神木-雙山地區(qū)盒8 致密氣藏儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)研究

劉學(xué)剛，王 娟，李永勝，章志鋒

（1.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710021；3.中國(guó)石油東方地球物理公司研究院長(zhǎng)慶分院，陜西西安 710021）

神木-雙山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中央古隆起東側(cè)的伊陜斜坡榆林以東，是長(zhǎng)慶油田天然氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。研究區(qū)盒8 氣藏為低孔低滲的致密砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層碎屑成分、填隙物類型和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)層易受傷害。

1 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，少量石英砂巖。盒8 砂巖儲(chǔ)層軟組分如千枚巖、泥板巖、片巖等非常豐富（平均含量15.2 %），噴發(fā)巖屑含量較高（平均5.8 %），成分成熟度偏低；填隙物平均含量為14.6 %，與蘇里格東部?jī)?chǔ)層相比明顯偏高。盆地東部盒8 儲(chǔ)層面孔率一般不高于1.0 %；以溶孔－晶間孔為主要孔隙組合，平均孔徑10～18 μm。研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層孔隙度主要分布在4 %～8 %，滲透率主要分布在0.1～0.5 mD，屬于低孔低滲儲(chǔ)層。

2 敏感性礦物

敏感性礦物是指儲(chǔ)集層中與流體接觸易發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)并導(dǎo)致滲透率大幅下降的一類礦物[1]。流體通過(guò)時(shí)只與顆粒之間的孔隙接觸，一般地，顆粒表面及孔隙多已被粘土或碳酸鹽充填。

2.1 粘土類敏感性礦物

粘土導(dǎo)致滲透率降低，產(chǎn)生儲(chǔ)層傷害的機(jī)理有3個(gè)方面[2]：（1）在有利的膠體狀態(tài)下，非膨脹性粘土，如高嶺石和伊利石，能從孔隙表面上釋放出來(lái)，在多孔地層中隨液體的流動(dòng)而發(fā)生運(yùn)移。（2）膨脹性粘土，如蒙脫石和混層粘土，在有利的離子狀態(tài)下先膨脹，然后分離、運(yùn)移；粘土膨脹主要受粘土接觸到的水溶液的組成控制。（3）附著在膨脹性粘土上的細(xì)粒在粘土膨脹過(guò)程中也可能松動(dòng)，釋放出來(lái)。

通過(guò)X 衍射分析，研究區(qū)粘土礦物的類型主要有伊利石、綠泥石、高嶺石和少量伊/蒙間層（見(jiàn)表1）。

2.2 非粘土類敏感性礦物

含鐵碳酸鹽礦物，主要包括鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦等，易形成鐵的氫氧化物沉淀；土酸中的F-與Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成不溶性的CaF2、MgF2沉淀，造成儲(chǔ)層傷害，研究區(qū)盒8 以鐵方解石平均含量為3.6 %，鐵白云石、菱鐵礦均小于1 %。

3 儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)分析

3.1 流速敏感性

流速敏感性是指在試油、采油、注水等作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)，由于流體流動(dòng)速度變化引起地層微粒運(yùn)移、堵塞喉道，造成儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

表1 研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層X(jué) 衍射粘土礦物相對(duì)含量分析表

表2 研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

考慮到不同作業(yè)方式下流體性質(zhì)的不同，應(yīng)盡量采用與實(shí)際儲(chǔ)層流體性質(zhì)相近的實(shí)驗(yàn)流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象是氣藏儲(chǔ)層，因此采用氣體為試驗(yàn)流體，采用增加注入壓力以提高流體速度的方法進(jìn)速敏實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行，儲(chǔ)層滲透率傷害率為44.17 %～76.43 %，平均傷害率為64.65 %，為中等偏強(qiáng)速敏（見(jiàn)表2）。由于采用氣體進(jìn)行速敏實(shí)驗(yàn)，造成傷害的原因主要為滑脫效應(yīng)，儲(chǔ)層滲流能力越差，滑脫效應(yīng)越強(qiáng)，造成的傷害也越大，壓力越大，滑脫效應(yīng)也越大。

