疏松砂岩储层速敏临界流速判断新方法探讨

何伟，王勇，张旭东 任志勇，唐磊 （中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院，天津300451）

速敏试验的目的就是判断储层岩心微粒运移状况，找出可能发生损害的临界流速，为研究储层速敏损害程度、确定合理的注采速度提供科学依据。通过长期对渤海油田疏松砂岩储层岩石进行速敏试验，发现大量样品的渗透率随着流速增加是一直增加的，且仅能定性分析储层微粒运移情况。行业标准先后以渗透率下降5%及10%作为判断临界流速的依据，而对于渗透率随着流速增加一直增加的情形，如何确定临界流速，行业标准一直没有给出规定[1～4]，直到2010年最新标准才以渗透率累积变化超过20%作为临界流速判断依据，然而这一规定在实际运用过程中还存在争议。为此，笔者探讨了一种新方法，以便辅助实验人员确定疏松砂岩储层发生速敏损害的临界流速。

1 试验方法

1.1 试验样品储层特性

渤海某油田储层岩石矿物平均体积分数：石英、正长石和斜长石分别为60%、13%和16%，还有大约8%的泥质矿物以及3%其他矿物。选取来自该油田的天然岩心5块开展微粒运移评价研究，岩心数据见表1，

表1 岩心基础数据及试验结果

1.2 试验设备及步骤

试验设备为敏感性驱替系统；ISCO平流泵；Multisizer 3全自动库尔特粒度分析仪，其分析范围0.4～1200μm，分辨精度达0.001μm。依据标准 《储集层敏感性室内评价》 （SY/T 5358—2002）和《碎屑岩油藏注水水质标准及推荐方法》（SY/T 5329—94）开展检测工作。试验具体步骤如下：①对试验岩心饱和模拟地层水，用模拟地层水分别以0.25、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0及6.0ml/min的流量驱替；②收集每一流速下的流出液体，保证各流速下驱出流体孔隙倍数相同；③如果试验中未测得临界流速，当测定完流速为6ml/min下的稳定渗透率后，迅速切换流体流动方向，反向注入岩心，记录压力、流量随时间的变化情况；④对各个驱替速度下收集的流体进行库尔特粒度分析，为确保试验过程中所收集到的驱出液具有一定代表性，在试验过程中，在每一流速下收集相同体积的流出液体。

2 试验结果及讨论

2.1 速敏试验结果

图1显示，横坐标为驱替速度，纵坐标为渗透率变化率。8－4、8－5样品速敏曲线为上升下降型，速敏曲线存在拐点，拐点所对应的驱替分别为1.0ml/min和2.0ml/min；4－3、8－13、6－1A 样 品 速敏曲线为上升型，其渗透率随着驱替速度的增加是在快速增加的，即使在速敏试验后期，渗透率增幅也较高，反向驱替过程中，驱替压力波动显示3块样品存在微粒运移，依据SY/T 5358—2010给出的速敏试验评价指标，当速敏曲线上累积渗透率变化率超过20%时，所对应的前一个点的流速定义为 “临界流速”，则5块样品发生速敏损害的临界流速都为初始试验流速0.25ml/min。依据新标准，统计渤海油田疏松砂岩样品速敏试验结果，发现绝大多数样品的临界流速为初始驱替速度0.25ml/min，临界流速最大值为0.5ml/min。明显不符合现场生产的实际情况。因此，需要重新认识疏松砂岩储层的临界流速。速敏试验过程中流体在其流速高于临界流速时，渗透率持续下降，这种现象被称之为储层流速敏感[4]，则8－4、8－5样品的速敏临界流速分别为1.0ml/min和2.0ml/min更为准确。而对于渗透率随驱替速度持续增加的样品，显然仅仅依靠速敏试验无法准确判断其发生速敏时的临界流速，需要借助其他试验方法准确判断临界流速。

