鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部延長組深部層系特低滲儲層敏感性微觀機理

黨犇 ，趙虹 ，康曉燕，赫海洋，王小軍，朱建斌，張?zhí)旖?/p>

(1.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安，710054；2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，陜西 西安，710054；3.長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安，716000)

1 地質(zhì)背景

圖1 研究區(qū)構(gòu)造和地理位置示意圖Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and studied location

研究區(qū)位于陜北安塞、延安、志丹交界地區(qū)，構(gòu)造上隸屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部(圖1)，其構(gòu)造簡單，僅有差異壓實的鼻狀隆起構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，傾角低于1°。上三疊統(tǒng)延長組是鄂爾多斯盆地內(nèi)陸湖盆形成后的第一套生儲油巖系，也是研究區(qū)主要的勘探開發(fā)目的層系。該套地層與下伏中三疊統(tǒng)的紙坊組、上覆下侏羅統(tǒng)的富縣組或延安組均呈平行不整合接觸。自下而上劃分為5段，根據(jù)其巖性、電性及含油性的差異自上而下劃分為10個油層組。長10自上而下進一步可劃分為長101、長102和長1033個油層段，目前主力產(chǎn)油層為長101油層段。

研究區(qū)長 10儲層主要為一套三角洲平原分流河道微相沉積的灰色厚層塊狀中、細粒砂巖、局部中粗粒長石砂巖和巖屑長石砂巖。砂巖長石含量高，富含濁沸石和方解石膠結(jié)物，并常因濁沸石膠結(jié)物分布不均呈斑點狀或麻斑狀。

長101儲層地層水為CaCl2型，總礦化度為10.95 g/L。具有飽和壓力大、油氣比高、體積系數(shù)大、原油黏度低和密度小等特點。

2 儲層巖石學(xué)特征

據(jù)研究區(qū)長101儲層80個樣品薄片資料分析，巖性主要為長石砂巖、巖屑長石砂巖(圖2)，其中：石英質(zhì)量分數(shù)為17%～48%，平均為 24.34%；長石質(zhì)量分數(shù)為 28%～54%，平均為 44.54%，巖屑質(zhì)量分數(shù)為4%～13%，平均為 8.86%，云母質(zhì)量分數(shù)為 0～15%，平均為 3.79%。巖屑成分復(fù)雜，包括火成巖巖屑，質(zhì)量分數(shù)為1%～4%，平均為2.59%；變質(zhì)巖巖屑，質(zhì)量分數(shù)為1%～11.5%，平均為5.85%；還有少量沉積巖巖屑，質(zhì)量分數(shù)為0～3%，平均為0.38%。

圖2 研究區(qū)長101儲層巖石類型三角圖Fig.2 Rock type of Chang 101 reservoirs in studied area

填隙物類型多樣，主要為膠結(jié)物，且總的質(zhì)量分數(shù)變化較大，介于6%～35%之間，平均為17.51%。濁沸石普遍發(fā)育，質(zhì)量分數(shù)最高，平均為 8.36%，其次為方解石和綠泥石膜，前者平均為 4.12%，后者平均為 2.69%。除此之外，還有石英加大邊、自生石英顆粒等硅質(zhì)和假雜基化水云母，極少量鐵方解石、重晶石、長石質(zhì)和黃鐵礦等。

砂巖粒度以細、中—細粒為主，可見中—粗粒，顆粒以次棱角狀為主，分選中等—較好，膠結(jié)類型以薄膜—孔隙型為主，顆粒接觸方式呈點—線狀，支撐方式為顆粒支撐。

春雨洗去了冬日的殘跡，在春雨的召喚下，小草探出了頭，柳樹抽出了新的葉子，在春風姑娘的伴奏下跳起了舞。抬頭一望，綠滿山川，大地上的松樹，沉默了一個冬季卻在春雨后彰顯勃勃生機。雨珠在綠綠的松針上欲落還休，松樹像穿了一件綴滿珍珠的禮服，在陽光下格外奪目。