3.2 水敏感性

水敏是指較低礦化度的注入水進(jìn)入儲(chǔ)層后引起粘土膨脹、分散、運(yùn)移，使得滲流通道發(fā)生變化，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象[3]。水敏實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谠u(píng)價(jià)產(chǎn)生粘土膨脹或微粒運(yùn)移時(shí)引起儲(chǔ)層巖石滲透率變化的最大程度。

實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行水敏實(shí)驗(yàn)，隨著次地層水的注入多數(shù)巖心滲透率減小，當(dāng)蒸餾水的注入，引起了儲(chǔ)層滲透率的大幅減小，水敏程度增大（見(jiàn)圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盒8 段儲(chǔ)層水敏程度以強(qiáng)水敏為主，水敏指數(shù)最大為0.85，最小為0.36，平均值為0.65。

水敏指數(shù)與粘土礦物含量呈正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖2），主要是伊利石的水化膨脹、分散運(yùn)移及高嶺石的微粒運(yùn)移、堵塞孔喉作用造成的滲透率下降。

圖1 水敏實(shí)驗(yàn)滲透率變化圖

圖2 水敏指數(shù)與粘土礦物含量相關(guān)圖

3.3 鹽度敏感性

鹽敏是指一系列礦化度的注入水進(jìn)入儲(chǔ)層后引起粘土膨脹或分散、運(yùn)移，使得儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象[3]。鹽度敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诹私鈨?chǔ)層巖石在接觸不同礦化度流體時(shí)滲透率發(fā)生變化的規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行鹽敏實(shí)驗(yàn)，隨著低礦化度水的注入巖心滲透率減小，巖石發(fā)生鹽敏傷害（見(jiàn)圖3）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盒8 段儲(chǔ)層鹽敏程度以中等鹽敏-弱鹽敏為主，其臨界鹽度大于25～50 g/L。

鹽敏傷害主要是蒙皂石、伊/蒙混層礦物與低礦化度流體接觸時(shí)發(fā)生膨脹、高嶺石在儲(chǔ)層流體離子強(qiáng)度突變時(shí)會(huì)擴(kuò)散運(yùn)移等，使得儲(chǔ)層巖石滲透率降低，臨界鹽度下滲透率傷害率與伊/蒙間層與高嶺石含量之和呈正相關(guān)，相關(guān)性較好（見(jiàn)圖4）。

圖3 鹽敏實(shí)驗(yàn)滲透率變化圖

圖4 滲透率傷害率與伊/蒙+高嶺石含量關(guān)系圖

3.4 酸敏感性

酸敏是指酸液進(jìn)入儲(chǔ)層后與儲(chǔ)層的酸敏性礦物及儲(chǔ)層流體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出微粒，使儲(chǔ)層滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。酸敏導(dǎo)致儲(chǔ)層損害的形式主要有兩類。一是產(chǎn)生化學(xué)沉淀或凝膠，儲(chǔ)層含綠泥石（研究區(qū)綠泥石主要是三八面體富鐵綠泥石）、菱鐵礦等含鐵礦物較多，易形成鐵的氫氧化物沉淀；氟化物沉淀，土酸中的F-與Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成不溶性的CaF2、MgF2，同時(shí)石英可以和氫氟酸反應(yīng)生成氟硅酸鹽和水化硅凝膠。 二是破壞巖石原有結(jié)構(gòu)，酸化釋放出的粘土顆粒發(fā)生運(yùn)移，產(chǎn)生或加劇速敏。

研究區(qū)盒8 段儲(chǔ)層以弱酸敏-中等偏弱為主（見(jiàn)圖5），酸敏指數(shù)最大0.40，最小為0.04，平均值為0.26。針對(duì)產(chǎn)生傷害的巖心，分析酸敏指數(shù)與粘度含量之間的相關(guān)性（見(jiàn)圖6），發(fā)現(xiàn)酸敏指數(shù)與粘土礦物總含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性好。

