烏石凹陷X 油田流沙港組三段儲(chǔ)層敏感性分析

郇金來(lái)，楊 麗，代百祥，甘永年，王 玉

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

儲(chǔ)層一直都是油氣田勘探、開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容，對(duì)儲(chǔ)層傷害與保護(hù)的研究同樣也越來(lái)越受學(xué)者們重視。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層敏感性的深入研究，逐步地認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)層敏感性不僅與黏土礦物類型和含量有很大的關(guān)系[1-6]，同時(shí)也與儲(chǔ)層自身的性質(zhì)密切相關(guān)[7-13]。烏石凹陷X 油田位于南海北部灣盆地烏石凹陷東部，該構(gòu)造被北東-南西向展布的斷層切割成南、中、北三個(gè)斷塊，形成半背斜或斷鼻圈閉，斷層系統(tǒng)較為復(fù)雜，各個(gè)斷塊內(nèi)部由不同的小斷塊組成，是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的復(fù)合型構(gòu)造圈閉（圖1）。主力油組流沙港組三段（以下簡(jiǎn)稱流三段）儲(chǔ)層相對(duì)復(fù)雜，為砂礫巖儲(chǔ)層，巖心疏松，泥質(zhì)含量較高，產(chǎn)能低。研究區(qū)儲(chǔ)層的小柱塞巖樣代表性相對(duì)較差，所以采用全直徑巖心進(jìn)行巖石敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)薄片鑒定、黏土礦物X 衍射、掃描電鏡、高壓壓汞等實(shí)驗(yàn)手段，在明確儲(chǔ)層主要傷害類型及程度的基礎(chǔ)上，探討導(dǎo)致儲(chǔ)層強(qiáng)敏感性的內(nèi)在因素，為后期油田勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中的儲(chǔ)層保護(hù)和儲(chǔ)層改造提供依據(jù)。

圖1 烏石凹陷構(gòu)造位置

1 儲(chǔ)層特征

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)24.85 m 巖心、151 顆井壁取心的資料和掃描電鏡資料統(tǒng)計(jì)，烏石凹陷X 油田流三段巖石類型主要為巖屑砂巖。陸源碎屑組分以巖屑為主，含量為12.0%～70.0%，平均為40.0%；次為石英，含量為5.0%～61.0%，平均為29.5%；長(zhǎng)石含量為0～18.0%，平均為5.3%?？傮w成分成熟度低-極低；膠結(jié)物含量為0～14.0%，平均為3.6%，膠結(jié)物以鐵方解石為主，此外還有菱鐵礦、白云石、鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物及黏土礦物膠結(jié)。

自生黏土礦物在研究區(qū)目的層段發(fā)育廣泛，包括伊利石、伊蒙混層、高嶺石和綠泥石。根據(jù)黏土礦物X衍射資料，流三段黏土礦物含量為4.0%～32.0%，平均為10.2%，以伊利石為主（平均為52.8%），次為高嶺石（平均為20.9%）和伊蒙混層（平均為18.9%），綠泥石含量最少（平均為7.4%）。通過(guò)掃描電鏡可觀察到研究區(qū)伊利石一般以片狀、絲縷狀充填孔隙和膠結(jié)碎屑顆粒（圖2a），高嶺石多呈蠕蟲(chóng)狀或鱗片狀充填孔隙（圖2b），而伊蒙混層常呈片絲狀產(chǎn)于顆粒表面（圖2b），綠泥石多呈葉片狀、針葉狀充填孔隙（圖2c）。由于黏土礦物顆粒微小、比表面大、化學(xué)活潑性強(qiáng)，因此，黏土礦物是引起儲(chǔ)層敏感性的主要因素之一。

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征與物性特征

烏石凹陷X 油田流三段儲(chǔ)層溶蝕作用強(qiáng)烈，次生孔隙較為發(fā)育，其中以長(zhǎng)石溶孔和鑄模孔為主，此外還發(fā)育高嶺石晶間孔、雜基微孔等。平均孔徑為98.40～285.70 μm，為大孔徑。喉道類型主要為頸型、片狀、管束狀（圖3），總體連通性較差，孔隙發(fā)育的地方連通性尚可。排驅(qū)壓力為0.052～2.569 MPa，中值壓力為0.631～11.671 MPa，根據(jù)毛管壓力曲線解釋出的最大孔喉半徑為0.50～14.09 μm，孔喉半徑平均值為0.18～2.91 μm，喉道為細(xì)喉-微喉，毛管壓力曲線平臺(tái)段不明顯，孔喉分選較差（圖4）?？紫督Y(jié)構(gòu)總體孔徑較大、喉道較細(xì)。