對研究區(qū)長101油層36口取芯井的3162塊樣品的物性資料統(tǒng)計結(jié)果表明：儲層孔隙度絕大多數(shù)集中在 5%～15%之間，滲透率絕大多數(shù)集中在 0.1×10?3～10×10?3μm2之間，總體屬低孔—特低孔、特低滲?超低滲儲集層。

研究區(qū)長101儲層孔隙類型多樣，據(jù)80塊樣品的鑄體薄片資料及62塊樣品的掃描電鏡資料分析，研究區(qū)長 101儲層孔隙類型主要為溶蝕孔和殘余粒間孔，其中溶蝕孔占55%，主要為長石溶孔和濁沸石溶孔，其次為巖屑溶孔，微裂縫和粒間溶孔極少，殘余粒間孔占44%。

研究區(qū)長101儲層孔隙半徑為0.16～100.6 μm，平均為7.48 μm；儲層平均喉道半徑最大為2.567 μm，最小為0.018 μm，平均為0.292 μm，孔喉比較大。

綜上所述，研究區(qū)長 101儲集層具有成分成熟度低、填隙物類型復(fù)雜且質(zhì)量分數(shù)變化大、粒度變化大、分選差、物性差、孔喉微觀非均質(zhì)性強等特點。

3 敏感性實驗結(jié)果

敏感性實驗選用研究區(qū)27口井共39塊樣品，采用行業(yè)標準SY/T 5358—94，試驗溫度55 ℃，地層水采用 10 g/L的標準鹽水(m(NaCl):m(CaCl2):m(MgCl2·6H2O)=8:1:1)。

速敏實驗測定結(jié)果表明(圖3(a)和3(b))：研究區(qū)長101儲層主要為弱速敏，其次為中等偏弱速敏；敏感性指數(shù)為0.06～0.80，平均為0.31；臨界流速為1.89～35.9 m/d，平均為8.12 m/d；傷害率平均達到31.2%；滲透率恢復(fù)程度為20.19%～98.99%，平均達到49.28%。

水敏實驗測定結(jié)果表明(圖3(c)和3(d))：研究區(qū)長101儲層主要為弱水敏，其次為中等偏弱水敏；敏感指數(shù)為0.02～0.63，平均為0.25。

鹽敏實驗測定結(jié)果表明(圖3(e)和3(f))：研究區(qū)長101儲層以中等偏弱—弱鹽敏為主，敏感指數(shù)介于0.12～0.62，平均為 0.31；臨界鹽度介于 2.25～5.0 g/L之間，平均為3.63 g/L。

酸敏實驗測定結(jié)果表明(圖4(d)和4(h))：研究區(qū)長101儲層主要為強?中等偏強酸敏性，酸敏指數(shù)為0.01～0.86，平均為 0.57。

堿敏實驗測定結(jié)果表明(圖3(i)和3(j))：研究區(qū)長101儲層主要為弱堿敏到?中等偏弱堿敏為特征，鹽敏指數(shù)為0.04～0.86，平均為0.41。

綜上所述，研究區(qū)儲層總體具有弱速敏性、弱水敏性、弱或中等偏弱鹽敏、強酸敏性、弱?中等偏弱堿敏性的特點。

4 儲層敏感性微觀機理分析

4.1 速敏性

速敏性是指由于流體流動速度的變化引起儲層中微粒運移堵塞喉道，造成滲透率下降的現(xiàn)象[1]。

微粒遷移與巖石固結(jié)程度有關(guān)，固結(jié)程度高的巖石，其顆粒不易受到機械因素影響而移動。而那些相對松散的巖石，才可能發(fā)生明顯的微粒遷移[14?15]。研究區(qū)長10由于成巖演化程度高，巖石致密，因而對于儲層速敏性影響不大。

