2014, Vol. 36
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2. "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学, 四川 成都 610500;
3. 中国寰球工程公司新疆分公司, 新疆 克拉玛依 833600
2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
3. China Huanqiu Contracting & Engineering Company, Karamay, Xinjiang 833600, China
注入水水质直接影响油田水驱开发效果，悬浮固体颗粒粒径中值是注入水水质的重要指标之一。对于中低渗透砂岩油藏，颗粒粒径过大易伤害储层，严重影响油藏的注水开发效果[1-6]。将注入水中固相颗粒的粒径处理的越小，对水质处理的要求就越高，必然会增加水质处理的成本，因此需要研究水质指标的合理性。为此，针对温度80 ℃，渗透率0.1~25.0 mD，孔隙度14%~20%的油藏条件下，研究注入水中不同粒径固相悬浮颗粒的注入性以及对储层的伤害程度，并分析其在低渗透岩芯中的渗流特征和对采收率的影响，为该类油藏注水开发制定合理的水质指标提供参考。
1 固相颗粒粒径对注入性的影响利用Mastersizer2000激光粒度分析仪，分析3种处理后的注入水中悬浮固体颗粒(超细碳酸钙)的粒径组成[7-9]。注入水中悬浮固体颗粒的累计粒度分布达到90%时所对应的粒径(D90)[10-11]分别为1.24，5.05，9.91 µm；分别记为D90 1 µm、D90 5 µm和D90 10 µm。其中悬浮固相颗粒浓度为3 mg/L。
实验用天然岩芯，按照SY/T 5336-1996《岩芯常规分析方法》进行清洗并测定岩芯基本参数。分别选取渗透率为0.200，3.000，9.000，24.000 mD的岩芯，具体参数见表 1。
| 表1 岩芯物性参数 Table 1 Core physical parameters |
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首先将10块岩芯抽空饱和地层水，在80 ℃恒温箱中，饱和模拟油(80 ℃，4.8 mPa·s)建立束缚水饱和度，测定油相有效渗透率Ko1，然后以0.5 mL/min的流速注入含有不同粒径固相颗粒的水，驱替模拟油[12-14]，考察水驱过程中注入压力随注水PV数的变化，如图 1所示。
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| 图1 注入压力随注水体积的变化曲线 Fig. 1 Relation between injection pressure and injected water volumes |
由图 1可知，在岩芯1中，D90 1 µm的注入水存在注入性问题。分析认为，渗透率为0.157 mD的岩芯孔隙半径较小，固相颗粒无法完全进入孔隙中，在注入端聚集，注入压力逐渐升高；当注入体积达到一定值时，注入水中的颗粒在注入端的浓度越来越高，形成滤饼，导致注入压力急剧增加，最终堵塞岩芯。
在渗透率大于1.000 mD的岩芯中，相同颗粒粒径的注入水，随着岩芯渗透率的增加，注入压力呈下降趋势。在渗透率相近的岩芯中，随着注入水中固相颗粒粒径的增大，最高注入压力以及水驱平衡压力均增加。分析认为，由于注入水中颗粒的浓度较低，悬浮在水中的颗粒随着注入水进入到岩芯中，没有在注入端形成架桥堵塞现象[15-16]，均表现出良好的注入性。但当较大粒径颗粒进入岩芯后，封堵了岩芯中的大孔道，迫使注入水转向流入较小孔喉直径的小孔隙，造成注入压力升高。
2 注水固相颗粒粒径对储层伤害的影响分别研究了不同粒径颗粒对油相渗透率的伤害程度[17-20]。用模拟油正向测得岩芯初始油相有效渗透率Ko1以及岩芯的原始含油饱和度Soi，然后用含有不同粒径的固相颗粒(浓度为3 mg/L)的水进行水驱，直至含水率大于98%，记录水驱实验结束时的注入压力DP1，计算含水率和采收率；然后用地层水以2DP1的压差反向驱替岩芯，压力稳定后停止实验；再次用模拟油正向驱替岩芯计算岩芯的油相有效渗透率Ko2。
