黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊延長組長6儲層敏感性研究

邢 隆，崔軍平,2，楊桂林，王育強，趙 金

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069； 2.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安 710069)

油田生產(chǎn)石油的過程中，儲層都會和外部進(jìn)來的流體以及其中的物質(zhì)發(fā)生接觸，如果外部流體與儲層不合適，就會造成儲層滲流能力的降低，對儲層造成損害，產(chǎn)生敏感性[1-6]。為了有效地避免這種情況的發(fā)生，需要清楚地掌握敏感性理論，采取必要的方法，控制敏感性對儲層的損害，為油田開發(fā)提供可靠的技術(shù)支撐[7-8]。黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊在構(gòu)造位置上位于陜北斜坡的南部，為向西傾斜的單斜構(gòu)造，本區(qū)長6儲層屬于三角洲前緣亞相，沉積相帶展布主要呈北東分布，砂體在10～20 m，以低孔低滲為主，屬于巖性油藏，油氣藏是在巖性、物性雙重控制下形成的，油層開發(fā)時間短，地質(zhì)情況復(fù)雜，開發(fā)難度大[9-12]。雖然前人對黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊沉積相和儲層特征做了大量研究，但是對于儲層敏感性的系統(tǒng)性研究相對較少，因此筆者應(yīng)用敏感性試驗等數(shù)據(jù)分析儲層敏感性特征和微觀機理，為下一步油田勘探開發(fā)、防止儲層傷害、完成長久穩(wěn)定高產(chǎn)提供根據(jù)。

1 儲層基礎(chǔ)特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

對長6儲層47個樣品的薄片資料進(jìn)行統(tǒng)計，巖石類型以灰白色長石砂巖和巖屑長石砂巖為主(圖1)。石英的平均含量為20.9%；長石平均含量為48.2%，鉀長石和斜長石在長石中占很大比例；黑云母平均含量為3.9%，一般不超過7%；變質(zhì)巖和巖漿巖巖屑是主要的巖屑類型，一般不超過14.5%。

研究區(qū)長6儲層的填隙物以方解石、長石質(zhì)、綠泥石和水云母為主。方解石含量高，介于1%～45%，平均為7.78%；長石質(zhì)和綠泥石相對方解石含量少，前者介于1%～25%，平均為6.49%，后者介于1%～13%，平均為5.44%；水云母含量介于0%～10%，平均為3.41%。填隙物中還有少量高嶺石、濁沸石及硅質(zhì)，極少量石英加大和磁鐵礦等。

砂巖粒度多為細(xì)粒和中—細(xì)粒，碎屑分選中等—好，次棱—次圓狀是主要的磨圓形式，點—線接觸是碎屑顆粒之間的主要方式，膠結(jié)類型有孔隙式膠結(jié)、連晶式膠結(jié)，少量壓嵌式膠結(jié)。

圖1 黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層砂巖分類Fig.1 Sandstone classification of Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

1.2 敏感性礦物特征

X衍射分析表明，研究區(qū)長6儲層中方解石及黏土礦物是儲層敏感性主要的影響礦物。黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～21%，平均值為10.21%。其中，綠泥石的相對含量為51%～80%，呈針葉狀產(chǎn)出(圖2a、2b)；綠泥石的膨脹性不是很強烈，但大多數(shù)含有鐵，它對油層的潛在影響主要表現(xiàn)為和酸反應(yīng)形成沉淀物，造成沉淀物堵塞孔隙[13]。伊利石的相對含量為11%～34%，主要呈蜂窩狀產(chǎn)出(圖2c)；伊利石遇水膨脹性不明顯，主要通過微粒運移和形成微孔隙進(jìn)而造成高束縛水飽和度兩個方面對油層產(chǎn)生傷害[13]。伊/蒙混層的相對含量為8%～18%，呈孔隙充填式產(chǎn)出(圖2d)；伊/蒙混層有較高的親水性和膨脹性，遇水膨脹，對油層產(chǎn)生損害，并且因為儲層中伊/蒙混層膨脹導(dǎo)致混層黏土的解體，造成微粒分散遷移，使油層的滲透率下降[12]。(表1)

圖2 研究區(qū)長6儲層礦物和巖石顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of minerals and rocks in Chang-6 reservoir of the study area

表1 黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層黏土礦物分析Table 1 Clay minerals analysis of Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

1.3 儲層物性特征

由長6儲層336塊樣品的物性化驗資料可知：儲層孔隙度分布在1.80%～16.1%之間，平均值為7.95%；滲透率分布在0.03～8.19 mD之間，平均值為0.48 mD，屬特低—超低孔、特低滲—超低滲儲集層。

1.4 微觀孔隙結(jié)構(gòu)儲集空間

研究區(qū)儲層孔隙類型主要以粒間孔和溶孔為主，其中溶孔的含量大于粒間孔。儲層粒間孔隙呈不規(guī)則狀，粒間孔隙相對較發(fā)育，充填礦物類型豐富，孔隙內(nèi)充填自生綠泥石及石英次生加大現(xiàn)象。

