鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部延長組深部層系特低滲儲層敏感性微觀機理

黨犇 ，趙虹 ，康曉燕，赫海洋，王小軍，朱建斌，張天杰

(1.長安大學 地球科學與資源學院，陜西 西安，710054；2.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室，陜西 西安，710054；3.長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安，716000)

1 地質背景

圖1 研究區構造和地理位置示意圖Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and studied location

研究區位于陜北安塞、延安、志丹交界地區，構造上隸屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部(圖1)，其構造簡單，僅有差異壓實的鼻狀隆起構造，地層產狀平緩，傾角低于1°。上三疊統延長組是鄂爾多斯盆地內陸湖盆形成后的第一套生儲油巖系，也是研究區主要的勘探開發目的層系。該套地層與下伏中三疊統的紙坊組、上覆下侏羅統的富縣組或延安組均呈平行不整合接觸。自下而上劃分為5段，根據其巖性、電性及含油性的差異自上而下劃分為10個油層組。長10自上而下進一步可劃分為長101、長102和長1033個油層段，目前主力產油層為長101油層段。

研究區長 10儲層主要為一套三角洲平原分流河道微相沉積的灰色厚層塊狀中、細粒砂巖、局部中粗粒長石砂巖和巖屑長石砂巖。砂巖長石含量高，富含濁沸石和方解石膠結物，并常因濁沸石膠結物分布不均呈斑點狀或麻斑狀。

長101儲層地層水為CaCl2型，總礦化度為10.95 g/L。具有飽和壓力大、油氣比高、體積系數大、原油黏度低和密度小等特點。

2 儲層巖石學特征

據研究區長101儲層80個樣品薄片資料分析，巖性主要為長石砂巖、巖屑長石砂巖(圖2)，其中：石英質量分數為17%～48%，平均為 24.34%；長石質量分數為 28%～54%，平均為 44.54%，巖屑質量分數為4%～13%，平均為 8.86%，云母質量分數為 0～15%，平均為 3.79%。巖屑成分復雜，包括火成巖巖屑，質量分數為1%～4%，平均為2.59%；變質巖巖屑，質量分數為1%～11.5%，平均為5.85%；還有少量沉積巖巖屑，質量分數為0～3%，平均為0.38%。

圖2 研究區長101儲層巖石類型三角圖Fig.2 Rock type of Chang 101 reservoirs in studied area

填隙物類型多樣，主要為膠結物，且總的質量分數變化較大，介于6%～35%之間，平均為17.51%。濁沸石普遍發育，質量分數最高，平均為 8.36%，其次為方解石和綠泥石膜，前者平均為 4.12%，后者平均為 2.69%。除此之外，還有石英加大邊、自生石英顆粒等硅質和假雜基化水云母，極少量鐵方解石、重晶石、長石質和黃鐵礦等。

砂巖粒度以細、中—細粒為主，可見中—粗粒，顆粒以次棱角狀為主，分選中等—較好，膠結類型以薄膜—孔隙型為主，顆粒接觸方式呈點—線狀，支撐方式為顆粒支撐。

春雨洗去了冬日的殘跡，在春雨的召喚下，小草探出了頭，柳樹抽出了新的葉子，在春風姑娘的伴奏下跳起了舞。抬頭一望，綠滿山川，大地上的松樹，沉默了一個冬季卻在春雨后彰顯勃勃生機。雨珠在綠綠的松針上欲落還休，松樹像穿了一件綴滿珍珠的禮服，在陽光下格外奪目。

對研究區長101油層36口取芯井的3162塊樣品的物性資料統計結果表明：儲層孔隙度絕大多數集中在 5%～15%之間，滲透率絕大多數集中在 0.1×10?3～10×10?3μm2之間，總體屬低孔—特低孔、特低滲?超低滲儲集層。

研究區長101儲層孔隙類型多樣，據80塊樣品的鑄體薄片資料及62塊樣品的掃描電鏡資料分析，研究區長 101儲層孔隙類型主要為溶蝕孔和殘余粒間孔，其中溶蝕孔占55%，主要為長石溶孔和濁沸石溶孔，其次為巖屑溶孔，微裂縫和粒間溶孔極少，殘余粒間孔占44%。

研究區長101儲層孔隙半徑為0.16～100.6 μm，平均為7.48 μm；儲層平均喉道半徑最大為2.567 μm，最小為0.018 μm，平均為0.292 μm，孔喉比較大。

綜上所述，研究區長 101儲集層具有成分成熟度低、填隙物類型復雜且質量分數變化大、粒度變化大、分選差、物性差、孔喉微觀非均質性強等特點。

3 敏感性實驗結果

敏感性實驗選用研究區27口井共39塊樣品，采用行業標準SY/T 5358—94，試驗溫度55 ℃，地層水采用 10 g/L的標準鹽水(m(NaCl):m(CaCl2):m(MgCl2·6H2O)=8:1:1)。

