川中龙王庙组储层沥青特性及其对酸蚀裂缝导流能力的影响

时间：2024-09-03

游佳春，刘威，潘冠昌，张项飞，朱熙，王福平，王刚

(1成都理工大学能源学院 2中石油西南油气田分公司川中油气矿 3哈尔滨石油学院)

川中龙女寺龙王庙组前期共完成4口井酸化改造，累计测试产量121.5×104m3/d。其中，磨溪29井储层品质与高石16井相当，但试井却发现其近井区渗透率为0.02 mD，产量为10.45×104m3/d，而高石16井近井区渗透率为0.11 mD，测试产量达到20.44×104m3/d；测井解释表明磨溪29井沥青含量为3.8%，而高石16井为0.72%；可见沥青可能成为影响气井测试产量关键因素之一。储层沥青作为油气的伴生产物，在碳酸盐岩或砂岩储层中均有分布。沥青有机化学特征的研究可为了解油气成因及来源、气田形成及分布关系提供有效信息[1-2]。

目前，大量文献报道了关于四川盆地震旦系—下古生界储层沥青的特性，包括沥青成因、地球化学特征、生烃潜力等[3-7]。其次，对于碳酸盐岩储层而言，酸压改造是否成功与酸蚀裂缝导流能力密切相关。目前研究主要集中在所用酸液体系、注酸排量、储层特性和裂缝闭合应力[8-12]等方面。另外，针对储层损害机理方面，现有研究多集中在储层沥青会导致储层有效孔隙度和渗透率的降低，增加储层非均质性，降低储层品质方面[13-17]。目前针对川中龙王庙组储层沥青特性及其对导流能力影响鲜有报道，不足以指导龙女寺地区龙王庙组储层酸压改造设计。因此，有必要对龙女寺地区龙王庙组储层沥青及其对导流能力的影响进行系统的研究，以期完善对该地区储层沥青认识，明确沥青对酸压改造效果的影响。

一、实验部分

1. 实验样品

实验所用的岩样来自磨溪39井下寒武统龙王庙组储层，其中，碎块样孔隙度分布为0.79%～3.25%，平均为1.53%；柱样(直径25.08 mm、长度46.35 mm)孔隙度为1.45%，渗透率为0.609 mD。实验所用酸液为胶凝酸，配方为：20%HCl+2.5%高温缓蚀剂+1%高温缓蚀增效剂+1%转向剂+3%胶凝剂+1%高温铁离子稳定剂+1%助排剂+1%黏土稳定剂。

2. 沥青特性评价实验

2.1 薄片观察

利用Leica DM 2500P 型偏光显微镜对磨溪39井龙王庙组含沥青储层岩心进行光学观察，以明确沥青产状及充填情况。

2.2 沥青提取及组分测试

利用同位素质谱元素分析仪测试储层沥青碳同位素值以明确其来源；利用过量盐酸对粉碎后储层岩心进行溶蚀，将不溶物过滤洗涤烘干，以此确定沥青含量，并使用Bettersize2000E 激光粒度分布仪测试其粒径；族组分分析使用四组分分析法。

2.3 沥青反射率测试

通过使用MPV-SP显微光度计测试沥青反射率，以此分析沥青成熟度。

3. 导流能力测试实验

为明确酸压后游离出来的沥青对裂缝导流能力的影响，利用裂缝导流仪对充填不同含量沥青的岩心酸蚀裂缝进行导流能力测试。首先将对基块岩心进行劈裂造缝，在测试温度115℃，过酸时间60 s条件下过酸300 mL，测试酸蚀后裂缝导流能力，将提取出的储层沥青均匀铺置在酸蚀后的岩心裂缝面上，充填沥青含量依次为1%、3%、5%、6%，每做完一个沥青含量将裂缝面上沥青冲洗干净后，在该岩心裂缝面上铺置下一含量沥青。利用式(1)计算铺置沥青的质量。

m=LRHφρω

(1)

式中:m—铺置沥青质量，g；L—岩心长度，cm；R—岩心直径，cm；H—缝宽，cm；φ—孔隙度，%；ρ—岩石密度，g/cm3；ω—沥青含量，%。

图1 储层沥青镜下特征

二、实验结果与讨论

1. 沥青空间分布特征

镜下观察发现，储层沥青主要充填于缝合线(图1a)、晶间孔(图1b)、溶孔/洞内(图1c)；在单偏光显微镜下均呈现黑色，且均无荧光显示(图1d)；形状主要为脉状、条带状、斑点状及多边形状，部分沥青边缘清晰，棱角分明。

依照镜下观察结果统计沥青平均含量(沥青镜下面积占比),如图2。根据统计结果分析可知：岩心面孔率为0.5%～3%，平均为1.69%；沥青镜下含量为3%～13%，平均含量为6.38%。其中，溶孔中充填1.69%的沥青，缝合线内充填3.56%，晶间孔充填1.13%；沥青主要充填于扩溶缝合线中，次为晶间孔和溶孔中；扩溶缝合线中沥青含量一般为2%～6%；溶孔中分布较少，但由于空间较大，储集沥青十分可观，沥青含量最大可达11%。