長6儲層排驅(qū)壓力為1.4～11.0 MPa，平均為5.9 MPa；毛細(xì)管中值壓力為5.25～44.51 MPa，平均為20.30 MPa；平均孔喉半徑為0.32 μm；分選系數(shù)為0.54～1.57，平均為0.91；最大汞飽和度為24.40%～95.11%，平均為70.26%；退汞效率為18.48%～32.38%，平均為25.69%。長6儲層喉道類型為點狀、彎片狀，主要是細(xì)喉型，儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，低孔細(xì)喉型占很大比例。

2 敏感性試驗結(jié)果

此次敏感性試驗嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》，試驗溫度為49 ℃，地層水礦化度為60 g/L。

速敏試驗結(jié)果(圖3a和3b)顯示：大部分樣品呈現(xiàn)無速敏性，弱速敏性次之；敏感性指數(shù)在0.05～0.61范圍內(nèi)，平均為0.28；臨界流速分布范圍為0.13～3.38 m/d，平均為0.867 m/d；傷害率在4.53%～61.12%之間，平均達(dá)到28%。

水敏試驗結(jié)果(圖3c和3d)顯示：大部分樣品呈現(xiàn)無水敏性，弱水敏性次之；敏感指數(shù)在0～0.56范圍內(nèi)，平均為0.26。

鹽敏試驗結(jié)果(圖3e和3f)顯示：大部分樣品呈現(xiàn)中等偏弱鹽敏性，弱鹽敏性次之；臨界鹽度介于2～25 g/L之間，平均為19 g/L。

酸敏試驗結(jié)果(圖3g和3h)顯示：大部分樣品呈現(xiàn)酸敏性改善，酸敏指數(shù)在-449.87～0之間，平均為-56.58。

堿敏試驗結(jié)果(圖3i和3j)顯示：大部分樣品呈現(xiàn)中等偏弱堿敏性的特征，堿敏指數(shù)分布范圍為0～0.68，平均為0.30。

總的來說，研究區(qū)長6儲層具備弱速敏、弱水敏、中等偏弱鹽敏、酸敏性改善、中等偏弱堿敏的敏感性特征。

圖3 黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層敏感性試驗結(jié)果直方圖Fig.3 Histogram of Chang-6 reservoir sensitivity experiment of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

3 儲層敏感性微觀機理分析

3.1 速敏性

速敏性的形成是由于外來流體在儲層中的流動，導(dǎo)致儲層中的微粒運移并在喉道處堆積堵塞喉道，使儲層滲透率降低[5]。

當(dāng)流體在儲層流動時，填隙物中的方解石、長石及石英等非黏土礦物有可能形成“橋堵”和“卡堵”[1]。一方面，由于研究區(qū)長6儲層的部分區(qū)域成巖作用比較強烈，巖石致密，長石、石英和方解石難以遷移，因此對儲層速敏的影響不強烈。另一方面，速敏的形成與黏土礦物的類型有關(guān)。長6儲層中的主要黏土礦物為綠泥石和伊利石，速敏性黏土礦物高嶺石和伊利石的含量相對較少，所以長6儲層總體呈現(xiàn)弱速敏的特征。部分地區(qū)出現(xiàn)中等速敏，與儲層物性和孔喉結(jié)構(gòu)存在有一定關(guān)系，礦物顆粒半徑大于孔喉半徑，顆粒易于在喉道堆積，從而導(dǎo)致油氣層滲透率的降低。

3.2 水敏性

水敏性的形成是由于當(dāng)?shù)虻偷V化度流體在儲層中流動時對儲層中的黏土礦物產(chǎn)生影響，使其發(fā)生膨脹并在儲層中運移，導(dǎo)致儲層滲透率發(fā)生下降[2]。

儲層形成水敏性與黏土礦物有很大關(guān)系。不同黏土礦物的膨脹性不一樣，其中蒙脫石遇水膨脹性最強，伊/蒙混層次之，綠泥石和伊利石的膨脹能力相對較弱，高嶺石遇水不發(fā)生膨脹[14-17]。研究區(qū)長6儲層主要的黏土礦物是綠泥石和伊利石，其次是伊/蒙混層，蒙脫石不發(fā)育，并且儲層中黏土礦物的總含量不高，這與研究區(qū)弱水敏的特征相符合。在儲層不同深度有不同的黏土礦物含量，造成研究區(qū)部分區(qū)域出現(xiàn)了中等偏強水敏性。應(yīng)注意伊/蒙混層含量高的地區(qū)，在注水時加入一定比例的防彭劑，可以防止對儲層造成傷害。

