庫車阿合組致密碎屑巖儲層速敏效應形成機理及其差異因素分析

譚鉦揚，歐陽傳湘，王國鋒，付 穎，陳忠進，李佳旭

(1長江大學石油工程學院 2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司定向井技術服務分公司 3青海油田分公司鉆采工藝研究院 4玉門油田(乍得)有限責任公司)

隨著油田開發(fā)的深入，開發(fā)地質工作者逐漸認識到，除了儲層儲集空間的成因類型和時空分布特性，以儲層敏感性為代表的儲層損害同樣是降低油氣采收率至關重要的因素，有關儲層敏感性的研究日益成為油氣田開發(fā)階段儲層研究的另一項核心問題[1]。油氣儲層的敏感性主要是針對油氣田鉆探乃至后期開采過程中儲層所遭受損害的敏感程度(或者說是難易程度)而言的。因此，儲層敏感性是油藏損害評價和儲層保護的重要研究內容，是油氣勘探開發(fā)中一直存在的問題。在鉆完井過程中發(fā)現具有工業(yè)價值的油層，開展油藏敏感性研究，及時指導鉆井液配方設計，對保護油氣儲層具有重要意義[2-3]。速敏主要是由于流體流速的變化引起的儲層巖石中顆粒的運移，阻塞了喉部，從而導致儲層巖石的滲透率發(fā)生變化[4]。造成致密碎屑巖儲層速敏感應的微粒多種多樣的，常見的有高嶺石和伊利石等黏土礦物以及石英，長石等碎屑巖微粒[5]。庫車坳陷侏羅系阿合組主要由礫巖、含礫粗砂巖和非均值砂巖組成。由于靠近沉積物來源區(qū)，研究區(qū)間的巖石孔喉黏土雜基填隙物富集，是庫車地區(qū)致密碎屑巖儲層流速敏感性的主要致敏因素[6]。研究區(qū)間強速敏主要是由廣泛發(fā)分布的高嶺石、伊利石和石鹽晶體引起的，且其高值主要分布于水下分流河道砂體內。

針對目前國內石油行業(yè)對儲層流速敏感性及其效應的研究過于單一，缺乏區(qū)域即平面上的研究，往往導致鄰井間因差異性過大而無法提供有效指導，通過對庫車北部構造帶侏羅系阿合組不同井區(qū)的致密儲層巖樣開展流速敏感性評價實驗，結合鑄造薄片、X射線衍射、掃描電子顯微鏡、恒速壓汞和CT掃描資料，詳細研究了儲層的宏觀和微觀特征，并從巖相分析的角度評價了敏感礦物的特征。選擇代表性樣品進行儲層流速敏感性保護實驗，并提出了有針對性的儲層保護措施。

一、庫車阿合組致密碎屑巖速敏機理

1.巖性因素

阿合組巖石類型主要為巖屑砂巖，其次為長石質巖屑砂巖，其中，部分井阿合組二段全部為長石巖屑砂巖。巖屑顆粒以變質巖巖屑為主，沉積巖巖屑和巖漿巖巖屑含量較少；剛性的長石顆粒受到強烈的外部應力擠壓，容易產生大量裂隙，成為后期溶蝕改造的良好滲透通道。最終使得完整和粗徑的長石顆粒經過物理或化學分解，形成細小容易運移的顆粒[7]。東西兩側MN1井的高嶺石全巖含量，明顯高于中部YN4井；伊利石全巖含量自西向東(KZ1至MN1井區(qū)方向)呈現遞減的趨勢，埋深的差異性造成了現今黏土礦物的平面分布規(guī)律。高嶺石主要以充填孔隙的書頁狀形式產出，且六邊晶形發(fā)育較好，晶體顆粒間黏附力較弱，極易在地下流體沖刷作用下脫離并運移[8]，通過強速敏巖心驅替前后的原位對比分析可以驗證這一點。伊利石主要以粒間孔隙搭橋的形式產出，其將本就較細的喉道又分隔成更細的多個部分。這些都是導致該區(qū)塊強速敏效應的關鍵因素。

2.物性因素

阿合組在垂向上沒有明顯的增減規(guī)律。根據井下樣品的測試結果，東部井區(qū)樣品所揭示的孔滲級別最高，中部次之，西部最差。通過CT掃描結果，東部MN1井區(qū)樣品連通性最好，喉道半徑值最大，且孔徑比最小，相對較難引發(fā)明顯的儲層敏感性效應[9]；而與東部井區(qū)的樣品相比，西部KZ1井區(qū)和中部YN4井區(qū)的樣品所揭示出的孔喉結構差異非常明顯，除了宏觀孔滲的差異(滲透率比前者相差近一個數量級)外，喉道半徑及孔徑比參數也較前者差距明顯，揭示出西部和中部井區(qū)研究層段儲層連通性能較差，更易引發(fā)潛在的儲層敏感性損害。

3.孔喉因素

雖然在常規(guī)的孔滲參數上，阿合組整體上都有著不錯的表現，但在平面上，儲層的孔喉特征存在著明顯的差異。上述參數中，歪度系數直接表征孔喉半徑的分布特征，研究層段部分樣品中可見大范圍的顆粒破碎，產生貫穿孔隙的裂縫，形成裂隙型孔道，這能極大地提升地層的滲透性[10]。但裂縫的產出并非百利無一害，裂縫產出的同時，會使得儲層內顆粒發(fā)生大面積崩解，產生大量易堵塞喉道的細小顆粒[11]。由表1壓汞實驗結果表明，庫車侏羅系阿合組儲層孔喉半徑均值范圍為0.09～14.35 μm(均值為4.06 μm)。自西向東，歪度同向遞增，喉道半徑和退汞效率逐漸變小，分選性變差，表明該區(qū)塊越往西部，細小喉道所占比例越高，發(fā)生流速敏感性的可能性更大。

