志丹-河川區(qū)特低滲儲(chǔ)層特征及敏感性評(píng)價(jià)

李香雪，張 惠

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710065）

在油田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中容易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害[1-2]。所謂傷害，勘探時(shí)外來(lái)流體流經(jīng)儲(chǔ)層，該流體與其所攜帶的固體微粒會(huì)破壞油層原有物理化學(xué)平衡狀態(tài)機(jī)制，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降，影響油田的采收率。河川區(qū)位于延安市志丹縣，溝壑縱橫深谷梁峁并茂的地貌，石油鉆探難度較大。為了避免對(duì)本區(qū)的敏感性傷害認(rèn)識(shí)不足，在勘探過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。針對(duì)河川區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層進(jìn)行敏感性分析，為該區(qū)油藏科學(xué)、合理、高效的開(kāi)發(fā)，減少開(kāi)發(fā)中對(duì)儲(chǔ)層的傷害，提高采收率，為該區(qū)油田開(kāi)發(fā)提供依據(jù)[3]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地地層起伏較小、產(chǎn)狀相對(duì)平整、上覆蓋層薄，盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，很難發(fā)現(xiàn)斷層或褶皺，目前，鄂爾多斯盆地被劃分為6 個(gè)構(gòu)造單元[4]，志丹-河川區(qū)位于陜北斜坡帶中下部，地理位置處于志丹縣永寧鎮(zhèn)，有多種含油組合[5]，河川區(qū)位于延安市志丹縣，工區(qū)面積56.2 km2，研究層位為三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 儲(chǔ)層，有多種含油組合[5]。河川區(qū)地面平均海拔1 375 m。陜北斜坡是鄂爾多斯盆地的重要部分，發(fā)育最早追溯到晚侏羅紀(jì)時(shí)期，大部分形成于早白堊世，構(gòu)造上傾斜角很小，幾乎沒(méi)有傾斜[5]，形成平緩的西傾單斜。斷層與局部構(gòu)造不發(fā)育，僅局部發(fā)育差異壓實(shí)作用形成的低幅度鼻狀[6]，兩翼一般近對(duì)稱。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

志丹-河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層巖石主要為長(zhǎng)石砂巖，還存在含云母或富云母粉長(zhǎng)石砂巖。顏色以灰色調(diào)為主，為淺灰色、灰色和灰褐色。按粒度圖像來(lái)看，主要為細(xì)砂，還發(fā)育粉砂及極細(xì)砂。由此可看出，長(zhǎng)6 儲(chǔ)層巖石以淺灰色細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，其次為細(xì)-中粒長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石粉砂巖（圖1）。

圖1 河川區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 儲(chǔ)層砂巖三角圖

研究區(qū)巖石主要粒徑在0.16～0.35 mm，中等風(fēng)化程度，分選性好，結(jié)構(gòu)中-致密，成熟度一般[7]。沉積期碎屑顆粒磨蝕程度較強(qiáng)，碎屑顆粒形狀多為次棱、次圓狀，膠結(jié)類(lèi)型多為孔隙式，還存在有薄膜式、再生式及復(fù)合式。巖石碎屑成分為長(zhǎng)石，含量為50.5%；石英含量為24.6%；巖屑含量低，為6.3%。此外，填隙物占13.4%，主要為方解石、石英質(zhì)及黏土礦物。黏土礦物中伊利石較發(fā)育，約為45.8%；綠泥石含量較少，約為32.2%；高嶺石含量最低，約為22.1%，長(zhǎng)6 儲(chǔ)層未見(jiàn)發(fā)育伊蒙混層。

2.2 物性特征

對(duì)河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層巖心樣品分析來(lái)看，長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔隙度在2.4%～19.0%，平均為10.2%；滲透率在（0.05～4.49）×10-3μm2，平均為0.88×10-3μm2（圖2），研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為中孔-特低滲型[8]。

圖2 河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層頻率分布直方圖

2.3 孔隙類(lèi)型

根據(jù)5 口井的78 個(gè)樣品點(diǎn)鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)6 儲(chǔ)層面孔率分布在2.0%～14.0%，平均8.2%；孔隙直徑15.00～100.00 μm，平均49.13 μm，志丹-河川區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為細(xì)-細(xì)微孔喉。本區(qū)孔隙類(lèi)型主要有粒間孔和長(zhǎng)石溶孔，粒間孔多發(fā)育為殘余粒間孔（圖3a），由黏土礦物膠結(jié)再經(jīng)溶蝕作用對(duì)黏土礦物溶蝕而形成。長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖儲(chǔ)層的溶蝕作用主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石的溶蝕和填隙物的溶蝕。長(zhǎng)石沿其解理縫、微裂縫及顆粒邊緣被溶蝕形成長(zhǎng)石溶蝕（圖3b），溶蝕作用促進(jìn)和改善孔隙喉道的發(fā)育及孔喉間的連通性。長(zhǎng)6 儲(chǔ)層也常見(jiàn)交代作用，主要可見(jiàn)（鐵）方解石交代長(zhǎng)石（圖3c）。其次，還發(fā)育粒內(nèi)孔和晶間孔，還存在少量裂縫（圖3d～3f）?？梢?jiàn)，研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層屬中、小孔，以溶孔-粒間孔組合為主[9]。

