龔 兵，楊 峰，胡博宇

(1.中國石化江漢油田分公司，湖北 潛江 433123；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

0 引 言

中國頁巖油氣資源非常豐富，主要含油氣盆地在勘探開發(fā)過程中鉆遇的泥頁巖層段大都有油氣顯示[1-4]。江漢盆地潛江組發(fā)育193個鹽韻律層段，累計厚度約為2 000 m，鹽間頁巖油地質(zhì)儲量達1.00×108t。試油試采期間，潛江凹陷王場構(gòu)造30余口井獲得工業(yè)油流，鹽間泥頁巖油藏具有較大的開采潛力[5]。目前，國內(nèi)外頁巖油的研究主要集中在頁巖油資源潛力、地質(zhì)特征、形成條件和富集規(guī)律等方面[6-10]。鹽間泥頁巖油藏由于儲層特殊性，生產(chǎn)過程中存在鹽顆粒的析出、沉淀、運移等鹽析現(xiàn)象。鹽析顆粒可堵塞儲層流動通道，引起單井產(chǎn)能嚴(yán)重遞減，但目前尚未開展鹽析對鹽間泥頁巖油藏儲層物性影響的評價研究。針對江漢盆地潛江凹陷潛江組鹽間泥頁巖油藏，通過開展儲層巖性、物性測試以及流體流動過程中的鹽析傷害研究，并結(jié)合高分辨率場發(fā)射掃描電鏡，對鹽間頁巖油藏鹽析引起儲層物性傷害進行綜合評價。

1 儲層鹽析傷害物理模擬實驗

1.1 實驗樣品

實驗巖心取自江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組潛三段泥頁巖。泥頁巖總有機碳含量為0.5%～2.5%，干酪根鑒定結(jié)果顯示，有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ型為主。鏡質(zhì)體反射率為0.50%～0.88%，處于低熟—中等成熟階段。X射線衍射分析結(jié)果顯示，潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油藏儲層礦物組成復(fù)雜，主要由碎屑礦物、蒸發(fā)巖類礦物、碳酸鹽類礦物組成，總體表現(xiàn)為“低石英、高碳酸鹽、中低黏土礦物”的特征(表1)。地層蒸發(fā)鹽類礦物含量高，主要為17.35%～34.98%，平均含量為25.12%。部分樣品的鈣芒硝含量可達22.00%以上。黏土礦物主要為伊利石，含量為27.00%～36.68%，平均為31.91%。石英礦物含量很低，為0.50%～13.30%，平均為5.31%。碳酸鹽礦物含量為26.00%～49.66%，平均為35.08%。潛江凹陷鹽間頁巖油藏主要巖相類型包括泥質(zhì)鈣芒硝巖、云質(zhì)泥頁巖和泥質(zhì)白云巖等[11]。實驗研究主要選取這3種典型巖相的頁巖樣品進行儲層物性傷害評價。

該地區(qū)典型井產(chǎn)出地層水的離子濃度分析結(jié)果顯示，產(chǎn)出水礦化度非常高，達26×104mg/L以上。水樣中的離子濃度主要包括：Na+為95 659 mg/L，Ca2+為785 mg/L，SO42-為9 592 mg/L，HCO3-為1 092 mg/L，Cl-為142 038 mg/L，總礦化度平均為264 373 mg/L。

潛江凹陷潛江組潛三段地層富含蒸發(fā)鹽類，同時加上高礦化度地層水，極易發(fā)生鹽類的溶解重結(jié)晶作用，生成固態(tài)鹽顆粒隨著地層流體流動，導(dǎo)致堵塞地層通道。