岩芯渗透率伤害率(D)的计算公式：$D=({K_{{\rm{o}}1}}-{K_{{\rm{o}}2}})/{K_{{\rm{o}}1}} \times 100\% $。不同岩芯的油相渗透率伤害实验结果如表 2所示。
| 表2 不同渗透率岩芯固相颗粒伤害实验结果 Table 2 Core damage of different permeability caused by the solids invading |
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对岩芯的渗透率，固相颗粒D90粒径，渗透率伤害率三者进行数值模拟，发现三者呈现一定的关系，获得不同固相颗粒D90粒径的伤害图版如图 2所示。
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| 图2 岩芯渗透率伤害图版 Fig. 2 Core permeability damage chart |
同时，研究了含有不同粒径固相颗粒注入水的驱替效果，固相颗粒粒径对水驱采收率的影响如图 3所示。
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| 图3 颗粒D90粒径对采收率的影响 Fig. 3 The impact of particle diameter D90 on recovery |
从表 2和图 2中可以看出，随着岩芯渗透率的增加，相同粒径固相颗粒对油相渗透率的伤害程度降低。分析认为，当进入到岩芯中的固相颗粒粒径中值超过孔隙中值的1/3时，容易在孔隙内形成桥堵，造成孔隙的堵塞；颗粒粒径越大，越容易堵塞孔隙。
当岩芯渗透率一定时，渗透率伤害率随着颗粒D90粒径增大，先快速增加又逐渐变缓。说明颗粒粒径较小时，注入水中的颗粒大部分能够进入岩芯，而当颗粒粒径增加时，部分大粒径颗粒滞留在注入端面，对岩芯的油相渗透率伤害程度减缓。由此可见，由于颗粒粒径与岩芯孔喉的相互作用，存在一定的粒径范围，使得颗粒能够随注入水进入岩芯，超过该范围的大粒径颗粒在岩芯端面形成堵塞。
以渗透率伤害率30%为界限[21]，由图 2可知，当岩芯渗透率小于10.000 mD时，注入水中的颗粒D90粒径应小于1.00 µm；当岩芯渗透率大于10.000 mD时，注入水中的颗粒D90粒径可以适当放宽到5.00 µm。此时对采收率的影响程度不大。
从图 3中可以看出，岩芯渗透率为0.157 mD时，由于D90 1.00 µm的注入水存在注入性问题，影响了注水开发，采收率较低。在不影响注入性的岩芯中，随着渗透率的增加，水驱采收率呈现下降趋势。分析认为，在低渗透岩芯中总是伴随着天然裂缝，渗透率越高天然裂缝越发育，随着渗透率的增加，岩芯中尺寸较大的孔隙结构所占的比例增加；在注水过程中越容易造成注入水的窜流，影响了水驱采收率。同时，随着固相颗粒粒径的增大，岩芯中更多小孔隙的油流通道被堵塞，降低了水驱波及能力，导致水驱采收率急剧下降。
3 结论(1) 在渗透率大于1.000 mD的岩芯中，含有较低浓度固相颗粒的3种注入水能够满足注入性的要求；岩芯渗透率小于1.000 mD时，注入水中的固相颗粒D90粒径小于1.00 µm，才能满足油藏注入要求。
(2) 固相颗粒浓度一定时，岩芯伤害程度主要取决于颗粒粒径的大小和岩芯渗透率。随着颗粒粒径的增大，岩芯渗透率伤害程度逐渐加深；随着岩芯渗透率的增加，其对岩芯造成的伤害程度逐渐减小。
(3) 随着固相颗粒粒径的增加，中低渗透岩芯水驱采收率呈现下降趋势；结合不同固相颗粒D90粒径的渗透率伤害率图版，岩芯渗透率大于10.000 mD时，注入水中的颗粒D90粒径可以适当放宽到5.00 µm。
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