致密油藏儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)及主控因素研究

王曉雯

(1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871;2.北京大學(xué)，北京 100871)

0 引言

吳起油田位于鄂爾多斯盆地西部，橫跨伊陜斜坡和天環(huán)坳陷，屬于典型致密砂巖油藏。其中，長(zhǎng)6段油層組分布面積大、儲(chǔ)層厚、含油性好，為該區(qū)的主力油層組。但由于長(zhǎng)6段儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重，當(dāng)有外來(lái)流體侵入時(shí)，即使是微小影響也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害，導(dǎo)致注水開(kāi)發(fā)效果低下［1－4］。因此，需要在注水開(kāi)發(fā)或儲(chǔ)層改造前進(jìn)行敏感性分析。目前常規(guī)儲(chǔ)層敏感性分析方法較為籠統(tǒng)和簡(jiǎn)單，僅針對(duì)整段油層組進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，但在實(shí)際情況中，即使是同一段油層組內(nèi)不同部位的儲(chǔ)層，其孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物類型和含量的差異也會(huì)形成不同的儲(chǔ)層敏感性，若注水過(guò)程中使用同一種敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，將對(duì)開(kāi)發(fā)效果產(chǎn)生巨大影響［5－7］。因此，基于目標(biāo)儲(chǔ)層取心巖樣高壓壓汞實(shí)驗(yàn)，選取了9個(gè)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)作為特征參數(shù)，建立了目標(biāo)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)不同類型孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的代表巖心開(kāi)展儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，分別從速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏5個(gè)方面對(duì)儲(chǔ)層的敏感程度和影響因素進(jìn)行分析，為研究區(qū)注水開(kāi)發(fā)及儲(chǔ)層改造提供了依據(jù)。

1 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)長(zhǎng)6段的巖石類型主要為細(xì)－中粒長(zhǎng)石砂巖，碎屑成分占巖石總體的30%左右，主要為長(zhǎng)石、巖屑、石英。巖性以細(xì)砂為主，碎屑顆粒呈次棱—次圓狀，顆粒支撐以點(diǎn)接觸為主，其次為線接觸，砂巖平均粒徑為0.l～0.4 mm，成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度偏高，成巖作用較為強(qiáng)烈。

1.1 孔隙類型

長(zhǎng)6段儲(chǔ)層孔隙類型包括原生孔隙和次生孔隙，以原生孔隙為主。原生孔隙主要為剩余粒間原生孔隙，其形狀多為不規(guī)則狀、三角狀、多邊狀，孔隙直徑為0.01～0.25 mm;次生孔隙包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(圖1a)、巖屑溶孔(圖1b)及少量微裂縫(圖1c)，次生孔隙平均面孔率為3.4%，平均孔隙直徑為10～70 μm。粒間孔和長(zhǎng)石溶孔為目標(biāo)儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。

圖1 研究區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層孔隙類型Fig.1 The pore types of Chang6Reservoir in study area

1.2 黏土礦物特征

長(zhǎng)6段黏土礦物的平均含量為5.4%。黏土礦物類型主要以綠泥石為主，平均含量為42.2%;其次為高嶺石和伊利石，平均含量分別為31.3%和23.8%;伊蒙混層含量最少，平均含量?jī)H為13.1%。儲(chǔ)層中的綠泥石主要以填隙物充填于孔隙中(圖2a)，高嶺石主要以鱗片狀和蠕蟲(chóng)狀充填于顆粒間(圖2b)，伊利石主要以彎曲片狀附著在顆粒表面(圖2c)。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)6段黏土礦物Fig.2 The clay minerals of Chang6Reservoir in study area

