鄂爾多斯盆地姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏特征及主控因素

茆書巍，焦 滔，熊 濤，秦 智，高銀山，鮑志東， 鄭 錫，李軍建，宋 健，何陵沅，覃 勤

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 3.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西 西安 710021)

鄂爾多斯盆地姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏特征及主控因素

茆書巍1,2，焦 滔3，熊 濤3，秦 智3，高銀山3，鮑志東1,2， 鄭 錫3，李軍建3，宋 健1,2，何陵沅1,2，覃 勤1,2

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 3.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西 西安 710021)

基于X-射線衍射、掃描電鏡、薄片鑒定以及酸敏實(shí)驗(yàn)等測(cè)試分析手段，對(duì)鄂爾多斯盆地姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：儲(chǔ)層黏土質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)嚴(yán)重，非均質(zhì)性強(qiáng)，主要的酸敏礦物為綠泥石和方解石/鐵方解石，儲(chǔ)層酸敏性主要以改善型—弱酸敏型為主；酸敏實(shí)驗(yàn)中，部分原始大孔隙樣品出現(xiàn)減孔現(xiàn)象，主要是部分綠泥石包膜及針葉狀晶體溶蝕、崩落所致，實(shí)驗(yàn)中Fe(OH)3沉淀及凝膠體在短時(shí)間內(nèi)對(duì)儲(chǔ)層酸敏性影響有限，方解石/鐵方解石的溶解能有效補(bǔ)償Fe(OH)3沉淀及凝膠體對(duì)儲(chǔ)層的影響；在碳酸鹽膠結(jié)物富集區(qū)，CaF2沉淀是儲(chǔ)層物性變差的直接因素，總體呈現(xiàn)出鹽酸對(duì)儲(chǔ)層的改善程度要好于土酸；酸敏礦物較發(fā)育于水下分支河道微相，并呈現(xiàn)出近物源區(qū)綠泥石膠結(jié)物含量較高、遠(yuǎn)物源區(qū)方解石/鐵方解石膠結(jié)物含量較高的分布特征；酸敏礦物的含量、類型、分布受沉積物源、沉積微相以及成巖作用等控制，特別是有機(jī)質(zhì)熱解-脫羧作用在成巖過程中與溶蝕作用、交代作用相伴生，對(duì)酸敏礦物的形成、類型及賦存狀態(tài)具有重要影響。

酸敏礦物；孔隙特征；主控因素；成巖作用；長82油層組；姬塬油田；鄂爾多斯盆地

0 引 言

伴隨著世界石油勘探技術(shù)及能源需求的發(fā)展，非常規(guī)油氣資源越來越受到重視[1-2]，其中致密砂巖儲(chǔ)層是近年來研究的焦點(diǎn)。由于致密砂巖儲(chǔ)層中黏土礦物類型多樣、含量高，且鈣質(zhì)膠結(jié)往往較為嚴(yán)重，致使儲(chǔ)層物性較差，油藏高效開發(fā)難度大[3]。近年來研究表明，致密砂巖儲(chǔ)層酸化是有效開發(fā)油藏的重要途徑之一。然而，在酸化過程中由于不同儲(chǔ)層礦物組成不同，處置不當(dāng)會(huì)損害儲(chǔ)層并造成減產(chǎn)[4]。鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長82致密砂巖儲(chǔ)層是目前繼羅1井區(qū)長81儲(chǔ)層開發(fā)之后又一重點(diǎn)層位，由于在開發(fā)過程中對(duì)儲(chǔ)層損害方面認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致長82儲(chǔ)層單井注采能力較低，制約了油田的進(jìn)一步開發(fā)，所以需要對(duì)該儲(chǔ)層進(jìn)行儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)，特別是儲(chǔ)層酸敏性研究，準(zhǔn)確掌握儲(chǔ)層酸敏性特征和酸敏礦物分布特征，有利于提出儲(chǔ)層酸敏預(yù)防方案，調(diào)整儲(chǔ)層開發(fā)措施[5]。柳娜等以礦物學(xué)分析為基礎(chǔ)，指出在酸敏實(shí)驗(yàn)中綠泥石膜生成的氫氧化物沉淀嚴(yán)重影響儲(chǔ)層微觀孔喉，是儲(chǔ)層酸敏的主要因素[6-7]；何永宏認(rèn)為，姬塬地區(qū)儲(chǔ)層滲透率降低主要是綠泥石、伊蒙混層礦物造成的，區(qū)域儲(chǔ)層酸敏性受酸敏礦物的影響[8]。然而，這些研究多從酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析儲(chǔ)層酸敏特征，沒有對(duì)儲(chǔ)層酸敏性差異特征進(jìn)行較為深入的分析，同時(shí)對(duì)造成儲(chǔ)層酸敏的主控因素分析也不夠全面。因此，本文主要通過巖芯薄片觀察、X-射線衍射分析、陰極發(fā)光(CL)圖像、掃描電鏡圖像(SEM)以及酸敏實(shí)驗(yàn)對(duì)鄂爾多斯盆地姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性差異進(jìn)行分析，揭示研究區(qū)儲(chǔ)層酸敏礦物類型及分布特征，并在此基礎(chǔ)上揭示影響儲(chǔ)層酸敏性的主控因素，從而為油田增產(chǎn)上儲(chǔ)決策提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組具有多旋回、多層系、多套生儲(chǔ)蓋組合、多種能源共生等特點(diǎn)[9]。延長組碎屑巖屬于典型內(nèi)陸湖盆的沉積產(chǎn)物，在延長組沉積過程中，長8油層組沉積于盆地緩慢沉降的湖侵階段，盆地周邊發(fā)育典型的淺水三角洲沉積體系[10]，并發(fā)育大型巖性油藏，其原油主要來源于長7段及長8段烴源巖雙重貢獻(xiàn)[11]。目前，長8油層組是姬塬油田增儲(chǔ)上產(chǎn)速度最快、開發(fā)效果最好的主力油層之一。長8油層組可以劃分為長81和長82兩大油層組(表1)，其中長82油層組砂體厚度大，是目前研究的重點(diǎn)層位，特別是長82油層組底部砂體連片分布，是目前油氣開發(fā)的主力層位。