表1 江漢盆地潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油藏儲層礦物含量

1.2 實驗方法

考慮到鹽析后，鹽顆粒在地層中運移的影響，鹽析傷害評價采用動態(tài)鹽析和靜態(tài)鹽析2種實驗方法進行。同時，根據(jù)儲層基本礦物組成，制作了大量的泥質(zhì)鈣芒硝巖樣進行動態(tài)及靜態(tài)鹽析傷害對比。靜態(tài)鹽析實驗為巖樣吸收高礦化度地層水后生成鹽沉淀的靜態(tài)反應(yīng)，動態(tài)鹽析實驗則同時監(jiān)測沉淀的鹽顆粒在巖心中隨地層水的運移情況。靜態(tài)鹽析實驗時，將巖心置于裝有地層水的高壓反應(yīng)容器，容器內(nèi)地層水壓力設(shè)置為20 MPa，測量反應(yīng)前后干燥樣品的孔隙度。同時為了監(jiān)測鹽析反應(yīng)的快慢，大約間隔0.5 h，取樣干燥后測量孔隙度，待靜態(tài)鹽析完全反應(yīng)、孔隙度數(shù)值趨于穩(wěn)定后，測量樣品的覆壓(約為20 MPa)滲透率。動態(tài)鹽析實驗采用油田產(chǎn)出的地層水進行覆壓下的巖心驅(qū)替，直至樣品的液測滲透率為常數(shù)，具體實驗步驟：①樣品置于恒溫干燥箱中干燥12 h后，取出樣品測初始孔隙度；②將樣品放入驅(qū)替裝置內(nèi)，并逐步增加圍壓至地層覆壓(約為20 MPa)，測量樣品的初始滲透率；③用地層水對樣品進行恒流驅(qū)替，并計算液測滲透率；④樣品液測滲透率完成后，取出樣品干燥，再次測孔隙度。

2 動態(tài)及靜態(tài)鹽析對巖石物性的影響

2.1 靜態(tài)鹽析后巖石孔隙度、滲透率

靜態(tài)鹽析時典型泥頁巖樣品的孔隙度隨鹽析時間的變化趨勢見圖1。由圖1可知：靜態(tài)鹽析對儲層巖石物性傷害反應(yīng)迅速，巖樣與高礦化度地層水一經(jīng)接觸即引起孔隙度的迅速下降，在約3.0 h之后，孔隙度傷害慢慢穩(wěn)定；鹽析傷害與樣品的巖性有關(guān)，鹽析對泥質(zhì)鈣芒硝巖的孔隙度傷害最大，云質(zhì)泥頁巖的孔隙度傷害次之，泥質(zhì)白云巖的孔隙度傷害最小。泥質(zhì)鈣芒硝巖由于富含蒸發(fā)鹽類礦物，如鈣芒硝、石膏等，這些蒸發(fā)鹽礦物吸水之后生成固態(tài)晶體，引起孔隙結(jié)構(gòu)的堵塞。靜態(tài)鹽析實驗3.0 h后，泥質(zhì)鈣芒硝巖樣品孔隙度從9.7%降至3.8%，孔隙度傷害率達到60.8%；云質(zhì)泥頁巖樣品的孔隙度從8.8%降至5.0%；對于蒸發(fā)鹽礦物含量較少的泥質(zhì)白云巖樣品，鹽析對其孔隙度的影響很小，靜態(tài)鹽析實驗3.0 h后，泥質(zhì)白云巖樣品的孔隙度幾乎沒有變化。

圖1 樣品靜態(tài)鹽析孔隙度隨時間的變化

表2為樣品靜態(tài)鹽析穩(wěn)定后孔滲傷害變化情況。由表2可知：鹽析實驗后，云質(zhì)泥頁巖孔隙度平均降低了41.8%，滲透率平均降低了61.7%；泥質(zhì)鈣芒硝樣品孔隙度平均降低了57.4%，滲透率平均降低了80.2%。這說明鹽析對鈣芒硝含量高的樣品的傷害大于其他類型巖石。

表2 鹽間頁巖油藏巖石靜態(tài)鹽析孔滲變化

2.2 動態(tài)鹽析后巖石孔隙度、滲透率

表3為動態(tài)鹽析前后巖樣孔滲數(shù)據(jù)變化情況。由表3可知：云質(zhì)泥頁巖樣品驅(qū)替前滲透率為0.036 00 mD，驅(qū)替后滲透率僅為0.000 59 mD，滲透率降低幅度達到98.4%；泥質(zhì)鈣芒硝巖樣品的滲透率降低幅度平均為89.4%，略低于云質(zhì)泥頁巖樣品的滲透率降低程度，但泥質(zhì)鈣芒硝巖樣的孔隙度降低幅度(平均為66.6%)大于云質(zhì)泥頁巖的孔隙度降低幅度(40.6%)。這說明泥質(zhì)鈣芒硝巖樣易發(fā)生鹽析，鹽析生成的顆粒易堵塞通道。云質(zhì)泥頁巖樣品的滲透率傷害可能與黏土礦物吸水后微觀骨架顆粒之間的膠結(jié)程度下降，而弱化的骨架膠結(jié)易在有效應(yīng)力下發(fā)生破壞有關(guān)。