图2 镜下沥青含量统计结果

2. 沥青地球化学特征

2.1 沥青含量及族组分分析

前人研究表明,对比储层固体沥青与烃源岩的碳同位素值是分析其来源的有效方法[18]。此次分析的沥青样品的碳同位素值在-34.4‰～-30.1‰，平均值为-32.7‰，与下寒武统烃源岩干酪根同位素值[4](-36.6‰～-31.7‰)具有很好的可比性，表明龙女寺龙王庙组储层沥青来源于下寒武统烃源岩。

通过过量盐酸溶蚀确定储层沥青含量，实验发现提取出的沥青呈黑色粉末状，平均粒径为39.36 μm，龙王庙组岩心沥青质量含量分布为2.16%～3.64%，平均值为2.71%；沥青体积占比为4.70%～7.94%，平均值为5.90%(图3)，远大于孔隙度。

实验表明，龙王庙中沥青氯仿沥青A含量偏低，为0.001%～0.012%，平均值为0.004%，具有典型焦沥青性质。其中，饱和烃含量为7.14%～21.82%，平均值为16.43%；芳烃含量为1.39%～26.92%，平均值为5.21%；胶质+沥青质含量为58.98%～85.72%，平均值为78.36%。

在之前实验中，实验测试得出储层沥青平均含量(质量占比)为2.71%，此次利用氯仿抽提出的沥青平均值(质量占比)为0.004%。由此可知，储层沥青高成熟度碳质沥青含量(质量占比)为2.706%，近乎所有储层沥青均为碳质沥青，占储层沥青的99.85%。

图3 岩心储层沥青质量与体积占比

2.2 沥青成熟度分析

由于四川盆地下古生界寒武系龙王庙组地层镜质组缺乏，本文通过测定储层沥青的反射率来分析其成熟度，利用式(2)将Rb换算为Ro[19]，根据式(3)计算相应最高地层温度[20]。

Ro=0.3364+0.6569Rb

(2)

式中:Ro—镜质体反射率，%；Rb—沥青反射率，%。

lnRo=0.0078Tmax-1.2

(3)

式中:Ro—镜质体反射率，%；Tmax—最高地层温度，℃。

图4 反射率随深度变化关系

由实验结果(图4)可知，磨溪地区龙王庙组储层沥青反射率随埋深增加而变大，范围为3.75%～4.17%，平均值为4.05%；换算后的镜质体反射率为2.80%～3.08%，平均值为3.00%；根据式(3)计算最高地温为286℃～298℃，高于油藏原油开始裂解的温度(160℃～190℃)[21]。表明其是古油藏原油裂解成气的残留物，且成熟度相对偏高，处于过成熟阶段，属热演化成因的焦沥青类。

3. 沥青对酸蚀裂缝导流能力的影响

薄片观察发现，储层中的沥青占据储层的部分储集空间和优势渗流通道，破坏储层孔隙结构，不仅会减小储层的孔隙度，还会大幅度减低储层渗透率，严重影响储层物性及气井产能。此外，极低的氯仿沥青含量表明该储层沥青在常规有机溶剂中近乎不溶，使用常规的有机溶剂并不能将其溶解去除，一旦利用常规溶剂不能去除，酸化后游离出的沥青将对酸蚀裂缝导流能力产生何种影响将直接影响酸压改造效果。

为此，利用裂缝导流仪对充填不同含量沥青的岩心酸蚀裂缝进行导流能力测试，根据式(4)计算裂缝导流能力。

(4)

式中:Kw—裂缝导流能力，μm2·cm；Q—液体流量，mL/s；μ—液体黏度，mPa·s；L—岩心长度，cm；Δp—岩心两端压力差，MPa。

本次实验过程，岩石密度为2.65 g/cm3，模拟缝宽为300 μm，充填沥青含量依次为1%、3%、5%、6%，依照式(1)计算出所需铺置沥青的质量。

实验结果表明(图5)，随酸蚀裂缝中充填沥青含量增加，裂缝导流能力逐渐下降。当闭合压力为5 MPa，充填沥青含量依次为1%、3%、5%和6%时，导流能力从初始的205 μm2×cm依次降为48.57 μm2×cm、30.80 μm2×cm、23.60 μm2×cm和4.91 μm2×cm，导流能力损害程度依次为76.31%、84.98%、88.49%和97.61%；当闭合压力为70 MPa，充填沥青含量依次为1%、3%、5%和6%时，导流能力从初始的12.66 μm2×cm依次降为4.60 μm2×cm、1.62 μm2×cm、1.40 μm2×cm和0.18 μm2×cm，导流能力损害程度依次为63.67%、87.20%、88.94%和98.58%。

图5 不同含量沥青对裂缝导流能力的影响

对导流实验后的裂缝表面沥青分布(图6)观察发现，沥青多聚集充填在裂缝沟槽内，堵塞了裂缝导流通道进而造成严重裂缝导流能力损害。充填沥青随流体在裂缝通道内流动，可能在低流速区沉积造成堵塞；而高流速区内多个尺寸小于缝宽的沥青微粒亦可能架桥形成桥塞，尺寸大于缝宽的沥青微粒也会造成封堵(图7)。一旦桥塞形成，将降低裂缝导流能力，进而影响测试产量。

图6 导流实验后裂缝表面沥青分布情况

图7 沥青在裂缝中的滞留模式