姬塬油田位于鄂爾多斯盆地中西部，區(qū)域構(gòu)造屬于伊陜斜坡，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，具東高西低的寬緩單斜構(gòu)造特征，平均坡度小于1°，每千米坡降6～7 m，多發(fā)育一系列小型的鼻狀隆起構(gòu)造[9,12]。本次研究范圍主要位于姬塬油田東部麻黃山一線以東，王盤山—樊學(xué)一線以西，北抵紅柳溝以南第五采油廠管護(hù)區(qū)邊界，南達(dá)劉峁塬第五采油廠管護(hù)區(qū)邊界附近，面積約為1 270 km2(圖1)。姬塬油田東部長82油層組物源區(qū)來自NE向[13]，沉積期為典型的淺水三角洲前緣沉積環(huán)境，沉積微相以水下分支河道、水下天然堤、支流間灣為主，河口壩不發(fā)育。沉積過程中，河口壩和遠(yuǎn)砂壩砂體容易被后期水下分支河道沖刷變薄，甚至消失殆盡[14]，其巖性主要以灰色、深灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖以及暗色泥巖為主。目前，長82油層組開發(fā)區(qū)主要位于研究區(qū)南部，油藏面積連片并且具有較高產(chǎn)能，是油田重點(diǎn)研究目標(biāo)區(qū)。

表1鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長8油層組地層
Tab.1StrataDivisionofChang-8Oil-bearingIntervalofUpperTriassicYanchangFormationinJiyuanAreaofOrdosBasin

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)范圍Fig.1 Structure Unit and the Study Area in Ordos Basin

2 樣品采集及測(cè)試方法

在鄂爾多斯盆地姬塬油田長82油層組共取芯24口井，采集328個(gè)樣品分別進(jìn)行了普通薄片、鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡以及X-射線衍射全巖及黏土測(cè)試分析。其中，全巖與小于2 μm部分的X-射線衍射分析在中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用設(shè)備為Bruker AXS公司生產(chǎn)的D8 Focus X-射線衍射儀，設(shè)置掃描角度(2θ)為4.5°～50.0°，步長為0.02°，每步時(shí)間為0.06 s，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5163—1995，精度誤差小于0.5%。

選取近物源區(qū)、遠(yuǎn)物源區(qū)及重點(diǎn)開發(fā)區(qū)長82油層組6口井巖芯，共計(jì)12個(gè)樣品進(jìn)行酸敏實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院分析實(shí)驗(yàn)中心完成，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為自主研發(fā)成巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5385—2002[15]，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置為30 ℃，地層水采用NaCl∶CaCl2∶MgCl2·6H2O為8∶1∶1的標(biāo)準(zhǔn)鹽水。對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品分別進(jìn)行酸前、酸后的物性測(cè)試分析。本次實(shí)驗(yàn)采用了鹽酸(15%HCl)以及土酸(12%HCl+3%FH)，并分別對(duì)研究區(qū)長82油層組進(jìn)行了酸敏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟以鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)為例(土酸酸敏實(shí)驗(yàn)亦比照進(jìn)行)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①將砂巖切制成直徑為2.5 cm、長度為2.5～5.0 cm的巖芯柱塞樣；②用已配置與地層水礦化度相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)鹽水(NaCl、CaCl2、MgCl2·6H2O)正向注入驅(qū)替測(cè)定酸前樣品滲透率，流速控制在低于0.5 mL·min-1[16]；③配置酸液，將15% HCl加入1%緩蝕劑備用；④將樣品反向注入0.5～1.0倍孔隙體積分?jǐn)?shù)的15% HCl，并收集流出液，靜置反應(yīng)2 h；⑤正向注入地層水，排除殘液，同時(shí)測(cè)定巖芯注酸后的滲透率，當(dāng)流量穩(wěn)定時(shí)停止。實(shí)驗(yàn)完畢后，結(jié)合酸敏指數(shù)(Ia)對(duì)巖樣酸敏性進(jìn)行評(píng)價(jià)(表2)[7]。酸敏指數(shù)表達(dá)式為

