儲層速敏效應(yīng)形成機(jī)理及其垂向差異因素分析
——以塔北隆起吉拉克地區(qū)三疊系儲層為例

韓登林，張雙源，袁文芳，馮志超，歐陽傳湘，彭舒琪

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430100；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000；4.中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安716000；5.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢430100；6.新疆大學(xué)，烏魯木齊830046）

儲層速敏效應(yīng)形成機(jī)理及其垂向差異因素分析
——以塔北隆起吉拉克地區(qū)三疊系儲層為例

韓登林1，2，張雙源2，袁文芳3，馮志超4，歐陽傳湘5，彭舒琪6

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430100；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000；4.中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安716000；5.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢430100；6.新疆大學(xué)，烏魯木齊830046）

輪南吉拉克地區(qū)三疊系TⅡ24小層表現(xiàn)出強(qiáng)速敏效應(yīng)，且速敏損害率高值主要集中于TⅡ24小層的上部（TⅡ24-2單層和TⅡ24-1單層），垂向差異特征明顯。通過顯微薄片觀察，結(jié)合X射線衍射熒光光譜和毛管壓力曲線測試分析，分別從宏觀和微觀的角度探討引發(fā)層段內(nèi)強(qiáng)速敏效應(yīng)的形成機(jī)理。研究認(rèn)為，含量較高的黏土礦物以及巖漿巖巖屑的溶蝕殘余顆粒，是研究層段內(nèi)易遷移微小顆粒的主要來源，而孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)也表明研究層段內(nèi)孔喉連通性整體較差，這兩方面因素是強(qiáng)速敏效應(yīng)的主控因素；另外，上述控制因素在垂向上表現(xiàn)出明顯的差異性，黏土礦物相對富集于TⅡ24小層的上部，而孔喉連通性也在TⅡ24小層的上部相對較差，兩者共同構(gòu)成了速敏損害率垂向差異的主控因素。

速敏效應(yīng)；黏土礦物；微粒運(yùn)移；三疊系；塔北隆起

0　引言

隨著油氣勘探開發(fā)的日益精細(xì)化，儲層敏感性效應(yīng)作為制約油氣勘探和開采的重要因素之一，其分布預(yù)測及保護(hù)措施研究的重要性逐漸顯現(xiàn)出來，已成為儲層研究的必備工序［1-5］。針對儲層敏感性的地質(zhì)學(xué)研究，目前主要集中于敏感性評價方法［2-6］、敏感性類型與黏土礦物關(guān)系［7-10］及敏感性預(yù)測算法［11-15］等方面，但上述研究多以敏感性效應(yīng)本身為出發(fā)點(diǎn)，繼而追蹤引發(fā)敏感性的機(jī)理，而對于敏感性效應(yīng)的時空分異性特征卻未見有廣泛涉及。

近幾年，輪南吉拉克地區(qū)三疊系碎屑巖地層成為頗受關(guān)注的有利儲集體，但隨著油田開發(fā)的日益深入，制約儲層產(chǎn)能的因素已不僅僅局限于儲量，鉆井及開采過程中儲層保護(hù)的重要性日益凸顯。越來越多的勘探實(shí)踐表明，在鉆井和完井過程中，如果對目的層段內(nèi)潛在敏感性效應(yīng)未加深入了解，不僅會導(dǎo)致投產(chǎn)井減產(chǎn)，還可能會致使后續(xù)的增產(chǎn)措施失效?；谝陨系脑颍敬窝芯恳约说貐^(qū)三疊系地層已表現(xiàn)出來的強(qiáng)速敏效應(yīng)為例，分別從宏觀和微觀的角度探討引發(fā)其速敏效應(yīng)的潛在因素，明確速敏效應(yīng)的損害機(jī)理、垂向強(qiáng)弱差異特征及其主控因素，以期在儲層保護(hù)及改造措施制定方面做到有的放矢。

1　研究區(qū)概況

吉拉克地區(qū)隸屬于塔北隆起構(gòu)造帶東段的吉拉克背斜，南鄰北部凹陷，東接草湖凹陷，處于隆起與凹陷的過渡區(qū)［16］（圖1）。目前，勘探目的層段為三疊系，其下統(tǒng)為一套灰黑色泥巖夾粉砂巖層，中上統(tǒng)為3個自下而上由粗到細(xì)的正旋回沉積，其巖性下部為淺灰、灰黃色砂礫巖、含礫不等粒砂巖及粗—細(xì)粉砂巖，上部為深灰、灰黑色泥巖夾粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖。3個正旋回構(gòu)成了3個油組，其中上旋回（上統(tǒng)）為TⅠ油組，中旋回和下旋回（中統(tǒng)）分別為TⅡ和TⅢ油組。

