神木-雙山地區(qū)盒8 致密氣藏儲層敏感性實(shí)驗(yàn)研究

劉學(xué)剛，王 娟，李永勝，章志鋒

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710021；3.中國石油東方地球物理公司研究院長慶分院，陜西西安 710021）

神木-雙山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中央古隆起東側(cè)的伊陜斜坡榆林以東，是長慶油田天然氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。研究區(qū)盒8 氣藏為低孔低滲的致密砂巖儲層，儲層碎屑成分、填隙物類型和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層易受傷害。

1 儲層特征

研究區(qū)盒8 儲層巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，少量石英砂巖。盒8 砂巖儲層軟組分如千枚巖、泥板巖、片巖等非常豐富（平均含量15.2 %），噴發(fā)巖屑含量較高（平均5.8 %），成分成熟度偏低；填隙物平均含量為14.6 %，與蘇里格東部儲層相比明顯偏高。盆地東部盒8 儲層面孔率一般不高于1.0 %；以溶孔－晶間孔為主要孔隙組合，平均孔徑10～18 μm。研究區(qū)盒8 儲層孔隙度主要分布在4 %～8 %，滲透率主要分布在0.1～0.5 mD，屬于低孔低滲儲層。

2 敏感性礦物

敏感性礦物是指儲集層中與流體接觸易發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)并導(dǎo)致滲透率大幅下降的一類礦物[1]。流體通過時(shí)只與顆粒之間的孔隙接觸，一般地，顆粒表面及孔隙多已被粘土或碳酸鹽充填。

2.1 粘土類敏感性礦物

粘土導(dǎo)致滲透率降低，產(chǎn)生儲層傷害的機(jī)理有3個(gè)方面[2]：（1）在有利的膠體狀態(tài)下，非膨脹性粘土，如高嶺石和伊利石，能從孔隙表面上釋放出來，在多孔地層中隨液體的流動而發(fā)生運(yùn)移。（2）膨脹性粘土，如蒙脫石和混層粘土，在有利的離子狀態(tài)下先膨脹，然后分離、運(yùn)移；粘土膨脹主要受粘土接觸到的水溶液的組成控制。（3）附著在膨脹性粘土上的細(xì)粒在粘土膨脹過程中也可能松動，釋放出來。

通過X 衍射分析，研究區(qū)粘土礦物的類型主要有伊利石、綠泥石、高嶺石和少量伊/蒙間層（見表1）。

2.2 非粘土類敏感性礦物

含鐵碳酸鹽礦物，主要包括鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦等，易形成鐵的氫氧化物沉淀；土酸中的F-與Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成不溶性的CaF2、MgF2沉淀，造成儲層傷害，研究區(qū)盒8 以鐵方解石平均含量為3.6 %，鐵白云石、菱鐵礦均小于1 %。

3 儲層敏感性實(shí)驗(yàn)分析

3.1 流速敏感性

流速敏感性是指在試油、采油、注水等作業(yè)過程中，當(dāng)流體在儲層中流動時(shí)，由于流體流動速度變化引起地層微粒運(yùn)移、堵塞喉道，造成儲層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

表1 研究區(qū)盒8 儲層X 衍射粘土礦物相對含量分析表

表2 研究區(qū)盒8 儲層速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

考慮到不同作業(yè)方式下流體性質(zhì)的不同，應(yīng)盡量采用與實(shí)際儲層流體性質(zhì)相近的實(shí)驗(yàn)流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)研究對象是氣藏儲層，因此采用氣體為試驗(yàn)流體，采用增加注入壓力以提高流體速度的方法進(jìn)速敏實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行，儲層滲透率傷害率為44.17 %～76.43 %，平均傷害率為64.65 %，為中等偏強(qiáng)速敏（見表2）。由于采用氣體進(jìn)行速敏實(shí)驗(yàn)，造成傷害的原因主要為滑脫效應(yīng)，儲層滲流能力越差，滑脫效應(yīng)越強(qiáng)，造成的傷害也越大，壓力越大，滑脫效應(yīng)也越大。

