基于低场核磁共振技术的致密砂岩气藏防水锁作用机理研究

马伟云, 黄凯, 王鹏, 杨帆, 杨琦, 安琦, 王琛*

(1.中联煤层气有限责任公司, 北京 100015; 2.“三气共采”省级技术创新中心, 太原 030000;3.西安石油大学石油工程学院, 西安 710065; 4.西安市致密油(页岩油)开发重点实验室, 西安 710065)

低孔低渗透储层天然气占中国天然气总量的75%[1],充分开发低孔低渗天然气资源对中国能源开发有重大意义[2]。致密砂岩储层具有孔隙结构复杂、非均质强、毛管阻力大以及孔隙喉道连通性差等特点,在生产开发中容易造成极为严重的储层伤害。其中外来流体(如压裂液、钻井液、固井液、酸化解堵液等)入侵储层,地层本身驱动压力无法将流体完全排出地层,并且因为毛管力的作用,使得流体流动阻力大并且储层含水饱和度明显上升,导致近井地带气相渗透率显著降低[3]。压裂液对储层造成伤害主要体现在黏土矿物、微粒运移以及水锁伤害等综合影响,从而导致渗透率的下降[4-5]。文献[6]研究表明,低渗透储层中因外来流体侵入后储层自吸现象会造成近井地带含水饱和度大幅度提高从并且难以返排,从而影响气相渗透率。Rickman等[7]研究发现,储层渗透率与毛管力存在一定的关系,渗透率越低,毛管力便不可忽视,毛管压力增大,外来流体极易侵入储层从而造成水锁伤害。水锁现象的产生本质是因为气液两相的非线性渗流现象,受多孔介质微结构、流体性质以及固-液间的相互控制作用[8]。高青松[9]、聂法健等[10]通过物模实验,采用气驱的方式排出可动流体,测得束缚水饱和度,并气测该条件下的气测渗透率进而得出水锁伤害程度。赵霞等[11]采用恒压水侵物模实验研究水箱入侵与启动压力的关系,从而定量表征了水锁伤害程度。张荣军等[12]研究表明,气-水对岩层的润湿性差异、较大的毛管压力以及束缚水饱和度和初始含水饱和度差别较大是造成水锁伤害的主要原因。唐海等[13]研究发现,储层平均孔喉半径以及渗透率、生产压差与黏土矿物种类与含量是影响水锁效应强弱的主要因素。文献[14-18]通过对表面活性剂的研究,发现表面活性剂的加入可以明显改变储层润湿性,改变表/界面张力。文献[19-20]针对水锁伤害开展研究,优选出有效表面张力表面活性剂。黄禹忠等[21]通过采用扫描电镜与恒速压汞等实验方法评价储层的敏感性与水锁伤害。程宇雄等[22]指出,解除水锁伤害可通过化学法和物理法解除水锁伤害,其中化学法分为加入表面活性剂、混响溶剂以及酸化处理,物理方法可以通过伴氮注压裂、增大生产压差、间歇性开管井以及加热地层从而降低水锁伤害程度。安一梅等[23]通过制备非离子型表面活性剂,研究防水锁剂体系水溶液粒径分布,表面张力、热稳定性以及与岩心接触角,评价防水锁剂性能。赵宏波等[24]通过测试防水锁剂的表面张力,接触角以及腐蚀性来评价洗井液的防水锁性。欧彪等[25]通过化学处理方法来预防水锁效应的可行性,通过岩心自吸实验、接触角实验与表面张力实验分析防水锁剂性能,加入防水锁剂后岩心自吸水速率有所下降,防水锁效果明显。蒋官澄等[26]通过分析水锁伤害的机理与对策,基于岩心自发渗吸实验对防水锁剂性能效果做出评价。张林强等[27]研制氟碳类防水锁剂,指出氟碳类表面活性剂具有良好的化学稳定性,通过表面张力实验、岩心自吸实验、接触角实验以及渗透率恢复测试,评价氟碳类防水锁添加剂性能。张黄鹤等[28]基于表面张力测定、接触角测定与自吸实验,基于上述评价方法测定的结果开展岩心流动实验,设置不同生产压差与不同作用时间,评价防水锁剂性能。付美龙等[29]基于配伍性实验与表面张力实验,并采用挤注放差实验评价防水锁添加剂性能。刘广峰等[30]通过研究不同界面张力下自发渗吸对采收率的影响并采用核磁共振技术分析不同孔喉尺度的采收率。周德胜等[31]通过开展岩心自发渗吸实验并结合核磁共振技术、压汞技术,定量表征不同级别孔喉对自发渗吸作用的贡献以及渗吸阶段的划分。梁天博等[32]则在结合表面张力、接触角、自发渗吸。核磁共振以及岩心流动实验,对防水锁剂效果进行评价。

