长庆油田CO2驱储层溶蚀与地层水结垢规律*

针对长庆油田CO_2先导试验驱地层水矿化度高,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Ba~(2+)、Sr~(2+)含量高,储层岩石易溶蚀的特点,开展了CO_2-地层水与CO_2-岩石-地层水相互作用的研究以及CO_2驱对储层岩石的影响模拟实验。结果表明,在地层水注入CO_2的过程中,pH值、压力和温度的改变对地层水中阳离子浓度的影响很小,不会导致无机垢的生成。在注气井近井地带,随着注入压力不断升高,溶解在地层水中的CO_2增加,溶液pH值下降,储层岩石发生溶蚀。岩心片与CO_2作用后,岩心片更加亲水,这有利于改善储层物性,提高原油采收率。在采出井近井地带,由于压力的降低,使原本溶解于地层水中的CO_2大量逸出,地层水中的碳酸氢盐矿物分解成不溶性的碳酸盐沉淀,导致储层渗透率降低,孔隙度减小,对储层造成伤害,不利于长8储层低渗油藏采油。图10表3参13     

延长油田CO2-岩石-地层水相互作用规律

为明确实施CO_2驱油和地质封存可能引起的物理化学变化,利用扫描电镜、X射线衍射仪、电感耦合等离子体发射光谱仪和离子色谱仪分析了延长油田储层的矿物组成,研究了CO_2-岩石-地层水之间相互作用的规律。结果表明,延长油田储层岩石主要组成为:18.7%石英、18.2%钾长石、30.1%斜长石、0.5%方解石、4.4%浊沸石和28.1%黏土矿物。地层水平均矿化度为71.34 g/L,p H值为5.5,水型为CaCl_2型。岩石-CO_2-地层水发生作用后,随着CO_2分压的增大,岩石表面的溶蚀现象愈来愈明显。在油藏温度44℃下,反应压力由0增至20 MPa时,岩石表面C元素含量呈波动上升,Na、K元素含量逐渐降低,地层水矿化度由95210增至107063 mg/L,地层水中Na~+、K~+、Ca~(2+)、HCO_3~-质量浓度呈增加趋势。反应压力由5增至20 MPa时,岩石片溶蚀率先增加后降低,压力为10 MPa时的溶蚀率最大(0.72%)。压力越大,CO_2在水中的溶解度越大,溶蚀率越高;温度和矿化度越高,CO_2溶解度越低。随着反应压力的升高,CO_2对砂岩中的钾长石和斜长石的溶蚀作用逐渐增强。     

延长油田特低渗油藏注CO_2对储层物性影响研究

CO2地质封存技术作为CO2减排重要方法之一已得到国际社会普遍认可。CO2-EOR技术利用CO2提高原油采收率的同时又能解决CO2排放问题,实现CO2地质封存,达到生产"绿色石油"目的。以延长油田靖边特低渗油藏储层岩石为研究对象,研究了注CO2前后储层物性变化规律,包括岩石孔隙度、渗透率和润湿性。实验结果表明:压力升高,岩心孔隙度增大;温度、压力升高,岩心渗透率呈增大趋势;CO2—岩石—地层水作用后,岩石表面亲水性增强;岩石—CO2—地层水相互作用后储层岩石及其胶结物发生了溶蚀,同时伴随碎屑颗粒物在多孔介质中的运移,综合作用导致储层岩石的孔隙结构和渗透率发生了改变。     

CO_2-水-岩石相互作用对砂岩储集层润湿性影响机理

CO_2注入地层后,与水和岩石相互作用,导致储集层岩石润湿性发生改变,从而影响储集层的渗透性。应用接触角测量、界面张力测量、岩心驱替实验等方法,研究了高压条件下CO_2-水-岩石相互作用对砂岩储集层润湿性的影响,并探讨了岩石润湿性和渗透性之间的关系。结果表明,水在石英表面的静态接触角随着CO_2压力的升高逐渐增大,在CO_2压力为7.2 MPa时达到最大值,然后随着CO_2压力的升高有所减小;水-CO_2界面张力及水在石英表面的黏附功随着CO_2压力的升高逐渐减小,在CO_2压力为7.2 MPa时达到最小值,然后随着CO_2压力的升高而增大;随着水溶液pH值降低,水在石英表面的静态接触角先减小后增大,pH值降低至2.5时,静态接触角达到最大值,pH值继续降低,静态接触角减小;随着水溶液pH值降低,水在砂岩表面的静态接触角先减小后增大,砂岩的水相渗透率先减小后逐渐增大。     