3.2 水敏感性

水敏是指較低礦化度的注入水進(jìn)入儲層后引起粘土膨脹、分散、運(yùn)移，使得滲流通道發(fā)生變化，導(dǎo)致儲層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象[3]。水敏實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谠u價(jià)產(chǎn)生粘土膨脹或微粒運(yùn)移時(shí)引起儲層巖石滲透率變化的最大程度。

實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行水敏實(shí)驗(yàn)，隨著次地層水的注入多數(shù)巖心滲透率減小，當(dāng)蒸餾水的注入，引起了儲層滲透率的大幅減小，水敏程度增大（見圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盒8 段儲層水敏程度以強(qiáng)水敏為主，水敏指數(shù)最大為0.85，最小為0.36，平均值為0.65。

水敏指數(shù)與粘土礦物含量呈正相關(guān)關(guān)系（見圖2），主要是伊利石的水化膨脹、分散運(yùn)移及高嶺石的微粒運(yùn)移、堵塞孔喉作用造成的滲透率下降。

圖1 水敏實(shí)驗(yàn)滲透率變化圖

圖2 水敏指數(shù)與粘土礦物含量相關(guān)圖

3.3 鹽度敏感性

鹽敏是指一系列礦化度的注入水進(jìn)入儲層后引起粘土膨脹或分散、運(yùn)移，使得儲層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象[3]。鹽度敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诹私鈨訋r石在接觸不同礦化度流體時(shí)滲透率發(fā)生變化的規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)選擇8 塊樣品進(jìn)行鹽敏實(shí)驗(yàn)，隨著低礦化度水的注入巖心滲透率減小，巖石發(fā)生鹽敏傷害（見圖3）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盒8 段儲層鹽敏程度以中等鹽敏-弱鹽敏為主，其臨界鹽度大于25～50 g/L。

鹽敏傷害主要是蒙皂石、伊/蒙混層礦物與低礦化度流體接觸時(shí)發(fā)生膨脹、高嶺石在儲層流體離子強(qiáng)度突變時(shí)會擴(kuò)散運(yùn)移等，使得儲層巖石滲透率降低，臨界鹽度下滲透率傷害率與伊/蒙間層與高嶺石含量之和呈正相關(guān)，相關(guān)性較好（見圖4）。

圖3 鹽敏實(shí)驗(yàn)滲透率變化圖

圖4 滲透率傷害率與伊/蒙+高嶺石含量關(guān)系圖

3.4 酸敏感性

酸敏是指酸液進(jìn)入儲層后與儲層的酸敏性礦物及儲層流體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出微粒，使儲層滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。酸敏導(dǎo)致儲層損害的形式主要有兩類。一是產(chǎn)生化學(xué)沉淀或凝膠，儲層含綠泥石（研究區(qū)綠泥石主要是三八面體富鐵綠泥石）、菱鐵礦等含鐵礦物較多，易形成鐵的氫氧化物沉淀；氟化物沉淀，土酸中的F-與Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成不溶性的CaF2、MgF2，同時(shí)石英可以和氫氟酸反應(yīng)生成氟硅酸鹽和水化硅凝膠。 二是破壞巖石原有結(jié)構(gòu)，酸化釋放出的粘土顆粒發(fā)生運(yùn)移，產(chǎn)生或加劇速敏。

研究區(qū)盒8 段儲層以弱酸敏-中等偏弱為主（見圖5），酸敏指數(shù)最大0.40，最小為0.04，平均值為0.26。針對產(chǎn)生傷害的巖心，分析酸敏指數(shù)與粘度含量之間的相關(guān)性（見圖6），發(fā)現(xiàn)酸敏指數(shù)與粘土礦物總含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性好。