1.3 孔隙結(jié)構(gòu)分類

對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層13口取心井56塊巖心樣品進(jìn)行高壓壓汞測(cè)試，選取孔隙度、滲透率、排驅(qū)壓力、中值壓力、分選系數(shù)、孔喉半徑、最大進(jìn)汞飽和度、孔喉組合和孔隙類型9個(gè)參數(shù)作為孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，應(yīng)用Q型聚類分析方法［8－9］建立了目標(biāo)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1，括號(hào)內(nèi)為平均值)，該分類評(píng)價(jià)方法考慮了各種孔隙和孔喉的大小與分布參數(shù)、儲(chǔ)層滲流參數(shù)，更有利于全方位綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)層優(yōu)劣。由表1可知:Ⅰ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)較好，主要發(fā)育于水下分流河道中心微相主體帶上，處于水動(dòng)力能力強(qiáng)、沉積厚度大的砂體中，巖性為中－細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。孔隙類型呈現(xiàn)出復(fù)合型孔隙網(wǎng)絡(luò)，由剩余原生粒間孔、次生粒間孔、溶蝕孔和微裂縫組成，具有中孔、中細(xì)喉組合特征，孔喉間連通性好。Ⅱ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)一般，主要發(fā)育于分流河道邊緣主體帶上，巖性為微－細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖?？紫额愋椭饕ㄊＳ嘣ｉg孔、次生粒間孔和溶蝕孔，具有小孔、細(xì)喉型組合特征，孔喉間連通性一般。Ⅲ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)最差，主要發(fā)育于河道側(cè)翼和分流間灣微相中，巖性主要為細(xì)粉砂巖，且泥質(zhì)含量較高。該類儲(chǔ)層主要發(fā)育晶間孔和納米孔，孔喉間連通性差，儲(chǔ)層非常致密。

表1 研究區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The classification standard for pore structure of Chang6Reservoir in study area

2 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》［10］，對(duì)3類孔隙結(jié)構(gòu)的巖心開(kāi)展儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，分別從速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏5個(gè)方面進(jìn)行了敏感性評(píng)價(jià)。

2.1 速敏性

速敏性主要用于評(píng)價(jià)低滲透油藏的臨界注水速度。由巖心速敏分析結(jié)果(表2)可知:流速對(duì)3類儲(chǔ)層的影響相對(duì)較弱，Ⅰ類儲(chǔ)層的速敏損害率為7.39%～14.77%，屬于弱速敏性，最大臨界流速為19.23 m3/d;Ⅱ類儲(chǔ)層的速敏損害率為18.69%～31.63%，屬于中等偏弱—弱速敏性，最大臨界流速為27.67 m3/d;Ⅲ類儲(chǔ)層的速敏損害率為32.38%～37.55%，屬于中等偏弱速敏性，最大臨界流速為19.55 m3/d。因此，注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)以Ⅲ類儲(chǔ)層的最大臨界流速為日注水量的上限，即19.55 m3/d。此外，3類儲(chǔ)層雖同屬長(zhǎng)6段，但其敏感性具有一定差異，造成這種差異的原因除孔隙結(jié)構(gòu)和巖石類型外，黏土礦物類型和含量的影響作用不容忽視［11－14］。

表2 速敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of velocity sensitivity test

由于長(zhǎng)6段經(jīng)歷了較強(qiáng)的成巖作用，巖石致密、膠結(jié)程度普遍較強(qiáng)，因此，碎屑組分對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的速敏性影響相對(duì)較弱。對(duì)比不同類型孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的速敏損害率與黏土礦物含量關(guān)系(圖3)可知，速敏指數(shù)與黏土礦物相對(duì)含量具有較好的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。這主要是因?yàn)棰耦悆?chǔ)層中高嶺石和伊利石含量較低，且儲(chǔ)層物性和孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，在高流速作用下，高嶺石和伊利石破裂后的細(xì)小微粒不易堵塞大孔喉，對(duì)滲透率的影響相對(duì)較小，速敏指數(shù)較低;而Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層中黏土礦物含量較高，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，黏土礦物破裂后的微小顆粒易在孔喉處堆積，造成堵塞，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低。

圖3 速敏指數(shù)與黏土礦物含量關(guān)系Fig.3 The relation between velocity sensitivity index and clay mineral content

