王妍芝，許永勃，袁海莉，毛建英

(1.中國(guó)石油青海油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅敦煌 736202；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院)

冷湖地區(qū)新生界致密砂巖儲(chǔ)層敏感性研究

王妍芝1，許永勃2，袁海莉1，毛建英1

(1.中國(guó)石油青海油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅敦煌 736202；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院)

為了提高產(chǎn)能，減少柴達(dá)木盆地北緣冷湖地區(qū)油氣開(kāi)采過(guò)程中對(duì)砂巖儲(chǔ)層造成的傷害,采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)該區(qū)致密儲(chǔ)層的敏感性特征進(jìn)行了研究，定量評(píng)價(jià)了儲(chǔ)層敏感程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：受巖石組成、黏土礦物、孔隙結(jié)構(gòu)、成巖作用等因素影響，該區(qū)儲(chǔ)層整體表現(xiàn)為較強(qiáng)的速敏性、水敏性和鹽敏性，堿敏損害變化大，從無(wú)堿敏到強(qiáng)堿敏，弱酸敏性。此研究對(duì)該區(qū)的油氣藏開(kāi)發(fā)及油層保護(hù)具有一定的指導(dǎo)作用。

冷湖地區(qū)；新生界；儲(chǔ)層敏感性；致密砂巖

儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)主要是通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，考察油氣層巖心與各種外來(lái)流體接觸后或環(huán)境條件改變后所發(fā)生的各種物理化學(xué)作用對(duì)巖石滲透率的影響程度[1]。柴達(dá)木盆地北緣勘探始于1969年，已發(fā)現(xiàn)油田4個(gè)，氣田2個(gè)。冷湖地區(qū)作為重點(diǎn)油氣勘探區(qū)域具有很好的勘探開(kāi)發(fā)潛力，但儲(chǔ)層致密，容易造成儲(chǔ)層傷害，制約著該區(qū)塊油氣的高效開(kāi)采。本文對(duì)該區(qū)塊新生界致密砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)，其目的是對(duì)儲(chǔ)層潛在的傷害因素進(jìn)行分析，掌握該儲(chǔ)層敏感性特征，確定外來(lái)流體對(duì)儲(chǔ)層可能造成的傷害程度，以便在今后的油氣開(kāi)發(fā)中采取有效的改造措施，保護(hù)油層，提高采收率[2]。受取心井條件限制，本文只對(duì)研究區(qū)N1、E32、E1+2致密砂巖儲(chǔ)層敏感性進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

冷湖構(gòu)造帶位于柴達(dá)木盆地北緣，沿祁連山走向由一系列雁行排列的背斜構(gòu)成，冷湖構(gòu)造帶為一個(gè)典型的正花狀構(gòu)造，背斜兩翼斷層傾向相反，控制著背斜的構(gòu)造形態(tài)，多條淺層的斷層在深部合并在一起[3]。E1+2、E32沉積以沖積扇-扇三角洲沉積為主，在N1—N21沉積時(shí)期，柴達(dá)木盆地處于以干旱為主的古氣候條件，受阿爾金和賽什騰山兩大物源體系影響，形成了扇三角洲—濱淺湖沉積體系[4]。總之，在中生代—新生代，柴北緣周緣以沖積扇-扇三角洲沉積為主，沉積物粒度粗，分選差，磨圓差，沉積相帶變化快。

2 儲(chǔ)層基礎(chǔ)特征

研究區(qū)N1儲(chǔ)層粒度細(xì)，以粉砂巖為主，巖屑含量低，長(zhǎng)石砂巖占相當(dāng)比例；E32儲(chǔ)層以粉砂-細(xì)粒砂為主，顆粒分選性較差；E1+2儲(chǔ)層巖石粒度粗，以中-粗粒砂巖為主，巖石分選差。E32、E1+2儲(chǔ)層以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，巖石成分成熟度較低。填隙物以方解石、泥質(zhì)為主，含個(gè)別硬石膏、白云石、黃鐵礦等，其中E1+2地層沉積相以沖積扇為主，雜基含量高，填隙物總量和泥質(zhì)含量均高于其他地層。