表1 研究區(qū)阿合組壓汞實驗結果

鑄體薄片鏡下觀察表明，各井區(qū)儲層孔喉形態(tài)差異明顯，其中東部MN1井區(qū)則以縮頸狀為主，而中部的YN4和YN5井區(qū)喉道形態(tài)以縮頸狀和片狀最為常見。此外，中部井區(qū)還發(fā)育大量裂縫型喉道，在開發(fā)過程中長石顆粒和巖漿巖碎屑經溶蝕擠壓作用形成的細小顆粒極易堵塞裂縫，產生較強流速敏感性[12]。這種喉道形態(tài)上的差異，表明中部井區(qū)研究層段可能是最易引發(fā)潛在敏感性效應的層段。

二、速敏特征差異控制因素

對庫車北部構造帶阿合組7口井進行了速敏室內評價實驗(表2)，損害率在27.7%～70.9%之間，平均46.4%；臨界流速最小為1.32 m/d，最大15.04 m/d，平均3.76 m/d。平面上流速敏感性損害程度差異明顯，中心井區(qū)的速敏最強，其次是東部井區(qū)，西部最低?；诓煌畢^(qū)速敏曲線特征(圖1)，大致可以將研究區(qū)塊流速敏感性分為：快速下降型、先升后降型和快速上升型3種類型，其中快速下降型主要分布在西部井區(qū)的KZ1井和中部井區(qū)的YN5、YN4，結合前面研究可知，其速敏特征曲線產生原因主要是西部和中部井區(qū)物性極差，屬于特低孔特低滲儲層，由CT掃描結果可知，儲層連通性要明顯差于東部，喉道較細小，主要呈片狀、縮頸狀和裂縫狀。因此，細小的巖漿巖溶蝕顆粒極容易被喉道捕集，形成堵塞，導致滲透率快速下降[13-15]；先升后降型速敏主要發(fā)生在東部井區(qū)的TD2井，其地層物性優(yōu)于西部，屬于低孔低滲類型，由于流速的變化，一部分微孔隙中的雜基填隙物被沖刷出，滲透率可能會出現小幅度的增加，但隨著地層流體長時間流動，雜基填隙物在更狹窄的喉部積聚，建立穩(wěn)定的橋堵后，滲透率開始下降[16]；快速上升型速敏主要發(fā)生在東部的MN1井區(qū)，由于構造抬升作用，埋深較淺，孔滲性最好[17]，為中高孔滲儲層，巖心顆粒膠結較弱，連通性較好，孔喉尺寸大且多呈縮頸狀，驅替過程中流速增加時，有明顯出砂現象，說明巖心中的松散顆粒因無法被喉道捕集而被流體沖出[18-19]，造成滲透率大幅上升，并隨可驅出微粒數量的減少而趨于穩(wěn)定。

表2 研究區(qū)儲層水敏損害實驗結果表

圖1 速敏室內評價實驗結果

三、速敏損害保護措施

選取速敏較強的YN5井和YN4井各自物性相近的巖心進行加入顆粒穩(wěn)定劑前后的速敏對比評價實驗，圖2可以發(fā)現：添加顆粒穩(wěn)定劑后YN4井的速敏損害率從70.9%降低至33.1%，損害程度從強降至中等偏弱，YN5井的速敏損害率從68.2%降至28.9%，結果表明，添加顆粒穩(wěn)定劑后，巖心喉道結構更加穩(wěn)定，減緩了流體機械沖擊下結構不穩(wěn)定現象[20]，有效降低了對儲層的損害。

圖2 中部井區(qū)井加入顆粒穩(wěn)定劑后對比

針對該儲層整體較強的速敏損害，建議在該儲層生產及注入井流體時嚴格控制流速，在入井液體中添加顆粒穩(wěn)定劑來降低片狀伊利石和高嶺石的運移程度，提高顆粒的抗沖擊能力，減輕速敏損害。

四、結論

(1)庫車坳陷侏羅系阿合組雜基含量較高，極細粒的片絲狀伊利石和書頁狀高嶺石顆粒占據大部分孔喉，在高速流體沖刷下，易遷移阻塞孔喉，導致滲透性降低，產生較強的速敏。

(2)通過CT掃描結果知，東部樣品連通性最好，喉道半徑值最大，且孔徑比最小，相對較難引發(fā)明顯的儲層敏感性效應；西部樣品所揭示出的喉道半徑及孔徑比參數也較前者差距明顯，更易引發(fā)潛在的儲層敏感性損害。

(3)庫車地區(qū)各井區(qū)儲層孔喉形態(tài)差異明顯，越往西部，細小喉道所占比例越高，其中東部MN1井區(qū)則以縮頸狀為主，而中部的YN4和YN5井區(qū)喉道形態(tài)以縮頸狀、片狀和裂縫型喉道最為常見，這種喉道形態(tài)上的差異，表明中部井區(qū)研究層段更易引發(fā)潛在流速敏感性效應。

(4)選取速敏較強的YN5井和YN4井各自物性相近的巖心進行儲層保護對比實驗。加入顆粒穩(wěn)定劑后發(fā)現，YN4井和YN5井的速敏損害率都有大幅度降低，表明添加顆粒穩(wěn)定劑后，巖心喉道結構更加穩(wěn)定，減緩了流體機械沖擊下結構不穩(wěn)定現象，有效降低了對儲層的損害。