Ia=(Kf-Ki)/Kf

(1)

式中：Kf為注酸處理之前用與地層水相同礦化度的KCl測(cè)得的滲透率；Ki為注酸處理之后用與地層水相同礦化度的KCl測(cè)得的最小滲透率。

3 區(qū)域儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長82油層組砂巖的主要骨架碎屑成分為長石、石英和巖屑，巖石類型為巖屑質(zhì)長石砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖[8]。石英以單晶石英為主，偶見多晶石英，含量(體積分?jǐn)?shù)，下同)在16.00%～46.00%之間，平均值為28.55%；長石含量在12.00%～45.00%之間，主要集中在25.00%～40.00%，平均值為31.25%，長石的蝕變作用較為普遍，以鉀長石高嶺石化為最常見的蝕變現(xiàn)象；巖屑含量在20.00%～35.00%之間，平均值為28.32%，巖屑中以高含量的中基性火山巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為特征；填隙物平均含量為18.30%，其中綠泥石和方解石/鐵方解石含量分別占總填隙物含量的31.20% 和36.80%，其他填隙物含量較少。儲(chǔ)層孔隙類型主要為粒間孔和粒內(nèi)溶蝕孔，平均孔隙度為9.6%，平均滲透率為0.78×10-3μm2。目前，國際上關(guān)于致密砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)最為一致的滲透率界定為原地滲透率小于0.1×10-3μm2，但是中國使用的滲透率通常是在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)或者模擬地下條件下測(cè)定的滲透率，與原地滲透率相差較大，后者的0.1×10-3μm2相當(dāng)于前者的(0.5～1.0)×10-3μm2[17-19]。因此，姬塬地區(qū)長82油層組砂巖儲(chǔ)層應(yīng)屬于致密砂巖儲(chǔ)層范疇。

表2 酸敏性與酸敏指數(shù)的關(guān)系Tab.2 Relationship Between Acid Sensitivity andAcid Sensitivity Index

3.2 儲(chǔ)層酸敏礦物特征

3.2.1 黏土礦物

基于X-射線衍射分析以及掃描電鏡的測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)，姬塬油田東部長82油層組黏土礦物主要有綠泥石、伊利石、伊蒙混層、高嶺石等。在黏土礦物中，綠泥石和伊利石含量相對(duì)最多，分別為43.0%和25.8%；伊蒙混層及高嶺石含量較低，分別為16.4%和10.5%；蒙皂石含量較小，為4.3%。

綠泥石在酸作用下極易發(fā)生反應(yīng)，因此，黏土礦物的酸敏性問題主要是由綠泥石引起的[6]。掃描電鏡分析表明：姬塬油田東部長82油層組中的綠泥石主要為片狀、針葉狀集合體和絨球狀集合體，其中針葉狀多呈櫛殼狀附著于顆粒表面[圖2(a)]，而絨球狀多充填于孔隙中[圖2(b)]，對(duì)儲(chǔ)層物性影響最大，使?jié)B透率降低；同時(shí)，在鏡下可見伊利石片狀集合體呈櫛殼狀附著于顆粒表面，或者呈絲帶或發(fā)絲狀沿顆粒表面向孔隙與喉道處伸展[圖2(e)]。在發(fā)育過程中，絲狀伊利石可能會(huì)進(jìn)一步分散，當(dāng)外來流體進(jìn)入時(shí)造成伊利石微粒運(yùn)移，進(jìn)而堵塞孔道，伊蒙混層主要呈膜狀附著在顆粒表面[圖2(c)]。高嶺石多充填于巖石孔隙中，在掃描電鏡下可見高嶺石書頁狀集合體，但多數(shù)單晶因后期溶蝕而變得晶形不完整[圖2(d)]。蒙皂石在鏡下較為少見[圖2(f)]，可能在成巖過程中大部分蒙皂石轉(zhuǎn)化成了伊利石[20]。

3.2.2 碳酸鹽礦物

鏡下薄片觀察及X-射線衍射全巖分析表明，碳酸鹽膠結(jié)物是姬塬油田東部長82油層組重要的膠結(jié)物類型(圖3)。樣品分析表明，方解石的平均含量為42.6%，鐵方解石為50.2%，白云石及菱鐵礦等為8.7%，碳酸鹽膠結(jié)物多以充填孔隙的形式出現(xiàn)，部分長石溶蝕被方解石/鐵方解石交代[圖3(c)]。鏡下觀察碳酸鹽膠結(jié)物在晶形和成分上有較大差別，這主要是由于在成巖過程中受控于成巖流體成分、pH值、氧化還原電位等條件參數(shù)[21]。碳酸鹽膠結(jié)物的酸敏性主要是由于方解石類物質(zhì)與外界一定流體(如土酸)發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀、絮凝產(chǎn)物(如CaF2沉淀物)，從而阻塞孔隙喉道，降低儲(chǔ)層滲透性，使儲(chǔ)層物性變差。因此，開展對(duì)研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物的特征及分布研究對(duì)于油氣開采極為重要。