X衍射全巖分析顯示，研究區(qū)巖石礦物成分以石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽、黏土礦物為主，N1儲(chǔ)層碳酸鹽礦物含量較其他地層高，黏土礦物以伊利石、伊蒙混層、綠泥石為主；E32和E1+2地層黏土礦物類型相似，以蒙脫石、伊蒙混層、伊利石為主，少量綠泥石，E32蒙脫石明顯多于E1+2儲(chǔ)層。

新生界致密砂巖埋深一般為2 000～3 000 m，壓實(shí)作用中等，儲(chǔ)層孔隙以原生孔為主，次生孔隙不發(fā)育，E1+2儲(chǔ)層部分井段發(fā)育有微裂縫，滲透率以小于1×10-3μm2為主，E1+2儲(chǔ)層滲透率好于其他儲(chǔ)層；孔隙度以5%～10%為主，E32儲(chǔ)層孔隙度好于其他儲(chǔ)層。

3 儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)分析

研究區(qū)的儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》[5]，儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1,本文共完成68塊次儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

表1 儲(chǔ)層敏感性損害程度評(píng)價(jià)指標(biāo)

注：D表示各種敏感性損害率，%。

3.1 速敏性實(shí)驗(yàn)

速敏傷害是指在完井及生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)引起儲(chǔ)層中微粒的移動(dòng)，堵塞孔喉，造成儲(chǔ)層滲透率下降。速敏傷害的機(jī)理是，流體流動(dòng)速度逐漸增大，當(dāng)水動(dòng)力超過(guò)微粒的重力和范氏力后，微粒開(kāi)始移動(dòng)，逐漸在喉道狹窄處堵塞喉道，造成滲透率下降[6]。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看(表2)，研究區(qū)E1+2儲(chǔ)層速敏傷害程度強(qiáng)，一是因?yàn)樵撎變?chǔ)層為砂礫巖儲(chǔ)層，巖石中泥質(zhì)雜基含量高，巖石固結(jié)程度弱，黏土礦物微粒易從巖石顆粒剝離分散而發(fā)生運(yùn)移，產(chǎn)生速敏傷害；二是因?yàn)樵搩?chǔ)層黏土礦物以蒙脫石、伊蒙混層、伊利石為主，伊利石主要表現(xiàn)為速敏性，該礦物具有片狀、絲狀結(jié)構(gòu)，易從巖石顆粒剝離分散而發(fā)生運(yùn)移，產(chǎn)生速敏傷害[7]。研究區(qū)E32儲(chǔ)層速敏傷害相對(duì)較弱，傷害程度為弱-中等偏強(qiáng)，儲(chǔ)層以方解石膠結(jié)為主，巖石固結(jié)程度高，粒間自由微粒少，不易形成微粒運(yùn)移。因此，研究區(qū)E1+2儲(chǔ)層在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中應(yīng)注意控制儲(chǔ)層中流體速度，盡量避免速敏傷害。

3.2 水敏性實(shí)驗(yàn)

黏土礦物的膨脹及其擴(kuò)散運(yùn)移是引起儲(chǔ)層水敏傷害的主要原因。儲(chǔ)層內(nèi)黏土礦物含量的高低、黏土礦物的成分及其產(chǎn)狀、分布，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征等均會(huì)對(duì)水敏產(chǎn)生直接的影響，是水敏的內(nèi)因，而外來(lái)流體鹽度的改變是誘發(fā)水敏傷害的外因[6]。