根據(jù)62 塊樣品的巖心常規(guī)物性分析結(jié)果，研究區(qū)流三段砂礫巖儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)僅為0.35。孔隙度為14.5%～20.4%，平均為19.4%；滲透率為0.2×10-3～1 772.3×10-3μm2，平均為170.7×10-3μm2，整體為中孔中滲儲(chǔ)層。

圖2 黏土礦物掃描電鏡照片

2 巖石敏感性實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》，本次選取WS-A2 井6 個(gè)全直徑巖心樣品對(duì)研究區(qū)流三段儲(chǔ)層巖石進(jìn)行水敏性、速敏性、酸敏性以及堿敏性實(shí)驗(yàn)，并分析儲(chǔ)層敏感性規(guī)律以及敏感性傷害機(jī)理。

圖3 喉道類型薄片圖像

圖4 儲(chǔ)層巖石毛管壓力曲線

2.1 水敏性

儲(chǔ)層水敏性是指當(dāng)與地層不配伍的外來(lái)流體進(jìn)入地層后引起黏土礦物膨脹、分散、運(yùn)移，從而導(dǎo)致滲透率不同程度降低的現(xiàn)象。水敏性評(píng)價(jià)的目的是了解黏土礦物這一變化過(guò)程，及最終導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降的程度。

實(shí)驗(yàn)以氯化鉀溶液、模擬地層水和蒸餾水作為流動(dòng)介質(zhì)，完成了單相鹽水條件下的水敏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1、具體實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三塊巖心的滲透率對(duì)鹽水礦化度變化較敏感，水敏指數(shù)為66.60%～92.96%，其中，砂礫巖儲(chǔ)層水敏程度極強(qiáng)，細(xì)砂巖儲(chǔ)層水敏程度中等偏強(qiáng)。

大部分黏土礦物都具有不同程度的膨脹性，其中蒙脫石的膨脹性大于伊蒙混層和綠蒙混層，伊利石和綠泥石膨脹性很弱，高嶺石無(wú)膨脹性[14-15]。研究區(qū)儲(chǔ)層水敏性強(qiáng)的主要原因是儲(chǔ)層中伊蒙混層、伊利石含量較高所致。

表1 水敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 水敏性實(shí)驗(yàn)曲線

2.2 速敏性

儲(chǔ)層的速敏性指流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)速度的變化引起地層微粒運(yùn)移、堵塞孔隙喉道，造成儲(chǔ)層滲透率變化的現(xiàn)象。速敏性評(píng)價(jià)的目的是確定儲(chǔ)層臨界流速，避免顆粒運(yùn)移造成地層傷害，在有助于保護(hù)油氣層的前提下確定合理的注采速度。

分別進(jìn)行單相鹽水和單相中性油（煤油）作為流動(dòng)介質(zhì)的速敏實(shí)驗(yàn)，測(cè)定每個(gè)速度段的滲透率，具體實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖6、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，砂礫巖儲(chǔ)層在單相鹽水和單相中性油中，滲透率均隨流速增加呈下降趨勢(shì)；其中在單相鹽水中表現(xiàn)為中等速敏性，臨界流速為0.965 m/d；在單相中性油中表現(xiàn)為弱速敏性，無(wú)臨界流速；細(xì)砂巖儲(chǔ)層隨流速增加，其滲透率也隨之增加，無(wú)速敏性。

圖6 速敏性實(shí)驗(yàn)曲線

掃描電鏡下可見(jiàn)流三段儲(chǔ)層中伊利石多呈片狀、絲縷狀，其中，絲狀伊利石為自生礦物，在孔隙中呈搭橋式生長(zhǎng)，使孔隙變成微孔隙。與此同時(shí)，絲狀伊利石具有很大的比表面積，對(duì)水的強(qiáng)烈吸附性，使巖石表現(xiàn)出很高的束縛水飽和度，其極易被流體打碎并遷移至喉道處形成堵塞；而鱗片狀伊利石主要是陸源碎屑搬運(yùn)而來(lái)，黏附在顆粒表面，減少孔隙的有效半徑，也可在喉道處形成堵塞，但損害程度比絲狀伊利石低。高嶺石集合體對(duì)骨架顆粒的附著力很差，且各晶片間結(jié)合力不強(qiáng)，在高速流體作用下，集合體易被打成碎片，碎片隨流體移動(dòng)并堵塞孔隙喉道，因此，高嶺石是最易導(dǎo)致儲(chǔ)層強(qiáng)速敏損害的黏土礦物。