CO2-水-岩相互作用对CO2地质封存体物性影响研究进展及展望

CO₂-水-岩相互作用是CO₂地质封存的核心问题，CO₂的注入打破了岩石-地层水化学平衡，引发的地层水化学性质改变、原生矿物溶蚀和次生矿物沉淀，会导致储层和盖层岩石孔隙度、润湿性、力学性质等物性变化并进而影响CO₂的注入能力、封存效率以及封存安全性与稳定性。从CO₂-水-岩相互作用机制出发，系统阐述了CO₂-水-岩相互作用对地层岩石孔隙度、渗透率、润湿性、力学性质的影响研究进展。研究表明，CO₂-水-岩相互作用导致岩石孔隙度和渗透率的变化与其初始孔渗特征和矿物组成密切相关，岩石孔渗特征的改变直接影响储层的注入能力与封存潜力和盖层的封闭能力。润湿性的变化与初始亲水亲油特征有关，CO₂-水-岩相互作用通常会减弱亲水岩石而增强亲油岩石的水润湿性，进而影响多相流体在岩石孔隙中的微观分布与渗流特征。由于胶结物溶蚀以及溶蚀孔的形成，CO₂-水-岩相互作用会引起岩石损伤，抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数减小，一定程度上影响封存安全性。碳中和背景下，微纳米尺度孔隙、深地微生物介导、非纯CO₂或工业尾气注入、封存全周期等情景下的CO₂-水-岩相互作用及岩石物性响应仍有待深入研究。     

延长组特低渗油藏CO2驱储层溶蚀与结垢规律

针对延长组油藏地层水钙镁离子含量高、储层岩石酸敏性矿物多等特点,开展了CO_2驱油藏不同部位CO_2-地层水-储层岩石溶蚀与结垢模拟实验。研究结果表明,在CO_2驱油过程中,在注气井近井地带和油藏深部因压力上升,CO_2在地层水中的溶解量不断升高,溶液的pH值下降,CaCl_2水型地层水没有沉淀产生,且CO_2与储层岩石矿物会发生溶蚀反应,导致岩石渗透率增大;但在采油井近井地带,随着压力的剧烈下降,溶解于地层水中的CO_2会大量逸出,原本溶解于地层水中的部分岩石矿物也会大量析出,产生碳酸钙无机垢。延长组油藏CO_2驱油过程中在注气井近井地带和油藏深部不易结垢,且储层物性会被改善;而在采油井近井地带极易产生无机垢,引起特低渗储层堵塞。     

高含硫气藏海相碳酸盐岩高温高压水岩反应实验

为研究川东北地区元坝气田高含硫气藏中酸性气体对海相碳酸盐岩储层物性的影响,利用取样的海相碳酸盐岩岩心,通入不同配比的酸性气体(H2S或CO_2),模拟地层温度(121℃)、地层压力(50 MPa)条件,开展酸性气体下的水岩反应实验。实验表明:高温高压水岩反应后,岩心相对分子质量总体呈现减小的趋势,质量改变率最高达到7. 41%;储层岩心渗透率和孔隙度总体呈现增长趋势,渗透率增长幅度最高达644. 99%,孔隙度增长幅度最高达53. 84%;不同酸性气体质量浓度和气体组成对岩心矿物溶蚀效果不一致,单一酸性气体比混合酸性气体的溶蚀效果好,H_2S气体比CO_2气体对储层岩石的溶蚀效果好;酸性气体在地层高温高压环境下对海相碳酸盐岩具有明显的酸蚀改造作用,水岩反应后酸性气体不仅能溶蚀矿物,造成孔隙度、渗透率的增大,还存在矿物溶蚀颗粒运移沉淀堵塞部分岩石孔隙喉道的现象。     