速敏實驗測定結果表明(圖3(a)和3(b))：研究區長101儲層主要為弱速敏，其次為中等偏弱速敏；敏感性指數為0.06～0.80，平均為0.31；臨界流速為1.89～35.9 m/d，平均為8.12 m/d；傷害率平均達到31.2%；滲透率恢復程度為20.19%～98.99%，平均達到49.28%。

水敏實驗測定結果表明(圖3(c)和3(d))：研究區長101儲層主要為弱水敏，其次為中等偏弱水敏；敏感指數為0.02～0.63，平均為0.25。

鹽敏實驗測定結果表明(圖3(e)和3(f))：研究區長101儲層以中等偏弱—弱鹽敏為主，敏感指數介于0.12～0.62，平均為 0.31；臨界鹽度介于 2.25～5.0 g/L之間，平均為3.63 g/L。

酸敏實驗測定結果表明(圖4(d)和4(h))：研究區長101儲層主要為強?中等偏強酸敏性，酸敏指數為0.01～0.86，平均為 0.57。

堿敏實驗測定結果表明(圖3(i)和3(j))：研究區長101儲層主要為弱堿敏到?中等偏弱堿敏為特征，鹽敏指數為0.04～0.86，平均為0.41。

綜上所述，研究區儲層總體具有弱速敏性、弱水敏性、弱或中等偏弱鹽敏、強酸敏性、弱?中等偏弱堿敏性的特點。

4 儲層敏感性微觀機理分析

4.1 速敏性

速敏性是指由于流體流動速度的變化引起儲層中微粒運移堵塞喉道，造成滲透率下降的現象[1]。

微粒遷移與巖石固結程度有關，固結程度高的巖石，其顆粒不易受到機械因素影響而移動。而那些相對松散的巖石，才可能發生明顯的微粒遷移[14?15]。研究區長10由于成巖演化程度高，巖石致密，因而對于儲層速敏性影響不大。

另外，微粒遷移并形成孔喉堵塞與微粒的類型有關。X線衍射分析結果(表1)表明：研究區儲層中黏土礦物主要為綠泥石，其次為伊利石和伊蒙混層。其中綠泥石呈葉片狀或玫瑰花瓣狀以薄膜式、充填孔隙式產出(圖 4(a)和 4(b))，伊利石呈絲狀、搭橋狀產出(圖4(c))，伊蒙混層呈蜂窩狀產出(圖4(d))。由于黏土礦物粒徑細小，幾乎無法形成堵塞。而非黏土礦物填隙物如濁沸石、方解石及石英、長石、黃鐵礦等，在流體流動時有可能產生“橋堵”和“卡堵”。巖石顯微分析結果表明：研究區長 101儲層由于成巖作用較強，巖石致密。濁沸石、方解石多以充填膠結物形式(圖4(e)和 4(f))出現，石英、長石則以加大邊膠結物的形式(圖4(g)和4(h))出現，難以遷移，因此研究區長101儲層速敏性表現為以弱速敏為主的特征。

研究區儲層速敏傷害后，可反向驅替，使滲透率得到一定程度的恢復(圖5)。長10儲層滲透率恢復最低的僅為 24.55%，滲透率恢復程度最高的可達到98.99%，滲透率恢復程度良好。且滲透率愈高，恢復程度愈好，低滲甚至特低滲透砂巖恢復程度較低。

圖3 研究區長101儲層敏感性試驗結果統計直方圖Fig.3 Statistics of Yanchang Formation Chang 101 reservoirs sensitive experiment results in studied area

表1 研究區長101儲層黏土礦物X線衍射分析結果(質量分數)Table 1 Statistics of clay mineral XRD analysis of Chang101 reservoirs in studied area %

圖4 研究區長101儲層礦物和巖石顯微照片Fig.4 Mineral-petrology photomicrographs of Chang 101 reservoirs in studied area

圖5 研究區長101儲層氣體滲透率與傷害恢復程度關系圖Fig.5 Relationship between permeability and recovery of Chang101 reservoirs in studied area

圖6 研究區長101儲層水敏指數與氣體滲透率相關圖Fig.6 Relationship between permeability and water sensitive index of Chang101 reservoirs in studied area

4.2 水敏性

水敏性是當淡水或低礦化度的水進入地層后，某些黏土礦物發生水化膨脹或者使顆粒分散運移，造成儲層的孔隙喉道變小或變形，從而降低儲層的滲透率的現象[1]。黏土礦物是造成水敏性的主要因素[14?15]。

不同種類的黏土礦物結構特征不盡相同，其膨脹性也相差較大，鈣蒙脫石膨脹率最高，可達到95.8%，高嶺石為34.9%，伊利石為18.9%，綠泥石則不明顯[1]。研究區黏土礦物分析結果(表1)表明：長101無高嶺石、伊蒙混層、伊利石質量分數小，對于水敏性影響較小，因而，形成長101儲層為中等偏弱－弱水敏的特征。

