柴達木盆地干柴溝地區(qū)E32Ⅱ油組儲層傷害評價

毛建英 崔俊 毛建軍 肖斌 毛筱菲 鄧文

1.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院 3.國家管網(wǎng)西南管道天水輸油氣分公司 4.中國石油青海油田分公司采油一廠

英雄嶺坳陷為柴達木盆地新生界油氣資源最豐富的凹陷，烴源巖生烴指標(biāo)好，厚度大，烴源巖最厚可達4 000 m[1]，其周緣已發(fā)現(xiàn)尕斯、花土溝、油砂山、英東等碎屑巖油藏。近年來，針對湖相碳酸鹽巖相繼發(fā)現(xiàn)了英西、英中、干柴溝碳酸鹽巖油藏，勘探潛力巨大[2]。干柴溝地區(qū)位于英雄嶺構(gòu)造帶西北部，下干柴溝組上段(E32)地層自上而下分為6個油組，Ⅵ～Ⅲ油組發(fā)育湖相頁巖，Ⅱ油組發(fā)育塊狀碳酸鹽巖，白云石化程度高，晶間孔發(fā)育，但孔徑小，滲流能力差，為致密低滲儲層，Ⅱ-5小層開始向上沉積了多套鹽層，鹽層單層厚度可達4 m，累積厚度30～40 m，平面上分布穩(wěn)定，為研究區(qū)油氣聚集成藏提供了優(yōu)越的封蓋條件。碳酸鹽巖儲層中酸性氣體(H2S、CO2)含量較高，儲層黏土礦物長期存在于酸性環(huán)境下，接觸的工作液pH值一般都高，這些因素都會對儲層帶來一定的損害。因此，對碳酸鹽巖儲層損害機理及保護措施的研究尤為重要。一般認為，水鎖、外來固相顆粒堵塞、濾液侵入、應(yīng)力敏感和裂縫滯后損害等因素是碳酸鹽巖儲層損害的主要原因，羅向榮等[3]研究了應(yīng)力對碳酸鹽巖儲層滲透率的影響，路巖[4]研究了阿姆河盆地碳酸鹽巖儲層五敏傷害及儲層保護措施。

針對干柴溝下干柴溝組上段(E32)Ⅱ油組致密碳酸鹽巖，開展了儲層特征分析及儲層傷害室內(nèi)實驗分析，評價儲層傷害程度及傷害機理，為研究區(qū)鉆井、壓裂、試油等施工作業(yè)提供參考。

1 儲層地質(zhì)特征

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)ECS巖性掃描資料統(tǒng)計，干柴溝地區(qū)E32Ⅱ油組灰云巖占13.4%(w)，泥質(zhì)灰云巖占45.5%(w)，砂巖占11.0%(w)，泥巖占20.3%(w)，鹽巖占9.8%(w)，砂巖顆粒分選差、雜基含量高，膠結(jié)程度高，物性差，在該區(qū)為非有效儲層。因此，儲層巖性為灰云巖、泥質(zhì)灰云巖?；以茙r、泥質(zhì)灰云巖主要由白云石、方解石組成，混雜少量陸源粉砂、黏土礦物、膏鹽類礦物(硬石膏、鈣芒硝、氯化鈉)、黃鐵礦等(見表1)；黏土礦物類型以伊利石(57.1%，w)+伊蒙混層(32.9%，w)組合為主，少量綠泥石(10.0%，w)；灰云巖、泥質(zhì)灰云巖為泥晶結(jié)構(gòu)，碳酸鹽晶體粒徑2～4 μm(見圖1(g))，粉砂及黏土礦物與碳酸鹽礦物混雜分布，膏巖類礦物呈斑晶狀分布，晶體粒徑2～20 mm(見圖1(c))，黃鐵礦發(fā)育，呈霉球狀，部分聚集呈集塊狀。

以碳酸鹽礦物為主的儲層利于酸化，同時碳酸鹽礦物為脆性礦物，利于體積壓裂，因此，碳酸鹽巖儲層利于開展壓裂酸化作業(yè)[5]。同時，這種混積特征明顯的碳酸鹽巖儲層，在酸化過程容易釋放黏土、長英質(zhì)微粒，產(chǎn)生微粒運移，堵塞喉道、微裂縫，引起儲層傷害。