2.2 微粒运移评价

速敏伤害机理为微粒运移，是岩石中被胶结的黏土矿物颗粒或依附于孔隙内表面的松散构架颗粒，在流体的冲刷下被运移、堵塞，从而造成储层的伤害[5]。依据这个理论，通过评价驱出液中悬浮颗粒含量，可确定引起储层微粒大规模运移的驱替速度。图2～6显示了不同驱替速度下驱出液中悬浮颗粒的粒径分布及含量情况。其中d90及d50分别代表颗粒组成的粗端粒径及平均粒径，可直接作为运移微粒大小的判断依据，颗粒数量统计则反映运移微粒规模的大小[6～8]。5块样品的悬浮颗粒粒度分析结果（见表1）反映出不同驱替速度下疏松砂岩岩石普遍存在微粒运移现象，其运移微粒粒径大小不一，驱出颗粒数量不同；其微粒粒径在35μm以下，平均粒径在2～20μm之间；在低速下驱出液中微粒数量较少，粒径较大，随着驱替速度的增加，驱替液中微粒数量逐渐增加，并达到某一驱替速度时，微粒数量增加幅度突然加大，说明在该速度下，储层岩样中可能发生了大量的微粒运移。

图1 速敏试验曲线

2.3 临界流速的确定

对 比 8－4、8－5 样品的粒度分析结果及速 敏 试 验 结 果 （见图1～3）可 以 看 出，2块样品速敏临界流速分别为1.0ml/min和2.0ml/min，其微粒运移特点显示，低速下驱替液中颗粒粒径要大于高速下驱出液中颗粒粒径，但岩石渗透率未发生损害，由于低速下驱出液中颗粒含量较低，岩石样品中运移颗粒数较少，因此运移微粒不足以损害渗流能力，导致岩 样 渗 透 率 降 低[9]，随着驱替速度的增加，2块样品分别在1.5、2.0ml/min时，运移微粒数量大幅增加，且此时驱出液中运移微粒粒径较大，当这些微粒随着流体运移至岩石孔喉处，形成桥堵，从而导致储层岩石渗透率发生损害，岩石中发生大量微粒运移时的驱替速度与速敏试验中所得临界流速基本一致，因此可以根据岩石样品中发生大规模微粒运移时的驱替速度，确定速敏临界速度。

图2 8－4样品不同驱替速度下驱出液中颗粒含量及粒径分布

图3 8－5样品不同驱替速度下驱出液中颗粒含量及粒径分布

对于高孔高渗疏松砂岩岩石，速敏试验结果显示岩石样品存在微粒运移现象。一些分析认为室内试验过程中，岩石样品较短，而岩心物性好、孔喉大，当运移的微粒与岩石孔喉不匹配，无法在孔喉处形成桥堵，微粒易被冲出岩心，从而导致岩石渗流能力得到较大改善，渗透率越来越大[10]。而在实际地层中，这些微粒会向储层深部运移，并易在孔喉狭窄处发生堵塞，从而损害储层的渗流能力，因此确定速敏曲线上升型样品的临界流速是非常必要的。样品8－4及8－5微粒运移评价试验验证了样品中开始发生大量微粒运移时的驱替速度基本一致。根据前文所述，判断储层岩石何时发生大规模微粒运移，需要根据运移微粒数量及粒径大小变化关系综合判断，由图4～6可知，3块样品分别在1.0、1.5、1.5ml/min速度下开始发生大规模的微粒运移，因此，3块样品相应的临界流速即为发生大规模微粒运移时的驱替速度。

图4 4－3样品不同驱替速度下驱出液中颗粒含量及粒径分布

图5 8－13样品不同驱替速度下驱出液中颗粒含量及粒径分布

表1反映了储层岩石速敏试验结果及微粒运移评价结果。通过对5块疏松砂岩岩石速敏试验中驱出液进行粒度分析，根据其显示的颗粒大量运移时的驱替速度，可以准确地判断疏松砂岩的临界流速。

3 结论

1）通过试验可知，评价疏松砂岩储层微粒运移情况时，利用速敏试验及粒度分析结果，不但可以定量分析岩石样品中运移微粒大小及颗粒数量多少，还可判断存在微粒运移的岩石产生渗透率损害时的临界流速。

2）利用以上新方法可有效解决速敏曲线上升型样品临界流速无法确定的难题，新方法显示，不同驱替速度下，岩心中微粒运移数量大幅度增加时所对应的驱替速度即为临界流速。

图6 6－1A样品不同驱替速度下驱出液中颗粒含量及粒径分布

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