從氣體滲透率與水敏指數相關圖(圖6)可知：隨著滲透率的提高，水敏指數有一定程度的提高，但是不明顯。因此認為：研究區注水開發中，對注入水水質的要求不是非常高，一般的注入水對其滲透率不會產生本質變化，但在水中加入適量的黏土穩定劑效果更好。

4.3 鹽敏性

鹽敏性是由于工作液礦化度與地層水礦化度之間的差異，導致油氣層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率的下降從而損害油氣層的現象[4]。

儲層鹽敏性的實質是儲層中所含的黏土礦物在地層水鹽度降低發生膨脹，從而對儲層造成損害[15]。研究區儲層黏土礦物主要有綠泥石、伊利石和伊/蒙混層(表 1)。其中伊/蒙混層由于含有一定的蒙脫石層，使得其和蒙脫石一樣在流體鹽度降低時易發生膨脹。但是，研究區伊/蒙混層中主要為伊利石層，蒙脫石層僅占3.5%～5.0%。對于鹽敏影響不大。伊利石可以作為鹽敏形成的潛在礦物，但是，由于質量分數不高(平均0.25%)，因而形成研究區長101為中等－弱鹽敏性特征。

研究區長101儲層雖然存在臨界鹽度，但是，前、后滲透率變化不大，因此，長10油藏在注水開發時，注入較淡的注入水雖然對儲層有影響，但影響不是很大，可通過加入少量的黏土礦物穩定劑以降低儲層的鹽敏性。

4.4 酸敏性

油氣層的酸敏性是指酸液進入儲層后與儲層中的酸敏性礦物發生反應，產生沉淀或釋放出顆粒，導致儲層滲透率下降的現象[1]。

研究區酸敏實驗結果(圖 7)表明：長 10儲層 39塊酸敏分析樣品中有4塊樣品(6，11，14及34號)酸后滲透率得到提高，主要與其含有較高的碳酸鹽礦物(鐵方解石)及綠泥石并且不含(或含少量)濁沸石有關。其余樣品為中等—偏強酸敏性，說明長10儲層中存在著明顯的且容易造成酸敏的礦物 —— 濁沸石，酸敏的指數主要與儲層中濁沸石含量有關(圖8)，含量越高，酸敏指數越高。該礦物與鹽酸在地層較高溫度下很容易反應，形成偏硅酸或硅酸膠體，增加了流體的黏度，不易排出，因而造成滲透率的下降。因此，研究區強—中等偏強的酸敏性與酸敏性礦物濁沸石比較多有直接關系。

圖7 酸前和酸后地層水滲透率對比柱狀圖Fig.7 Comparison of stratigraphic water permeability between before acidizing technique and after acidizing technique

圖8 研究區長101儲層酸敏指數與濁沸石相關圖Fig.8 Relationship between laumontite and acid sensitive index of Chang101 reservoirs in studied area

4.5 堿敏性

堿敏性是指堿性工作液進入儲層后，與儲層巖石或儲層液體接觸，并使得儲層滲透能力下降的現象。當高 pH流體進入油氣層后，將造成油氣層中黏土礦物、大多數鋁硅酸鹽礦物及石英的結構破壞，從而造成油氣層的堵塞損害；此外，大量的氫氧根與某些二價陽離于結合會生成不溶物，造成油氣層的堵塞損害[1]。

研究發現：堿敏強度與濁沸石含量的相關性不明顯(圖9(a))，濁沸石與堿性工作液發生陽離子交換而產生堿敏。但堿敏性的強弱與空氣滲透率具有一定的正相關關系(圖9(b))。研究區長101儲層由于濁沸石含量較高，造成巖石孔隙膠結致密，物性極差，堿液很難進入儲層，故堿敏指數較低。

圖9 長101儲層堿敏指數與濁沸石、滲透率關系圖Fig.9 Relationship between alkali sensitive index and laumontite or permeability of Chang101 reservoirs in studied area

5 結論

(1) 鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部延長組深部層系長101儲層具有弱速敏、弱水敏、弱或中等偏弱鹽敏、強酸敏性、弱—中等偏弱堿敏性的特點。

(2) 研究區敏感性特征形成的機理主要與長 101儲層膠結物以濁沸石、黏土礦物綠泥石膜為主等巖性特征有關，同時，與致密成巖作用導致的復雜孔隙微觀結構有關。

(3) 弱速敏與長101儲層致密的巖性、復雜的孔隙結構、黏土礦物結合緊密有關；弱水敏、鹽敏與長101黏土礦物中無或少量的易于膨脹的蒙脫石礦物有關；強—中等偏強的酸敏性與濁沸石礦物比較多有著直接的關系；弱堿敏性則主要受濁沸石含量及孔隙滲透率共同控制。

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