準(zhǔn)噶爾盆地鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層敏感性形成機(jī)理及評價

王　劍，周基賢，劉　明，楊紅霞，楊　召，廖健德.

(新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院，新疆克拉瑪依　834000)

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷東斜坡鹽北地區(qū)二疊系下烏爾禾組油氣顯示活躍，但試油結(jié)果差異大(其中瑪東2井在3753～3768 m井段壓裂日產(chǎn)油8.34 t，累產(chǎn)油566.95 t；瑪202井在3778～3802 m井段壓裂，日產(chǎn)油6.10 t，累產(chǎn)油487.32 t；鹽001井在4705～4729 m段酸化，日產(chǎn)油0.14 t，累產(chǎn)油1.31 t)，產(chǎn)量普遍較低，規(guī)模儲量難以有效落實(shí)和開發(fā)，分析其受儲層敏感性影響較大。

前人對該區(qū)沖積扇體的沉積、成藏、儲層成巖作用、孔隙演化等都進(jìn)行過一定研究[1-4]，認(rèn)為該區(qū)下烏爾禾組油藏為受達(dá)巴松扇和夏鹽扇體控制的扇三角洲前緣礫巖油藏，并且儲層厚度從斜坡區(qū)往東部剝蝕區(qū)逐漸減小。前人對該區(qū)儲層敏感性研究較少，對該區(qū)儲層敏感性特征和成因機(jī)制不明確，難以給工程和評價提供有效地質(zhì)依據(jù)[5]。因此開展儲層敏感性研究對于鹽北地區(qū)下烏爾禾組地層巖性油氣藏的勘探開發(fā)具有重要意義。

筆者在儲層巖石學(xué)和流動試驗(yàn)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定儲層中敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀和含量，量化評價敏感性造成儲層傷害的程度和成因機(jī)制，為探索與該地層相配伍的流體提供依據(jù)，力求在鉆井時采用合理的鉆井液進(jìn)行鉆進(jìn)或者在儲層改造時選擇合適的壓裂液，最大限度地保護(hù)油層，促進(jìn)穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)。

1　儲層基本特征

1.1　儲層巖石學(xué)特征

鹽北地區(qū)主要包括瑪東2井區(qū)和夏鹽2井區(qū)，沉積受鹽北扇和夏鹽扇的控制。儲層巖性主要為灰色、綠灰色砂礫巖，其次為砂巖。

礫石成分以凝灰?guī)r為主(35%)，安山巖及碎屑巖次之(分別為15%和20%)，礫石粒徑在2～40 mm不等，多為次圓狀，分選差。粒間砂質(zhì)成分以巖屑(占砂質(zhì)成分的65%以上)為主，其次為石英和長石，巖屑成分基本與礫石成分相同。儲層填隙物主要為泥質(zhì)和濁沸石，還有少量的方解石。泥質(zhì)雜基常見水云母化。黏土礦物絕對含量為4.1%～9.2%。鹽北地區(qū)下烏爾禾組黏土礦物主要由伊/蒙混層、綠泥石、綠/蒙混層、伊利石和高嶺石組成，但各井區(qū)黏土相對百分含量存在差異。

1.2　物性及孔喉結(jié)構(gòu)特征

儲層孔隙度在2.1%～19.1%之間，平均為7.12%；滲透率在0.01～193 mD之間，平均為1.18 mD(圖1)。通過壓汞試驗(yàn)得出，排驅(qū)壓力為0.07～2.76 MPa，平均為0.72 MPa；飽和度中值壓力為4.82～20.42 MPa，平均為14.77 MPa；最大孔喉半徑為0.27～10.22 μm，平均為2.2 μm；視退汞效率為8.44%～46.09%，平均為25.55%?？傮w來看，儲層屬于中低孔低滲細(xì)喉—微細(xì)喉型，容易發(fā)生各種敏感性傷害[6]。

圖1　鹽北地區(qū)下烏爾禾組孔滲直方圖Fig.1　Porosity and permeability histogram of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2　儲層敏感性試驗(yàn)分析及評價

參照《儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價方法》進(jìn)行大量巖心流動試驗(yàn)，并總結(jié)分析了其敏感性特征，發(fā)現(xiàn)下烏爾禾組儲層主要存在水敏性、速敏性、酸敏性和鹽敏性4類敏感性。

