1. 西南石油大学研究生院;
2. 中国石化华北分公司油气田建设处;
3. 中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院
收稿日期：2011-11-01
基金项目：国家自然科学基金“废弃油基钻井液旋流分离机理及脱出油循环利用研究”(51104126)
作者简介：李建山，高级工程师，西南石油大学在职博士研究生，现任中国石化华北分公司油建工程处处长。地址：河南郑州市陇海西路199号华北分公司。电话：13333547668.
摘要：大牛地气田W-4污水回注井储层结构致密，岩心孔隙度在10%~15%，属于低孔隙度、低渗透率砂岩储层。该井在污水回注过程中，回注压力急剧升高，影响正常回注。针对该井回注压力升高过快的问题，进行了储层敏感性实验研究。结果表明：W-4井储层具有弱速敏、强水敏和弱碱敏，且随着回注水水量的增大，岩心渗透率逐渐降低，影响回注生产作业。根据实验研究结果，提出了对策措施，对于解决压力升高的问题具有指导意义。
关键词：大牛地气田 回注井 速敏 水敏 碱敏 渗透率
Research on formation sensitivity in the Daniudi gasfield reinjection well
1. Graduate School of Southwest Petroleum University;
2. Construction Department of North China Branch, SINOPEC;
3. Technical Information Division, Oil Production Technology Research Institute, Jianghan Oilfield Company, Sinopec
Abstract: In Daniudi gas field, the reservoir structure of W-4 sewage reinjection well is fine and close. The core porosity is 10% ~ 15%, which belongs to low porosity, low permeability sandstone reservoir. During the process of water's reinjection, injection pressure increases sharply, which affects the normal injection. Based on the problem of reinjection pressure rapid increasing of the well, the formation sensitivity was studied experimentally. Results show that W-4 well's reservoir bed is weak velocity sensitivity, strong water sensitivity and weak alkaline sensitivity, and the core permeability decreased gradually with the water content increasing, which affected the injection production. On the basis of the experimental results, the countermeasures to solve the problem of pressure rise are put forward which has guiding significance for solving problem of pressure rise.
Key words:
Daniudi gasfield reinjection well velocity sensitivity water sensitivity alkaline sensitivity permeability
大牛地气田位于陕西省榆林市与内蒙古自治区伊金霍洛旗、乌审旗交界地区。该气田地层储层总体上结构致密、储层物性差，属于低孔隙度、低渗透率的砂岩储层[1-2]。
随着大牛地气田产能建设的持续进行，每年产生的钻井废液和压裂返排液总量在6×104 m3以上。大牛地气田W-4井是根据产能建设需要和地方政府环保要求而新增的一口污水回注井。该井在回注过程中出现压力过高的问题，达到20 MPa以上，严重影响回注作业的顺利开展。经初步分析:W-4井回注压力过高是由于该储层受到损害造成的。储层损害的实质是渗透率的下降，其原因主要包括储层本身的特性造成的潜在地层伤害、外来液体或开发条件所引起的地层伤害两个方面[3-4]。
为了准确分析W-4井储层渗透率降低的原因，更好地保护储层，需对该储层敏感性进行实验评价。对W-4井岩层岩样主要进行了速敏评价实验、水敏评价实验、碱敏评价实验和回注水体积流量评价实验。实验用地层水、回注水均在现场获取；实验岩心为中国石化华北石油局录井公司提供，地层深度为1 361.50 m~1 375.50 m，岩心直径约2.50 cm，长度约5.10 cm，该岩心的孔隙度在10%~15%，平均孔隙度为12%左右。实验程序主要参照SY/T 5358-2002《储层敏感性流动实验评价方法》标准程序进行[5]。
1 岩心速敏实验
速敏实验的主要目的是测试因外来流体的冲刷作用而导致油气层渗透率下降的临界流速，分析由速敏引起的油气层损害程度，为水敏、碱敏等其他敏感性实验和其他各种损害评价实验的实验流速以及现场的注采速度提供合理的依据。
实验中，根据具体情况采用不同的流量点。岩心SM-1的预定流量分别为1.00 mL/min、1.50 mL/min、2.00 mL/min、3.00 mL/min和3.50 mL/min，岩心SM-2的预定流量分别为0.50 mL/min、1.00 mL/min、1.50 mL/min、2.00 mL/min和3.00 mL/min。实验结果见表 1。
表 1
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表 1 速敏实验数据