表1 干柴溝E32Ⅱ油組儲層X衍射全巖礦物統(tǒng)計表樣號巖性礦物名稱及質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%石英長石白云石方解石石鹽黃鐵礦硬石膏鈣芒硝黏土2泥質(zhì)灰云巖10.710.239.312.60.8-0.88.217.412泥質(zhì)灰云巖14.810.031.116.10.97.70.7-18.777泥質(zhì)灰云巖9.76.638.623.80.85.60.7-14.282泥質(zhì)灰云巖20.412.027.214.40.63.31.11.819.23灰云巖6.08.038.57.6-10.80.517.611.09灰云巖7.55.829.641.6-3.0--12.521灰云巖3.52.787.6-1.1--1.33.872灰云巖12.97.746.616.40.65.60.7-9.5平均值10.77.942.318.90.86.00.87.213.3

1.2 儲層物性特征

根據(jù)巖心實測孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(見圖2)，巖心孔隙度分布范圍為0.1%～16.4%，平均值為6.0%，以大于6.0%為有效儲層，剔除孔隙度小于6.0%的樣品，平均值為8.3%；巖心滲透率分布為(0.01～55.31)×10-3μm2，平均為1.38×10-3μm2，為低孔特低滲儲層。

1.3 儲集空間類型及孔隙結(jié)構(gòu)

研究區(qū)儲層巖性為灰云巖、泥質(zhì)灰云巖，泥晶結(jié)構(gòu)，儲層儲集空間以白云石晶間孔為主，占比約85%，晶間孔孔徑0.5～2.0 μm，彌散狀分布，具有孔徑小，數(shù)量多的特點(見圖1(h))，為研究區(qū)儲層普遍含油提供了良好的儲集條件；研究區(qū)處于生烴凹陷內(nèi)，源儲一體，晶間孔普遍受有機酸溶蝕作用改造，但沒有改變晶間孔孔徑小，數(shù)量多的基本特征，局部溶蝕作用強，可形成溶蝕孔隙，孔徑5～20 μm，溶蝕孔約占15%(見圖1(f))；研究區(qū)發(fā)育兩類裂縫，一是高角度構(gòu)造裂縫，塊狀灰云巖受構(gòu)造應(yīng)力影響多見高角度構(gòu)造裂縫(見圖1(a))，另一類為層理縫，紋層狀泥質(zhì)灰云巖，發(fā)育層理縫(見圖1(b))，裂縫的發(fā)育極大地提高了以晶間孔為主的致密儲層的滲流能力[6，10]。

研究區(qū)儲層儲集空間以晶間孔為主，孔徑小，喉道窄，排驅(qū)壓力較高，灰云巖排驅(qū)壓力平均值為1.9 MPa，喉道半徑平均值為0.14 μm；泥質(zhì)灰云巖排驅(qū)壓力平均值為7.0 MPa，喉道半徑平均值為0.07 μm。

總之，研究區(qū)儲層為微孔微細喉道儲層，預(yù)防儲層傷害尤為重要，特別是酸化壓裂導(dǎo)致的微粒運移，堵塞喉道、微裂縫等引起速敏傷害[5]。

2 傷害評價分析

2.1 黏土礦物分析

黏土礦物是儲層傷害的主要因素之一，不同的黏土礦物引起地層傷害的類型和程度均不同[7]。根據(jù)X衍射分析表明，干柴溝E32Ⅱ油組儲層黏土礦物總量為13.5%(w)，黏土礦物主要為伊蒙混層和伊利石，少量綠泥石，見表2(S代表蒙脫石，I/S代表伊/蒙混層，I代表伊利石，K代表高嶺石，C代表綠泥石)。

表2 干柴溝E32Ⅱ油組儲層黏土礦物類型統(tǒng)計區(qū)塊樣品數(shù)量黏土礦物相對含量/%SI/SIKCI/S混層比/%干柴溝E32Ⅱ油組20-32.957.1-10.05

研究區(qū)黏土礦物主要為速敏礦物和水敏礦物，儲層潛在有速敏傷害；研究區(qū)為碳酸鹽巖儲層，混雜陸源粉砂，石英、長石微粒對儲層也潛在有速敏傷害。

2.2 敏感性評價

儲層敏感性是儲層物理性質(zhì)的一部分，是儲層與流體相互作用的表現(xiàn)形式，包括速敏性、水敏性、酸敏性、堿敏性、鹽敏性等[7，11]。通過巖心敏感性評價實驗，評價研究區(qū)儲層敏感性類型及程度，為鉆井、儲層改造、油氣生產(chǎn)等施工作業(yè)過程中儲層保護提供參考。實驗按SY/T 5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》執(zhí)行。