2.1　水敏性

下烏爾禾組儲層水敏感性資料有8塊，分別來自鹽北2井、瑪東2井、瑪東3井、瑪211井和鹽北1井。試驗(yàn)中所使用的都是CaCl2型水模擬地層水。試驗(yàn)方法是，先用地層水(或模擬地層水)流過巖心，再用礦化度為地層水礦化度1/2的鹽水(次地層水)流過巖心，最后用去離子水流過巖心。測定這3種不同鹽度的水對巖心滲透率的定量影響，并由此分析巖心的水敏程度[7]。

由水敏感性特征曲線(圖2)可知，儲層滲透率降低發(fā)生在整個礦化度段內(nèi)，顯示明顯的水敏性特征?？傮w上，砂礫巖類儲層敏感性強(qiáng)于砂巖類，損害率較高?，?11井和瑪東3井損害率達(dá)到50%以上，屬于中等偏強(qiáng)水敏性；并且其由地層水礦化度降至次地層水時的滲透率下降程度大于由次地層水礦化度降至無離子水時的滲透率下降程度，說明其在高礦化度段內(nèi)就已經(jīng)發(fā)生較強(qiáng)水敏(表1、圖2)。

表1　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層水敏性特征及評價參數(shù)Table 1　Reservoir water sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

圖2　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層水敏感性特征曲線Fig.2　Reservoir water sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2.2　速敏性

下烏爾禾組儲層水速度敏感性有7塊樣品，分別來自瑪211井、瑪202井、夏鹽2井和鹽北1井。

整體上，隨著注入速度的增大，注入水滲透率呈現(xiàn)出減小的趨勢；并且除了夏鹽2井和瑪211井的一塊樣品，其余都無臨界速度，敏感性特征曲線上無明顯拐點(diǎn)，說明隨著流速的增大，滲透率的變化不明顯?？偟膩碚f，該區(qū)下烏爾禾組儲層表現(xiàn)出中等偏弱或弱速敏感特征(表2、圖3)。

表2　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層速敏性特征及評價參數(shù)Table 2　Reservoir velocity sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

圖3　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層速度敏感性特征曲線Fig.3　Reservoir velocity sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2.3　酸敏性

下烏爾禾組儲層酸敏感性有6塊樣品，分別來自瑪211井、夏鹽2井、鹽002井和鹽北1井。本次試驗(yàn)注入酸類型為12%HCl+3%HF。

由酸敏感性特征曲線(圖4)可知，瑪211井下烏爾禾組儲層巖樣(3760.89 m)注酸后地層水的滲透率快速下降，當(dāng)pH值恢復(fù)到7.04時，注酸后地層水的滲透率損失率為59.6%。酸敏損害程度為中等偏強(qiáng)酸敏。鹽北1井下烏爾禾組儲層巖樣(4009.04 m)注酸后地層水的滲透率緩慢下降，當(dāng)pH值恢復(fù)到6.03時，注酸后地層水的滲透率損失率為11.8%?？傮w來說，酸敏損害程度為中等偏弱(表3、圖4)。

表3　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層酸敏性特征及評價參數(shù)Table 3　Reservoir acid sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

圖4　瑪211井和鹽北1井下烏爾禾組儲層酸敏感性特征曲線Fig.4　Acid sensitivity characteristic curves of well Ma-211 and well Yanbei-1

2.4　鹽敏性

下烏爾禾組儲層鹽敏感性有7塊樣品，分別來自瑪211井、瑪201井、鹽北1井和鹽002井。本次試驗(yàn)水型為CaCl2型。

由鹽度敏感性特征曲線(圖5)可知，該區(qū)下烏爾禾組儲層隨著注入水礦化度的下降，儲層巖樣滲透率始終呈現(xiàn)出減小的趨勢。除了鹽北1井和瑪201井儲層臨界鹽度為中等外(瑪201井為7500.00 mg/L，鹽北1井為5055.75 mg/L)，其余都呈現(xiàn)為高臨界鹽度。相對而言，高礦化度段時的滲透率損失率大于低礦化度段時的滲透率損失率(表4、圖5)。說明在高礦化度時，樣品滲透率開始下降。從另一個層面也說明，該區(qū)水敏性較強(qiáng)。

表4　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層鹽敏性特征及評價參數(shù)Table 4　Reservoir salt sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

圖5　鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層鹽敏性特征曲線Fig.5　Reservoir salt sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

3　敏感性形成機(jī)理及儲層保護(hù)措施

儲集層損害機(jī)理需要從內(nèi)因、外因及內(nèi)外因的結(jié)合上來進(jìn)行研究和認(rèn)識。內(nèi)因是指儲層本身的巖性、物性及油氣水流體性質(zhì)造成損害的原因。外因是指施工作業(yè)時任何能引起儲集層微觀結(jié)構(gòu)原始狀態(tài)發(fā)生改變，并使得儲集層的原始滲透率等有所下降的各種外部作業(yè)條件。內(nèi)因?yàn)閮瘜拥臐撛趽p害因素，其只有在一定外因作用下才變?yōu)檎鎸?shí)損害[8]。