基于前人对水锁伤害的研究以及防水锁添加剂性能评价方法大多通过表面张力、接触角以及自吸实验等宏观角度进行分析,将通过岩心自吸实验、防水锁剂抑制气藏水锁伤害并结合核磁共振技术(nuclear magnetic resonance, NMR)从微观角度对防水锁添加剂作用机理进行研究,定量表征分析防水锁添加剂改善不同孔喉尺度的滞留效果,为实际生产提供理论支撑。

1 实验材料、仪器与方法

通过配置模拟地层水样以及3种防水锁添加剂溶液,测试实验流体的表面张力、接触角大小,并基于现场取样岩心开展岩心自吸实验与防水锁剂抑制水锁伤害实验。通过分析对比模拟地层水和3种不同种类的防水锁添加剂溶液不同时间的岩心自吸所得T2谱情况以及表面张力测试与接触角测试,研究防水锁的机理;在此基础上开展防水锁剂抑制水锁伤害实验,并结合低场核磁共振技术,测试防水锁剂加入前后渗透率变化以及不同孔喉尺度下液相滞留占比程度,揭示防水锁剂的作用机理,为实际生产中提高压裂液的返排率,降低水锁伤害提供理论支撑。

1.1 实验材料与仪器

实验试剂材料主要包括:A型防水锁添加剂、B型防水锁添加剂,C型防水锁添加剂以及模拟地层水样,模拟地层水样则根据取心层位气藏水质监测数据进行配置,矿化度为32 022 mg/L;岩心样品选取自鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块,共计7块岩心样品,岩心基本物性参数如表1所示。

表1 岩心基本物性参数Table 1 Basic physical property parameters of core

实验仪器:核磁共振设备型号为MINI-MR,由上海纽迈制造,磁场强度0.5 T,射频脉冲频率范围为1～30 MHz,射频频率控制精度为0.01 MHz;全自动表面张力仪,美国热电公司制造,表面张力测定范围1～1000 mN/m,测量精度为±0.001 mN/m,温度范围-10～100 ℃;科研型接触角测量仪,型号SDC-100S,由东莞晟鼎精密仪器有限公司制造,功率150 W,频率50/60 Hz;驱替泵型号为260D型高压计量泵,压力范围在0～51.7 MPa,双泵体,泵体容积103 mL,连续流动流速范围为0.001～80 mL/min,计量精确,可实现连续注入,在实验中主要用来向岩心中注入模拟地层水、防水锁添加剂溶液等。实验设备图如图1 所示。

图1 实验设备Fig.1 Experimental equipments

1.2 实验方法

1.2.1 岩心自吸实验

参照《岩心分析方法》(GB/T 29172—2012)[33]对岩心进行预处理,具体步骤如下。

步骤1选取致密砂气藏储层样品,制作成长度6 cm,直径2.5 cm的标准岩心样品,进行烘干,烘干后进行基本物性相关测试。

步骤2将岩心悬挂在电子天平上方,将实验流体放置在岩心正下方,天平归零,通过调整铁架台台控制岩心侵入液面深度,控制在1 mm。

步骤3实验流体受到岩心中毛管力的作用,开始侵入岩心,记录不同时间天平读数,并计算岩心吸水量,在20 h和实验结束时进行核磁共振扫描并计算,实验流程示意图如图2所示。