2.2.1速敏實驗

進行了4塊巖心的速敏實驗，隨流速增加，巖石滲透率變化率大于20%時所對應(yīng)的前一個點的流速即為臨界流速。當(dāng)流速由初始流速0.25 mL/min增加至0.50 mL/min時，巖石滲透率變化率平均值為227.7%，故判定臨界流速為0.25 mL/min，速敏傷害率平均值為916%，具有強速敏性(見表3和圖3)。

速敏礦伊蒙混層和伊利石、長英質(zhì)微粒受地層運動流體的沖刷而脫落、運移，造成儲層滲流通道的阻塞，是該區(qū)速敏性的主要原因。但干柴溝E32Ⅱ油組巖心樣品在增加流速驅(qū)替后，滲透率有所增加，表現(xiàn)出了正向強速敏性。巖心在驅(qū)替后表面出現(xiàn)了溶蝕，根據(jù)巖石礦物分析結(jié)果，判斷被溶蝕的礦物成分為鈣芒硝。巖心的溶蝕在一定程度上增加了儲集空間，改善了滲流通道，增強了滲流能力。因此，針對研究區(qū)具有強速敏的特點，在油氣井生產(chǎn)及注水開發(fā)過程中，建議將地層流體的流速控制在臨界流速。

表3 干柴溝E32Ⅱ油組速敏評價實驗結(jié)果編號孔隙度/%空氣滲透率/10-3μm2初始滲透率/10-3μm2傷害后滲透率/10-3μm2滲透率變化率/%速敏程度臨界流速/(mL·min-1)柴10井59#4.410.1700.0911.311341強0.25柴10井254#6.678.6000.1601.62908強0.25柴1-5井21#3.890.2302.37029.521148強0.25柴1-5井45#12.660.0340.3701.37267強0.25平均6.912.2600.7508.45916強0.25

2.2.2水敏實驗

進行了4塊巖心的水敏傷害實驗，地層水總礦化度為262 161 mg/L，平均傷害率為28.95%，具中等偏弱水敏性(見表4)。研究區(qū)伊蒙混層較為發(fā)育，是致使該區(qū)水敏性的主要原因。因此，在注水開發(fā)過程中可加入一定量的防膨劑，防止黏土膨脹和運移造成滲流通道的阻塞對儲層造成傷害。

表4 干柴溝E32Ⅱ油組水敏評價實驗結(jié)果編號孔隙度/%空氣滲透率/10-3μm2初始滲透率/10-3μm2傷害后滲透率/10-3μm2滲透率變化率/%水敏程度柴10井80#2.60.1600.1990.11741.30中等偏弱柴10井264#5.11.0700.0440.02738.96中等偏弱柴1-5井35#7.20.0730.0390.02049.71中等偏弱柴1-5井92#8.10.3200.2220.2840.18弱平均6.51.6510.1100.09728.95弱-中等偏弱

2.2.3鹽敏實驗

進行了4塊巖心的鹽敏傷害實驗，地層水總礦化度為262 161 mg/L，平均傷害率為22.26%，臨界礦化度為218 468 mg/L(見表5和圖4)，鹽敏傷害程度較低，但臨界鹽度較高，作業(yè)施工過程中應(yīng)控制進入地層流體的礦化度。

表5 干柴溝E32Ⅱ油組鹽敏評價實驗結(jié)果編號孔隙度/%空氣滲透率/10-3μm2初始滲透率/10-3μm2傷害后滲透率/10-3μm2滲透率變化率/%臨界鹽度/(mg·L-1)柴10井74#2.04.000.02000.007431.50262161柴10井276#9.76.630.05730.033016.53262161柴1-5井34#15.50.090.06270.047118.76131081柴1-5井47#5.30.441.13630.836725.23262161平均9.13.570.04670.029222.26218468