3.3 鹽敏性

鹽敏性是由于不同礦化度的流體在儲層中流動時形成黏土礦物膨脹、分散或運移，造成儲層滲透率降低的現(xiàn)象[2]。

和水敏性一樣，黏土礦物是產(chǎn)生鹽敏性的重要原因。當(dāng)?shù)V化度依次減小的流體在儲層中流動時，其中的黏土礦物會部分發(fā)生膨脹，使儲層受到一定的傷害。研究區(qū)長6儲層綠泥石、伊利石和伊/蒙混層是主要的黏土礦物。由于伊/蒙混層中含有一定量的蒙脫石，使其也具有一定的膨脹性，因此當(dāng)?shù)貙铀V化度下降時，伊/蒙混層和伊利石有很大可能發(fā)生膨脹。研究區(qū)儲層伊利石的含量大于伊/蒙混層的含量，并且伊/蒙混層中蒙脫石層占10%～25%，主要為伊利石層，但是伊利石膨脹性不強，因此不是儲層鹽敏產(chǎn)生的重要因素。因而研究區(qū)長6儲層總體呈現(xiàn)中等偏弱鹽敏性的特征。長6儲層在注水開發(fā)時要使注入流體的礦化度大于臨界礦化度，從而降低對儲層的損害。

3.4 酸敏性

酸敏性的形成是由于在儲層中流動的酸液與其中的礦物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成沉淀或使固體微粒運移，使儲層滲透率降低[2]。

用濃度為15%的HCl處理巖心樣品后，得到的試驗結(jié)果(圖4)表明：長6儲層的8塊樣品中有7塊樣品在酸后出現(xiàn)了滲透率提高的現(xiàn)象，有一塊樣品酸后滲透率沒有變化。這主要與綠泥石和碳酸鹽巖有關(guān)，研究區(qū)儲層中的綠泥石相對含量高，當(dāng)其遇到鹽酸時會與之反應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀，使儲層滲透率下降。長6儲層的填隙物中含有方解石類碳酸鹽巖礦物，當(dāng)遇到鹽酸溶液時易發(fā)生溶蝕，導(dǎo)致儲層滲透率升高。儲層中方解石、白云石等碳酸鹽巖礦物的含量高于綠泥石，造成研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)與酸反應(yīng)后滲透率上升；儲層內(nèi)碳酸鹽巖礦物與酸反應(yīng)的溶蝕量和綠泥石與酸反應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀的量互補，是儲層滲透率沒有下降的原因。

圖4 黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層酸前和酸后滲透率對比Fig.4 Comparison of permeability before and after acid in Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

3.5 堿敏性

堿敏性的產(chǎn)生是指當(dāng)堿性的工作液在儲層中流動時，和儲層及其中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后造成儲層受到損害，從而導(dǎo)致儲層滲透能力下降的現(xiàn)象[1]。

圖5 黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層用堿前后滲透率對比Fig.5 Comparison of permeability before and after alkali in Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

由研究區(qū)堿敏試驗結(jié)果(圖5)可知：長6儲層8塊堿敏分析樣品中有6塊樣品的滲透率發(fā)生降低，剩余2塊樣品滲透率不變；其中有2塊位于研究區(qū)東南部的樣品堿敏較強，滲透率降低幅度大。當(dāng)堿性工作液進(jìn)入儲層后，與其中的礦物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硅酸鹽沉淀堵塞孔喉，并且堿性流體可能與黏土礦物表面的Ca2+、Mg2+等二價陽離子發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化物沉淀，造成滲透率的下降。因此，在儲層開發(fā)過程中堿性工作液要保持適當(dāng)?shù)娜鯄A性，防止對儲層造成損害。

4 結(jié)論

(1)黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層巖石礦物主要是長石和石英，碎屑分選呈現(xiàn)中等—好，磨圓以次棱—次圓狀為主，碎屑顆粒之間多為點—線接觸。敏感性礦物多見方解石和黏土礦物綠泥石、伊利石和伊/蒙混層，孔隙度平均值為7.95%，滲透率平均值為0.48 mD，孔隙類型多為粒間孔和溶孔。

(2)黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層敏感性屬于弱速敏、弱水敏、中等偏弱鹽敏、酸敏性改善、中等偏弱堿敏的特征。

(3)黃陵探區(qū)上畛子區(qū)塊長6儲層敏感性主要與黏土礦物和碳酸鹽等敏感性礦物有關(guān)，成巖作用對儲層敏感性也存在影響。弱速敏與儲層致密、連通性差、黏土礦物高嶺石含量少有關(guān)；弱水敏和中等偏弱鹽敏都與儲層中含量相對較少的伊/蒙混層有關(guān)；酸敏損害程度改善主要受儲層內(nèi)方解石等碳酸鹽巖大范圍存在控制；中等偏弱堿敏與儲層中的堿敏礦物和黏土礦物表面的二價陽離子有一定的關(guān)系。