鄂爾多斯盆地蘇里格氣田中、下二疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層敏感性影響因素分析*

曾 偉 董 明 孔令明 朱 曰

(西南石油大學(xué))

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田中、下二疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層敏感性影響因素分析*

曾 偉 董 明 孔令明 朱 曰

(西南石油大學(xué))

為減小蘇里格氣田在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中造成的儲(chǔ)層損害，針對(duì)其中下二疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層的敏感性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，從巖石學(xué)特征和孔喉結(jié)構(gòu)特征上分析了儲(chǔ)層敏感性影響因素。研究結(jié)果表明:儲(chǔ)層速敏性弱，與孔喉直徑小、粘土礦物微粒直徑較大有關(guān);水敏性差異大，與凝灰質(zhì)雜基含量多少有關(guān);堿敏性弱，高pH值堿液提高儲(chǔ)層滲透率與儲(chǔ)層中高嶺石被強(qiáng)堿溶蝕有關(guān);酸敏性大小取決于酸液類型和儲(chǔ)層中方解石及綠泥石含量;應(yīng)力敏感性強(qiáng)，與儲(chǔ)層致密、喉道類型主要為片狀喉道有關(guān)。根據(jù)儲(chǔ)層的敏感性，提出了相關(guān)的儲(chǔ)層保護(hù)和改造措施。圖7表1參12

蘇里格氣田 儲(chǔ)層損害 敏感性 影響因素 保護(hù) 改造

1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

蘇里格氣田中、下二疊統(tǒng)氣藏儲(chǔ)層巖性以灰色中粗粒巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，石英顆粒含量在72%左右，巖屑含量在28%左右，儲(chǔ)層中不含長(zhǎng)石。填隙物分為雜基和膠結(jié)物，雜基含量一般在1% ～10%之間，成分主要為凝灰質(zhì)。膠結(jié)物主要有石英、方解石和粘土礦物，石英膠結(jié)物主要以石英次生加大形式產(chǎn)出，含量在6%左右。方解石膠結(jié)物呈斑塊狀連晶膠結(jié)，含量在5%左右，為無(wú)鐵方解石。粘土膠結(jié)物含量在6%左右，以高嶺石為主，占粘土礦物總量的70%左右;次為綠泥石，占20%左右;再次為伊利石，占10%左右;儲(chǔ)層中不含蒙脫石和伊/蒙混層礦物。儲(chǔ)層物性差，平均滲透率0.50mD，平均孔隙度8.10%，為典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層孔隙類型以原生粒間孔隙為主，次為粒內(nèi)溶孔和高嶺石晶間孔。喉道類型以片狀喉道為主，間有少量縮頸喉道及管束狀喉道。儲(chǔ)層孔喉較細(xì)小，最大孔喉直徑一般小于4μm，中值孔喉直徑一般小于1μm。

2 儲(chǔ)層敏感性及影響因素分析

2.1 速敏性

速敏性是指因流體流動(dòng)速度變化引起儲(chǔ)層中微粒運(yùn)移堵塞孔喉，造成滲透率下降的現(xiàn)象。

由于研究層段為氣藏儲(chǔ)層，速敏實(shí)驗(yàn)中需用氮?dú)庾鳛閷?shí)驗(yàn)流體測(cè)量?jī)?chǔ)層的速敏性，但在氣測(cè)速敏實(shí)驗(yàn)中存在氣體滑脫效應(yīng)影響的問(wèn)題。眾所周知，隨著測(cè)量壓力的增加，氣體流速的加大，即使沒(méi)有微粒運(yùn)移，氣測(cè)滲透率本身也是要降低的，這就是氣體滑脫效應(yīng)造成的。因此，在氣測(cè)速敏實(shí)驗(yàn)中，隨著氣體流速的增加，儲(chǔ)層滲透率的降低應(yīng)是滑脫效應(yīng)和微粒運(yùn)移堵塞共同造成。為了校正氣體滑脫效應(yīng)影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了二次速敏實(shí)驗(yàn)方法，在常規(guī)速敏實(shí)驗(yàn)完成后(第一次)，把壓力和流量降到初始點(diǎn)，再逐漸增加壓力和流量直到第一次的最終點(diǎn)(第二次)(圖1)。在第一次氣體速敏曲線中，滲透率降低是由微粒運(yùn)移和氣體滑脫效應(yīng)共同引起，第二次速敏曲線中，滲透率降低僅由氣體滑脫效應(yīng)引起，因?yàn)榈诙螠y(cè)的氣體流量比第一次測(cè)的氣體最大流量低，微粒不再運(yùn)移。如果儲(chǔ)層無(wú)速敏性，兩條曲線應(yīng)完全重合，如果儲(chǔ)層有速敏性，二次曲線滲透率應(yīng)低于一次曲線滲透率，并在某個(gè)壓力和流量點(diǎn)相交重合。因此，一次曲線初始滲透率與二次曲線初始滲透率之差，就代表了速敏性引起的滲透率下降，從而消除了氣體滑脫效應(yīng)的影響。氣測(cè)速敏指數(shù)可表示為:

式中:

DK—即速敏指數(shù)，速敏性引起的滲透率損害率，%;

圖1 氣測(cè)速敏損害機(jī)理圖

經(jīng)滑脫效應(yīng)校正后，14個(gè)儲(chǔ)層樣品速敏指數(shù)為1.8% ～23.6%，平均12.68%，儲(chǔ)層損害程度為弱。近年來(lái)的研究結(jié)果表明，低滲致密砂巖儲(chǔ)層速敏性一般很弱［1，2］。速敏性強(qiáng)弱與微粒直徑相對(duì)于孔喉直徑的大小有關(guān)［3］:當(dāng)微粒直徑小于孔喉直徑的1/10時(shí)，微粒在孔喉中運(yùn)移，一般不產(chǎn)生堵塞;當(dāng)微粒直徑大于孔喉直徑時(shí)，將被擋在孔喉之外，無(wú)法對(duì)孔喉形成堵塞;當(dāng)微粒直徑是孔喉直徑的1/3～2/3時(shí)，微粒最容易在孔喉中卡住，形成橋塞，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層滲透率。研究層段儲(chǔ)層中微粒礦物主要為高嶺石，其晶體大小一般在5μm～10μm之間，而儲(chǔ)層最大孔喉直徑一般小于4μm，高嶺石將被擋在孔喉之外，不會(huì)造成孔喉堵塞。

前人在研究鄂爾多斯盆地上古致密砂巖儲(chǔ)層氣體速敏性時(shí)［4］，由于沒(méi)經(jīng)過(guò)氣體滑脫效應(yīng)校正，計(jì)算的速敏指數(shù)一般在30% ～50%之間，損害程度為中等，并認(rèn)為氣藏不宜高產(chǎn)量生產(chǎn)。本文經(jīng)滑脫效應(yīng)校正后，實(shí)際上儲(chǔ)層速敏性很弱，在勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以不考慮儲(chǔ)層的速敏性。

2.2 水敏性

儲(chǔ)層中粘土礦物及其它自生礦物在原始地層條件下處于一種含有一定礦化度的鹽水環(huán)境中，當(dāng)?shù)虻偷V化度的水進(jìn)入儲(chǔ)層后，由于環(huán)境條件的改變，這些礦物就會(huì)發(fā)生膨脹、分散、脫落和運(yùn)移，減小或堵塞儲(chǔ)層喉道，造成儲(chǔ)層滲透率降低。

當(dāng)流體礦化度從地層水降低到淡水時(shí)，14個(gè)儲(chǔ)層樣品水敏指數(shù)為6.45% ～76.54%，平均36.64%，水敏指數(shù)變化大，損害程度從弱到強(qiáng)都有。儲(chǔ)層中不含遇淡水強(qiáng)膨脹的蒙脫石和伊/蒙混層礦物，部分樣品水敏性強(qiáng)的原因可能與其富含凝灰質(zhì)雜基有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，凝灰質(zhì)雜基含量愈高儲(chǔ)層水敏性愈強(qiáng)(圖2)，凝灰質(zhì)的膨脹機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

圖2 水敏指數(shù)與凝灰質(zhì)雜基含量關(guān)系

2.3 堿敏性

高pH值溶液進(jìn)入儲(chǔ)層，會(huì)改變粘土礦物顆粒表面的電荷分布，使粘土晶片間斥力增加，不利于粘土微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，導(dǎo)致分散運(yùn)移，從而損害地層。堿液還會(huì)與礦物和地層流體發(fā)生反應(yīng)，生成諸如氫氧化鈣、氫氧化鎂、沸石、長(zhǎng)石、硅酸鹽、碳酸鹽等沉淀［5，6］，從而堵塞孔喉，導(dǎo)致滲透率降低。前者是微粒運(yùn)移問(wèn)題，后者是結(jié)垢問(wèn)題。