圖5 酸化前后地層水滲透率變化圖

圖6 酸敏指數(shù)與粘土含量相關(guān)圖

圖7 注堿前后地層水滲透率變化圖

圖8 堿敏指數(shù)與粘土礦物含量相關(guān)圖

3.5 堿敏感性

堿敏是指外來的堿性流體與儲層中的礦物反應(yīng)使其分散、脫落或生成新的沉淀或膠狀物質(zhì)，堵塞孔隙喉道，造成儲層滲透率變化的現(xiàn)象。堿敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的在于了解各種入井的堿液對儲層是否造成傷害及傷害程度的大小。堿敏傷害形式主要有兩類，一是堿性工作液誘發(fā)粘土礦物分散、造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；二是高pH值（pH＞9）的堿液可與高嶺石、石英發(fā)生溶解作用生成膠體或沉淀影響儲層滲透率。

研究區(qū)盒8 段儲層以弱堿敏-中等偏弱為主（見圖7），有1 塊巖心為強(qiáng)堿敏傷害，堿敏指數(shù)最大0.71，最小為0.05，平均值為0.33。分析堿敏敏指數(shù)與粘度含量之間的相關(guān)性（見圖8）堿敏指數(shù)與粘土礦物含量之間呈正相關(guān)關(guān)系。

3.6 應(yīng)力敏感性

應(yīng)力敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的在于了解巖石所受凈上覆壓力改變時(shí)孔喉喉道變形、裂縫閉合或張開的過程，并導(dǎo)致巖石滲流能力變化的程度。 實(shí)驗(yàn)采用圍壓變化的方式獲取凈應(yīng)力的變化。由于研究對象是氣藏，因此采用氮?dú)庾鰹樽⑷肓黧w。

研究區(qū)盒8 儲層應(yīng)力敏感以強(qiáng)敏感為主（見圖9），最大損害率為91.43 %，最小為47.48 %，平均值為76.68 %；恢復(fù)程度最大為92.32 %，最小為19.33 %，平均值為70.10 %。

應(yīng)力敏感性程度與巖石組分關(guān)系密切，巖石骨架通常由多種礦物組成，不同礦物硬度不同。外力作用下，硬度高的礦物不容易發(fā)生形變或形變量很小，礦物硬度越低，越容易發(fā)生形變[4]。常見礦物中石英的硬度最高，柔性礦物（巖屑）主要包括千枚巖，云母，泥質(zhì)板巖屑等，粘土礦物硬度最低。分析巖心最大傷害程度與石英含量成負(fù)相關(guān)（見圖10），與粘土礦物含量呈正相關(guān)（見圖11）。

另外，應(yīng)力敏感與孔隙類型也存在相關(guān)關(guān)系，當(dāng)巖心存在裂縫時(shí)，尤其是未充填縫對儲層的應(yīng)力敏感性影響最大。孔隙直徑越大，應(yīng)力作用下越容易發(fā)生形變，儲層應(yīng)力敏感性也越強(qiáng)，因此縮頸吼道類型的儲層應(yīng)力敏感性較強(qiáng)，片狀或彎曲片狀吼道類型應(yīng)力敏感性次之，管狀吼道類型孔隙應(yīng)力敏感性最弱。

圖10 石英含量與應(yīng)力敏感最大傷害率相關(guān)圖

圖11 粘土礦物含量與應(yīng)力敏感最大傷害率相關(guān)圖

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)盒8 儲層巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，屬于低孔低滲儲層。

（2）研究區(qū)主要的敏感性礦物包括粘土礦物（主要有伊利石、綠泥石、高嶺石和少量伊/蒙間層）與非粘土類敏感性礦物（鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦）。

（3）研究區(qū)儲層具有中等偏強(qiáng)速敏、強(qiáng)水敏、中等-弱鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏、強(qiáng)應(yīng)力敏感等敏感性特征。

［1］ 于興河.油氣儲層地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

［2］ 法魯克·西維.油層傷害：原理、模擬、評價(jià)和防治［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

［3］ 油氣田開發(fā)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會.SY/T5358-2010 儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評方法［S］.中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010.

［4］ 劉曉旭，胡勇，朱斌，等.儲層應(yīng)力敏感性影響因素研究［J］.特種油氣藏，2006，13（3）：18-21.