4 酸敏實(shí)驗(yàn)特征及結(jié)果分析

儲(chǔ)層酸敏性是指酸液進(jìn)入地層后與地層中的酸敏礦物(如綠泥石、方解石等)及地層流體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出微粒使地層滲透率下降的程度[8,16]。研究儲(chǔ)層酸敏性的實(shí)驗(yàn)包括酸液實(shí)驗(yàn)、浸氣實(shí)驗(yàn)和流動(dòng)酸敏實(shí)驗(yàn)，其目的在于檢驗(yàn)巖樣與處理地層用的酸(如鹽酸、土酸)是否對(duì)地層造成損害及損害程度，以尋求有效的酸化處理方法，從而提高油氣采收率。本次著重采用酸液-流動(dòng)酸敏實(shí)驗(yàn)來研究姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏特征及作用機(jī)理。

4.1 儲(chǔ)層物性變化特征

對(duì)研究區(qū)長82油層組取樣巖芯做酸敏實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)前后樣品儲(chǔ)層物性變化較大，儲(chǔ)層酸敏性礦物發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)(表2)。首先采用鹽酸(15%HCl)實(shí)驗(yàn)，以D237-67井4塊巖芯樣品實(shí)驗(yàn)為例，鹽酸酸敏反應(yīng)前孔隙度為6.8%～14.7%，反應(yīng)后孔隙度為8.9%～14.5%，然而其中大孔隙樣品(如樣品S4-1、S5-1)均呈現(xiàn)出減孔特征(圖4、表3)。而地層水滲透率由反應(yīng)前的(0.000 01～3.834 00)×10-3μm2改善為(0.078 90～12.119 00)×10-3μm2，滲透率改善效果明顯，酸敏性表現(xiàn)為改善型—無酸敏型(表3)。

圖3 長82油層組鏡下碳酸鹽膠結(jié)物類型及特征Fig.3 Types and Characteristics of Carbonate Cements in Chang-82 Oil-bearing Interval

圖4 D237-67井樣品鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)物性特征Fig.4 Characteristics of Physical Properties of Samples from Well D237-67 in Hydrochloric Acid Sensitivity Experiment

在對(duì)D237-67井巖芯樣品進(jìn)行土酸(12%HCl+3%HF)實(shí)驗(yàn)后測(cè)得樣品物性大部分出現(xiàn)孔滲變差現(xiàn)象(圖5)，孔隙度由反應(yīng)前的7.5%～14.9%變?yōu)榉磻?yīng)后的8.3%～14.7%。部分大孔隙樣品同樣呈現(xiàn)出減孔特征，地層水滲透率由反應(yīng)前的(0.003 1～1.345 0)×10-3μm2變化為反應(yīng)后的(0.032 5～1.243 0)×10-3μm2，酸敏性表現(xiàn)為改善型—弱酸敏型(表3)。

通過對(duì)研究區(qū)長82油層組12個(gè)巖芯樣品進(jìn)行酸敏性分析，結(jié)果表明：姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性主要以改善型—弱酸敏型為主(圖6、表2)；鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)中，儲(chǔ)層改善率為83.34%，無酸敏率和弱酸敏率均為8.33%；土酸酸敏實(shí)驗(yàn)中，儲(chǔ)層改善率為41.67%，無酸敏率和弱酸敏率分別為16.67%和41.66%。同時(shí)，在酸敏實(shí)驗(yàn)中，鹽酸對(duì)儲(chǔ)層物性的改善程度明顯好于土酸，因此，研究區(qū)長82油層組經(jīng)鹽酸酸化處理能較好地提高儲(chǔ)層物性，進(jìn)而提高油氣采收率。

4.2 酸敏特征分析

姬塬油田東部長82油層組以綠泥石、方解石/鐵方解石膠結(jié)為主。酸敏實(shí)驗(yàn)分析表明，鹽酸和土酸對(duì)同一儲(chǔ)層具有不同的酸敏表征，其中D237-67井樣品S6在鹽酸酸敏反應(yīng)中為改善型，但是在土酸反應(yīng)中表現(xiàn)為弱酸敏型。X-射線衍射、掃描電鏡分析表明，樣品S6鈣質(zhì)膠結(jié)較為明顯，巖石礦物組分為綠泥石(含量為6.6%)、石英(35.1%)、長石(44.7%)和方解石(13.3%) [圖3(g)～(i)]。樣品S6方解石含量較高，綠泥石含量相對(duì)較低。在鹽酸和土酸反應(yīng)過后，排驅(qū)壓力由反應(yīng)前的3.357 6 MPa，分別減小到反應(yīng)后的0.735 5 MPa和1.619 6 MPa；最大進(jìn)汞飽和度由反應(yīng)前的74.72%，分別轉(zhuǎn)變?yōu)?8.93%和70.52%。在鹽酸酸敏反應(yīng)中，方解石被大部分溶解，孔隙空間增加明顯，儲(chǔ)層物性得到改善，最大進(jìn)汞飽和度得以提高，酸敏性表現(xiàn)為改善型；土酸酸敏實(shí)驗(yàn)中，樣品S6中的方解石、綠泥石與土酸中的鹽酸成分發(fā)生溶蝕，導(dǎo)致排驅(qū)壓力下降，孔喉半徑總體增大，但隨后土酸中的HF與方解石/鐵方解石反應(yīng)生成的CaF2沉淀及部分凝膠體阻塞了部分孔隙喉道，導(dǎo)致樣品內(nèi)部滲透率下降，從而使最大進(jìn)汞飽和度減小，酸敏性表現(xiàn)為弱酸敏型[圖7(a)]。

