鄂爾多斯盆地靖邊地區(qū)延長組長6儲層敏感性研究

張 宇 張瑤瑤 王慧萍 杜巧萍 羅旭東 趙振華

(1. 延長油田股份有限公司靖邊采油廠， 陜西 靖邊 716000；2. 西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院， 西安 710054)

0 前 言

相較于常規(guī)儲層，低孔、低滲透儲層普遍具有碎屑顆粒粒徑偏小、孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、黏土礦物體積分?jǐn)?shù)變化大等特點。壓裂酸化作業(yè)過程中，低滲透儲層易受外來流體的影響，造成嚴(yán)重的儲層損害，進(jìn)而影響開發(fā)效果[1-2]。因此，儲層敏感性及損害機(jī)理的研究至關(guān)重要[3-5]。以靖邊地區(qū)三疊系延長組長6儲層為研究目標(biāo)，通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射等分析測試手段，明確儲層巖石學(xué)、物性及孔隙結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，本次研究開展了基于天然巖心的儲層敏感性實驗，并結(jié)合儲層特征深入討論了儲層敏感性損害機(jī)理，以期為靖邊地區(qū)延長組長6儲層的有效開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

靖邊地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，構(gòu)造相對簡單，表現(xiàn)為向西緩傾的單斜。上三疊統(tǒng)延長組長6沉積期，區(qū)內(nèi)砂巖受控于北東 — 南西向展布的淺水三角洲前緣水下分流河道，造成不同期次河道縱向上相互疊置、橫向上頻繁拼接分叉，發(fā)育了厚層、連片的砂巖儲集體，成為該區(qū)主力產(chǎn)油氣層位之一(見圖1)。長6儲層在開發(fā)過程中普遍存在自然產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)時間短和綜合含水率高等特點，采用不同工藝措施和工程液配方的油井開發(fā)效果差異明顯，因此，開展有針對性的儲層敏感性研究顯得尤為重要。

圖1 靖邊地區(qū)長6儲層綜合柱狀圖

2 儲層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

靖邊地區(qū)長6儲層中主要含有灰綠 — 灰白細(xì)粒長石砂巖。碎屑組分中石英、長石和巖屑的平均體積分?jǐn)?shù)分別為28.7%、53.1%和5.5%。巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主，巖漿巖巖屑次之，沉積巖巖屑含量甚微。填隙物組分總體含量高且變化較大，平均為12.15%，主要是伊利石(6.37%)、綠泥石(2.08%)、方解石(3.01%)和高嶺石(1.21%)。碎屑顆粒粒徑平均為0.233 mm，為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒間呈點 — 線狀接觸，膠結(jié)類型為薄膜 — 孔隙式，成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度總體較低(見圖2)。

圖2 靖邊地區(qū)長6儲層鏡下照片

靖邊地區(qū)長6儲層總體表現(xiàn)為低孔、特低孔滲透儲層，其中孔隙度的分布范圍為5.50%～15.00%，平均為9.85%，孔隙度為6.50%～14.00%的樣品占樣品總數(shù)的98.10%；滲透率的分布范圍為0.22×10-3～1.29×10-3μm2，平均為0.78×10-3μm2，滲透率為0.30×10-3～1.20×10-3μm2的樣品占樣品總數(shù)的87.01%(見圖3)。

圖3 靖邊地區(qū)長6儲層的孔隙度、滲透率直方圖

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

靖邊地區(qū)長6儲層孔隙類型以粒間孔、長石溶孔為主，其次為巖屑溶孔和晶間孔，不同孔隙之間多由片狀、片彎狀喉道連接，儲層微觀非均質(zhì)性較強(qiáng)。儲層孔喉半徑較小，平均為0.26 μm；排驅(qū)壓力較高，平均為2.15 MPa；中值壓力較高，平均為15.87 MPa；最大進(jìn)汞飽和度較低，平均為76.1%；退汞效率較低，平均為24.7%；孔喉分選系數(shù)平均為1.23，結(jié)構(gòu)系數(shù)平均為0.58，說明儲層孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)，將靖邊地區(qū)長6儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型分為Ⅰ類低排驅(qū)壓力-中小孔喉型、Ⅱ類較低排驅(qū)壓力-小孔喉型、Ⅲ類中排驅(qū)壓力-細(xì)孔喉型、Ⅳ類高排驅(qū)壓力-微孔喉型等4類，從Ⅰ到Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)和物性依次變差(見圖4)。

