港西油田储层损害的潜在地质因素分析

2011-04-15郑秀才长江大学工程技术学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2011年13期

郑秀才（长江大学工程技术学院，湖北荆州434023）

港西油田位于黄骅坳陷中区北大港潜山二级构造带的西端，属被断层复杂化的背斜构造。东西长11km，宽3～5km，构造面积约55km2。构造呈东西向展布，东陡西缓，南北两翼比较对称。油田主体部分——背斜地轴部被平行于构造走向的2条主要断层所夹持（见图1）。

产油层主要为明化镇组下段和馆陶组，划分为6个油组，明化镇组下段自上而下为明Ⅰ、明Ⅱ和明Ⅲ油组，馆陶组自上而下为馆Ⅰ、馆Ⅱ和馆Ⅲ油组。含油井段最长可达100m。油层平面上在构造中部厚度大，边部变薄。主力油层发育在明Ⅱ、明Ⅲ油组中，单层平均有效厚度14.5m。为了解港西油田储层损害情况，根据X-射线衍射和扫描电镜等测试结果，对港西油田产油气储层的岩石学、孔隙类型和孔隙结构特征等进行研究，分析了港西油田储层损害的潜在地质因素。

图1 工区位置图

1 岩石学特征

1.1 砂岩的物质组分

港西油田储层的岩石类型主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，其颗粒组分含量55%～98%，平均含量89%左右。长石含量30%～60%，平均含量40% （钾长石平均含量21%，斜长石平均含量19%）；石英含量20%～60%，平均35%，以单品石英为主，单偏光镜下偶见石英具有次生加大现象。岩屑含量15%～71%，平均25%，以火成岩岩屑为主，占岩屑总量的70%，含少量的变质岩（2%）和沉积岩岩屑（5%）。沉积岩岩屑含量不高，仅占颗粒组分的5%，以泥岩（页岩）岩屑和碳酸盐岩碎屑为主，其分布非常普遍，对储层造成潜在损害。

填隙物包括泥质杂基和自生矿物，自生矿物主要由各类粘土矿物、碳酸盐胶结物和黄铁矿等组成。填隙物的含量变化较大，港188井平均含量2%，港189井平均含量7%，港196井平均含量21%，西检1井平均含量10%。填隙物组分及含量变化直接影响储层特性，导致储层的非均质性，且大部分填隙物是潜在的影响储层性质的敏感性矿物，是进行油层保护过程中必须考虑的一个重要因素[1-3]。

1.2 砂岩的结构特征

研究区内砂岩的颗粒的粒径分布范围较大，粗砂含量仅占0.01%，中砂含量6.76%，细砂含量63.62%，粉砂含量21.03%，粘土级含量8.58%。呈次棱角至次圆状，分选中等至较好，颗粒间为点接触，胶结类型主要为接触～孔隙式的胶结，可见少量基底-孔隙式胶结。

2 储层物性特征

2.1 储集空间类型及其主要特征

港西油田砂岩储层的储集空间类型以粒间孔为主，平均面孔率在16%以上，约占总面孔率的90%。从所分析样品的面孔率的分布看（见表1），不同井区、不同层位的储层石岩面孔率有一定的差别，面孔率的变化范围在9%～30%之间。

表1 港西油田砂岩储层储集空间类型及其特征

2.2 孔隙结构特征

1）喉道类型及其特征港西油田砂岩储层喉道类型及其特征的具体内容如下：①缩颈喉道，即孔隙的缩小部分形成的喉道，喉道一般较粗，多大于5μm，个别可达100μm，喉道宽度一般5～50μm，有时沿颗粒表面生长的方解石等可使喉道部分或全部堵塞。②片状或弯片状喉道。该类喉道呈片状，喉道一般长远大于宽，主要是岩石的压实和胶结作用形成的喉道，偶而见有颗粒破碎所成的长而窄的片状缝形成的片状或弯片状喉道。③点状喉道。该类喉道分布于颗粒之间将接触处，其形态呈短而窄的点状。④管束状喉道。该类喉道较为常见，常和其他类型的喉道共同存在岩石之中，其形成的原因是当杂基和胶结物含量较高时，原生的粒间孔隙有可能完全被堵死，导致交叉分布于杂基和胶结物中的许多微孔隙形成通道。