14個(gè)儲(chǔ)層樣品堿敏指數(shù)為6.98% ～22.58%，平均16.95%，損害程度為弱。當(dāng)pH值從7增加到12時(shí)，儲(chǔ)層滲透率呈先降低后增加的過(guò)程(圖3)。在pH值小于10時(shí)，儲(chǔ)層滲透率是逐漸降低的，這是由于堿液與儲(chǔ)層粘土礦物發(fā)生表面陽(yáng)離子交換，導(dǎo)致粘土晶片間相互排斥而分散，進(jìn)而隨流體而遷移，堵塞喉道，降低儲(chǔ)層滲透率。儲(chǔ)層損害程度不大，與粘土礦物晶粒普遍大于孔喉直徑有關(guān)，即使其分散運(yùn)移也不會(huì)造成嚴(yán)重的孔喉堵塞。當(dāng)pH值從10增加到12時(shí)，儲(chǔ)層滲透率得到大幅度提高，這是由于高pH值溶液溶蝕了儲(chǔ)層中的高嶺石。堿敏實(shí)驗(yàn)前，儲(chǔ)層中的高嶺石分布均勻，晶形良好(圖4A)，實(shí)驗(yàn)后，高嶺石被溶蝕成殘缺狀，分布不均，晶形差(圖4B)。高嶺石主要是酸性水介質(zhì)條件下長(zhǎng)石溶蝕的產(chǎn)物［7，8］，反過(guò)來(lái)在強(qiáng)堿條件下高嶺石也可被溶蝕［9，10］。

“意”是道德意志，是人們?cè)谕瓿赡繕?biāo)的社會(huì)實(shí)踐過(guò)程中，表現(xiàn)出來(lái)的克服重重艱難險(xiǎn)阻、不怕困難、頑強(qiáng)拼搏的毅力與堅(jiān)持不懈的精神。人的道德素養(yǎng)的形成離不開(kāi)道德意志，道德意志對(duì)人們道德素養(yǎng)的形成有著調(diào)控作用。人們的道德控制力、意志力自然十分重要。正所謂“克己復(fù)禮為仁”，人必須克制住自己的沖動(dòng)，遵紀(jì)守法，即可達(dá)到所謂道德修養(yǎng)的最高境界，即所謂“仁”。

圖3 堿敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖4 堿敏實(shí)驗(yàn)前后高嶺石分布對(duì)比

2.4 酸敏性

酸敏性指酸液與儲(chǔ)層中某些礦物發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，造成孔喉堵塞，使儲(chǔ)層滲透率降低。酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的就是要了解不同酸液是否對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生損害及損害程度的大小，以便選擇適合于儲(chǔ)層的酸液進(jìn)行施工，以達(dá)到最佳的酸化效果和保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

實(shí)驗(yàn)中用了12%鹽酸和3%氫氟酸兩種酸進(jìn)行酸敏性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4個(gè)樣品鹽酸酸敏指數(shù)為 －224.14% ～32.56%，平均－97.54%，儲(chǔ)層損害程度從無(wú)到強(qiáng)都有。鹽酸酸敏性強(qiáng)弱取決于儲(chǔ)層中鹽酸易溶礦物含量與鹽酸敏感性礦物含量的相對(duì)多少，研究層段儲(chǔ)層中鹽酸易溶礦物主要為方解石，而鹽酸敏感性礦物主要為綠泥石。當(dāng)方解石膠結(jié)物含量高而綠泥石膠結(jié)物含量低時(shí)，儲(chǔ)層無(wú)鹽酸酸敏性，酸敏實(shí)驗(yàn)后儲(chǔ)層滲透率得到了提高，這是由于鹽酸溶蝕了儲(chǔ)層中的方解石。在鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)前，方解石分布均勻(圖5A)，而實(shí)驗(yàn)后，方解石被溶蝕成殘缺狀(圖5B)。當(dāng)方解石膠結(jié)物含量較低而綠泥石膠結(jié)物含量較高時(shí)，儲(chǔ)層鹽酸酸敏性較強(qiáng)，鹽酸雖然能溶解碳酸鹽礦物，但同時(shí)又和鐵綠泥石反應(yīng)生成氫氧化鐵或氫氧化亞鐵沉淀，從而損害儲(chǔ)層。另外，鹽酸酸化后還可能引起綠泥石從顆粒表面脫落，造成微粒運(yùn)移、堵塞，同樣損害儲(chǔ)層。

4個(gè)樣品氫氟酸酸敏指數(shù)為 －100.9% ～37.0%，平均－14.82%，儲(chǔ)層損害程度也從無(wú)到強(qiáng)都有。氫氟酸可以溶解一些不溶于鹽酸的硅酸鹽礦物(主要為粘土礦物)，但同時(shí)又能與一些含鈣、鎂的礦物(主要為方解石、白云石)反應(yīng)，生成氟化鈣、氟化鎂等沉淀，當(dāng)然也能生成氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽沉淀，但以前者為主。這些沉淀物堵塞孔喉，造成滲透率下降。氫氟酸酸敏性強(qiáng)弱主要取決于儲(chǔ)層中氫氟酸敏感性礦物方解石含量的多少，當(dāng)儲(chǔ)層中含有較多的方解石膠結(jié)物時(shí)，儲(chǔ)層有較強(qiáng)的氫氟酸酸敏性，方解石含量愈高，酸敏損害愈大。相反，當(dāng)儲(chǔ)層中方解石膠結(jié)物含量較少時(shí)，則無(wú)氫氟酸酸敏性，酸化后滲透率得到了提高，主要是氫氟酸溶蝕了儲(chǔ)層中的高嶺石膠結(jié)物。在氫氟酸酸敏實(shí)驗(yàn)前，儲(chǔ)層中的高嶺石分布均勻，晶形好(圖6A)，而實(shí)驗(yàn)后，高嶺石被溶蝕成殘缺狀，分布不均，晶形差(圖6B)。