圖4 靖邊地區(qū)長6儲層孔隙結(jié)構(gòu)分類圖

3 儲層敏感性特征及形成機(jī)理

儲層敏感性是指當(dāng)與自身儲層液體不相符、不匹配的流體進(jìn)入儲層時，儲層中的敏感性礦物會發(fā)生水化、膨脹和遷移等系列變化，從而導(dǎo)致儲層孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率改變。由此可見，儲層巖石礦物組成、儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)和儲層自身及外來的流體性質(zhì)共同影響著儲層敏感性。

3.1 儲層堿敏性及形成機(jī)理

當(dāng)外來堿性流體進(jìn)入儲層時，會與儲層自身流體或儲層中的堿敏礦物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀，從而降低儲層滲透率[6-7]。外來流體的堿性越強(qiáng)，溶解作用越明顯。靖邊地區(qū)長6儲層的堿敏指數(shù)平均為0.68，屬于中等偏強(qiáng) — 強(qiáng)堿敏(見表1)，其主要原因在于儲層中的長石含量較高，長石等鋁硅酸鹽礦物發(fā)生溶蝕，自生高嶺石伴生沉淀，從而導(dǎo)致滲透率降低。加之，高嶺石礦物在堿性條件下容易發(fā)生分散、運移，而通常情況下，高嶺石的晶體尺寸小于孔喉半徑尺寸。因此，高嶺石在運移過程中容易造成孔喉堵塞，儲層堿敏性程度與儲層中高嶺石含量呈顯著正相關(guān)。研究區(qū)儲層中高嶺石含量相對較高(平均為1.21%)，大量高嶺石賦存于碎屑顆粒之間，導(dǎo)致儲層堿敏性較強(qiáng)，與實驗結(jié)果相符。

表1 儲層堿敏性實驗結(jié)果

3.2 儲層速敏性及形成機(jī)理

儲層中流體流速的變化會引起速敏性礦物顆粒的運移，顆粒的運移同時也會對流體的流動產(chǎn)生影響。這種流體和顆粒間的相對運動與巖石的孔喉結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，當(dāng)孔喉半徑大于顆粒半徑時，顆粒會隨流體而移動，形成出砂，顆粒流出后，儲層的孔喉半徑增大，滲透率也隨之升高。若顆粒半徑大于孔喉半徑，則顆粒在孔喉處堆積堵塞，從而導(dǎo)致儲層滲透率明顯降低。

靖邊地區(qū)長6儲層的速敏指數(shù)為0.25～0.36，速敏損害率為26.34%～28.65%，屬于中等偏弱 — 弱速敏(見表2)。目的層中速敏性較強(qiáng)的書頁狀高嶺石和毛發(fā)狀伊利石常分布于骨架顆粒間，當(dāng)外來流體進(jìn)入儲層時，易發(fā)生分散脫落，進(jìn)而形成更小的黏土礦物微粒。而高嶺石相對含量較高，伊利石相對含量較低，因此儲層的速敏程度總體表現(xiàn)為中等偏弱。

表2 儲層速敏性實驗結(jié)果

3.3 儲層水敏性及形成機(jī)理

儲層中黏土礦物的賦存狀態(tài)與水敏程度密切相關(guān)[8]。儲層中賦存的黏土礦物遇水后的膨脹性存在明顯差異，其中，蒙脫石膨脹性最強(qiáng)，伊/蒙混層次之，綠泥石和伊利石膨脹性相對較弱，高嶺石遇水不發(fā)生膨脹。