2.2.4酸敏實驗

進行了4塊巖心的酸敏傷害實驗，地層水總礦化度為262 161 mg/L，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的HCl酸化后，平均傷害率為-318.16%，中等偏弱-無酸敏性(見表6)。干柴溝E32Ⅱ油組儲層碳酸鹽含量高，有利于油田酸化壓裂改造。因此，研究區(qū)地層適合通過酸化措施實現(xiàn)增產(chǎn)增注。

表6 干柴溝E32Ⅱ油組酸敏評價實驗結(jié)果編號孔隙度/%空氣滲透率/10-3μm2初始滲透率/10-3μm2傷害后滲透率/10-3μm2滲透率變化率/%酸敏程度柴10井274#7.800.0500.05140.0708-37.75無柴10井229#7.242.5300.01110.0170-53.49無柴1-5井55#2.130.2100.03210.4234-1220.00無柴1-5井108#4.560.2700.04120.025338.60中等偏弱平均5.400.7650.03400.1341-318.16中等偏弱-無

2.2.5堿敏實驗

進行了4塊巖心的堿敏傷害實驗，地層水總礦化度為262 161 mg/L，平均傷害率為14.05%，臨界pH值為11.5，整體表現(xiàn)為弱堿敏性(見表7和圖5)。因此，在注水開發(fā)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制注入水的pH值，從而減少流體對儲層的傷害。

表7 干柴溝E32Ⅱ油組堿敏評價實驗結(jié)果編號孔隙度/%空氣滲透率/10-3μm2初始滲透率/10-3μm2傷害后滲透率/10-3μm2滲透率變化率/%臨界pH值堿敏程度柴10井273#8.471.200.0330.02910.3011.5弱柴10井162#5.651.270.0200.01617.8011.5弱柴1-5井50#9.130.490.2260.09358.608.5中等偏強柴1-5井87#6.540.130.8781.920-29.63無平均7.061.240.0270.02314.0511.5弱

3 現(xiàn)場應(yīng)用

研究區(qū)儲層為致密碳酸鹽巖儲層，在鉆井液體系選擇、壓裂液配方、試油工作制度選擇等方面應(yīng)減少對儲層的傷害[8，11]。水鎖傷害是鉆井液對致密儲層微裂縫的主要傷害[12]。研究區(qū)柴X井儲層巖性為灰云巖，測井計算孔隙度為9.9%～14.0%，根據(jù)室內(nèi)儲層傷害評價結(jié)果，在鉆井液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的黏土膨脹抑制劑，鉆井液礦化度控制在14 000～16 000 mg/L，減少儲層水敏、鹽敏傷害。在試油過程中，為了減少儲層速敏傷害，根據(jù)多口井不同油嘴測試結(jié)果，最終確定以3 mm油嘴生產(chǎn)。油壓、產(chǎn)量較為穩(wěn)定，試采階段，日產(chǎn)油31.1 t，產(chǎn)量較鄰井提高了15.3%～29.6%。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)儲層巖性為灰云巖、泥質(zhì)灰云巖，主要由白云石、方解石組成，混雜少量陸源粉砂、黏土礦物、膏鹽類礦物(硬石膏、鈣芒硝、氯化鈉)、黃鐵礦等，碳酸鹽巖為泥晶結(jié)構(gòu)，碳酸鹽晶體粒徑2～4 μm；巖石以塊狀結(jié)構(gòu)為主，少量水平層理及紋層理。

(2)研究區(qū)儲層孔隙度分布范圍為6.0%～16.4%，平均值為8.3%；巖心滲透率分布范圍為(0.01～55.31)×10-3μm2，平均為1.38×10-3μm2，屬低孔特低滲儲層。

(3)研究區(qū)儲層儲集空間以白云石結(jié)晶為主，孔徑0.5～2.0 μm；有機酸溶蝕作用普遍發(fā)育，局部溶蝕作用強，可形成溶蝕孔隙，溶蝕孔孔徑5～20 μm；塊狀結(jié)構(gòu)巖石局部發(fā)育高角度裂縫，紋層狀結(jié)構(gòu)巖石發(fā)育層間縫。

(4)研究區(qū)存在強速敏性，速敏傷害率平均值為916%；中等偏弱水敏性，平均傷害率為28.95%；弱堿敏性，無酸敏性。在生產(chǎn)作業(yè)過程中，應(yīng)控制地層流體流速；在鉆井、壓裂過程中須考慮水敏傷害，適當(dāng)添加抑制劑；建議采用酸化壓裂措施增產(chǎn)增注。