表3 鹽間頁巖油藏巖石動態(tài)鹽析孔滲變化

2.3 鹽析、鹽顆粒運移對儲層物性的影響

圖2對比了動態(tài)及靜態(tài)鹽析前后巖心孔滲數(shù)據(jù)變化情況。由圖2可知：鹽析對儲層物性傷害很大，引起孔滲關(guān)系大幅度偏向坐標(biāo)原點；靜態(tài)鹽析和動態(tài)鹽析對樣品造成的孔隙度差別不大，但動態(tài)鹽析引起的滲透率降低幅度大于靜態(tài)鹽析的影響。對于泥質(zhì)鈣芒硝巖樣品，靜態(tài)鹽析引起的滲透率降低幅度平均為80.2%，動態(tài)鹽析則引起滲透率約降低了89.4%，比靜態(tài)鹽析造成滲透率約為9.2個百分點的附加傷害。這主要是由于動態(tài)鹽析在靜態(tài)鹽析傷害的基礎(chǔ)上，增加了鹽顆粒的運移堵塞。鹽間油藏鹽顆粒運移引起的儲層物性傷害不可忽視。鹽析發(fā)生后，隨著生產(chǎn)的進行，鹽顆粒在孔隙通道中流動。鹽顆粒達到狹小孔喉處時，發(fā)生卡斷堵塞流動通道，引起鹽間油藏儲層物性的附加傷害。對于云質(zhì)泥頁巖樣品，動態(tài)鹽析后的滲透率降低幅度遠(yuǎn)大于靜態(tài)鹽析，這主要是由于巖石吸水后膠結(jié)弱化后的巖石骨架崩解所致。云質(zhì)泥頁巖樣品動態(tài)鹽析后易于碎裂。

圖2 動靜態(tài)鹽析傷害實驗結(jié)果對比

3 鹽析傷害后的儲層微觀結(jié)構(gòu)

采用高分辨率場發(fā)射掃描電鏡觀察了鹽析前后巖石的微觀結(jié)構(gòu)。在未進行鹽析實驗的樣品中，掃描電鏡可看到樣品中發(fā)育大量的碳酸鹽巖礦物溶蝕孔隙和一定的裂縫通道(圖3、4)。其中，裂縫長度可達幾十個微米，寬度為3～5 μm。溶蝕孔孔隙直徑約為1～4 μm。

圖3 鹽析前樣品中的裂縫通道

圖4 鹽析前樣品中的溶蝕孔和雜基質(zhì)孔隙

鹽析實驗后，很難再觀察到連通的裂縫和未被填充的大孔隙。掃描電鏡結(jié)果顯示，樣品的裂縫被球狀的鹽顆粒集合體堵塞(圖5、6)。這些單個的鹽顆粒大小不均，顆粒長度為1～5 μm，顆粒寬度為1～4 μm，多約為3 μm。在鹽析傷害嚴(yán)重的泥質(zhì)鈣芒硝巖樣中觀察到大量鹽顆粒聚集組成鹽顆粒集合體，鹽顆粒集合體的直徑最大可達10 μm，易卡堵裂縫通道或填充孔洞，造成儲層流體流動通道破壞。

圖5 鹽析后鹽顆粒集合體堵塞裂縫

圖6 鹽析后鹽顆粒填充礦物間的孔道

4 結(jié) 論

(1) 江漢盆地潛江組鹽間泥頁巖儲層富含蒸發(fā)鹽類，與高礦化度地層水接觸時易發(fā)生鹽析，引起儲層物性的傷害。鹽析對儲層物性的影響與巖性有關(guān)，鹽析對泥質(zhì)鈣芒硝巖的孔隙度傷害最大，降低約57.4%，云質(zhì)泥頁巖的孔隙度傷害次之，降低約41.8%，泥質(zhì)白云巖的孔隙度傷害最小。

(2) 泥質(zhì)鈣芒硝巖鹽析后由于鹽顆粒堵塞孔道，引起滲透率降低幅度達89.4%；云質(zhì)泥頁巖樣動態(tài)鹽析后孔隙度降低約40.6%，滲透率降低高達98.4%，云質(zhì)泥頁巖樣的物性傷害主要由于巖石吸水后在有效應(yīng)力作用下的骨架崩解引起。

(3) 場發(fā)射掃描電鏡直接證實了鹽顆粒和鹽集合體對孔道的堵塞。鹽析實驗后，大量形成的直徑達數(shù)個微米的鹽顆粒集合體可卡堵裂縫和孔隙，是鹽間頁巖油藏儲層流動通道被破壞的主要原因。