2.2 水敏性

水敏性主要用于評(píng)價(jià)注入水與儲(chǔ)層的配伍性。根據(jù)巖心水敏性分析結(jié)果(表3)可知:長(zhǎng)6段儲(chǔ)層中Ⅰ類和Ⅲ類儲(chǔ)層為弱水敏，其中，Ⅰ類儲(chǔ)層的水敏損害率為5.6%～24.5%，Ⅲ類儲(chǔ)層的水敏損害率為 6.8%～8.0%;Ⅱ類儲(chǔ)層的水敏損害率為32.4%～45.7%，屬于中等偏弱水敏，水敏程度高于其他2類儲(chǔ)層。

表3 長(zhǎng)6段儲(chǔ)層水敏性評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 The results of water sensitivity evaluation of Change6Oil－bearing Formation

伊利石與蒙脫石是2種典型的水敏性礦物，當(dāng)2種礦物與水作用時(shí)，其體積發(fā)生劇烈膨脹，高價(jià)陽(yáng)離子會(huì)與低價(jià)陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生水化［15－17］。而目標(biāo)儲(chǔ)層的伊利石主要以彎曲片狀為主，此類形狀的伊利石與水接觸的面積非常大，其吸水后體積膨脹更加嚴(yán)重，導(dǎo)致孔喉更易堵塞。

2.3 鹽敏性

鹽敏性主要評(píng)價(jià)不同礦化度的注入水對(duì)儲(chǔ)層黏土礦物的影響。實(shí)驗(yàn)所用地層水、稀釋50%地層水、稀釋25%地層水、去離子水的礦化度分別為50 000、25 000、12 500、0 mg/L。根據(jù)巖心鹽敏性分析結(jié)果(表4)可知:長(zhǎng)6段Ⅰ類儲(chǔ)層的臨界礦化度為5 000～2 5000 mg/L，Ⅱ類儲(chǔ)層的臨界礦化度為12 500～25 000 mg/L，Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層為中等偏弱鹽敏;Ⅲ類儲(chǔ)層的臨界礦化度為2 000～5 000 mg/L，屬于弱鹽敏，鹽敏程度低于其他2類儲(chǔ)層。

表4 長(zhǎng)6段油層組3類儲(chǔ)層鹽敏性Table 4 The salt sensitivity of 3 types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

圖4為注入水礦化度為12 500 mg/L時(shí)，注入水鹽敏損害率與黏土礦物含量的關(guān)系。由圖4可知，鹽敏損害率與黏土礦物的相對(duì)含量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。其中，Ⅱ類儲(chǔ)層的鹽敏損害率明顯高于其他2類儲(chǔ)層，主要因?yàn)棰蝾悆?chǔ)層中的伊蒙混層和高嶺石的含量較大，當(dāng)伊蒙混層與低礦化度流體接觸時(shí)易發(fā)生膨脹，高嶺石在儲(chǔ)層中含量超過(guò)40%時(shí)會(huì)發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)移，導(dǎo)致孔喉堵塞，對(duì)滲透率造成傷害。

圖4 鹽敏損害率與黏土礦物相對(duì)含量的關(guān)系Fig.4 The relation between damage rate of salt sensitivity and relative content of clay minerals

2.4 酸敏性

酸敏性用于評(píng)價(jià)酸化措施對(duì)儲(chǔ)層的影響。實(shí)驗(yàn)中所用酸液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，根據(jù)長(zhǎng)6段巖心酸敏性分析結(jié)果(表5)可知，3類儲(chǔ)層的酸敏程度存在較大差異:Ⅰ類儲(chǔ)層的酸敏損害率為52.8%～66.5%，屬于中等偏強(qiáng)酸敏性;Ⅱ類儲(chǔ)層的酸敏損害率為7.3%～12.7%，屬于弱酸敏性;Ⅲ類儲(chǔ)層的酸敏損害率為14.5%～31.4%，屬于中等偏弱—弱酸敏性。

表5 長(zhǎng)6段不同類型儲(chǔ)層酸敏性Table 5 The acid sensitivity of different types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