延长油田CO_2驱储层物性变化规律

CO_2驱油可有效动用低渗透、特低渗透油藏,目前延长油田已经开展了CO_2驱矿场先导试验,并取得了一定的成果。文中根据延长油田储层物性特征,针对CO_2注入储层引起孔隙度、渗透率及润湿性等物性特征的变化,进行了CO_2驱储层物性变化规律的实验研究。结果表明:延长油田靖边CO_2试验区储层矿物中,不同程度的含有斜长石、石英、钾长石、浊沸石、方解石及黏土矿物,其中以斜长石和黏土矿物为主,其次是石英和钾长石,还有少量的浊沸石和方解石;在一定的压力范围内,随着注入压力增大储层孔隙度变化率先升高后降低;随着CO_2与储层反应时间的增加,储层渗透率恢复值是增大的;随着注入压力的不断增大,储层渗透率降低;CO_2与储层接触后储层的亲水性增强,有利于提高原油采收率。     

低孔隙度低渗透率岩石孔隙度与渗透率关系研究

孔隙度越高渗透性越好的观点一直指导中-高孔隙度渗透率储层生产作业,但在低孔隙度低渗透率储层中常出现与该观点相违背的现象,孔隙度基本一致的储层产能差异非常大.通过256块岩样实验发现,低孔隙度低渗透率岩石的渗透率受总孔隙度控制作用不明显,传统的孔隙度—渗透率计算方法已经不再适用;低孔隙度低渗透率岩石渗透率主要受控于孔隙结构,不同孔径尺寸孔隙对渗透率贡献不同,渗透率大小受孔径尺寸大小及其相对应孔隙的比例高低共同控制.提出利用核磁共振测井刻画孔径尺寸区间,根据岩石压汞实验中的孔隙分布直方图数据,参考实验室毛细管压力测量孔隙半径(R)分级方法,将孔隙分为4个区间,分别建立4个区间孔隙与岩样渗透率交会图.利用区间孔隙度计算渗透率的方法不仅提高了低孔隙度低渗透率储层渗透率计算精度,同时也是对传统公式的改进和完善,对低孔隙度低渗透率储层产能评价有很好的指导作用.     

致密砂岩油气储层岩石变形理论与应力敏感性

在致密砂岩油气藏开发过程中,由于孔隙压力下降,导致有效应力增加,储层岩石孔隙、裂缝发生形变和渗透率受到影响。从岩石力学角度分析了与致密砂岩形变相关的理论及形变影响因素,并通过应力敏感性实验研究了有效应力改变条件下的致密砂岩岩样孔隙度、渗透率变化规律。结果表明:致密砂岩形变主要为应力变化时孔隙体积及裂缝宽度的变化,认为致密砂岩油气藏开发过程中储层岩石的形变一般属于弹性形变或者弹-塑性形变。形变取决于岩石碎屑颗粒硬度、颗粒之间接触关系、胶结情况、岩石中裂缝发育特征等。有效应力增加在压缩致密砂岩孔隙、喉道体积以及裂缝宽度的同时,也使得其渗透率大幅度降低,造成严重的储层损害。     

二氧化碳驱引起储层物性改变的实验室研究

二氧化碳注入油藏后,与储层岩石和流体发生化学反应,将改变孔隙度、渗透率、润湿性、流体的酸碱度,进而影响采收率.用CO2岩心驱替实验装置模拟了二氧化碳与岩石和流体的相互作用并对实验结果进行了分析.结果表明,矿物溶解使孔隙度变大,沉淀堵塞孔隙,两者皆改变渗透率,岩石由亲油转为亲水,流体pH值下降.     

注CO_2对超低渗储层的渗透性伤害研究

为深入研究注入CO_2对超低渗储层的伤害情况,采用室内实验手段分别考察了注CO_2引起的微观孔道堵塞和原油沉积伤害。研究表明,注CO_2会引起岩石物性、原油性质的变化,两种作用的叠加加剧了储层的渗透率伤害。CO_2与岩石的溶蚀过程以150 h为分界点而分为两个阶段,渗透率伤害主要发生在第一阶段,渗透率降幅达到11. 5%,第二阶段仅为1. 71%,溶蚀反应生成高岭石、重碳酸盐等次生矿物、以及盐霜反应析出的结晶都会堵塞孔道; CO_2与原油作用使原油发生组分分异,导致沥青质沉积,在1～5. 5 MPa压力区间内沥青质沉积最为严重,渗透率越高沉积量越多,沉积物堵塞孔道降低储层有效渗透率。研究揭示了注CO_2引起的储层伤害机理,形成的认识对于该类油藏开发和方案编制具有重要的指导意义。     