表2 研究區(qū)儲(chǔ)層速敏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

水敏性最強(qiáng)的黏土礦物是蒙脫石，其次是伊/蒙混層，而綠泥石、伊利石的膨脹性很弱；膨脹性黏土含量越高，水敏性損害越強(qiáng)；巖石平均喉道半徑越小，喉道迂曲度越大，則巖石的水敏性越強(qiáng)。致密砂巖儲(chǔ)層滲透率很低，孔喉極其細(xì)小，易被堵塞，引起水敏性損害[8]。共完成13塊樣號(hào)的水敏實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知(表3)，研究區(qū)儲(chǔ)層巖石整體表現(xiàn)為較強(qiáng)的水敏感性，這與儲(chǔ)層巖石中黏土礦物含量普遍偏高有關(guān)。X衍射分析顯示，研究區(qū)N1地層中黏土礦物以伊利石、伊蒙混層、綠泥石為主，E32和E1+2地層以蒙脫石、伊蒙混層、伊利石為主，少量綠泥石，E32儲(chǔ)層蒙脫石明顯多于E1+2儲(chǔ)層。因此，研究致密砂巖儲(chǔ)層在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中要特別注意水敏傷害的保護(hù)。

3.3 鹽敏性實(shí)驗(yàn)

鹽敏傷害是指不同礦化度流體進(jìn)入地層后引起黏土礦物膨脹或者分散、運(yùn)移，使得儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。儲(chǔ)層產(chǎn)生鹽度敏感性的根本原因是儲(chǔ)層黏土礦物對(duì)于注入水的成分、離子強(qiáng)度及離子類型很敏感，會(huì)引起黏土礦物的膨脹、分散及運(yùn)移等[6]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(表4)，研究區(qū)儲(chǔ)層巖石臨界礦化度為8 111～80 000 mg/L，臨界礦化度普遍較高，臨界礦化度在某種程度上也反映了水敏傷害程度，水敏性越強(qiáng)，臨界礦化度也越高。隨著注入流體礦化度的下降，巖石滲透率逐漸降低，說(shuō)明儲(chǔ)層內(nèi)黏土礦物發(fā)生膨脹、分散運(yùn)移，堵塞了滲流喉道，滲透率下降。對(duì)于研究區(qū)低滲透儲(chǔ)集層而言，由于儲(chǔ)集層物性較差、孔喉較細(xì)，儲(chǔ)集層對(duì)礦化度是非常敏感的。在生產(chǎn)過(guò)程中特別要注意入井流體的礦化度，避免鹽敏傷害。

3.4 酸敏性實(shí)驗(yàn)

儲(chǔ)層酸處理后，由于膠結(jié)物的溶解，儲(chǔ)層會(huì)釋放出大量微粒，礦物溶解釋放出的離子還可能再次沉淀，這些微粒或者沉淀將堵塞儲(chǔ)層的滲流通道，削弱酸化效果，甚至導(dǎo)致酸化失敗，引起地層酸敏傷害[6]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖1)，研究區(qū)酸敏傷害程度總體表現(xiàn)為酸敏性不強(qiáng)，部分樣品出現(xiàn)滲透率下降現(xiàn)象，表現(xiàn)為弱酸敏。酸敏實(shí)驗(yàn)中所用巖心樣品均為除油后的干凈巖心，而實(shí)際油藏巖石存在油水流體，加之實(shí)驗(yàn)本身也存在一些不確定因素，因此酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際油藏往往有一定的偏差。綠泥石等含鐵礦物是酸敏性礦物，遇酸將會(huì)形成氫氧化鐵膠體沉積，堵塞孔喉。X衍射分析顯示，研究區(qū)儲(chǔ)層含有少量綠泥石，對(duì)酸敏損害程度小。分析認(rèn)為引起研究區(qū)酸敏傷害的主要原因?yàn)閹r石中膠結(jié)物與酸溶解釋放微粒，微粒在運(yùn)移過(guò)程中堵塞喉道。

表3 研究區(qū)儲(chǔ)層水敏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 研究區(qū)儲(chǔ)層鹽敏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 研究區(qū)儲(chǔ)層酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研究區(qū)儲(chǔ)層巖石為無(wú)酸敏或弱酸敏，因此在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中不必過(guò)多考慮酸敏傷害。

3.5 堿敏性實(shí)驗(yàn)