圖5 酸化前后地層水滲透率變化圖

圖6 酸敏指數(shù)與粘土含量相關(guān)圖

圖7 注堿前后地層水滲透率變化圖

圖8 堿敏指數(shù)與粘土礦物含量相關(guān)圖

3.5 堿敏感性

堿敏是指外來(lái)的堿性流體與儲(chǔ)層中的礦物反應(yīng)使其分散、脫落或生成新的沉淀或膠狀物質(zhì)，堵塞孔隙喉道，造成儲(chǔ)層滲透率變化的現(xiàn)象。堿敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的在于了解各種入井的堿液對(duì)儲(chǔ)層是否造成傷害及傷害程度的大小。堿敏傷害形式主要有兩類，一是堿性工作液誘發(fā)粘土礦物分散、造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；二是高pH值（pH＞9）的堿液可與高嶺石、石英發(fā)生溶解作用生成膠體或沉淀影響儲(chǔ)層滲透率。

研究區(qū)盒8 段儲(chǔ)層以弱堿敏-中等偏弱為主（見(jiàn)圖7），有1 塊巖心為強(qiáng)堿敏傷害，堿敏指數(shù)最大0.71，最小為0.05，平均值為0.33。分析堿敏敏指數(shù)與粘度含量之間的相關(guān)性（見(jiàn)圖8）堿敏指數(shù)與粘土礦物含量之間呈正相關(guān)關(guān)系。

3.6 應(yīng)力敏感性

應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的在于了解巖石所受凈上覆壓力改變時(shí)孔喉喉道變形、裂縫閉合或張開(kāi)的過(guò)程，并導(dǎo)致巖石滲流能力變化的程度。 實(shí)驗(yàn)采用圍壓變化的方式獲取凈應(yīng)力的變化。由于研究對(duì)象是氣藏，因此采用氮?dú)庾鰹樽⑷肓黧w。

研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層應(yīng)力敏感以強(qiáng)敏感為主（見(jiàn)圖9），最大損害率為91.43 %，最小為47.48 %，平均值為76.68 %；恢復(fù)程度最大為92.32 %，最小為19.33 %，平均值為70.10 %。

應(yīng)力敏感性程度與巖石組分關(guān)系密切，巖石骨架通常由多種礦物組成，不同礦物硬度不同。外力作用下，硬度高的礦物不容易發(fā)生形變或形變量很小，礦物硬度越低，越容易發(fā)生形變[4]。常見(jiàn)礦物中石英的硬度最高，柔性礦物（巖屑）主要包括千枚巖，云母，泥質(zhì)板巖屑等，粘土礦物硬度最低。分析巖心最大傷害程度與石英含量成負(fù)相關(guān)（見(jiàn)圖10），與粘土礦物含量呈正相關(guān)（見(jiàn)圖11）。

另外，應(yīng)力敏感與孔隙類型也存在相關(guān)關(guān)系，當(dāng)巖心存在裂縫時(shí)，尤其是未充填縫對(duì)儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性影響最大?？紫吨睆皆酱螅瑧?yīng)力作用下越容易發(fā)生形變，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性也越強(qiáng)，因此縮頸吼道類型的儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性較強(qiáng)，片狀或彎曲片狀吼道類型應(yīng)力敏感性次之，管狀吼道類型孔隙應(yīng)力敏感性最弱。

圖10 石英含量與應(yīng)力敏感最大傷害率相關(guān)圖

圖11 粘土礦物含量與應(yīng)力敏感最大傷害率相關(guān)圖

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)盒8 儲(chǔ)層巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，屬于低孔低滲儲(chǔ)層。

（2）研究區(qū)主要的敏感性礦物包括粘土礦物（主要有伊利石、綠泥石、高嶺石和少量伊/蒙間層）與非粘土類敏感性礦物（鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦）。

（3）研究區(qū)儲(chǔ)層具有中等偏強(qiáng)速敏、強(qiáng)水敏、中等-弱鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏、強(qiáng)應(yīng)力敏感等敏感性特征。

［1］ 于興河.油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

［2］ 法魯克·西維.油層傷害：原理、模擬、評(píng)價(jià)和防治［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

［3］ 油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).SY/T5358-2010 儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)方法［S］.中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010.

［4］ 劉曉旭，胡勇，朱斌，等.儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性影響因素研究［J］.特種油氣藏，2006，13（3）：18-21.