表3 長82油層組酸敏實(shí)驗(yàn)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Results of Acid Sensitivity Evaluation of Reservoir in Chang-82 Oil-bearing Interval

圖5 D237-67井樣品土酸酸敏實(shí)驗(yàn)物性特征Fig.5 Characteristics of Physical Properties of Samples from Well D237-67 in Mud Acid Sensitivity Experiment

圖6 長82油層組酸敏類型統(tǒng)計(jì)Fig.6 Statistics of Acid Sensitivity Types in Chang-82 Oil-bearing Interval

圖7 酸敏反應(yīng)毛管壓力-進(jìn)汞量關(guān)系Fig.7 Relationships Between Capillary Pressure and Mercury Content in Acid Sensitivity Reaction

相比較而言，D225-82井樣品S9在兩組實(shí)驗(yàn)中儲(chǔ)層物性均得以改善，且以鹽酸改善程度高(鹽酸酸敏指數(shù)為-1.27)。樣品S9巖石礦物組分為綠泥石(含量為12.2%)、石英(37.8%)、長石(37.9%)、方解石/鐵方解石(10.8%)和黏土(含量稍高于方解石)[圖3(j)～(l)]。樣品S9經(jīng)過鹽酸、土酸酸敏反應(yīng)過后，排驅(qū)壓力由初始的2.133 7 MPa，分別減小到1.045 4 MPa和1.644 3 MPa，最大進(jìn)汞飽和度由反應(yīng)前的71.20%，分別提高到79.16%和78.62%，鹽酸較土酸對(duì)儲(chǔ)層物性的改善略好 [圖7(b)]。在鹽酸酸敏反應(yīng)中，方解石/鐵方解石發(fā)生溶蝕，是儲(chǔ)層物性得以改善的最直接原因。雖然樣品中綠泥石部分溶解釋放出一定量的Fe2+，后經(jīng)氧化生成部分Fe(OH)3沉淀物阻塞孔隙喉道，但方解石溶蝕增孔效率大于綠泥石減孔效率，因此，敏感性整體表現(xiàn)為改善型；土酸酸敏反應(yīng)中，由于土酸中的HF與方解石/鐵方解石反應(yīng)生成了CaF2沉淀物，對(duì)于巖芯孔隙喉道具有直接的阻塞作用。由于土酸中的鹽酸成分對(duì)鈣質(zhì)膠結(jié)物及綠泥石成分進(jìn)行溶解反應(yīng)增生部分孔隙，并且喉道中的自生石英被HF所溶蝕，又?jǐn)U大了樣品的孔隙喉道，總體上減緩了所生成的CaF2沉淀物對(duì)孔隙喉道的阻塞效應(yīng)，總體表現(xiàn)為改善型。這表明方解石/鐵方解石含量在儲(chǔ)層酸敏實(shí)驗(yàn)中占主導(dǎo)作用，對(duì)儲(chǔ)層物性影響最大。

利用ICP-AES測(cè)試儀對(duì)浸泡2 d后的所有酸敏實(shí)驗(yàn)樣品的鹽酸反應(yīng)后殘液進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溶液中均出現(xiàn)了大量的Ca2+和一定量的Fe2+及少量Fe(OH)3沉淀物，這表明在實(shí)驗(yàn)中鈣質(zhì)膠結(jié)物以及綠泥石發(fā)生了溶解。綜上所述，雖然實(shí)驗(yàn)過程中生成的部分Fe(OH)3沉淀物對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大，但是只要一定量的鈣質(zhì)膠結(jié)物溶解，就可以補(bǔ)償Fe(OH)3沉淀物對(duì)樣品滲透率的影響，整體上使樣品物性得以改善。部分原始大孔隙樣品在鹽酸、土酸實(shí)驗(yàn)中，孔隙度有所減小[圖4(a)、圖5(a)、表2]，主要是孔隙表面內(nèi)襯針葉狀綠泥石反應(yīng)過程中發(fā)生崩落阻塞了孔隙所致[圖2(a)]。同時(shí)，反應(yīng)過程中生成的CaF2沉淀物對(duì)樣品孔隙喉道的影響最為直接，因此，碳酸鹽膠結(jié)物是姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性直接影響因素，在方解石/鐵方解石高含量分布區(qū)用鹽酸酸化作業(yè)效果較好。