图2 实验流程图Fig.2 Experimental flowchart

1.2.2 防水锁添加剂抑制气藏水锁伤害实验

参照《岩心分析方法》(GB/T 29172—2012)[33]对岩心进行预处理,具体方法如下。

步骤1选取致密储层样品,制作成长度6 cm,直径2.5 cm的标准岩心样品,进行烘干,烘干后进行基本物性相关测试以及初始渗透率。

步骤2将预处理后的岩心装入岩心夹持器中,正向通入氮气,通过调节阀门控制氮气流量,记录压差Δp。

步骤3反向通入模拟地层水,模拟岩心在地层中所受到的伤害,出口端收集5 PV流体后,扫描核磁共振T2谱。

步骤4正向通入氮气,记录流量与压差,模拟地层压力条件下返排流体,扫描核磁共振T2谱,并测算岩心被伤害后的气测渗透率Kdg。

步骤5反向通入防水锁添加剂溶液,模拟防水锁添加剂对岩心的恢复过程,出口端收集5 PV流体后恢复结束。

步骤6正向通入氮气,记录压差与气体流量,测算岩心被恢复后气测渗透率Krg并进行核磁共振T2谱扫描。相关计算公式为

(1)

(2)

式中:Dpg为模拟地层水对岩心的水锁伤害程度,%;Rpg为防水锁添加剂溶液抑制水锁效应后岩心渗透率恢复程度,%;Kig为岩心初始气测渗透率,mD。

实验流程图如图2所示。

1.3 核磁共振技术计算

低场核磁共振仪器将岩心中赋存的流体磁化并与氢核产生共振,通过采集氢核运动信号转化为T2谱图。其中横坐标可反映孔喉尺度,纵坐标信号强度可反映流体量大小,通过横坐标对应的尺度可得到纵坐标流体量,从而反应孔喉体积的大小以及流体分布情况。通过使用核磁共振技术可针对微观孔喉内流体分布情况的定量评价[28]。

(1)岩心自吸实验中核磁共振T2谱计算。图3为确定孔径为0.001～10 000 ms岩心不同条件下核磁共振T2谱曲线。假设孔喉半径为0.001～10 ms的孔喉(较小孔喉)中自吸实验结束时液相分布为黑色曲线所示,其较小孔喉处含液量由A1+A2表示;红色曲线为自吸20 h时液相滞留分布情况,在20 h时0.001～10 ms的较小孔喉中含液量由A2表示,通过对比实验20 h和实验结束后液相分布核磁共振T2谱的频率面积差值,可计算自吸20 h不同孔喉尺度下自吸液相占比情况。

A1为自吸结束(黑色曲线)和自吸20 h(红色曲线)较小孔喉处含液量T2谱频率面积差;A2为自吸20 h(红色曲线)较小孔喉处含液量T2谱频率面积;B1为自吸结束(黑色曲线)和自吸20 h(红色曲线)较大孔喉处含液量T2谱频率面积差;B2为自吸20 h(红色曲线)较大孔喉处含液量T2谱频率面积;T2为弛豫时间图3 核磁共振T2谱计算示意图Fig.3 Schematic diagram of nuclear magnetic resonance T2 spectrum calculation

(3)

(4)

式中:Ssmall为较小孔喉尺度占比,%;Sbig为较大孔喉尺度占比,%;A2为自吸20 h时较小孔候(0～10 ms)处含液量T2谱频率面积;A1为自吸结束与自吸20 h时较小孔候(0～10 ms)处含液量T2谱频率面积差;B2为自吸20 h时较大孔喉(10～10 000 ms)处含液量T2谱频率面积;B1为自吸结束与自吸20 h时较大孔喉(10～10 000 ms)处含液量T2谱频率面积差。

(2)防水锁添加剂抑制水锁伤害实验核磁共振T2谱计算。通过计算不同条件下核磁共振T2谱幅度面积、比值,明确不同孔喉尺度液相滞留占比情况。假设孔喉半径为0.001～10 000 ms岩心在不同条件下核磁共振T2谱曲线如图3所示,较小孔喉为0.001～10 ms,较大孔喉为10～10 000 ms,黑色曲线为饱和条件下流体分布情况,其含液量由A1+A2+B1+B2表示;红色曲线为实验流体返排后液相滞留曲线,其含液量由A2+B2表示,则不同孔喉尺度下液相滞留占比计算公式为