地層流體一般為中性介質(zhì)，如果進(jìn)入儲(chǔ)層的外來(lái)流體的pH值過(guò)高，會(huì)引起外來(lái)流體與儲(chǔ)層的不配伍性，造成儲(chǔ)層傷害，通常稱為堿敏性傷害。儲(chǔ)層中的堿敏性礦物主要有隱晶質(zhì)石英、碳酸鹽、高嶺石及蒙脫石等。堿敏性傷害主要表現(xiàn)為堿敏性礦物的分散、脫落或生成新的硅酸鹽沉淀，堵塞孔隙喉道[7-8]。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看(表5)，研究區(qū)儲(chǔ)層巖石堿敏損害變化大，從無(wú)堿敏到強(qiáng)堿敏，堿敏傷害與巖石中所含堿敏礦物種類、含量有直接關(guān)系，也與巖石固結(jié)程度，孔喉大小等有關(guān)。研究區(qū)儲(chǔ)層巖石堿敏損害變化很大，因此，在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中要針對(duì)不同井區(qū)、不同井段進(jìn)行具體分析，針對(duì)性做好地層堿敏傷害保護(hù)。

4 結(jié)論

(1)柴達(dá)木盆地北緣冷湖地區(qū)N1儲(chǔ)層粒度細(xì)，以粉砂巖為主；E32儲(chǔ)層以粉砂-細(xì)砂為主，顆粒分選性較差；E1+2儲(chǔ)層巖石粒度粗，以中-粗砂巖為主，巖石分選差，填隙物以方解石、泥質(zhì)為主，含個(gè)別硬石膏、白云石、黃鐵礦等。

表5 研究區(qū)儲(chǔ)層堿敏性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

(2)X衍射分析顯示，研究區(qū)以石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽、黏土礦物為主，N1儲(chǔ)層碳酸鹽礦物含量較其他地層高，黏土礦物以伊利石、伊蒙混層、綠泥石為主；E32和E1+2儲(chǔ)層以蒙脫石、伊蒙混層、伊利石為主，有少量綠泥石。

(3)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研究區(qū)E1+2儲(chǔ)層速敏傷害程度強(qiáng)，E32儲(chǔ)層速敏傷害相對(duì)較弱，傷害程度為弱-中等偏強(qiáng)；整體表現(xiàn)為較強(qiáng)的水敏感性和鹽敏感性；無(wú)酸敏或弱酸敏；堿敏損害變化大，從無(wú)堿敏到強(qiáng)堿敏。在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中要注意控制儲(chǔ)層中流體速度，盡量避免速敏傷害，注意水敏傷害和鹽敏傷害的保護(hù)，針對(duì)性做好地層堿敏傷害保護(hù)。

[1] 萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003:1-9.

[2] 雷鑫,張士誠(chéng),張勁,等.巴麥地區(qū)泥盆系超低滲儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,28(2):54-57.

[3] 魏國(guó)齊,李本亮,肖安成，等.柴達(dá)木盆地北緣走滑-沖斷構(gòu)造特征及其油氣勘探思路[J].地學(xué)前緣,2005,12(4):397-402.

[4] 陳吉,史基安,龍國(guó)徽,等.柴北緣古近系-新近系沉積相特征及沉積模式[J].沉積與特提斯地質(zhì),2013,33(3):16-26.

[5] 儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法(SY/T5358-2010)[S].北京:石油工業(yè)出版社, 2010:1-15.

[6] 于興河.油氣儲(chǔ)層地址學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010:6-16.

[7] 陳佳,聶軍,劉玉霞,等.腰灘油田銀集區(qū)塊阜三段儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[J].石油地質(zhì)與工程,2014,28(3):127-129.

[8] 尚婷,韓小琴,喬向陽(yáng),等.鄂爾多斯盆地子長(zhǎng)地區(qū)盒8段儲(chǔ)層敏感性研究[J].石油地質(zhì)與工程, 2015, 29(2):101-103.

編輯：王金旗

1673-8217(2017)01-0088-04

2016-10-10

王妍芝，助理工程師，碩士，1985年生，2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)研究工作。

TE258

A