塔河油田碎屑巖儲層敏感性實驗研究

劉 享，伊向藝 ,2，李 丹，王彥龍，問曉勇

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塔河油田碎屑巖儲層敏感性實驗研究

劉 享1，伊向藝1 ,2，李 丹1，王彥龍1，問曉勇3

（1.成都理工大學能源學院，四川成都 610059；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學）；3.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院）

塔河油田碎屑巖儲層具有滲透率低、物性差、非均質性極強等特點，儲層改造難度大。通過對巖心進行薄片鑒定、x衍射全巖分析以及掃描電鏡來分析巖心的礦物成分和黏土含量，并通過巖心流動實驗，對塔河油田碎屑巖主要層系儲層巖心進行敏感性實驗。實驗結果表明，該儲層碎屑巖具有強堿敏、中偏強水敏、中等鹽敏、弱速敏、無酸敏，并分析了各敏感性傷害的機理。建議在向儲層中注入流體時，應保持注入速度低于臨界流速，同時應注意防止堿性溶液滲入地層，以免產生沉淀、堵塞喉道、傷害儲層。

塔河油田；碎屑巖；黏土礦物；儲層敏感性

1 儲層基本特征

塔河油田位于天山南麓、塔克拉瑪干沙漠北緣的戈壁荒漠地區，地處新疆維吾爾自治區的庫車縣和輪臺縣境內，構造位置為塔里木盆地北部沙雅隆起中段阿克庫勒凸起西部。塔河油田碎屑巖儲層具有滲透率低、物性差、非均質性極強、油氣層埋藏深（5 000 m左右）、地層溫度高（100~130℃）、油氣層壓力系數低（1.08~1.10）、地層破裂壓力高（破裂梯度2.5 MPa/100 m）等特點，儲層改造難度非常大。目前，塔河油田尚缺少針對該類氣藏改造的相關經驗，需開展儲層改造工藝研究，提高井區改造效果。

1.1 巖石學特征

對采集的巖心進行了顯微薄片的觀察分析，初步鑒定巖石結構、主要礦物成分和膠結情況，所有照片均在100倍放大條件下觀察。塔河油田東河塘組油藏主要以細粒結構為主，砂巖以中粗粒砂狀結構為主，平均粒徑0.12 mm~0.31 mm，膠結物中含有方解石；巖心中含石英多，占90%以上；所有薄片均未明顯觀察到黏土礦物。

1.2 敏感性礦物特征

1.2.1 黏土礦物含量分析

黏土礦物的含量、類型及產狀不同，儲集層潛在的損害類型及程度也不相同[1]。蜂窩狀伊利石具有潛在的速度敏感性傷害，片絲狀伊/蒙混層具有潛在的水敏和鹽敏傷害，針葉狀綠泥石易引發酸敏堿敏傷害，蒙皂石會產生水敏傷害，蒙皂石含量高的砂巖更易出砂，因為敏感性能夠解除砂粒的膠結狀態，黏土膨脹促使顆粒失穩而運移[2–6]。因此，砂巖儲集層黏土礦物分析在研究儲集層損害機理、分析儲層潛在損害因素及診斷儲層損害原因中，具有相當重要的意義。儲層黏土含量只占1%，屬于低黏土含量儲層，大部分礦物為石英石，平均含量為94.5%。碎屑顆粒中石英和巖屑的含量較高，長石含量較少。

1.2.2 電鏡掃描分析

通過電鏡掃描分析（圖1），可見伊利石成絲狀或絮狀。大部分孔隙以粒間孔為主，有雜基充填、見硅質膠結物、硅質石英、塊狀黃鐵礦、自生石英、粒間見閃鋅礦；局部見呈絮狀伊蒙混層，粒間卷曲片狀到絲狀伊蒙混層，蜂窩狀－絮狀伊蒙混層以及卷曲片狀－絲狀伊蒙混層。巖屑表面蒙脫石化、巖屑溶蝕、粒內溶孔、局部粒間見油跡。

1.3 儲層物性特征

根據目前實驗所測的巖心資料統計分析，塔河油田碎屑巖儲層滲透率較低，滲透率范圍為0.49×10–3~65.48×10–3μm2，平均8.82×10–3μm2。孔隙度集中在2.79%~11.31%，平均值為5.98%。取自不同層位的巖心，滲透率差異很大，孔隙度和滲透率的相關性不好（圖2、圖3、圖4）。

粒間孔充填硅質石英

局部見伊蒙混層，呈絮狀

圖1 掃描電鏡分析部分圖片

圖2 滲透率分布直方圖

圖3 孔隙度分布直方圖

圖4 滲透率與孔隙度的關系

2 敏感性實驗評價

在孔隙度、滲透率測試系統上測定常規物性后，放在干箱內干燥待用；由于原巖心太過致密，巖心液測滲透率過小，難以避免誤差。因此，對巖心進行縱向劈裂，人工制造裂縫；堿敏采用8%氯化鉀溶液，其余實驗流體均按標準鹽水配制。根據以上分析，按照石油天然氣行業標準“SY/T 5358－2010”，進行實驗設計。

2.1 流速敏感性評價

水流速敏感性評價實驗旨在找出儲層水流速敏感性程度及引起滲透率明顯下降時的流體流動速度（即臨界流速），并為其它流動實驗選擇合理的注入速度，為實際開發過程提供比較可靠的采出和注入速度[2]。實驗先將巖心抽真空并飽和模擬地層水達48小時，然后用地層水測定初始滲透率以及各個驅替流量下的滲透率。五組速敏實驗結果存在一定差異，但都顯示出較統一的臨界流量1 mL/min，當流速大于等于1 mL/min時，巖心滲透率開始明顯降低（圖5），因此，將其作為后續實驗的最大流量。

