吳起長8儲層粘土礦物及敏感性實驗研究

劉廣峰，潘少杰，樊建明，王文舉，白耀星

(1.中國石油大學(北京) 石油工程教育部重點實驗室，北京 昌平 102249；2.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

吳起長8儲層粘土礦物及敏感性實驗研究

劉廣峰1，潘少杰1，樊建明2，王文舉1，白耀星1

(1.中國石油大學(北京) 石油工程教育部重點實驗室，北京 昌平 102249；2.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

運用實驗方法評價鄂爾多斯盆地中部吳起地區(qū)長8超低滲透砂巖儲層的粘土礦物組成及對應的潛在儲層傷害機理。采用鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射等巖心分析技術(shù)，掌握了粘土的成分、含量等特征；通過25塊巖心的流動評價實驗，評價5口油井的儲層敏感性特征；運用相關性評價方法，分析粘土礦物對儲層物性和敏感性的影響。研究結(jié)果表明，吳起長8儲層存在的4種主要粘土礦物中，伊/蒙混層含量最高，平均為47%；高嶺石、伊利石和綠泥石其次，平均含量分別為24.6%、14.6%和13.8%；粘土礦物的類型、含量和產(chǎn)狀對儲層物性有重要影響，儲層物性與綠泥石含量呈正相關，與伊利石、伊/蒙混層含量呈負相關；由于每種粘土的形態(tài)、性質(zhì)、含量的差異，造成吳起長8儲層的弱-中等偏弱速敏、中等偏強-強水敏、強-極強鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏的趨勢。

掃描電鏡；X射線衍射；粘土礦物；巖心流動實驗；儲層敏感性

油田開發(fā)實踐表明，敏感性傷害是影響油田開發(fā)的重要因素，粘土礦物的成分、含量和產(chǎn)狀是決定儲層敏感性的主要因素[1]。相關學者對敏感性傷害進行了大量的分析研究，其中，很多學者對儲層敏感性的傷害機理和控制因素進行了深入研究，得出儲層敏感性受注入流體、粘土礦物、儲層物性等方面的影響，不少學者還對儲層敏感性的預測進行了很多有價值的研究[2-5]。作為我國重要接替資源的超低滲透砂巖油藏，其中存在的粘土礦物造成了滲透率的敏感性傷害，使得儲層具有復雜的滲流特征[6-7]。本文面向鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)長8段超低滲透主力油層巖心，對該儲層的粘土礦物類型、含量、形態(tài)以及敏感性特征進行了測試與分析，并在此基礎上分析了超低滲透砂巖儲層中粘土礦物對儲層物性的影響及對敏感性的控制作用，為預防超低滲透儲層的敏感性傷害提供有效的參考依據(jù)。

1 儲層物性與成巖特征

吳起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部，主力油層為延長組8段。根據(jù)該區(qū)巖心的分析結(jié)果，其孔隙度分布在7.98%～11.76%，平均為10.48%，滲透率分布在(0.13～0.63)×10-3μm2，平均為0.41×10-3μm2，總體上儲層具有低孔、超低滲的特征。

分別依據(jù)SY/T5913-2004和SY/T5368-2000關于制片和鑒定的行業(yè)實驗標準，對21塊巖樣進行了鑄體薄片鑒定實驗。圖1給出了鑄體薄片圖，根據(jù)鑒定結(jié)果，研究區(qū)儲層巖石類型以巖屑長石砂巖為主；顆粒分選性中等，磨圓較好，以次棱-次圓狀為主，主要粒徑為0.15～0.35mm，顆粒點-線接觸(圖1(a))；水云母、雜基充填粒間，見石英加大及自生石英，局部見鐵方解石及高嶺石(圖1(b)、(c))；孔隙類型主要為長石溶孔，其次為巖屑溶孔，少量殘余粒間孔，孔隙孤立、連通性差(圖1(d)、(e))。