(5)

(6)

式中:A1+B1为饱和曲线与未加入放水锁剂返排后(或加入防水锁剂返排后)的曲线T2谱面积差。

2 实验结果与分析

2.1 表面张力与接触角

将3种防水锁添加剂与模拟地层水样配置相同浓度溶液,并测试溶液和模拟地层水样的表面张力,测试结果如表2所示。从测试结果(表2)分析可知,防水锁添加剂A防水锁添加剂浓度为0.3%时表面张力值为28.72 mN/m;模拟地层水样表面张力测试结果为72.15 mN/m,加入防水锁添加剂后表面张力有了明显的下降。防水锁添加剂通过改变流体表面张力从而达到降低毛管力的作用,进而达到防水锁的作用。

表2 表面张力、接触角测试结果Table 2 Surface tension and contact angle test results

C添加剂浓度为0.3%与模拟地层水的表面张力进行对比,C添加剂溶液表面张力值低于模拟地层水且差值为39.96 mN/m。B添加剂溶液在浓度为0.3%时其表面张力为29.90 mN/m,对比B溶液浓度为0.3%和模拟地层水的表面张力,B添加剂溶液表面张力值低于模拟地层水样,且二者差值为42.25 mN/m。从表面张力测试结果可知,3种防水锁添加剂均有降低表面张力的效果且效果明显,表面张力值均有明显的下降。

分析对比4种实验流体接触角大小,其中模拟地层水样未测得接触角大小,分析原因岩心与模拟地层水样亲水性强,岩心表面与地层水样相容性好,岩心易被润湿;加入防水锁添加剂后,接触角增大,从而与岩心疏水性变强,岩心润湿性有了明显的改善,亲水性变弱。

通过表面张力与接触角的测定,可以为防水锁添加剂效果评价提供理论依据。防水锁添加剂的加入可以有效地降低液体的表面张力,改变岩心的润湿性,增大岩心的疏水性能从而在实际运用中更加利于返排,3种防水锁添加剂加入后均有一定的效果。

2.2 宏观自吸规律

岩心自吸水速率测定是评价防水锁剂效果的实验方法之一。通过选取实验岩心开展岩心自吸实验,实验溶液统一固定浓度为0.3%,并采用模拟地层水样进行对照实验;因为岩心渗透率低于0.1 mD,孔渗条件差且流动通道狭窄,极易造成液相滞留,从而导致较为严重的水锁伤害。岩心自吸实验结果如图4所示,岩心自吸根据速率大致可以分为3个阶段:快速自吸阶段、缓慢自吸阶段和稳定阶段,在快速自吸阶段3种防水锁添加剂自吸水速率相近。

通过图4模拟地层水样不同时间自吸速率可以看出,0～5 h处于快速吸水阶段,5～102 h处于缓慢吸水阶段,当到达102 h后,岩心吸水量停止增加,则到达稳定阶段,实验结束时间为110 h。

观察图5可知,自吸速率在缓慢自吸的阶段开始产生差异,其中模拟地层水自吸速率最快,且累计吸液量最大;其次自吸速率较快的是C添加剂溶液,相比较模拟地层水样速率有了明显的下降且累计吸液量也有所降低,A添加剂溶液自吸速率最慢。C添加剂溶液在97 h达到稳定阶段,自吸量为1.107 mL;B添加剂溶液在5 840 s达到稳定阶段,自吸量为1.032 mL;A添加剂溶液在99 h达到稳定阶段,其自吸量为0.853 mL;模拟地层水在102 h达到稳定阶段,其自吸量为1.449 mL。分析对比自吸速率,明显可以看出,A防水锁添加剂溶液速率最慢。实验流体为模拟地层水样自吸速率最快,结合表面张力与接触角测试,岩心累计自吸量、自吸速率与实验流体表面张力、接触角呈现一定的相关性,表面张力越低、接触角越大则自吸速率与自吸量越小。防水锁添加剂后流体表面张力与接触角有明显的改变,从而在自吸实验中具有降低毛管力的作用,因此自吸速率更慢,防水锁效果更好。