5 儲(chǔ)層酸敏礦物主控因素

基于酸敏實(shí)驗(yàn)分析，姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性主要受綠泥石、方解石/鐵方解石含量的控制。通過對(duì)沉積物源、沉積微相以及主要成巖作用的分析，探討綠泥石膠結(jié)物及方解石/鐵方解石膠結(jié)物的形成、分布特征等，進(jìn)而分析影響研究區(qū)儲(chǔ)層酸敏性的主控因素。

5.1 沉積物源

姬塬地區(qū)長82沉積期物源主要來自NE向的陰山古陸和NW向的阿拉善古陸，而姬塬地區(qū)東部則以NE向物源為主[13,22]。姬塬地區(qū)早期火山活動(dòng)較為強(qiáng)烈，噴出了富含鈣的大量基性噴出巖和堿性噴出巖，而長8沉積期碎屑物主要來自火山弧物源區(qū)[23]。薄片鑒定和X-射線衍射分析表明，研究區(qū)以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，在火山巖巖屑含量富集區(qū)，綠泥石含量相對(duì)較高(圖8)，這是由于火山巖巖屑中的黑云母、角閃石等在成巖作用階段會(huì)發(fā)生蝕變，為綠泥石形成提供了大量的鐵、鎂離子等[24-25]，從而造成綠泥石的發(fā)育。同時(shí)，在長石高含量區(qū)，碳酸鹽巖膠結(jié)物含量相對(duì)較高(圖9)，且薄片觀察可見未被鐵方解石完全膠結(jié)的溶蝕長石[圖4(c)]，表明長石溶蝕先于碳酸鹽巖膠結(jié)物沉淀，且為碳酸鹽巖膠結(jié)物形成提供了重要的物質(zhì)Ca2+。鈣長石溶解方程式為[26]

CaAlSi2O8(鈣長石)+2H++H2O→ Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+Ca2+

(1)

圖8 火山巖巖屑含量與綠泥石含量關(guān)系Fig.8 Relationship Between Contents of Volcanic Fragment and Chlorite

圖9 長石含量與碳酸鹽膠結(jié)物含量關(guān)系Fig.9 Relationship Between Contents of Feldspar and Carbonate Cements

5.2 沉積微相

姬塬油田東部長82沉積期主要發(fā)育淺水三角洲前緣水下分支河道微相、水下天然堤微相以及支流間灣微相，河口壩欠發(fā)育(圖10)。不同沉積相帶或沉積微相的沉積環(huán)境存在較大差異，在水動(dòng)力較強(qiáng)區(qū)域碎屑顆粒的分選性和磨圓度較好，粒度較粗，原始粒間孔隙較為發(fā)育[27]，可以為后期酸敏礦物提供一定的賦存空間。

巖芯觀察發(fā)現(xiàn)，縱向上伴隨著沉積相帶的變化往往呈現(xiàn)出在砂泥巖分界面極易形成鈣質(zhì)膠結(jié)物的現(xiàn)象。長82油層組鈣質(zhì)膠結(jié)主要是泥頁巖層中的黏土礦物(如蒙皂石)在沉積初期堿性孔隙流體作用下發(fā)生了伊利石化，進(jìn)而生成綠泥石，同時(shí)為碳酸鹽巖膠結(jié)物的形成提供了Ca2+、Mg2+等物質(zhì)基礎(chǔ)。其涉及的化學(xué)反應(yīng)為[28]

4.5K++8Al3++蒙皂石→伊利石+Na++ 2Ca2++2.5Fe3++2Mg2++3Si4+

(2)

結(jié)合取樣點(diǎn)、鏡下觀察及樣品X-射線衍射分析表明，水下分支河道是酸敏礦物發(fā)育的主要場所，且近物源區(qū)黏土質(zhì)膠結(jié)物(以綠泥石為主)含量較高，遠(yuǎn)物源區(qū)鈣質(zhì)膠結(jié)物(以方解石/鐵方解石為主)含量相對(duì)較高(圖10)。因此，沉積微相直接或者間接地控制膠結(jié)物的形成、分布及含量，進(jìn)而影響儲(chǔ)層酸敏性。

5.3 成巖作用

成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大，特別是沉積物在沉積后經(jīng)歷地層溫度、壓力及pH值的變化導(dǎo)致地下成巖流體組分發(fā)生變化，從而造成部分礦物溶蝕以及酸敏礦物的生成，對(duì)儲(chǔ)層物性影響最大。在酸化作業(yè)過程中，酸化產(chǎn)物產(chǎn)生的微粒難以有效排出是形成儲(chǔ)層酸敏性的直接原因[10]。在成巖過程中，成巖流體演化伴隨著溶蝕作用、交代作用，直接影響酸敏礦物的形成、類型與分布。

圖10 長82油層組沉積微相及酸敏礦物分布特征Fig.10 Distribution of Sedimentary Microfacies and Acid Sensitivity Mineral in Chang-82 Oil-bearing Interval