另外，微粒遷移并形成孔喉堵塞與微粒的類型有關(guān)。X線衍射分析結(jié)果(表1)表明：研究區(qū)儲層中黏土礦物主要為綠泥石，其次為伊利石和伊蒙混層。其中綠泥石呈葉片狀或玫瑰花瓣狀以薄膜式、充填孔隙式產(chǎn)出(圖 4(a)和 4(b))，伊利石呈絲狀、搭橋狀產(chǎn)出(圖4(c))，伊蒙混層呈蜂窩狀產(chǎn)出(圖4(d))。由于黏土礦物粒徑細小，幾乎無法形成堵塞。而非黏土礦物填隙物如濁沸石、方解石及石英、長石、黃鐵礦等，在流體流動時有可能產(chǎn)生“橋堵”和“卡堵”。巖石顯微分析結(jié)果表明：研究區(qū)長 101儲層由于成巖作用較強，巖石致密。濁沸石、方解石多以充填膠結(jié)物形式(圖4(e)和 4(f))出現(xiàn)，石英、長石則以加大邊膠結(jié)物的形式(圖4(g)和4(h))出現(xiàn)，難以遷移，因此研究區(qū)長101儲層速敏性表現(xiàn)為以弱速敏為主的特征。

研究區(qū)儲層速敏傷害后，可反向驅(qū)替，使?jié)B透率得到一定程度的恢復(fù)(圖5)。長10儲層滲透率恢復(fù)最低的僅為 24.55%，滲透率恢復(fù)程度最高的可達到98.99%，滲透率恢復(fù)程度良好。且滲透率愈高，恢復(fù)程度愈好，低滲甚至特低滲透砂巖恢復(fù)程度較低。

圖3 研究區(qū)長101儲層敏感性試驗結(jié)果統(tǒng)計直方圖Fig.3 Statistics of Yanchang Formation Chang 101 reservoirs sensitive experiment results in studied area

表1 研究區(qū)長101儲層黏土礦物X線衍射分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))Table 1 Statistics of clay mineral XRD analysis of Chang101 reservoirs in studied area %

圖4 研究區(qū)長101儲層礦物和巖石顯微照片F(xiàn)ig.4 Mineral-petrology photomicrographs of Chang 101 reservoirs in studied area

圖5 研究區(qū)長101儲層氣體滲透率與傷害恢復(fù)程度關(guān)系圖Fig.5 Relationship between permeability and recovery of Chang101 reservoirs in studied area

圖6 研究區(qū)長101儲層水敏指數(shù)與氣體滲透率相關(guān)圖Fig.6 Relationship between permeability and water sensitive index of Chang101 reservoirs in studied area

4.2 水敏性

水敏性是當?shù)虻偷V化度的水進入地層后，某些黏土礦物發(fā)生水化膨脹或者使顆粒分散運移，造成儲層的孔隙喉道變小或變形，從而降低儲層的滲透率的現(xiàn)象[1]。黏土礦物是造成水敏性的主要因素[14?15]。

不同種類的黏土礦物結(jié)構(gòu)特征不盡相同，其膨脹性也相差較大，鈣蒙脫石膨脹率最高，可達到95.8%，高嶺石為34.9%，伊利石為18.9%，綠泥石則不明顯[1]。研究區(qū)黏土礦物分析結(jié)果(表1)表明：長101無高嶺石、伊蒙混層、伊利石質(zhì)量分數(shù)小，對于水敏性影響較小，因而，形成長101儲層為中等偏弱－弱水敏的特征。

從氣體滲透率與水敏指數(shù)相關(guān)圖(圖6)可知：隨著滲透率的提高，水敏指數(shù)有一定程度的提高，但是不明顯。因此認為：研究區(qū)注水開發(fā)中，對注入水水質(zhì)的要求不是非常高，一般的注入水對其滲透率不會產(chǎn)生本質(zhì)變化，但在水中加入適量的黏土穩(wěn)定劑效果更好。

4.3 鹽敏性

鹽敏性是由于工作液礦化度與地層水礦化度之間的差異，導(dǎo)致油氣層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率的下降從而損害油氣層的現(xiàn)象[4]。

儲層鹽敏性的實質(zhì)是儲層中所含的黏土礦物在地層水鹽度降低發(fā)生膨脹，從而對儲層造成損害[15]。研究區(qū)儲層黏土礦物主要有綠泥石、伊利石和伊/蒙混層(表 1)。其中伊/蒙混層由于含有一定的蒙脫石層，使得其和蒙脫石一樣在流體鹽度降低時易發(fā)生膨脹。但是，研究區(qū)伊/蒙混層中主要為伊利石層，蒙脫石層僅占3.5%～5.0%。對于鹽敏影響不大。伊利石可以作為鹽敏形成的潛在礦物，但是，由于質(zhì)量分數(shù)不高(平均0.25%)，因而形成研究區(qū)長101為中等－弱鹽敏性特征。