2 粘土礦物分析

在進行烘干、乙二醇飽和、550°C下加熱2.5h后，依據(jù)SY/T5163-2010行業(yè)標準對5口井樣品進行了X射線衍射粘土分析實驗。直徑在10μm和2μm以下的粘土顆粒分別用于粘土礦物總體含量和相對含量的定量分析。

由表1可知，粘土礦物總含量為13%～23%，屬于中等粘土礦物儲層。在粘土礦物中，常見圖2(a)所示的呈書頁六方板狀的高嶺石發(fā)育，含量為21%～29%；孔隙壁發(fā)育綠泥石膜，含量為9%～19%，孔內(nèi)可見自生石英顆粒(圖2(b))；伊利石含量為11%～18%，多以彎曲片狀、片絲狀分布于粒間(圖2(c))；圖2(d)所示的呈彎曲片狀、片絲狀伊/蒙混層含量為41%～52%。

表1 X射線衍射粘土礦物分析含量表

序號井號深度/m孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)粘土礦物含量/%粘土礦物相對含量/%KCISI/SS%1G1062164.010.550.2821221216050202X712220.47.980.132321918052203X2662202.011.470.5218221514043204X2782103.410.640.4720291414049205X3022149.211.760.631329191104125平均10.480.411925141504721

注：K為高嶺石；C為綠泥石；I為伊利石；S為蒙脫石；I/S為伊/蒙混層；S%為間層比。

3 儲層敏感性實驗

依據(jù)SY/T5358-2010行業(yè)實驗標準，通過巖樣敏感性流動實驗這一基礎手段，采用圖3所示的實驗裝置，用不同類型的流動液或改變滲流條件來模擬儲層傷害的動態(tài)過程，依據(jù)流動液的性質(zhì)和巖樣滲透率的變化評價了表1所列5口井的速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏特征[8]。

以鹽敏實驗為例，在70°C的模擬地層溫度下，實驗先后分別注入8%、4%、2.8%、1.6%的標準鹽水和蒸餾水，在每種介質(zhì)注入10倍以上孔隙體積、注入壓力和流量穩(wěn)定后，評價滲透率的變化并開始注入下一種流動介質(zhì)，圖4(c)給出了5口井鹽敏的評價實驗曲線。其他4種敏感性實驗曲線均列示于圖4中。

表2列出了實驗標準給出的評價指標，按照評價標準，研究區(qū)儲層存在弱-中等偏弱速敏、中等偏強-強水敏、強-極強鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏。

表2 儲層敏感性評價表

井號孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)Dv/%Dw/%C/(mg·L-1)Dac/%Daln/%G10610.550.2822.5173.014000047.7343.68X717.980.1333.7574.694000044.448.75X26611.470.5249.3562.311600043.4834.61X27810.640.4718.0968.171600027.7312.7X30211.760.6329.6969.772800038.8924.37

注：Dv為速敏損害率，Dw為水敏損害率，C為臨界礦化度，Dac為酸敏損害率，Daln為堿敏損害率。

4 粘土礦物對儲層物性的影響

粘土礦物的類型、含量、形態(tài)及產(chǎn)狀對儲層物性有重要影響[9]。圖5為儲層孔隙度、滲透率隨綠泥石、伊利石和伊/蒙混層含量的變化關系。儲層孔隙壁發(fā)育綠泥石膜，綠泥石膜覆蓋在巖石顆粒表面，尤其是石英顆粒，一定厚度的綠泥石膜能夠抑制石英次生加大，一定程度上保護了原生孔隙，因此綠泥石含量與儲層物性呈正相關[10]。彎曲片狀、片絲狀的伊利石、伊/蒙混層，把原生孔隙、次生孔隙分割成無數(shù)的微小孔隙，不僅降低了儲層的有效孔隙度，還破壞了儲層的滲透性，因此伊利石、伊/蒙混層含量與儲層物性呈負相關。