圖11 長82油層組儲(chǔ)層巖石礦物顯微照片F(xiàn)ig.11 Micrographs of Rock Mineral in Chang-82 Oil-bearing Interval

5.3.1 溶蝕作用

研究區(qū)礦物溶蝕作用現(xiàn)象普遍, 部分長石在強(qiáng)烈溶蝕作用下呈殘骸狀。薄片觀察分析可見基性火山巖巖屑，其次為變質(zhì)巖巖屑[圖11(a)～(c)、(f)]。部分未被膠結(jié)物充填的溶蝕孔隙表明其在碳酸鹽膠結(jié)物大量形成前已發(fā)生溶蝕。在成巖早期弱堿性孔隙流體作用下，部分鉀長石發(fā)生溶蝕，進(jìn)而生成綠泥石及石英[29]，亦是儲(chǔ)層酸敏礦物形成的重要來源。在掃描電鏡觀察中可見自生的綠泥石和石英[圖11(g)]是這一物質(zhì)轉(zhuǎn)換的有力證據(jù)。在鉀長石、鈣長石等溶解及蒙皂石轉(zhuǎn)化過程中，釋放出的大量Ca2+、K+、Fe2+、Mg2+等離子對(duì)黏土質(zhì)及碳酸鹽巖類膠結(jié)物的形成提供了充足的物質(zhì)來源。同時(shí)，形成的次生孔隙也是綠泥石、方解石/鐵方解石等膠結(jié)物發(fā)育的重要場所。溶蝕作用伴隨著酸敏礦物的生成與再分布，對(duì)其他成巖作用具有重要影響。

5.3.2 有機(jī)質(zhì)熱解-脫羧作用

在淺埋藏成巖環(huán)境，砂泥巖界面區(qū)域過飽和的堿性流體是早期泥晶、微晶方解石膠結(jié)物[圖11(j)]形成的直接原因。伴隨著埋深增大，地層溫度升高以及壓力、pH值增大，有機(jī)質(zhì)熱演化強(qiáng)度增強(qiáng)，釋放出的有機(jī)酸及一定量CO2使孔隙流體的酸性增強(qiáng)，部分綠泥石、長石以及早期形成的方解石發(fā)生溶蝕，導(dǎo)致孔隙流體中出現(xiàn)大量Fe2+、Ca2+和Mg2+等。在壓實(shí)作用下，部分原先在顆粒表面吸附的極細(xì)黏土微粒受到富Fe2+和Mg2+孔隙流體的介入，形成了初始的自生綠泥石包膜[圖11(h)]。伴隨著孔隙流體繼續(xù)介入，綠泥石繼續(xù)發(fā)育，形成針葉狀綠泥石，并且可在孔隙間形成方解石晶體[圖11(i)]。在成巖作用中后期，當(dāng)高成熟階段有機(jī)質(zhì)熱演化生成的CO2分壓降低時(shí)，這些Fe2+和Mg2+進(jìn)入到方解石晶格中，從而形成鐵方解石[27]。在成巖作用后期，伴隨著地層溫度和壓力繼續(xù)增大，部分有機(jī)酸發(fā)生脫羧作用生成了大量的CO2。紀(jì)友亮等認(rèn)為后期形成的鐵方解石沒有被溶解的原因是高成熟有機(jī)質(zhì)釋放大量CO2，從而使碳酸鹽巖溶解進(jìn)行逆反應(yīng)，造成了晚期鐵方解石不易被溶解。其化學(xué)反應(yīng)為[30]

2H++CaCO3?Ca2++H2CO3?Ca2++

H2O+CO2

除此之外，隨著熱成熟反應(yīng)的進(jìn)行，釋放的有機(jī)酸和CO2含量會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙流體壓力及酸度減小[31-33]，同時(shí)又由于孔隙中發(fā)育的綠泥石膠結(jié)物在一定程度上阻礙了酸性流體對(duì)鐵方解石的溶解，造成研究區(qū)鐵方解石較為發(fā)育。

5.3.3 交代作用

交代作用是姬塬油田東部長82油層組酸敏礦物形成的重要成巖類型，碎屑顆粒、長石等被綠泥石、硅質(zhì)、鐵方解石等交代[圖3(c)和圖11(e)、(f)]。交代作用對(duì)儲(chǔ)層在成巖作用過程中孔隙演化具有一定影響[34]，但由于交代作用只是礦物之間的轉(zhuǎn)化，所以對(duì)儲(chǔ)層孔隙空間變化影響較小。交代作用為酸敏礦物提供了生長發(fā)育的場所，是儲(chǔ)層成巖中后期重要的成巖作用類型，特別是鐵方解石交代長石是儲(chǔ)層致密及酸敏性的重要原因。

5.4 小 結(jié)