3.1　水敏性形成機(jī)理

該區(qū)影響儲層水敏感性損害程度的主要因素是水敏性黏土礦物伊/蒙混層的含量。伊/蒙混層礦物一般呈粒表不規(guī)則狀(圖6a)，遇淡水易膨脹(為原體積的6～10倍)，其損害形式為晶格膨脹和分散運(yùn)移。其在不配伍的流體的作用下，首先產(chǎn)生膨脹，引起地層滲透率下降；其次，在流體達(dá)到一定速度時，膨脹后的伊/蒙混層便會迅速地從骨架顆粒上脫落下來，形成溶液中的懸浮粒子，經(jīng)運(yùn)移后便在一定條件下沉淀，堵塞孔隙喉道，造成油層損害。一般說來，伊/蒙混層礦物的相對含量越高，儲層水速敏感性的損害程度則越高[8-10]。

瑪東2井區(qū)伊/蒙混層含量相對高，其次為綠泥石和伊利石，并且有自生高嶺石出現(xiàn)；夏鹽2井區(qū)伊/蒙混層含量明顯減少，綠泥石和綠/蒙混層含量明顯增加(表5)。

圖6　粒間礦物的微觀形貌特征Fig.6　Microscopic morphology of intergranular mineralsa.粒表不規(guī)則狀的伊/蒙混層礦物，瑪211，3768.18 m，灰色砂礫巖；b.微粒狀石英，瑪211，3789.27 m，灰色砂礫巖； c.定向片狀伊利石，鹽北2，4354.89 m，灰黑色細(xì)砂巖；d.粒表彎曲片狀伊利石，瑪東3，4412.46 m，灰褐色砂礫巖； e.葉片狀綠泥石，瑪211，3783.72 m，灰色砂礫巖；f.濁沸石，瑪211，3789.27 m，灰色砂礫巖

井號礦物含量/%伊/蒙混層伊利石高嶺石綠泥石綠/蒙混層黏土絕對含量濁沸石方解石瑪東275.2011.20—10.603.006.80—4.00瑪20170.202.20—27.60—5.10——瑪20291.303.70—5.00—4.10——瑪21167.505.80—26.70—6.001.50—鹽北141.5310.5019.3028.6705.20—3.60瑪東376.009.003.403.807.906.80—7.90鹽00136.009.50041.1013.404.4020.303.10鹽00236.4013.60—38.2011.805.9011.301.25夏鹽226.1014.00—32.5027.408.306.400.80

由全巖分析可知，在瑪東2井區(qū)各井中，黏土礦物總量(4.1%～6.8%)較高，伊/蒙混層礦物相對含量也較高(41.53%～91.3%)，因此其水敏性較強(qiáng)。夏鹽2井區(qū)伊/蒙混層礦物相對含量較低(26.1%～36.4%)(表5)，以有序混層為主(蒙皂石層占20%～30%)，推斷其具有相對較弱的潛在水敏性。

3.2　速敏性形成機(jī)理

速敏性主要是由速敏性礦物在外來流體的沖擊下發(fā)生運(yùn)移，堵塞孔喉，降低滲透率所產(chǎn)生。速敏性礦物是指儲層中因流體流速過高，水化膨脹產(chǎn)生的細(xì)分散黏土礦物以及雜基中膠結(jié)不緊的微粒(如高嶺石、毛發(fā)狀伊利石、微晶石英(圖6b)等)分散運(yùn)移損害滲透率的礦物。高嶺石晶層之間主要靠范德華分子鍵力聯(lián)系，而非原子力，晶層之間聯(lián)系弱，硬度低，具有完善的{001}解理，在機(jī)械力(包括一定高速流體的流動沖擊)的作用下，便會沿解理面裂開形成鱗片狀的微粒，分散運(yùn)移，損害儲層滲透率[11]。該區(qū)的速敏性礦物主要是高嶺石，但是其含量較低(僅瑪東3井和鹽北1井存在，相對含量分別為3.4%和19.3%)，微晶石英也極少量。同時通過微觀分析，發(fā)現(xiàn)伊利石(相對含量為2.2%～14%)主要以薄膜型存在，而不是毛發(fā)狀(橋接型)，所以很少發(fā)生微粒運(yùn)移(圖6c、6d)。因此，整體上鹽北地區(qū)儲層具有弱速敏感性的特征。