5 粘土礦物對敏感性的影響

5.1 高嶺石、伊利石

高嶺石雖然是比較穩(wěn)定的非膨脹性粘土礦物，但抗機械力的能力不高，在流體的沖擊下容易分散成鱗片狀的微粒而損害儲層滲透率[11]。彎曲片狀、片絲狀的伊利石在高速流體作用下也易破碎、運移，并在喉道處堆集，傷害孔隙連通性。MH圖6(a)、(b)可見,這兩種粘土礦物含量越高，速敏損害率越大。高嶺石和伊利石平均含量分別為25%和14%，作為速敏性粘土礦物，其含量較低，相應的速敏性為弱-中等偏弱[12]。

5.2 伊/蒙混層

伊/蒙混層為研究區(qū)存在的粘土礦物中膨脹性最強的[13]，其含量決定了儲層水敏、鹽敏傷害性的強弱(圖6(c))。研究區(qū)儲層伊/蒙混層平均含量高達47%，造成儲層水敏、鹽敏性強。因此，在鉆井、儲層改造和注水時，應注意工作液的礦化度，且考慮使用防膨劑或粘土穩(wěn)定劑，以減小儲層傷害[14]。

5.3 綠泥石

綠泥石是一種特殊的含水層狀鋁硅酸鹽礦物，極易在酸作用下發(fā)生化學反應，生成沉淀，造成儲層的酸敏性傷害[15]。如圖6(d)所示，儲層綠泥石平均含量為14%，為弱-中等偏弱酸敏[16]。

6 結(jié)論

1)吳起長8砂巖油藏平均孔隙度為10.48%，平均滲透率為0.41×10-3μm2，屬超低滲儲層，所含粘土礦物主要有綠泥石、伊利石、高嶺石和伊/蒙混層。

2)綠泥石的含量與儲層物性呈正相關，伊利石、伊/蒙混層的含量與儲層物性呈負相關。

3)儲層中伊蒙混層含量高，造成儲層水敏、鹽敏性偏強；高嶺石、伊利石和綠泥石含量較低，因此速敏性為弱-中等偏弱，酸敏性為弱-中等偏弱。

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(責任編輯 王利君)

Experimental study on clay mineral and reservoir sensitivity of Chang 8 ultra - low permeability formation in Wuqi Area

LIUGuangfeng1,PANShaojie1,FANJianming2,WANGWenju1,BAIYaoxing1

(1.CMOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,ShanxiXi’an710021,China)

ExperimentalstudywascarriedouttoquantifyclaymineralandcorrespondingreservoirsensitivityofChang8ultra-lowpermeabilityformationinWuqiArea,Ordosbasin.Thinsectionswerepreparedoutofcoresamples,whilecorrespondinganalyseswererespectivelyperformedbyusingthescanningelectronmicroscopy(SEM)andX-raydiffraction(XRD)techniques.Thecompositionandrelativecontentsofclaymineralswereidentified.Subsequently,coresamplesflowexperimentsbyinjectingdifferentsyntheticbrinewereperformedtoevaluatereservoirsensitivity.Thecontentofexistingfourmainclayminerals,i.e.illite-montmorillonitemixed-layer,kaolinite,illiteandchlorite,is47%, 25%, 15%, 14%respectively.Thephysicalpropertyofreservoirispositivecorrelationwiththecontentofchlorite,butisnegativecorrelationwiththecontentofilliteandillite-montmorillonitemixed-layer.Thedifferencesofthemorphology,propertiesandcontentofclaymineralcausetheweak-mediumweakvelocitysensitivity,mediumstrong-strongwatersensitivity,strong-extremelystrongsaltsensitivity,weak-mediumweakacidsensitivityandweak-mediumweakalkalisensitivity.

scanningelectronmicroscope;X-raydiffraction;claymineral;flowexperiment;reservoirsensitivity

1673-9469(2016)04-083-06doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.04.018

2016-07-20

國家自然科學基金資助項目(51404282)；中國石油科技創(chuàng)新基金資助項目(2014D-5006-0215)；中國石油大學(北京)科研基金資助項目(2462015YQ0217)

劉廣峰(1979-)，男，山東東平人，博士，講師，從事油氣田開發(fā)工程方面的教學與研究。

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