圖3 志丹-河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

2.4 儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)

本文根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔滲數(shù)據(jù)、排驅(qū)壓力、中值壓力、壓汞曲線等參數(shù)，結(jié)合上文的巖石學(xué)特征、物性特征、孔喉結(jié)構(gòu)把長(zhǎng)6 儲(chǔ)層劃分成兩類(lèi)。

2.4.1 一類(lèi)儲(chǔ)層 孔隙度平均值11.3%，滲透率平均值1.76×10-3μm2，物性較好?？紫兑粤ｉg孔為主，占50.7%，其次長(zhǎng)石溶孔，占21.3%。根據(jù)孔喉半徑分布曲線，孔喉半徑主要分布在0.100～2.500 μm（圖4b）。排驅(qū)壓力為0.171 MPa，中值壓力為2.143 MPa，孔喉中值半徑為0.350 μm，最大進(jìn)汞飽和度為89.8%，毛管壓力曲線向左下方偏移，傾斜程度較大，曲線陡峭（圖4a），平均歪度為0.628 0，分選系數(shù)為0.878，表明儲(chǔ)層分選度較好，儲(chǔ)集能力較強(qiáng)。

圖4 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層壓汞曲線及孔喉半徑分布曲線

2.4.2 二類(lèi)儲(chǔ)層 孔隙度平均值7.9%，滲透率平均值0.15×10-3μm2，物性相對(duì)較差。孔隙以粒間孔為主，占34.2%，其次長(zhǎng)石溶孔，占13.3%。根據(jù)孔喉分布曲線，孔喉半徑主要分布在0.040～0.400 μm（圖4d）。排驅(qū)壓力為3.153 MPa，中值壓力為15.972 MPa，孔喉中值半徑為0.046 μm，最大進(jìn)汞飽和度為88.0%。毛管壓力曲線與一類(lèi)儲(chǔ)層相比向左下方傾斜程度小且較平緩（圖4c），平均歪度為1.341 6，分選系數(shù)為0.039，表明儲(chǔ)層分選度變差，儲(chǔ)集能力比一類(lèi)儲(chǔ)層差。

3 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)

根據(jù)敏感性實(shí)驗(yàn)，掌握河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層敏感性程度，可以有效避免傷害油田開(kāi)發(fā)，提高采收率和產(chǎn)量。

3.1 儲(chǔ)層水敏評(píng)價(jià)

注入儲(chǔ)層的低礦化度流體，使得儲(chǔ)層中黏土礦物發(fā)生水化膨脹[10]，繼而脫落導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而引起滲透率下降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，一類(lèi)儲(chǔ)層水敏指數(shù)均小于0.30，屬于弱水敏；二類(lèi)儲(chǔ)層水敏指數(shù)等于0.30，是中等偏弱水敏（表1）?？傮w而言，填隙物中黏土礦物含量少，沒(méi)有蒙脫石和伊蒙混層，因此，水敏對(duì)儲(chǔ)層傷害相對(duì)較低。

表1 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層水敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 儲(chǔ)層酸敏評(píng)價(jià)

酸敏是指注入的酸性液體與儲(chǔ)層中礦物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的敏感程度，工作的酸性液體與地層中的礦物會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，滲透率下降，孔喉半徑縮小。研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層含碳酸鹽膠結(jié)物，以孔襯和充填產(chǎn)狀分布于孔隙[11]。根據(jù)結(jié)果顯示，酸敏指數(shù)在0.14～0.30，反映酸敏程度屬于中等偏弱（表2）。因此，本區(qū)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)對(duì)酸敏傷害予以重視。

表2 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 儲(chǔ)層速敏評(píng)價(jià)

速敏是在注水作業(yè)中，由于流體流動(dòng)的速度產(chǎn)生的水動(dòng)力，儲(chǔ)層微粒脫落，運(yùn)移導(dǎo)致堵塞喉道，地層滲透率下降[12]。通過(guò)速敏實(shí)驗(yàn)找出流體流速的變化與滲透率下降關(guān)系，確定開(kāi)始發(fā)生滲透率傷害的臨界速度。