图5 不同实验流体岩心自吸速率Fig.5 Self-priming rate of cores with differentexperimental fluids

2.3 微观自吸特征

在岩心自吸实验不同的时间阶段,应用低场核磁共振技术监测岩心内部不同孔隙喉道液相分布情况,定量评价不同孔喉尺度自吸情况,明确水锁伤害机理。核磁共振T2谱纵坐标信号强度可反应横坐标对应的岩心孔喉尺度下孔隙体积以及流体分布的情况。

从图6(a)和图6(b)可以看出,核磁T2谱曲线主要呈现双峰态分布,黑色曲线为自吸110 h的T2谱测定结果,红色曲线为自吸20 h的T2谱测定结果,曲线整体分布介于0.005～811.98 ms,黑色曲线左峰明显高于红色曲线左峰,红色曲线左峰面积大概占黑色曲线左峰面积的约1/3;而红色曲线右峰面积占比较小。整体观察二者核磁共振T2谱曲线相差不大,核磁共振T2谱中横坐标T2弛豫时间与孔喉半径呈正相关关系,纵坐标T2谱幅度信号强度可以反映横坐标对应某尺度下孔喉体积大小以及流体分布量情况。黑色曲线纵坐标信号最大值信号接近900,红色曲线纵坐标信号最大值接近400,且0.005～4.55 ms尺度范围内的较小孔喉体积显著高于4.55～811.98 ms的较大孔喉体积,该特征充分反映在表面张力以及接触角相近的条件下,孔喉尺度越小毛管力越大,从而导致岩心自吸量越大。

图6 各添加剂不同自吸时间T2谱Fig.6 T2 spectrum of various additive with different self-absorption time

对比图6(c)和图7可知,不同自吸时间岩心T2谱,其中黑线为自吸110 h岩心T2谱曲线,红线为自吸20 h后岩心T2谱曲线测定结果。岩心样品经过自吸实验后主要呈现双峰态分布,曲线整体分布介于0.005～811.98 ms,自吸模拟地层水中黑色曲线核磁共振T2谱纵坐标信号幅度超过1 100,表明实验流体为模拟地层水样自吸量大于C型防水锁添加剂的自吸量,且0.005～5.35 ms尺度的较小孔喉体积显著高于5.35～811.98 ms尺度的较大孔喉体积,并且模拟地层水T2谱中黑色和红色曲线孔喉体积明显大于另外3种防水锁添加剂核磁共振T2谱中红色和黑色曲线孔喉体积,该现象论证了防水锁添加剂加入后明显降低了岩心累计吸水量;对比红色曲线则反映了在相同的时间内,模拟地层水样自吸量更大从而反映出实验流体为模拟地层水样吸水速率更快,且自吸主要发生在较小孔喉处。

图7 模拟地层水不同自吸时间T2谱Fig.7 T2 pectrum of simulated formation water with different self-priming time

分析不同实验试液自吸20 h不同孔喉尺度液相占比情况,实验数据如表3所示。

表3 不同实验试液自吸时间20 h孔喉占比程度Table 3 Proportion of pore throat in different test solutions with self-priming time of 20 h

基于以上实验结果与图8可以看出,因毛管力的作用产生岩心自吸现象,自吸实验液相滞留主要发生在较小孔候处;因较大孔喉处毛管力较小,从而流体不易产生滞留,因此较大孔喉处自吸液相滞留占比较小。加入防水锁添加剂后,较小孔喉处自吸液相滞留平均占比在38.61%,整体孔喉处自吸液相滞留平均占比在35.79%;而采用模拟地层水较小孔喉液相占比为67.48%,整体孔喉占比在54.52%,通过对比可得加入防水锁添加剂后较小孔喉自吸液相滞留占比下降了28.87%,整体自吸液相滞留占比下降了18.73%。防水锁添加剂通过改变流体的表面张力以及接触角,有效降低了岩心自吸量以及自吸速率,其主要作用在较小孔喉处,加入防水锁添加剂后液相滞留有了明显的改善,从而降低水锁伤害程度。