圖5 巖心速敏實驗曲線

2.2 水敏感性評價

水敏感性是指外來流體與儲層中水敏感性的黏土礦物接觸時發生膨脹、分散和運移，引起滲透率下降的現象。本實驗配制至少5種濃度以上的鹽水。從表1中可以看出，巖心7–33–13和14–31–5屬于強水敏；巖心14–31–1和14–31–3屬于弱水敏；巖心14–31–6為中偏強；五組實驗均未發現明顯的臨界鹽水濃度。

表1 水敏實驗結果

2.3 鹽敏感性評價

含鹽度不同的流體進入油藏儲層會引起黏土礦物的物理及化學變化，進而堵塞孔喉，造成滲透率下降的現象稱為鹽敏。儲層產生鹽度敏感性的根本原因是儲層黏土礦物對于注入水的成分、離子強度及離子類型很敏感。鹽敏性評價的目的是確定鹽敏發生的條件，以及由鹽敏引起的油氣層損害程度。如圖6所示，五組實驗曲線出現了明顯的下降階段，出現明顯下降階段的礦化度為40 000~60 000 mg/L，說明該地區的臨界礦化度為40 000~60 000 mg/L。鹽敏性的強弱可由鹽敏指數來評價，由表2可以看出，鹽敏指數在30%~70%。實驗中的5塊巖心都屬于中等鹽敏。

圖6 巖心鹽敏實驗

表2 鹽敏實驗結果

2.4 酸敏感性評價

酸敏是酸液與儲層礦物接觸發生反應，產生沉淀或釋放出顆粒，導致儲層巖石滲透率發生變化的現象[8]。酸化施工的目的是使井眼附近地層的滲透率得到改善，若酸化施工設計以及所用酸型與地層不配伍，就會產生酸敏，造成嚴重的地層傷害。要使酸化取得預期效果，就必須了解酸進入地層后可能發生的反應，選擇合適的酸型，否則會產生相反的效果。從表3可以看出，經酸敏實驗后，巖心的滲透率非但沒有降低，反而上升，說明酸液對巖樣滲透能力起到了一定的改善作用。因此，無酸敏傷害。

2.5 堿敏感性評價

堿液與儲層礦物接觸發生反應，產生沉淀或引起黏土分散、運移，導致儲層巖石滲透率發生變化的現象。本實驗配制pH分別為7、8、9、11、13的堿性液體進行實驗。由表4可以看出堿敏實驗的5塊巖心都表現為強堿敏，臨界pH值為8~9。

表3 酸敏實驗結果

表4 堿敏實驗結果

3 傷害機理分析

從敏感性礦物分析可以看出，該儲層含石英較多，而速敏性礦物含量較低，且電鏡掃描發現有巖屑溶蝕、粒內溶孔，所以速敏傷害較低。儲層中水敏性黏土礦物蒙脫石的分布與含量是產生水敏傷害的主要原因。當外來低鹽度的流體進入儲層時，粒徑較大的蒙脫石易于分散、運移，其體積膨脹一般在20~25倍。蒙脫石的這一物理－化學過程是水敏傷害的主要因素[4]。微觀實驗發現，局部見呈絮狀、粒間卷曲片狀、絲狀、蜂窩狀－絮狀伊蒙混層，巖屑表面蒙脫石化。雖然蒙脫石含量不高，外來流體一旦進入地層，蒙脫石就會發生物理–化學反應過程，使得自身體積發生膨脹進而堵塞喉道，嚴重傷害地層。同時微粒的分散、運移的機械作用也會對儲層造成傷害。其次是由于巖心劈裂后，產生了大量細小的脆性礦物微粒，這些微粒在流體流動作用下發生運移，并逐漸聚集在縫內狹窄處，從而導致了滲透率的降低。

根據薄片鑒定和X射線衍射兩套實驗的結論，可以看出巖心主要成分為石英。堿性流體在儲層復雜的條件下，首先與石英發生溶解反應，形成多種形式的硅酸鹽物質。該物質可在各種固體上吸附，并能在pH 值發生改變時形成新的沉淀堵塞地層[9]。其次，長石在一定條件下發生水解反應，生成高嶺石與石英，而高嶺石和石英可在堿性溶液中進一步發生反應，生成硅凝膠體和造成礦物轉移的不良反應，使地層受到傷害。

4 認識與結論

（1）塔河油田東河塘組碎屑巖儲層巖石主要以細粒–中粒結構為主，膠結形式以鑲嵌–孔隙式為主，并且膠結物中含有方解石；巖心中石英含量大，占到90%以上。

（2）流速敏感性實驗表明，儲層的臨界流速為1 mL/min，所以在向儲層中注入其他流體時，應保持注入速度低于這個臨界流速。

（3）現場作業時應注意防止堿性溶液滲入地層，否則將會產生沉淀，堵塞喉道，傷害儲層。其次要關注水敏性產生的儲層傷害，并控制注入水的礦化度，防止注入水礦化度低于臨界鹽度時對儲層造成傷害。

（4）酸敏實驗后發現，巖心的滲透率顯著增加，因此現場施工入井液中可適當加入酸液，有利于增產開發。

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編輯：張 凡

1673–8217（2017）05–0094–04

TE37

A

2016–04–06

劉享，1991年生，2015年畢業于成都理工大學能源學院石油工程專業，在讀碩士研究生，研究方向為儲層保護與儲層改造。

國家自然科學基金青年基金“碳酸鹽巖儲層酸巖反應表面形態與演化”（51504200）。