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由表 1可知，对于岩心SM-1, 当预定流量为3.00 mL/min时，岩心渗透率达到最大值1.923×10-3 μm2，接着渗透率开始明显下降；当预定流量为3.5 mL/min时，岩心渗透率下降到1.532×10-3 μm2，下降幅度为20.33%。对于岩心SM-2，当预定流量为1.50 mL/min时，SM-2岩心渗透率达到最大值1.455×10-3 μm2；接着岩心渗透率开始下降；当预定流量为2.00 mL/min时，岩心渗透率下降到1.362×10-3 μm2，下降幅度为6.39%。
若是流量Qi－1、Qi对应的渗透率Ki－1、Ki满足
，则说明已经发生速度敏感，流量Qi－1为临界流量。因此岩心SM-1、岩心SM-2的临界流量分别是3.00 mL/min和1.50 mL/min。
按式
可以算出岩心SM-1和岩心SM-2临界渗流速度分别是85.71 m/d和40.03 m/d。
按式
可计算得到岩心SM-1和岩心SM-2由速敏性引起的渗透率损害程度分别是20.33%和6.39%。
两者都处于5＜D≤30，均为弱速敏性。从岩心环境扫面电镜(ESEM)分析可知，岩心内部含有少量伊利石，这是引起弱速敏的主要原因。所以，在回注过程中要控制回注速度在临界渗流速度之下。
2 岩心水敏实验
岩心水敏实验研究的目的是了解粘土矿物遇到淡水后的膨胀、分散、运移的过程，并找出水敏条件以及水敏引起的油气层损害程度[6]。
岩心水敏实验中，先用地层水以低于临界流量的流速流过岩心，测定其渗透率Kf；接着用次地层水以低于临界流量的流速流过岩心，测定其渗透率；最后用蒸馏水以低于临界流量的流速流过岩心，测定其渗透率KW[5]。岩心W-1和岩心W-2水敏实验结果见图 1。
采用水敏指数评价岩样水敏性，按式IW= 
计算。式中：IW为水敏指数；Kf为用地层水测出的岩心渗透率，10-3μm2；KW为用蒸馏水测出的岩心渗透率，10-3μm2，计算可得岩心W-1和岩心W-2的水敏指数分别为78.97%和73.94%，均属于强水敏。
从图 1可看出，岩心W-1的渗透率曲线为直线型，岩心W-2的渗透率曲线为座椅型，两者渗透率都随着蒸馏水质量分数的增加而迅速下降，说明岩心W-1和岩心W-2对淡水都有强敏感性。各种粘土的水化膨胀度顺序为：蒙脱石＞伊/蒙混成＞绿泥石＞高岭石。从岩心环境扫面电镜(ESEM)分析结果可知，岩心内部含有大量绿泥石，这是引起岩心强水敏的主要原因。为了解决岩心的水敏问题，应避免低矿化度水或淡水直接进入到地层当中，也可以在回注工作液中加入适当的有机黏土稳定剂。
3 岩心碱敏实验
岩心碱敏实验的目的主要是找出发生碱敏的临界pH值，评价碱敏损害程度，为现场开采、回注等作业提供合理的参考依据[6]。
实验中，主要测定不同pH值的地层水通过岩心时岩心渗透率的变化，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度。地层水本身的pH值为7，本实验设计的不同pH值分别为7、8、9、10、11和12的地层水是用稀氢氧化钠溶液调节。岩心J-1、岩心J-2碱敏实验结果见表 2。
表 2
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表 2 碱敏实验数据
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从表 2可知，当pH值为8时，岩心J-1、岩心J-2的渗透率均下降，下降幅度分别为9.71%、25.47%。若是pHi－1、pHi对应的渗透率Ki－1、Ki满足
，则说明已经发生碱敏，pHi－1为临界pH值，因此pH值为7是岩心J-1、岩心J-2的临界pH值。岩心碱敏损害程度按式
计算, 可得岩心J-1、岩心J-2的碱敏指数分别为11.45%和28.09%，两者均表现为弱碱敏。因此，在回注过程中，要控制回注水的pH值在7左右。
4 体积流量评价实验
为了了解注水过程中储层岩石特性的变化情况，在室内进行注入水体积流量实验。根据不同孔隙体积倍数注入水时岩心渗透率的变化，评价岩心对注入水的敏感性。
实验步骤：①在低于临界流速的条件下，用10倍~20倍孔隙体积地层水流过岩心，测定岩心渗透率；②把地层水换成注入水，在相同的条件下，驱替40倍孔隙体积左右的注入水，测定其不同孔隙体积倍数下的岩心的渗透率。本实验测定点为5倍、10倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍孔隙体积流量时岩心的渗透率。岩心TJ-1、岩心TJ-2体积流量评价实验数据结果如表 3所示。
表 3
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表 3 体积流量评价实验数据
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从表 3可知，对于注入水，随着孔隙体积倍数的增加，岩心的渗透率不断下降，5倍~20倍孔隙体积流量条件下，岩心渗透率下降很明显；大约到累积孔隙体积25倍的时候，岩心渗透率变化趋于平缓，但仍然为下降趋势。在回注过程中要控制回注水的水质，特别是要控制回注水中悬浮物的含量。
5 结论
(1) 大牛地气田W-4井储层岩心具有弱速敏性，在注入过程中，根据现场实际情况，把回注速度控制在临界流速之下，防止回注速度过高而导致渗透率降低、回注压力升高。
(2) 大牛地气田W-4井储层岩心具有强水敏性，在注入的时候要避免低矿化度水或淡水直接进入到地层当中。
(3) 大牛地气田W-4井储层岩心具有弱碱敏性，临界pH值为7，为了防止储层碱敏的发生，要保证回注水的pH值在7左右。
(4) 大牛地气田W-4井岩心的渗透率随着注入量的增大而逐渐降低，为了防止因注入水悬浮物的堵塞造成岩心渗透率下降的现象发生，要控制好注入水水质，特别是注入水悬浮物杂质含量的控制。
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徐同台, 赵敏, 熊友明, 等. 保护油气层技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2003: 30-48.
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2012, Vol. 41