2.5 應(yīng)力敏感性

應(yīng)力敏感性是指巖石滲透率隨有效應(yīng)力(或稱凈圍壓)的增加而下降的現(xiàn)象。致密砂巖儲(chǔ)層常具強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，且滲透率愈低應(yīng)力敏感性愈強(qiáng)［11，12］。

據(jù)14個(gè)樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)有效應(yīng)力從2MPa增加至40MPa時(shí)，儲(chǔ)層滲透率逐漸降低，應(yīng)力敏感指數(shù)為76.2% ～96.4%，平均84.8%，儲(chǔ)層損害程度為強(qiáng)。研究層段為低孔、低滲的致密砂巖儲(chǔ)層，喉道類型主要為片狀喉道，這種扁平喉道在有效應(yīng)力作用下極易被壓縮［11］，因而儲(chǔ)層具有強(qiáng)的應(yīng)力敏感性。應(yīng)力敏感性強(qiáng)弱還與儲(chǔ)層巖石中塑性巖屑(主要為板巖、千枚巖、凝灰?guī)r、泥頁(yè)巖等)含量密切相關(guān)，塑性巖屑含量愈多，巖石抗壓能力愈弱，應(yīng)力敏感性就愈強(qiáng)(圖7)。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

圖5 鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)前后方解石分布對(duì)比

圖6 氫氟酸酸敏實(shí)驗(yàn)前后高嶺石分布對(duì)比

圖7 應(yīng)力敏感指數(shù)與塑性巖屑含量關(guān)系

(1)經(jīng)滑脫效應(yīng)校正后儲(chǔ)層氣測(cè)速敏性很弱，與儲(chǔ)層致密、孔喉細(xì)小、粘土礦物微粒粒徑較大有關(guān)。氣藏勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中可不考慮速敏性。

(2)儲(chǔ)層水敏性差異大，從弱到強(qiáng)都有分布，與凝灰質(zhì)雜基含量多少有關(guān)。在鉆井、完井過(guò)程中要防止淡水及低礦化度水進(jìn)入儲(chǔ)層。

(4)儲(chǔ)層酸敏性強(qiáng)弱，取決于酸液類型和儲(chǔ)層中方解石、綠泥石膠結(jié)物含量。如果方解石多綠泥石少可選擇鹽酸酸化，如果綠泥石多方解石少可選擇氫氟酸酸化。酸化前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的巖石化學(xué)成分分析，以便選擇合適的酸液。

(5)儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性強(qiáng)，與儲(chǔ)層致密、喉道類型主要為片狀喉道有關(guān)。在生產(chǎn)和測(cè)試過(guò)程中要進(jìn)行合理的壓差設(shè)計(jì)，盡量保持地層壓力。

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INFLUENCING FACTORS OF RESERVOIR SENSITIVITY IN MIDDLE AND LOWER PERMIAN SANDSTONE，SULIGE GASFIELD，ORDOS BASIN

ZENG Wei，DONG Ming，KONG Lingming and ZHU Yue(Southwest Petroleum University)．

During E ＆ P of Sulige gasfield in Ordos Basin，certain damage is made for some reservoirs．In this study，in order to reduce reservoir damage，an experiment on reservoir sensitivity of Middle and Lower Permian sandstone is carried out，and some influencing factors of sensitivity are analyzed in terms of petrographic and pore－throat structural characteristics．Results show that:(1)velocity sensitivity is weak，which is related to small diameter of pore and throat as well as larger diameter of clay particle;(2)there is a big difference between water sensitivity，which is related to matrix content of tuffaceous;(3)alkali sensitivity is weak and alkali liquid with high pH value can improve permeability，which is related to kaolinite corroded by strong alkali;(4)acid sensitivity is dependent on acid－liquid type or content of calcite and chlorite in reservoir;and(5)stress sensitivity is strong，which is related to reservoir compactness and throat type(with sheetlike one as the soul)．In addition，some corresponding measures for reservoir protection and reform are provided based on these above－mentioned sensitivities．

Sulige gasfield，formation damage，sensitivity，influencing factors，preservation，reform

本文得到四川省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào):SZD0414)的資助

曾偉，男，1963年出生，博士，西南石油大學(xué)副教授;主要從事油氣地質(zhì)綜合研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院。電話:13194973618。E－mail:zengwei3069@126.com

NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．31－34，7/25/2011

(修改回稿日期 2011－02－22 編輯 景岷雪)