目前，吉拉克地區(qū)的主力產(chǎn)層主要為TⅡ油組內(nèi)的TⅡ24小層，自下而上又可劃分為6個單層（TⅡ24-6～TⅡ24-1）。TⅡ24-6～TⅡ24-3單層以中砂巖為主，夾部分中細(xì)砂巖層；上覆的TⅡ24-2單層和TⅡ24-1單層以細(xì)砂巖和中細(xì)砂巖為主?？傮w來看，TⅡ24小層自下而上呈現(xiàn)出粒度逐漸變細(xì)的退積沉積韻律。前人的研究認(rèn)為，TⅡ24小層整體上處于辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境內(nèi)，水動力較強(qiáng)，為快速堆積的產(chǎn)物［17-18］。

圖1　吉拉克地區(qū)構(gòu)造綱要示意圖（據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.1　A simplified map showing tectonic location of Jilake area

圖2　吉拉克地區(qū)研究層段速敏效應(yīng)測試曲線Fig.2　The curve of velocity sensitivity in the target zone in Jilake area

2　儲層速敏效應(yīng)特征

儲層速敏效應(yīng)主要是指由于流體流動速度變化導(dǎo)致儲層巖石中微粒發(fā)生運(yùn)移，從而堵塞喉道，致使儲層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象［5］。本次研究針對吉拉克地區(qū)主力產(chǎn)層（TⅡ24）進(jìn)行儲層速敏損害的室內(nèi)評價測試，并針對不同的流速，得出流速敏感性實(shí)驗(yàn)曲線（圖2）。分析對不同樣品所測得的速敏效應(yīng)損害率可知，TⅡ24小層的速敏損害率較高，為81.3%～791.3%，平均為340.6%，均屬于強(qiáng)速敏級別。

值得一提的是，按照垂向單層劃分，速敏損害率的相對低值主要分布于TⅡ24-6～TⅡ24-3單層，而上覆的TⅡ24-2和TⅡ24-1單層的樣品速敏損害率相對較高。垂向上的損害率差異明顯。

3　儲層速敏效應(yīng)垂向差異控制因素探討

從表面上看，樣品所表現(xiàn)出的速敏效應(yīng)是由流體滲流速度的變化所引起的（參見圖2），但就其本質(zhì)而言，則是儲層內(nèi)易發(fā)生遷移的微粒和孔喉特征在一定外部條件激化下的外在反映，即在引發(fā)儲層速敏效應(yīng)的因素中，鉆采過程中任何引起儲層內(nèi)微粒發(fā)生運(yùn)移并且造成其堵塞喉道的諸多外部條件是外因，儲層中微粒的運(yùn)移及喉道特征則是內(nèi)因［6，19-22］。因此，研究儲層傷害的內(nèi)因，即儲層內(nèi)易遷移微粒的產(chǎn)出和分布以及喉道特征，是探究速敏差異控制因素的關(guān)鍵。

3.1骨架成分因素

研究層段巖性主要為巖屑砂巖（圖3），少量長石質(zhì)巖屑砂巖，不同單層間無明顯的成分差異。其中，巖漿巖巖屑占據(jù)了巖屑總類的絕大多數(shù)。巖漿巖巖屑的化學(xué)不穩(wěn)定性導(dǎo)致其在埋藏階段遭受酸性溶蝕，容易形成大量的粒內(nèi)溶孔。這種粒內(nèi)溶孔一方面增強(qiáng)了儲層的孔隙性能；另一方面，研究層段內(nèi)巖漿巖巖屑的溶蝕并非完全溶蝕，而是在顆粒內(nèi)呈現(xiàn)出一種近似于網(wǎng)狀的溶蝕面貌（圖版Ⅰ），并產(chǎn)生大量細(xì)小的溶蝕殘余顆粒，這種殘余顆粒在具一定流速的外部流體介質(zhì)條件下，會發(fā)生物理崩解而形成零散且更細(xì)小的顆粒，從而引發(fā)微粒運(yùn)移，并造成較強(qiáng)的速敏效應(yīng)［19-20］。

圖3　吉拉克地區(qū)研究層段碎屑組分三角圖Fig.3　Triangular diagram of clastic componnent in the target zone in Jilake area