研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層速敏指數(shù)在0.22～0.63。一類(lèi)儲(chǔ)層速敏指數(shù)較弱，平均速敏指數(shù)低于0.50，屬于弱速敏；二類(lèi)儲(chǔ)層速敏指數(shù)較強(qiáng)，速敏指數(shù)大于0.50，屬于中等偏強(qiáng)速敏，可見(jiàn)隨著儲(chǔ)層物性變差，速敏程度不斷增強(qiáng)?？傮w反映出該研究區(qū)速敏程度中等-中等偏弱，屬于中等速敏（表3）。長(zhǎng)6 儲(chǔ)層黏土礦物中高嶺石顆粒含量少，其他微粒與碎屑顆粒結(jié)合較牢固，速敏傷害較弱。

表3 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4 儲(chǔ)層鹽敏評(píng)價(jià)

通過(guò)鹽敏實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)注水液體的礦化度對(duì)滲透率傷害情況，得出滲透率下降的臨界礦化度。工作流體與地層水礦化度的差異會(huì)導(dǎo)致地層礦物脫落，造成滲透率的下降[13]。根據(jù)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層鹽敏實(shí)驗(yàn)顯示，礦化度越低，對(duì)滲透率影響越大[14]。研究區(qū)儲(chǔ)層產(chǎn)生鹽敏傷害的臨界鹽度為25 g/L（表4）。

表4 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層鹽敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.5 儲(chǔ)層堿敏評(píng)價(jià)

工作流體中含有的OH-與地層水中含有陽(yáng)離子可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)沉淀或是堿液與地層中的酸性礦物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉積物，從而堵塞孔喉通道，導(dǎo)致滲透率下降。研究區(qū)堿性礦物較不發(fā)育，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，堿敏指數(shù)在0.28～0.46，屬于弱堿敏-中等堿敏（表5）。

表5 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層堿敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層對(duì)流體敏感顯示出中等偏弱水敏、中等偏弱酸敏、中等速敏、中等偏弱鹽敏和弱堿敏[15]，臨界pH 值為11。一類(lèi)儲(chǔ)層與二類(lèi)儲(chǔ)層隨著儲(chǔ)層物性變差，敏感性也逐漸變差。總體來(lái)看，研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層水敏較弱，速敏影響較小，開(kāi)采過(guò)程中，控制注入流體的pH 值，謹(jǐn)防酸敏給儲(chǔ)層造成的影響且注入的工作液礦化度應(yīng)大于25 g/L。

通過(guò)敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，影響儲(chǔ)層敏感性的原因是多種多樣的，儲(chǔ)層物性好壞，巖石礦物差異，礦物組成成分不同，地層水礦化度高低等均會(huì)對(duì)儲(chǔ)層敏感度造成影響。

4 結(jié)論與建議

（1）河川區(qū)儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。巖石分選度好，磨圓度強(qiáng)。長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔隙度在2.4%～19.0%，平均為10.2%；滲透率在（0.05～4.49）×10-3μm2，平均為0.88×10-3μm2，儲(chǔ)層為中孔～特低滲型。長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔隙屬中、小孔，以溶孔-粒間孔組合為主。

（2）根據(jù)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層的孔滲數(shù)據(jù)、排驅(qū)壓力、中值壓力、孔喉半徑等參數(shù)，結(jié)合巖石學(xué)特征、物性特征、孔喉結(jié)構(gòu)把長(zhǎng)6 儲(chǔ)層劃分成兩類(lèi)。一類(lèi)儲(chǔ)層與二類(lèi)儲(chǔ)層相比物性好，儲(chǔ)存空間大，排驅(qū)壓力大，中值壓力小，歪度小，分選度好，毛管壓力曲線向左下方偏移。通過(guò)敏感性分析進(jìn)一步對(duì)比兩類(lèi)儲(chǔ)層，一類(lèi)儲(chǔ)層與二類(lèi)儲(chǔ)層隨著儲(chǔ)層物性變差，敏感性也逐漸變差。

（3）河川區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層中水敏礦物（蒙脫石、伊蒙混層）、速敏礦物（高嶺石）發(fā)育較少、酸敏礦物（方解石、綠泥石）較為發(fā)育。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)顯示出中等偏弱水敏、中等偏弱酸敏、中等速敏，臨界流速為5.78 m/d，中等偏弱鹽敏，臨界礦化度為25 g/L 和弱堿敏，臨界pH 值為11。在采取酸化和注水處理時(shí)，工作流體應(yīng)保持合理抑制性，充分考慮酸敏、堿敏及鹽敏傷害。