3.3　酸敏性形成機(jī)理

酸敏性是由儲集層中酸敏礦物與酸液作用發(fā)生化學(xué)沉淀或酸蝕后釋放微粒引起滲透率下降而產(chǎn)生。該區(qū)酸敏性礦物主要有綠泥石、綠/蒙混層礦物、濁沸石和方解石。本次試驗(yàn)注入酸類型為12%HCl+3%HF。其中與鹽酸(HCl)作用發(fā)生氫氧化鐵沉淀的礦物都是含鐵高的一類礦物，如綠泥石。但是綠泥石晶形可分為二八面體和三八面體，前者是含鐵綠泥石，后者幾乎不含鐵[8]。本區(qū)綠泥石都是葉片狀的含鐵綠泥石(圖6e)。而與氫氟酸(HF)作用產(chǎn)生氟化鈣沉淀物的礦物都是含鈣高的一類礦物[12-13]，如濁沸石(圖6f)、方解石和白云石等。

瑪東2井區(qū)，綠泥石及綠/蒙混層礦物含量為5%～28.67%，幾乎不含濁沸石(僅瑪211井為1.5%)，方解石含量為4%～7.9%，酸敏性較弱。而夏鹽2井區(qū)酸敏性礦物含量相對較高，其中綠泥石及綠/蒙混層礦物含量為50%～59.9%，濁沸石含量為6.4%～20.3%，方解石含量為0.8%～3.1%，具有中等偏弱酸敏性特征(表5、圖7)。

3.4　鹽敏性形成機(jī)理

儲層產(chǎn)生鹽度敏感性的根本原因是儲層黏土礦物對于注入水的成分、離子強(qiáng)度及離子類型很敏感。鹽度敏感性傷害機(jī)理與水敏感性傷害機(jī)理相似(其實(shí)水敏礦物僅是水溶液中礦化度為最小時的一種特定稱呼)，如蒙皂石、伊/蒙混層礦物與流體接觸時發(fā)生膨脹及運(yùn)移，從而堵塞孔喉。該區(qū)儲層物性較差，孔、縫中易被鹽敏礦物充填。儲層的水敏性和鹽敏性存在一定的相關(guān)性。如瑪211井水敏性較強(qiáng)，則它表現(xiàn)為高臨界鹽度特征(10651.01～21302.02 mg/L)，臨界鹽度處于次地層水與地層水礦化度之間。

圖7　鹽北地區(qū)黏土礦物平面分布Fig.7　Plane distribution of clay minerals in Yanbei area

3.5　儲層保護(hù)措施及建議

對于儲層敏感性損害的防護(hù)，一直以來都是油田增儲上產(chǎn)的重點(diǎn)。例如在準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)多層系油層的開發(fā)過程中，采用黏土穩(wěn)定劑對水敏性強(qiáng)的儲層進(jìn)行預(yù)處理，可以穩(wěn)定、抑制黏土膨脹，起到保護(hù)油層、提高壓裂效果的作用(表6)。

對于處于瑪湖東斜坡的鹽北地區(qū)，瑪東2井區(qū)具有中等偏強(qiáng)水敏、中等偏弱速敏、無—弱酸敏、高臨界鹽度的特征，夏鹽2井區(qū)具有弱潛在水敏、中等偏弱速敏、中等偏弱酸敏的特征?，敄|2井區(qū)，特別是瑪東3井和瑪211井，由于其中等偏強(qiáng)的水敏性，因此在作業(yè)過程中選擇了脫水原油體系作為壓裂液，加入膨劑，保持黏土穩(wěn)定，同時重點(diǎn)考慮原油的降阻性能，添加油基減阻增稠劑，有效地避免水敏性對儲層的傷害。而夏鹽2井區(qū)具有弱潛在水敏，可適當(dāng)考慮。針對弱至中等偏弱速敏的特征，在制定油水井日產(chǎn)液量和日注水量時，重點(diǎn)考慮了控制工作液進(jìn)入儲層的速度，從而減少水速敏對儲層的傷害。夏鹽2井區(qū)比瑪東2井區(qū)酸敏性強(qiáng)，損害的方式為礦物和施工液反應(yīng)生成Fe(OH)3、CaF2沉淀，堵塞孔喉，因此后期在對井區(qū)內(nèi)其他井進(jìn)行酸化壓裂改造過程中，應(yīng)該慎重選擇合理的酸化工藝和酸液體系，并在酸液中加入足量的鐵離子穩(wěn)定劑(鐵螯合劑)，還要控制酸化的規(guī)?！，敄|2井區(qū)儲層具有高臨界鹽度的特征，特別是瑪211井，油田注入水、鉆完井液、洗井液等這些外來流體總的礦化度應(yīng)高于臨界礦化度，這樣才不會給地層帶來嚴(yán)重的影響[14-15]。