3.2黏土礦物因素

憑借著極其微小的粒度和充填孔隙的產(chǎn)狀，黏土礦物作為儲層內(nèi)最易遷移的微粒，被認(rèn)為是引發(fā)儲層潛在速敏效應(yīng)的關(guān)鍵因素之一［8-9］。各單井研究層段內(nèi)黏土礦物含量整體較高，體積分?jǐn)?shù)一般為10%～15%（圖4）。

圖4　吉拉克地區(qū)部分單井研究層段黏土礦物含量垂向分布Fig.4　The vertical distribution of clay minerals in the target zone of a part of single well in Jilake area

研究層段內(nèi)黏土礦物組合主要為“伊利石+高嶺石+綠泥石”，僅在TⅡ24小層的上部（TⅡ24-2和TⅡ24-1單層）可見少量伊/蒙混層礦物。TⅡ24小層廣泛發(fā)育的高嶺石礦物，以書頁狀充填于粒間孔隙內(nèi)（圖版Ⅱ-1～Ⅱ-4），伊利石礦物則主要呈片狀和片絲狀充填于粒間孔隙內(nèi)（圖版Ⅱ-5～Ⅱ-6）。高嶺石和伊利石礦物在黏土礦物中相對更易發(fā)生遷移，其較高的全巖含量是研究層段內(nèi)速敏效應(yīng)整體較高的主控因素。

前已述及，三疊系TⅡ24小層總體上自下而上粒度逐漸變細(xì)，揭示出了伴隨基準(zhǔn)面上升階段的沉積物源的退積過程。相應(yīng)地，孔隙內(nèi)所附著的黏土礦物含量也呈現(xiàn)出自下而上增高的趨勢（參見圖4），其高值主要集中于TⅡ24小層的上部（TⅡ24-2和TⅡ24-1單層）。這種黏土礦物的垂向富集差異，成為引發(fā)儲層速敏效應(yīng)垂向差異的因素之一。

3.3物性因素

三疊系TⅡ24小層孔隙度主要為20%～30%，滲透率主要為10～1 000 mD，整體上屬于中孔、中滲儲層。但是無論是孔隙性還是滲透性，TⅡ24-1和TⅡ24-2單層都明顯差于下伏單層（TⅡ24-3～TⅡ24-6）（圖5），這無疑會引發(fā)敏感性效應(yīng)的垂向差異，而這也恰恰體現(xiàn)在速敏效應(yīng)損害率的垂向差異上。

圖5　吉拉克地區(qū)部分單井研究層段滲透率垂向分布Fig.5　The vertical distribution of permeability in the target zone of a part of single well in Jilake area

3.4孔喉因素

雖然三疊系TⅡ24小層整體上孔隙度和滲透率均較高，但其儲層的孔喉連通性卻欠佳。由于研究層段位于辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境，近物源搬運(yùn)使得巖石骨架顆粒的磨圓較差，從而造成了儲層的喉道形態(tài)以片狀—彎片狀和縮頸狀為主，并且喉道半徑分布不均。分析孔喉連通性參數(shù)（退汞效率和孔喉分選系數(shù)）表明，研究層段（以吉拉105井為例）整體退汞效率低于30%，且孔喉分選系數(shù)平均值約為2.5（圖6），反映出研究層段孔喉連通性整體較差。

縱向上，單井（以吉拉105井為例）研究層段內(nèi)退汞效率以及孔喉分選系數(shù)自下而上均明顯降低（圖6），表明孔喉分布的均質(zhì)性和連通性自下而上變差，反映出儲層潛在敏感性效應(yīng)自下而上明顯增強(qiáng)，而這也體現(xiàn)在層段內(nèi)速敏損害率的垂向差異性上。

圖6　吉拉克地區(qū)吉拉105井研究層段孔喉參數(shù)垂向分布Fig.6　The vertical distribution of pore throat parameters in the target zone of Jila 105 well in Jilake area

4　結(jié)論及建議

（1）研究層段表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)速敏效應(yīng)，而層段內(nèi)發(fā)育的大量易發(fā)生遷移的微小顆粒是引發(fā)該效應(yīng)的主控因素。層段內(nèi)含量較高的黏土礦物顆粒以及巖漿巖巖屑溶蝕改造產(chǎn)出的大量細(xì)小殘余顆粒，是上述微小顆粒的主要組成部分。