綜上所述，儲(chǔ)層酸敏性受沉積物源、沉積微相以及成巖作用的共同影響。沉積物源控制了研究區(qū)儲(chǔ)層酸敏礦物形成的物質(zhì)基礎(chǔ)；沉積微相控制了酸敏礦物的分布；成巖作用過程中，溶蝕作用、有機(jī)質(zhì)熱解-脫羧作用及交代作用相互伴生，共同影響著酸敏礦物的類型及賦存狀態(tài)。

6 結(jié) 語

(1)鄂爾多斯盆地姬塬油田東部長82油層組儲(chǔ)層酸敏性以改善型—弱酸敏型為主。主要的酸敏礦物為綠泥石和方解石/鐵方解石，在酸敏實(shí)驗(yàn)過程中，部分綠泥石發(fā)生溶蝕作用，生成的部分Fe(OH)3沉淀阻塞孔徑，但是鈣質(zhì)膠結(jié)物的溶解補(bǔ)償了Fe(OH)3沉淀及凝膠體對(duì)樣品物性的影響，鈣質(zhì)膠結(jié)物發(fā)生溶解對(duì)儲(chǔ)層物性起到了直接的改善作用。

(2)在酸敏實(shí)驗(yàn)中，原始大孔隙的致密砂巖樣品中出現(xiàn)減孔現(xiàn)象，主要是綠泥石包膜及針葉狀晶體的溶解、崩落后所致。鈣質(zhì)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層酸敏性影響最為有效，在碳酸鹽膠結(jié)物富集區(qū)，CaF2沉淀是儲(chǔ)層物性變差的直接因素，總體呈現(xiàn)出鹽酸對(duì)儲(chǔ)層的改善程度要好于土酸。

(3)水下分支河道微相是酸敏礦物發(fā)育的有效場所，研究區(qū)長82油層組呈現(xiàn)出近物源區(qū)綠泥石膠結(jié)物含量較高、遠(yuǎn)物源區(qū)方解石類膠結(jié)物含量相對(duì)較高分布特征。在火山巖巖屑含量富集區(qū)，綠泥石含量相對(duì)較高；在長石高含量區(qū)，碳酸鹽巖膠結(jié)物含量相對(duì)較高。

(4)酸敏礦物的含量、類型、分布受沉積物源、沉積微相以及成巖作用等控制，特別是有機(jī)質(zhì)熱解-脫羧作用在成巖過程中與溶蝕作用、交代作用相伴生，對(duì)酸敏礦物的形成、類型及賦存狀態(tài)具有重要影響。

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AcidSensitivityCharacteristicsofReservoirandMainControllingFactorsofChang-82Oil-bearingIntervalinEasternJiyuanOilfieldofOrdosBasin,China

MAO Shu-wei1,2, JIAO Tao3, XIONG Tao3, QIN Zhi3, GAO Yin-shan3, BAO Zhi-dong1,2, ZHENG Xi3, LI Jun-jian3, SONG Jian1,2, HE Ling-yuan1,2, QIN Qin1,2

(1. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. No.5 Oil Production, Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi’an 710021, Shaanxi, China)

Based on XRD, SEM, slice image and acid sensitivity experiment, the acid sensitivity of reservoir of Chang-82oil-bearing interval in the eastern Jiyuan oilfield of Ordos Basin was analyzed. The results show that the acid sensitivity of reservoir of Chang-82oil-bearing interval is dominated with amendment-weak sensitivity; clay and calcareous cements of reservoir are serious, the heterogeneity is strong, and the main acid sensitivity minerals are chlorites and calcite minerals; the relative large porosities of some samples are reduced by the spallation of partial coniferous chlorite and chlorite film, which blocks the porosities and throats in the acid sensitivity experiment; meanwhile, the effects of the precipitation of ferric hydroxide (Fe(OH)3) and gel on the reservoir physical properties are limited, and the corrosion of calcareous cement compensates the negative effects on reservoir; whereas, the calcium fluoride (CaF2) is the direct factor to the damage of physical properties in acid sensitivity experiment, indicating that the hydrochloric acid is more suitable for the reservoir improvement than mud acid; the underwater distributary channel is the suitable place for the development of acid mineral, including that the chlorite and calcite/ferrocalcite, and the chlorites cement with high content distribute well near the provenance, while the distribution of a relative high content of calcites/ferrocalcites is far away from provenance; the contents, types, and distribution of acid mineral are controlled by sedimentary provenance, sedimentary microfacies and diagenesis, especially the thermolysis and decarboxylation of organic material in Chang-82oil-bearing interval occur along with the dissolution and metasomatism during the diagenetic stage, having an important influence on the formation, types and the existence condition of acid mineral.

acid sensitivity mineral; pore characteristic; main controlling factor; diagenesis; Chang-82oil-bearing interval; Jiyuan oilfield; Ordos Basin

P618.130.2；TE122

A

2017-08-08

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05004-004)

茆書巍(1986-)，男，安徽巢湖人，理學(xué)博士研究生，E-mail:maow100@163.com。

鮑志東(1964-)，男，安徽巢湖人，教授，博士研究生導(dǎo)師，理學(xué)博士，E-mail:baozhd@cup.edu.cn。

1672-6561(2017)05-0669-14