靖邊地區(qū)長6儲層的水敏指數(shù)平均為0.29，屬于中等偏弱 — 弱水敏(見表3)。當(dāng)外來流體進(jìn)入儲層時，儲層中的黏土礦物遇水會發(fā)生膨脹、分散、運移，導(dǎo)致儲層滲透率降低。而靖邊地區(qū)長6儲層中的黏土礦物以伊利石、高嶺石和綠泥石為主，水敏性較強(qiáng)的蒙脫石不發(fā)育，因此儲層的水敏程度總體表現(xiàn)為中等偏弱。

表3 儲層水敏性實驗結(jié)果

3.4 儲層酸敏性及形成機(jī)理

低滲透儲層的自然產(chǎn)能較低，在實際開發(fā)過程中大多需要采取相應(yīng)的增產(chǎn)措施。如在酸化作業(yè)中，若與儲層配伍性較差的酸化液進(jìn)入儲層，則酸化液會與之發(fā)生反應(yīng)形成沉淀或使顆粒運移，從而造成儲層滲透率的降低及儲層的二次污染。靖邊地區(qū)長6儲層的酸敏指數(shù)平均為0.065，屬于弱酸敏(見表4)，其原因在于儲層中的綠泥石相對含量高，綠泥石與外來酸性液體發(fā)生反應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀，導(dǎo)致儲層滲透率降低。與此同時，儲層中賦存的碳酸鹽礦物遇酸液與之發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生溶蝕，使儲層滲透率得到改善，因此儲層的酸敏程度總體表現(xiàn)為弱酸敏。

表4 儲層酸敏性實驗結(jié)果

3.5 儲層鹽敏性及形成機(jī)理

靖邊地區(qū)長6儲層的臨界鹽度為8.5～10.5 g/L，具有弱鹽敏性(見表5)。與水敏性相似，儲層中的伊利石、伊/蒙混層對鹽敏性敏感，當(dāng)這2種層狀結(jié)構(gòu)黏土礦物與鹽溶液相遇時，黏土礦物會發(fā)生膨脹，并在細(xì)小的孔喉處堆積，導(dǎo)致儲層滲透率降低[9]。目的層中的伊利石較為發(fā)育，而伊/蒙混層含量較少，因此儲層的鹽敏程度總體表現(xiàn)為弱鹽敏。

表5 儲層鹽敏性實驗結(jié)果

4 結(jié) 語

(1) 靖邊地區(qū)長6儲層以長石砂巖為主，填隙物含量平均為12.15%，孔隙度平均為9.85%，滲透率平均為0.78×10-3μm2，孔隙類型以殘余粒間孔和長石溶孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)總體復(fù)雜，是典型的低孔、特低孔滲透儲層。

(2) 靖邊地區(qū)長6儲層敏感性總體具有中等偏強(qiáng) — 強(qiáng)堿敏、中等偏弱速敏、中等偏弱水敏、弱酸敏、弱鹽敏等特點。敏感性損害的強(qiáng)弱程度依次為堿敏、速敏、水敏、酸敏、鹽敏。

(3) 靖邊地區(qū)長6儲層中鋁硅酸鹽礦物的溶蝕是造成儲層中等偏強(qiáng) — 強(qiáng)堿敏性的主要原因；較低的伊利石和高嶺石含量是儲層中等偏弱速敏性的主要原因；較低的蒙脫石含量是儲層中等偏弱水敏性的原因之一；伊/蒙混層與伊利石不甚發(fā)育，導(dǎo)致儲層鹽敏性較弱；綠泥石含量及賦存對儲層酸敏性的影響明顯，碳酸鹽礦物遇酸發(fā)生溶蝕，能一定程度地改善儲層物性。