ,氮气渗透 率降 低 56 %。然 而 , B 样 中 , 原 始 水 饱 和 度 为 18. 2 % ,得 到 其 对 应 氮 气 有 效 渗 透 率 为 0. 016 × 10 - 3μm2 。水驱岩样 B ,然后气驱并将其饱和度降到 23. 5 % ,在该饱和度下 ,氮气有效渗透率为 0. 007 × 10 - 3μm2 。在 318 ℃地层热处理 , 岩样渗透率增加 87 %。从表 4 还可以看到 ,地层热处理在 318 ℃和 485 ℃时 ,岩心所有水都蒸发了 。水驱并将其饱和度 降到束缚水饱和度 15. 5 % ,其渗透率为0. 02 ×10 - 3 μm2 ,与基准值 0. 016 ×10 - 3μm2 相比增加 25 %。然 而 , 与 水 锁 渗 透 率 0. 007 ×10 - 3μm2 相 比 增 加 185 %。与 A 样相似 ,在 649 ℃时 ,渗透率急剧增加 到 0. 047 ×10 - 3μm2 ,这个值比基准值 0. 016 ×10 - 3 μm2 增加 194 % ,比水锁渗透率 0. 007 ×10 - 3μm2 增 加 571 %。水驱后保持饱和度在 11. 5 % ,此时渗透 率为 0. 022 ×10 - 3μm2 ,与基准值 0. 016 ×10 - 3μm2 相比增加 37 % ,与水锁渗透率 0. 007 ×10 - 3μm2 相 比增加 214 %。
引 言
在一口井的生命周期内 ———从开始钻井 、完井 直到生产过程中储层能量衰竭的整个期间 ,地层损 害随时都在不同程度的发生 。钻井和完井阶段 ,近 井筒地层损害的主要机理是 : ( 1) 孔隙喉道收缩 ; (2) 水锁 ; (3) 钻屑和泥浆固相的堵塞 ; (4) 钻井或 完井液滤液进入储层 。
Ξ 收稿日期 : 2002 - 09 - 16 作者简介 : 阎荣辉 (1975 - ) ,男 (汉族) ,湖北罗田人 ,在读硕士研究生 ,主要从事储层矿物学与油气层保护技术研究 。
第 6 期 阎荣辉等 : 地层水锁损害的热处理研究
17
排列 。
表 1 温度对粘土矿物的影响
1 地层热处理观点
地层中由于粘土矿物的存在 ,使得地层损害尤 为突出 ,特别是粘土矿物 (如高岭石 、蒙脱石) 的吸水 性 ,影响地层的束缚水饱和度 ,使得水锁更易发生 。 几乎所有粘土矿物的晶格结构对热冲击有响应 ,各
种矿物的晶格结构变化程度取决于温度条件 。 暴露地层于强热条件下 ,能够引起以下现象 :
与粘土矿物有关的储层损害是钻井和完井过程 中的主要问题 ,这种损害的常规预防措施是利用化 学剂来稳定粘土矿物 ,抑制膨胀和运移 。在气藏 ,特 别是低渗透率气藏中 ,钻井一打开储层 ,就会有工作 液与储层接触 ,若外来的水相侵入储层后 ,就会在井 壁周围孔道中形成水锁损害 ,其水 —气或水 —油弯 液面上存在一个毛管压力 ,要想让油气流向井筒 ,就 必须克服这一附加压力 ,如果储层能量不足以克服 这一压力 ,就不能消除水的这种堵塞 。因此水锁损 害一旦出现就很难解除 ,研究其治理方法对提高油 气产能具有极其重要的作用 。
表 2 实验岩心样热处理前后的矿物组成
矿物 组成
石英 钾长石 钠长石 黄铁矿 高岭石 伊利石 绿泥石
A样
热处
热处
理前/ % 理后/ %
87
97. 1
0. 67
0. 6
0. 73
-
1. 8
-
3. 9
0. 6
5. 9 微量
1. 7 微量
B样
热处
热处
理前/ % 理后/ %
90. 6
94. 5
0. 8
0. 016
水驱后
23. 5
0. 007
热处理 318 ℃ 0. 0
0. 025
热处理 485 ℃ 0. 0
0. 03
水驱
15. 5
0. 02
热处理 649 ℃ 0. 0
0. 047
水驱
11. 5
0. 022
渗透率 与水锁渗透 变化/ % 率比较/ %
0
—
- 56
—
56
257
87
328
25
185
194
图 2 是蒙脱石在不同温度下的 XΟ射线衍射分 析图谱 ,从图 2 可看到 :蒙脱石膨胀时 (001) 晶面的 间距为 19. 09A ,这种状态下 ,粘土表面每个钙离子 周围包围着四层水 ;当样品加热到 300 ℃时 ,衍射峰 2θ角逐渐增大 ,表明水逐渐蒸发 ,晶面间距缩小 。在 300 ℃和 550 ℃之间 ,没有观察到明显的晶格破坏 , 说明加热到 300 ℃后 ,层间脱水过程完成 。在 800 ℃ 时 ,峰强度显著减弱 ,蒙脱石的晶体破坏 ,变成一种 不能产生任何强峰的不定形结构 。根据以上温度对 粘土矿物结构的影响 ,运用强热的方法对地层水锁 损害进行治理的室内研究 。
4 结 论
(1) 强热不仅可以蒸发掉粘土矿物的束缚水 、 层间水和结构水 ,还可以破坏粘土矿物的晶格结构 , 从而提 高 富 含 粘 土 地 层 以 及 致 密 气 藏 地 层 的 渗 透 率 ,最终有利于缓解或消除地层的水锁损害 。
地层水锁损害的热处理研究Ξ
阎荣辉1 ,唐洪明2 ,李 皋2 ,卢蜀秀3
(1. 长庆油田勘探开发事业部 ,陕西 西安 710021 ; 2. 西南石油学院资源环境学院 ; 3. 长庆油田采气一厂)
摘要 : 水锁损害就是地层孔道中气液面上存在毛管压力 ,阻碍油气流向井筒 。水锁损害严重影响气藏开发效果 ,并成 为低渗致密气藏的主要损害类型之一 ,对气藏的渗透能力造成严重的损害 。从室内实验的角度 ,通过高温对粘土矿 物性能影响的研究 ,运用强热对岩心进行热处理 ,研究其渗透率的变化 ,得出对水锁损害进行治理的一种实验方法 。 实验结果表明 :运用强热可以蒸发掉束缚水和圈闭水 ,破坏粘土矿物晶格结构 ,增加富含粘土地层的渗透率 ,最终有 利于消除或缓解水锁损害 。 关键词 : 水锁 ;低渗透油气藏 ;粘土矿物 ;热处理 中图分类号 : TE135 文献标识码 : A
0. 7
0. 8
-
1. 7
1. 4
2. 5
1. 4
3. 6
2. 0
微量
微量
图 2 不同温度下蒙脱石 XΟ衍射曲线
3. 2 岩样的物性变化 利用常规实验装置对 A 、B 样进行热处理 ,其结
果见表 3 、表 4 。实验过程中 ,A 样渗透率不断变化 , 其结果见表 3 。从表 3 可看出 ,其原始水饱和度为 20. 3 %(用 2 %的 KCl 饱和) ,相应的氮气渗透率为