图8 岩心自吸实验20 h不同孔喉液相滞留占比分布图Fig.8 Distribution diagram of liquid phase retention ratio in different pore throats during core self suction experiment for 20 h

2.4 防水锁剂抑制气藏水锁伤害实验结果

基于不同实验流体开展表面张力、接触角测试,并结合岩心自吸实验,对3种防水锁添加剂性能有初步的认识。通过气藏防水锁添加剂抑制水锁伤害实验并结合低场核磁共振技术,对防水锁剂作用机理进行研究,定量表征防水锁剂在不同孔喉出改善液相滞留程度。开展防水锁剂抑制气藏水锁伤害实验,实验相关结果如表4所示。

表4 防水锁剂抑制气藏水锁伤害数据Table 4 Waterproof locking agent suppresses water lock damage data in gas reservoirs

实验中所用岩心初始渗透率较低,在反向通入模拟地层水达到饱和状态,正向通氮气模拟返排过程后达到束缚水饱和度,测试渗透率变化并计算水锁伤害程度,此时束缚水条件下岩心渗透率下降幅度明显,伤害程度范围在62.64%～82.69%。之后向岩心反向注入防水锁剂溶液后再正向通入氮气,渗透率均具有一定程度的提高,恢复程度在15.38%～20.19%,防水锁添加剂的加入一定程度上降低了水锁伤害。结合低场核磁共振仪器从微观角度进行分析,明确防水锁添加剂溶液在不同孔喉尺度范围内的改善情况,实验结果如表5、图9(a)所示。

图9 各添加剂加入前、后T2谱Fig.9 T2 spectrum before and after adding each additive

表5 A添加剂改善前、后T2谱孔喉占比结果Table 5 Results of pore throat ratio in T2 spectra before and after improvement with additive A

岩心3-1较为致密,通过饱和曲线可知岩心整体多为较小孔喉,较大孔喉含量相对较低,基于A添加剂改善前后T2谱实验结果可知,黑色曲线为饱和状态核磁共振T2谱曲线,反映了岩心孔喉分布占比情况,红色曲线表示岩心反向注入模拟地层水并达到饱和状态后再正向注入氮气,返排后达到束缚水饱和度时的液相滞留占比情况;蓝色曲线表示反向饱和防水锁添加剂溶液饱和后再通入氮气进行返排后的液相滞留占比情况。通过计算得知在岩心在束缚水饱和度条件下,较小孔喉处返排液相滞留占比达到95.09%,较大孔喉处返排液相滞留占比达到2.88%,整体返排液相滞留占比在95.09%。加入防水锁添加剂溶液后,较小孔喉处返排液相滞留占比下降至78.34,降低了13.87%;较大孔喉处返排液相滞留占比下降至2.50%,降低了0.38%,整体返排液相滞留占比下降至80.84%,降低了14.25%,渗透率恢复程度达到20.19%。

通过上述实验结果与图9(b)、表6可知,黑色曲线为饱和状态核磁共振T2谱曲线,反映了岩心孔喉分布占比情况,红色曲线表示岩心反向注入模拟地层水并达到饱和状态后再正向注入氮气,返排后达到束缚水饱和度时的液相滞留占比情况;蓝色曲线表示反向饱和防水锁添加剂溶液饱和后再通入氮气进行返排后的液相滞留占比情况。通过计算得知岩心在束缚水饱和度条件下,较小孔喉处返排液相滞留占比达到62.30%,较大孔喉处返排液相滞留占比达到2.29%,整体返排液相滞留占比在64.59%。加入防水锁添加剂溶液后,较小孔喉处返排液相滞留占比下降至52.97%,降低了9.33%;较大孔喉处返排液相滞留占比下降至1.47%,降低了0.82%,整体返排液相滞留占比下降至54.44%,降低了10.15%,渗透率恢复程度达到17.89%。