由圖5可知:Ⅰ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，但綠泥石含量超過(guò)了50%，注入的酸液易于與含鐵綠泥石發(fā)生反應(yīng)生成大量鐵的氫氧化物沉淀，造成孔喉堵塞;Ⅱ類和Ⅲ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較差，但碳酸鹽膠結(jié)物(方解石)含量較高，酸液與其發(fā)生溶蝕反應(yīng)后對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)能夠中和沉淀堵塞孔喉導(dǎo)致的滲透率損失。因此，Ⅱ類和Ⅲ類儲(chǔ)層的酸敏損害率偏小。

圖5 酸敏損害率與黏土礦物相對(duì)含量的關(guān)系Fig.5 The relation between damage rate of acid sensitivity and relative content of clay minerals

2.5 堿敏性

堿敏性主要用于評(píng)價(jià)堿性流體進(jìn)入儲(chǔ)層后對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。實(shí)驗(yàn)中所使用KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，根據(jù)巖心堿敏性分析結(jié)果(表6)可知:Ⅰ類儲(chǔ)層的堿敏損害率為28.8%～41.3%，屬于中等偏弱堿敏性;Ⅱ類儲(chǔ)層的堿敏損害率為2.8%～32.3%，屬于中等偏弱—弱堿敏性;Ⅲ類儲(chǔ)層的堿敏損害率為13.5%～21.4%，屬于弱堿敏性。Ⅰ類儲(chǔ)層的堿敏程度高于其他2類儲(chǔ)層。

表6 研究區(qū)長(zhǎng)6段不同類型儲(chǔ)層堿敏性Table 6 The alkaline sensitivity of different types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

圖6為堿敏指數(shù)與黏土礦物含量的關(guān)系。由圖6可知:堿敏指數(shù)與碎屑顆粒石英和高嶺石含量呈線性關(guān)系。此外，未發(fā)現(xiàn)堿敏損害率與其他黏土礦物相對(duì)含量具有相關(guān)性。在高pH值(pH＞9)堿液的作用下，儲(chǔ)層骨架顆粒中的石英和高嶺石能夠被溶解，生成膠體沉淀，造成儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使原本不易遷移的微粒在孔喉處聚集，導(dǎo)致滲透率下降［18］。Ⅰ類儲(chǔ)層中石英的相對(duì)含量明顯高于其他2類儲(chǔ)層，更容易產(chǎn)生膠體沉淀和硅酸。此外，Ⅰ類儲(chǔ)層中高嶺石含量為49.13%～63.52%，在一定流速作用下容易破裂脫落，并在高溫高pH值環(huán)境中與硅酸發(fā)生反應(yīng)形成蒙脫石，進(jìn)一步導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。因此，Ⅰ類儲(chǔ)層的堿敏指數(shù)高于其他2類儲(chǔ)層。

圖6 堿敏損害率與黏土礦物含量的關(guān)系Fig.6 The relation between damage rate of alkaline sensitivity and relative content of clay minerals

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)吳起油田長(zhǎng)6段Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)為較好—中等，在目標(biāo)儲(chǔ)層中占比較高;Ⅲ類儲(chǔ)層最為致密，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)差，開(kāi)發(fā)價(jià)值較低。

(2)吳起油田長(zhǎng)6段Ⅰ類儲(chǔ)層的敏感性相對(duì)較弱，Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層的敏感性相對(duì)較強(qiáng)，與其各自的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。在現(xiàn)場(chǎng)注水、酸化過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)注入水質(zhì)、壓差、酸液濃度的控制，尤其應(yīng)加強(qiáng)對(duì)Ⅱ類和Ⅲ類儲(chǔ)層的保護(hù)。

(3)3類儲(chǔ)層敏感性主要由全巖和黏土礦物組成以及孔隙結(jié)構(gòu)特征共同決定，并具有一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系?；诖?，在缺乏大量巖心敏感性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)資料的條件下，可以借助全巖和黏土含量資料，充分利用這些函數(shù)關(guān)系來(lái)確定各種敏感指數(shù)，從而快速地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的敏感性。