低渗透砂岩储层压力敏感性对开采速度的影响

采用一套系统的模拟地层上覆压力、模拟油藏原始状态的加压方式及加压后物性平衡时间确定的实验方法,进行低渗透砂岩压力敏感性对开采速度的影响实验研究。通过模拟油田实际开采中压力变化过程,对比研究急速改变有效应力与慢速改变有效压力对储层岩石物性的影响,分析低渗透储层物性参数孔隙度、渗透率随有效应力变化规律及压力敏感性特征,进而研究储层压力敏感性对低渗透油藏开采速度的影响。研究表明:即使低渗透储层孔隙度只发生微小损失,将引起岩石的渗透率显著降低,且其受加压方式影响较大,有效压力增加速度越快,岩心渗透率降低幅度越大,不可逆的渗透率损失越大;反之,有效压力增加速度越慢,岩心渗透率降低幅度越小,不可逆渗透率损失越小。建议在开发低渗透油田时采取多次逐级降低井底流压、保持合理的开采速度,以提高最终采收率。     

致密砂岩油藏CO_2驱储层物性转变规律

本文在延长油田长6油藏温度(44℃)和不同压力的实验条件下,模拟地层压力逐渐升高后CO2后对该区块储层的影响。结果表明Ca~(2+)随压力的升高而上升,HCO_3~-随着压力的升高先升高再下降,岩石表面因酸性溶蚀微观形太发生了较大改变,孔隙度因先期溶蚀后期沉淀的产生出现了先上升后下降的现象,矿物组分在酸性条件下的变化使岩心的润湿性发生了改变。这些现象的产生都是岩心自身矿物组分的存在和酸性环境相遇而产生的。     

基于模拟实验探讨断裂-流体-岩石体系中的矿物溶解-沉淀过程

断裂体系中的流体-岩石相互作用及其成储意义一直都是业界关注的热点问题。流体沿断裂流动运移,溶解围岩矿物,沉淀新矿物,改变储集空间的形态,对碳酸盐岩储层形成与分布、油气运移及分布起十分重要的控制作用。查明深层-超深层含断裂碳酸盐岩储层的成因机理,具有重要的理论和实际意义。为此设计了基于塔里木盆地顺北地区奥陶系一间房组的高温高压溶蚀-沉淀模拟实验,并结合TOUGHREACT等数值模拟软件,以查明沿断裂流动的含CO₂盐水和碳酸盐岩相互作用的过程,考察温度、压力、流体性质、物理非均质性等因素的影响程度,计算裂缝内的钙离子扩散特征以及矿物溶解-沉淀的趋势。实验和计算结果显示：实验时间内整体反应以碳酸钙溶解为主,反应后样品储集性能得到改善,样品内裂缝宽度、数量和体积增加,样品渗透率和孔隙度增加。研究明确了样品物理非均质性和流体水力性质促进主裂缝成为主要流动通道。主裂缝内流动过程和反应过程相互促进,并且共同决定了主裂缝不仅是流体流动的优势通道和水-岩反应发生的主要场所,也会是具有潜力的优势储集空间。     

CO_2-水-岩作用对致密砂岩性质与裂缝扩展的影响

基于CO_2水溶液浸泡致密砂岩实验和室内压裂模拟实验,研究了CO_2-水-岩作用对致密砂岩性质和裂缝扩展的影响,并通过CO_2水溶液浸泡试样裸眼段考察CO_2在压裂过程中的化学作用。研究结果表明:CO_2水溶液浸泡后,方解石和白云石含量显著降低,钾长石和斜长石被溶蚀生成高岭石;石英和黏土矿物含量升高,但伊利石和绿泥石含量降低;溶蚀孔隙数量增多,孔径变大,孔隙度和渗透率增大;抗张强度降低,且平行层理降低幅度大于垂直层理;相比于滑溜水压裂,超临界CO_2压裂的破裂压力降低14.98%,形成的水力裂缝数量增多,裂缝形态更复杂;CO_2水溶液浸泡裸眼段后,超临界CO_2压裂的破裂压力相比于未浸泡情况降低21.61%,且水力裂缝多点起裂,裂缝复杂程度进一步提高。实验证明CO_2的物理和化学特性能有效提高CO_2压裂裂缝的复杂性。     