表6 B添加剂改善前、后T2谱孔喉占比结果Table 6 Result of T2 pore throat ratio before and after improvement with additive B

通过上述实验结果与图9(c)、表7可知,黑色曲线为饱和状态核磁共振T2谱曲线,反映了岩心孔喉分布占比情况,红色曲线表示岩心反向注入模拟地层水并达到饱和状态后再正向注入氮气,返排后达到束缚水饱和度时的液相滞留占比情况;蓝色曲线表示反向饱和防水锁添加剂溶液饱和后再通入氮气进行返排后的液相滞留占比情况。通过计算得知岩心在束缚水饱和度条件下,较小孔喉处返排后液相滞留占比达到63.67%,较大孔喉处返排液相滞留占比达到1.77%,整体返排后液相滞留占比在65.44%。加入防水锁添加剂溶液后,较小孔喉处返排后液相滞留占比下降至56.17%,降低了7.5%;较大孔喉处返排液相滞留占比下降至1.47%,降低了0.3%,整体返排液相滞留占比下降至57.64%,降低了7.8%,渗透率恢复程度达到15.38%。

表7 C添加剂改善前、后T2谱孔喉占比结果Table 7 Result of pore throat ratio in T2 spectrum before and after improvement with C additive

综合以上实验结果与图10可知,防水锁添加剂加入后可有效降低整体孔喉的液相滞留占比,尤其是在较小孔喉处返排液相滞留占比显著降低,整体孔喉下降幅度为7.8%～14.25%,平均下降幅度在10.73%,较小孔喉处返排液相滞留占比下降幅度在7.5%～13.87%,平均下降幅度为10.23%。未加入防水锁添加剂时,饱和岩心通过气体返排后T2谱可知,较大孔喉处峰面积明显降低,较小孔喉处峰面积下降幅度小;加入防水锁添加剂后有效降低流体的表面张力,增大接触角,从而使流体在较小孔喉处所受毛管力有一定程度的降低,因此水锁伤害程度得到一定程度的下降,岩心渗透率有一定程度的恢复;恢复程度彼此之间有所差异,造成这种现象的原因与岩心自身不同孔喉尺度分布情况以及岩心表面的润湿性有关。

图10 防水锁添加剂抑制水锁伤害实验不同孔喉液相占比分布图Fig.10 Distribution of liquid phase proportion of different pores and throats in the experiment of inhibiting water lock damage by waterproof lock additives

在前人采用岩心自吸实验评价防水锁添加剂性能的基础上,通过开展岩心自吸实验与防水锁剂抑制水锁伤害测试实验,结合低场核磁共振技术,从微观尺度定量评价加入防水锁剂前后不同孔喉尺度液相滞留占比情况;揭示防水锁剂的作用机理。防水锁剂加入后对较小孔处改善液相滞留占比效果明显,进而降低整体液相滞留占比,从而降低水锁伤害,提高返排效率,为现场提高采收率提供理论支撑。

3 结论

(1)基于表面张力、接触角以及岩心自吸实验测试,3种防水锁添加剂具有较好的防水锁效果,与模拟地层水样实验结果相比有效地降低了表面张力的大小,接触角增大有效地降低了岩石的亲水性,从而起到了降低水锁伤害的作用。

(2)通过核磁共振T2谱分析,岩心自吸实验中流体主要先进入较小孔隙喉道处,产生液相滞留,对比模拟地层水样和不同种类防水锁添加剂溶液自吸实验液相滞留情况得出,加入防水锁添加剂后较小孔喉自吸液相滞留占比下降了28.87%,整体自吸液相滞留占比下降了18.73%。

(3)基于防水锁添加剂抑制气藏水锁伤害实验结果,在束缚水饱和度下,岩心水锁伤害程度在62.64%～82.69%,平均水锁伤害程度70.61%,加入防水锁剂前平均液相滞留占比在75.04%,加入防水锁剂后平均渗透率恢复程度在17.82%,加入防水锁剂后平均液相滞留占比在64.31%。防水锁添加剂加入后渗透率均有一定程度的恢复。