（2）研究層段速敏效應(yīng)損害率在垂向上呈現(xiàn)出明顯的差異性，上部TⅡ24-1和TⅡ24-2單層的速敏效應(yīng)明顯強(qiáng)于下伏的TⅡ24-3～TⅡ24-6單層。導(dǎo)致該垂向差異的因素既有物質(zhì)組分因素，也有孔喉特征因素。一方面，已發(fā)生遷移的黏土礦物明顯富集于研究層段上部的TⅡ24-1和TⅡ24-2單層；另一方面，研究層段上部的TⅡ24-1和TⅡ24-2單層的孔喉連通性明顯弱于下伏的TⅡ24-3～TⅡ24-6單層。這兩方面的因素是引發(fā)研究層段速敏效應(yīng)垂向差異的主控因素。

（3）在明確了研究層段強(qiáng)速敏效應(yīng)形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，就儲層的保護(hù)措施而言，在鉆采過程中應(yīng)該盡量避免在儲層內(nèi)引發(fā)高流速流體，這就要求在該過程中，嚴(yán)格控制起、下鉆速度，并在油氣開采環(huán)節(jié)內(nèi)，持續(xù)控制開采速度。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅰ說明：吉拉克地區(qū)研究層段巖漿巖巖屑溶蝕-崩解顯微特征。1.吉拉105井，4 337.20 m，TⅡ24-1；2.吉拉105井，4 342.80 m，TⅡ24-2；3.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-3；4.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-2；Q.石英；Lv.巖漿巖巖屑；Kf.鉀長石

圖版Ⅱ

圖版Ⅱ說明：吉拉克地區(qū)研究層段高嶺石和伊利石礦物顯微特征。1.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-2；2.吉拉105井，4 336.80 m，TⅡ24-1；3.吉拉101井，4 346.83 m，TⅡ24-1；4.輪南58井，4 343.47 m，TⅡ24-1；5.吉拉103井，4 353.18 m，TⅡ24-1；6.吉拉105井，4 335.20 m，TⅡ24-1；Q.石英；Lv.巖漿巖巖屑；Kf.鉀長石；Kao.高嶺石；I.伊利石

（本文編輯：于惠宇）

Formation mechanism and vertical distribution of velocity sensitivity effect in reservoir:An example from Triassic sandstone reservoir in Jilake area，Tabei uplift

Han Denglin1，2，Zhang Shuangyuan2，Yuan Wenfang3，F(xiàn)eng Zhichao4，Ouyang Chuanxiang5，Peng Shuqi6
（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，Xinjiang，China；4.No.1 Oil Production Plant，PetroChina Changqing Oilfield Company，Yan’an 716000，Shannxi，China；5.College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan 430100，China；6.Xinjiang University，Urumqi 830046，China）

As a main production layer of Jilake area in Tabei uplift，the TII24layer is subject to a considerable variety of velocity sensitivity.The higher values of the velocity sensitivity effect are concentrated in the upper part of the TⅡ24layer（single sand layers of TⅡ24-1and TⅡ24-2），showing a marked vertical disparity.The formation mechanism of velocity sensitivity effect within the layer was thoroughly analyzed from macroscopic and microscopic perspective by means of observing thin section，analyzing the X-ray fluorescence spectra and measuring the capillary pressure curve. The result shows that high content of clay minerals and the remaining particles of dissolved volcanic grains constitutethe main source of the transmittable particles within the layer.The pore throat structure parameters indicate pore throat connectivity is relatively poor.The two aspects mentioned above are the main controlling factors for the strong velocity sensitivity.Relatively high content of clay minerals and comparatively poor pore throat connectivity in the upper part of the TII24 layer are the key controlling factors for the vertical disparity of the velocity sensitivity damage.

velocitysensitivity；clayminerals；particle migration；Triassic；Tabei uplift

TE112

A

1673-8926（2015）05-0019-06

2015-04-29；

2015-06-02

湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“庫車坳陷白堊系碎屑巖儲層水-巖相互作用的動力學(xué)機(jī)制剖析”（編號：B2013285）和長江大學(xué)青年人才基金項(xiàng)目“斷層帶格局下碎屑巖壓實(shí)改造特征研究”（編號：2015cqr08）聯(lián)合資助

韓登林（1979-），男，博士，副教授，從事儲集層成巖作用方面的教學(xué)與研究工作。地址：（430100）湖北省武漢市長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。E-mail：handl@yangtzeu.edu.cn。