研究區(qū)長101儲層雖然存在臨界鹽度，但是，前、后滲透率變化不大，因此，長10油藏在注水開發(fā)時，注入較淡的注入水雖然對儲層有影響，但影響不是很大，可通過加入少量的黏土礦物穩(wěn)定劑以降低儲層的鹽敏性。

4.4 酸敏性

油氣層的酸敏性是指酸液進入儲層后與儲層中的酸敏性礦物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出顆粒，導(dǎo)致儲層滲透率下降的現(xiàn)象[1]。

研究區(qū)酸敏實驗結(jié)果(圖 7)表明：長 10儲層 39塊酸敏分析樣品中有4塊樣品(6，11，14及34號)酸后滲透率得到提高，主要與其含有較高的碳酸鹽礦物(鐵方解石)及綠泥石并且不含(或含少量)濁沸石有關(guān)。其余樣品為中等—偏強酸敏性，說明長10儲層中存在著明顯的且容易造成酸敏的礦物 —— 濁沸石，酸敏的指數(shù)主要與儲層中濁沸石含量有關(guān)(圖8)，含量越高，酸敏指數(shù)越高。該礦物與鹽酸在地層較高溫度下很容易反應(yīng)，形成偏硅酸或硅酸膠體，增加了流體的黏度，不易排出，因而造成滲透率的下降。因此，研究區(qū)強—中等偏強的酸敏性與酸敏性礦物濁沸石比較多有直接關(guān)系。

圖7 酸前和酸后地層水滲透率對比柱狀圖Fig.7 Comparison of stratigraphic water permeability between before acidizing technique and after acidizing technique

圖8 研究區(qū)長101儲層酸敏指數(shù)與濁沸石相關(guān)圖Fig.8 Relationship between laumontite and acid sensitive index of Chang101 reservoirs in studied area

4.5 堿敏性

堿敏性是指堿性工作液進入儲層后，與儲層巖石或儲層液體接觸，并使得儲層滲透能力下降的現(xiàn)象。當高 pH流體進入油氣層后，將造成油氣層中黏土礦物、大多數(shù)鋁硅酸鹽礦物及石英的結(jié)構(gòu)破壞，從而造成油氣層的堵塞損害；此外，大量的氫氧根與某些二價陽離于結(jié)合會生成不溶物，造成油氣層的堵塞損害[1]。

研究發(fā)現(xiàn)：堿敏強度與濁沸石含量的相關(guān)性不明顯(圖9(a))，濁沸石與堿性工作液發(fā)生陽離子交換而產(chǎn)生堿敏。但堿敏性的強弱與空氣滲透率具有一定的正相關(guān)關(guān)系(圖9(b))。研究區(qū)長101儲層由于濁沸石含量較高，造成巖石孔隙膠結(jié)致密，物性極差，堿液很難進入儲層，故堿敏指數(shù)較低。

圖9 長101儲層堿敏指數(shù)與濁沸石、滲透率關(guān)系圖Fig.9 Relationship between alkali sensitive index and laumontite or permeability of Chang101 reservoirs in studied area

5 結(jié)論

(1) 鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部延長組深部層系長101儲層具有弱速敏、弱水敏、弱或中等偏弱鹽敏、強酸敏性、弱—中等偏弱堿敏性的特點。

(2) 研究區(qū)敏感性特征形成的機理主要與長 101儲層膠結(jié)物以濁沸石、黏土礦物綠泥石膜為主等巖性特征有關(guān)，同時，與致密成巖作用導(dǎo)致的復(fù)雜孔隙微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。

(3) 弱速敏與長101儲層致密的巖性、復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物結(jié)合緊密有關(guān)；弱水敏、鹽敏與長101黏土礦物中無或少量的易于膨脹的蒙脫石礦物有關(guān)；強—中等偏強的酸敏性與濁沸石礦物比較多有著直接的關(guān)系；弱堿敏性則主要受濁沸石含量及孔隙滲透率共同控制。

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