表2 速敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

顆粒運(yùn)移對(duì)流體流動(dòng)的影響與巖石的孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，喉道是兩個(gè)顆粒間連通的狹窄部分，最易受到顆粒運(yùn)移的影響。若喉道半徑大于微粒半徑，微粒將被流體沖刷出來(lái)而形成“出砂”，隨著喉道半徑的增大，滲透率也逐漸升高。若喉道半徑小于微粒半徑，微粒會(huì)在喉道處堆積，造成孔隙堵塞和地層滲透率下降。X 油田流三段為中孔中滲儲(chǔ)層，次生孔隙發(fā)育，其貢獻(xiàn)率達(dá)65.1%，但次生孔以長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔和鑄模孔為主。此類孔隙連通性較差，雖然增大了孔隙，但喉道未得到明顯改善，屬大孔隙、細(xì)微喉，喉道多為頸型、片狀、管束狀，且?guī)r石結(jié)構(gòu)疏松，生產(chǎn)中應(yīng)注意固相顆粒堵塞造成的潛在敏感性。

2.3 酸敏性

酸敏性是指酸液與儲(chǔ)層中的礦物或流體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出微粒，導(dǎo)致滲透率下降的現(xiàn)象。酸敏性評(píng)價(jià)的目的是了解準(zhǔn)備用于酸化的酸液是否會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生損害及損害的程度，以便優(yōu)選酸液配方，尋求更為有效的酸化處理方法，其本質(zhì)是研究酸液與油氣層的配伍性，為油氣層基質(zhì)酸化和酸化解堵設(shè)計(jì)提供依據(jù)。配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸（HCl），注入酸液為巖心的1 倍孔隙體積，依次測(cè)定其酸化前后與地層水相同礦化度的氯化鉀鹽水的滲透率，具體實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，儲(chǔ)層對(duì)鹽酸表現(xiàn)為中等偏弱酸敏性。

圖7 酸敏性實(shí)驗(yàn)曲線

表3 酸敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

碳酸鹽膠結(jié)物受鹽酸作用后礦物溶解，產(chǎn)生新礦物再沉淀或微粒運(yùn)移堵塞孔隙喉道。其中鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦與HCl 反應(yīng)產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀或形成非晶質(zhì)SO2凝膠體堵塞孔隙，或酸蝕釋放微粒，微粒運(yùn)移而堵塞孔隙喉道，是引起儲(chǔ)層酸敏損害的主要原因。另外，綠泥石與鹽酸接觸亦會(huì)溶解形成氫氧化鐵膠體沉淀而堵塞喉道，但因其在研究區(qū)流三段含量較少，所以潛在的酸敏性不強(qiáng)。

2.4 堿敏性

堿敏性是指堿性流體與儲(chǔ)層礦物或地層流體發(fā)生反應(yīng)，釋放顆?；虍a(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致巖石滲透率下降的現(xiàn)象。堿敏評(píng)價(jià)的目的是找出堿敏發(fā)生的條件，主要是臨界pH 值，以及由堿敏引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

通過(guò)注入不同pH 值的鹽水并測(cè)定其滲透率，根據(jù)滲透率的變化來(lái)評(píng)價(jià)堿敏損害的程度，找出堿敏損害發(fā)生的條件，具體實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖8、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)砂巖儲(chǔ)層和砂礫巖儲(chǔ)層均表現(xiàn)為弱堿敏性，無(wú)臨界pH 值。

圖8 堿敏性實(shí)驗(yàn)曲線

表4 堿敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通常在pH＞12 時(shí)，鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、微晶石英、蛋白石、玉髓等將產(chǎn)生新的硅酸鹽沉淀及硅凝膠體，堵塞孔隙喉道。研究區(qū)流三段總體上長(zhǎng)石含量不高，所以由其引起的堿敏損害程度不強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）烏石凹陷X 油田流三段黏土礦物以伊利石為主，次為高嶺石和伊蒙混層。膠結(jié)物以鐵方解石為主，次為菱鐵礦、白云石和鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物?？紫督Y(jié)構(gòu)為大孔隙、細(xì)微喉，喉道多為頸型、片狀、管束狀。黏土礦物及孔隙結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致儲(chǔ)層較強(qiáng)敏感性的主要因素。

（2）流三段儲(chǔ)層整體酸敏性中等偏弱，堿敏性弱；砂礫巖儲(chǔ)層水敏性極強(qiáng)，細(xì)砂巖儲(chǔ)層水敏性中等偏強(qiáng)；砂礫巖儲(chǔ)層在單相鹽水中速敏性中等，在單相中性油中速敏性弱，細(xì)砂巖儲(chǔ)層無(wú)速敏性。

（3）儲(chǔ)層水敏性整體偏強(qiáng)，在鉆完井配置工作液時(shí)，應(yīng)做好工作液與地層流體之間的配伍性研究，減小儲(chǔ)層傷害；砂礫巖儲(chǔ)層存在中等速敏性，臨界流速為0.965 m/d，在地層條件下應(yīng)控制注采流速；儲(chǔ)層還存在中等偏弱酸敏性及弱堿敏性，建議控制pH 值避免儲(chǔ)層二次污染。