表6　準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)敏感性特征及工程建議Table 6　Characteristics of rock sensitivity and its engineering suggestions in eastern Junggar Basin

4　結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地鹽北地區(qū)下烏爾禾組儲層屬于中低孔低滲細(xì)喉—微細(xì)喉型，容易發(fā)生各種敏感性傷害。

(2)瑪東2井區(qū)水敏礦物如伊/蒙混層礦物含量較高，并且存在少量自生高嶺石，具有中等偏強(qiáng)水敏、中等偏弱速敏、無—弱酸敏、高臨界鹽度的特征；夏鹽2井區(qū)伊/蒙混層礦物含量低，綠泥石、綠/蒙混層礦物、濁沸石等酸敏性礦物含量較高，具有弱潛在水敏、中等偏弱速敏、中等偏弱酸敏特征。不同的敏感性和不同種類的敏感性礦物含量具有很好的對應(yīng)性。

(3)鹽北地區(qū)水敏性和鹽敏性主要是伊/蒙混層礦物遇水膨脹，堵塞孔喉所致；速敏因高嶺石、毛發(fā)狀的伊利石等在流體沖擊下分散運(yùn)移所產(chǎn)生；酸敏主要由綠泥石、綠/蒙混層礦物、濁沸石等遇酸產(chǎn)生氫氧化鐵和氟化鈣的沉淀所致。針對不同井區(qū)不同的敏感性特征，應(yīng)該分別采取相應(yīng)的儲層保護(hù)措施。

[1]雷振宇,卞德智,杜社寬,等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣扇體形成特征及油氣分布規(guī)律[J].石油學(xué)報,2005,26(1):8-12.

[2]陳剛強(qiáng),阿布力米提,白雷,等.準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷東斜坡深層成藏領(lǐng)域研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,35(6):31-36.

[3]鄒妞妞,張大權(quán),姜楊,等.準(zhǔn)噶爾瑪東地區(qū)下烏爾禾組儲層成巖作用與孔隙演化[J].地質(zhì)科技情報,2015,34(1):43-47.

[4]王劍,靳軍,張寶真,等.瑪湖凹陷東斜坡區(qū)下烏爾禾組砂礫巖儲層孔隙形成機(jī)理及優(yōu)勢儲層成因分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2015,15(23):136-141.

[5]宮清順,壽建峰,姜忠朋,等.準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾油田三疊系百口泉組儲層敏感性評價[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(2):307-313.

[6]楊正明,張英芝,郝明強(qiáng),等.低滲透油田儲層綜合評價方法[J].石油學(xué)報,2006,27(2):64-67.

[7]李云,祁利祺,胡作維,等.準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡中侏羅統(tǒng)頭屯河組儲層敏感性特征[J].巖性油氣藏,2014,26(1):52-57.

[8]張紹槐,羅平亞.保護(hù)儲集層技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1991:35.

[9]段春節(jié),魏旭光,李小冬,等.深層高壓低滲透砂巖油藏儲層敏感性研究[J].地質(zhì)科技情報,2013,32(3):94-99.

[10]張關(guān)龍,陳世悅,鄢繼華.鄭家—王莊地區(qū)沙一段黏土礦物特征及對儲層敏感性影響[J].礦物學(xué)報,2006,26(1):99-105.

[11]徐同臺,熊友明,康毅力.保護(hù)油氣層技術(shù)[M].3版.北京:石油工業(yè)出版社,2010:98.

[12]田建鋒,陳振林,楊友運(yùn),等.自生綠泥石對砂巖儲層孔隙的保護(hù)機(jī)理[J].地質(zhì)科技情報,2008,27(4):50-53.

[13]李振華,邱隆偉,師政,等.準(zhǔn)噶爾盆地中拐地區(qū)佳二段沸石類礦物成巖作用及其對油氣成藏的意義[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,38(1):1-5.

[14]文華國,賈斌,蔣宜勤,等.準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組二段儲層自然產(chǎn)能控制因素分析[J].巖性油氣藏,2014,26(2):9-14.

[15]徐會林,王新海,魏少波,等.四川盆地高石梯磨溪區(qū)塊震旦系儲層敏感性實(shí)驗(yàn)評價[J].巖性油氣藏,2015,27(2):13-17.