查干凹陷砂砾岩体溶蚀孔隙储层测井解释方法

查干凹陷下白垩系巴二段是一套近物源、多物源沉积扇体,储层岩屑和长石含量高,非均质性强,物性差,孔隙度和渗透率均较低。受溶蚀作用的影响,储层溶蚀孔隙发育,孔隙结构变化大,声波测井反映孔隙度的能力明显降低,三孔隙度测井曲线响应特征进一步复杂化,大大降低了储层的识别能力和油层的解释精度。针对该区溶蚀孔隙发育的砂砾岩体油藏,在岩心分析的基础上开展溶蚀孔储层岩石物理特征研究,建立测井响应特征模式,形成一套定性识别和定量评价溶蚀孔隙储层的测井评价方法,提高了溶蚀孔隙储层的识别能力,实际资料应用效果良好。     

致密砾岩储层与CO2作用机理及控制因素实验研究

新疆油田530井区克下组致密砾岩储层具有复杂的复模态孔隙结构,富含火山凝灰岩,铁质含量高,目前CO2驱矿场试验效果难预测。以该储层为研究对象,利用铸体薄片、矿物组分、元素分析、离子浓度分析、核磁共振等手段,通过室内实验,对比了岩石碎块、岩石粉末、岩心段塞与CO2反应前后矿物组分、孔隙结构、流体离子浓度等参数的变化,并从岩石矿物组分、粒径、物性及孔隙结构和反应时间等方面对反应控制因素进行探讨。研究结果表明：CO2的注入对储层的影响整体较小。矿物组分的变化表现为石英、黏土矿物相对含量增加,长石、碳酸盐矿物相对含量减少,以及铁质矿物溶解后再次沉淀;元素和孔隙结构变化较小,孔隙度平均变化小于0.5%;液相中Ca2+和Mg2+质量浓度变化相对较大,新增的Al3+,Fe3+,Si4+等质量浓度变化较小。CO2与储层岩石间相互作用机理为长石、方解石的溶蚀以及铁质矿物的先溶蚀后沉淀。储层岩石方解石含量越高,反应后孔隙结构变化越大;反应后Ⅱ类储层孔隙结构变化大于Ⅲ类储层;岩石粉末反应速率强于岩石碎块;随时间的推移,反应在0~7 d内达到平衡,期间以溶蚀作用为主,反应在7~30 d内各组分变化较小,存在Al（OH）3和Fe（OH）3 的沉淀作用。     

考虑储层初始有效应力的岩石应力敏感性分析

在原始地层条件下,储层要承受上覆岩层压力和侧限压力、孔隙压力等的共同影响,这些压力等效成初始有效压力(应力)。在考虑初始有效压力情况下对岩石的应力敏感性的分析表明,储层的物性参数(如孔隙度和渗透率等)仍然随着有效压力的增加而逐渐降低,并满足负指数衰减规律。与不考虑初始有效应力相比,渗透率的降低幅度要小一些,即岩石的应力敏感性要弱一些,但更符合实际地层情况下渗透率的变化规律,因此对指导实际生产更具现实意义。     

致密油储层岩石孔喉比与渗透率、孔隙度的关系

孔喉比是致密油储层岩石最重要的微观物性之一,对储层的剩余油分布与驱替压力影响很大。利用复合毛细管模型,考虑储层岩石的孔喉比、配位数、孔隙半径和喉道半径等孔隙结构参数,建立了致密油储层岩石的微观物性与宏观物性孔隙度、渗透率之间的理论关系式。并用44组板桥地区长6油层组致密油储层岩心的恒速压汞实验数据进行拟合。结果表明:致密油储层岩石孔隙度φ主要受孔隙半径影响,喉道半径控制岩石的渗透率k,孔喉比与φ0.5/k0.25间具有确定的函数关系。利用2组渗透率接近、孔隙度差异较大的岩心驱油实验,证实φ0.5/k0.25值大的致密砂岩,水驱油阻力大。