2）孔隙和喉道的组合类型岩石的储集性能主要受储集空间类型及其大小、分布、几何形态和孔隙充填程度的控制，而岩石的渗透性则受喉道的几何形态、大小、分布及喉道与孔隙的组合类型和连通情况的控制[4-5]。该研究区内储层为中孔中喉-中孔细喉型组合类型。毛管压力曲线一般为左凸，排驱压力0.04～0.06MPa，压力中值0.08～0.15MPa，孔隙半径中值9.0～5.0μm。

3 储层潜在地质损害

3.1 主要敏感性矿物

1）微晶石英该类矿物有2种产出状态：①绕颗粒生长的微晶石英，其不易从颗粒上脱落，故一般对地层造成损害甚微；②与粘土矿物和碳酸盐矿物等混生的微晶石英，其大小多在5～50μm，这类石英在酸化或混层粘土解体后，从与之混生的矿物中 “释放”出来，随流体运移，在运移的过程中使孔隙堵塞而损失储层渗透率。

2）黄铁矿该类矿物是研究区较为常见的储层敏感性矿物之一，有75%以上的样品检出黄铁矿，总体含量不高，但个别样品的含量可以达到8%。该类矿物呈粒状充填于孔隙之中，常与碳酸岩矿物共生，其对储层的潜在损害是微粒运移和Fe（OH）3沉淀的生成，因而应给予足够重视。

3）粘土矿物该类矿物具体包括如下类型：①高岭石。以孔隙充填的形式出现于岩石孔隙之中，常与伊蒙混层粘土矿物共生。其晶体轮廓清晰，厚度均匀，小于1μm，常见有高岭石晶间溶孔发育。其占粘土矿物含量的5%～79%，在电镜下呈蠕虫状集合体，大小为30～50μm，单片状厚度不超过1μm，长度约10μm。该类矿物对地层的潜在损害是微粒运移。②伊利石。其呈外形不规则的薄片状、鳞片状集合体，集合体呈不规则团颗粒，大小100～250μm，单体2.5～10μm，多以填隙状、塔桥状和粒表薄膜状出现，一般围绕颗粒表面或充填于颗粒孔隙之中，常与高岭石、伊蒙混层和碳酸盐矿物等混生。X射线衍射分析表明，伊利石含量0～20%，平均含量5%。该类矿物对地层的潜在损害是微粒运移和形成微孔进而导致高束缚水饱和度。③伊蒙混层（I／S）。约90%的样品含有该类矿物，平均含量超过40%。呈颗粒表面衬垫状产出，围绕颗粒表面包裹生长，常与高岭石、伊利石共生，集合体大小20～50μm，单体5～8μm。混层中的蒙脱石膨胀导致喉道的封堵，同时会导致混层粘土解体，而解体的粘土微粒的分散运移也会造成储层损害。

4）碳酸盐矿物该类矿物具体包括如下类型：①方解石。其含量为1%～5%，且分布普遍。一般呈微晶～细晶级，以粉晶级为主，常与细碎屑混杂充填于孔隙之中或颗粒之间，分布不均，可见以方解石为基底的 “基底-孔隙式”胶结。②白云石和铁白云石。白云石呈泥晶结构，铁白云石多呈半自形-自形细晶结构。铁白云石充填于空隙之中或者绕颗粒组分呈自生加大状生长，且见有铁白云石部分交代颗粒边缘的现象。

碳酸盐矿对储层的潜在损害主要表现如下：①酸化过程中，由于酸化时间过长形成的新生沉淀（如CaF2、CaCl2等）堵塞喉道。②酸化过程中，铁白云石和铁方解石的分解过程产生的Fe2＋在高pH值条件下形成Fe（OH）3的沉淀导致地层损害。碳酸盐矿物分布的最大特征是在不同井区、不同层位甚至不同样品的含量变化很大，从0%到35%不等，这不仅导致了储层的非均质性，也是造成不同井区、不同层位之间储层潜在损害存在差别，因而应对其给予足够重视。

3.2 储层潜在损害机理分析

1）酸化过程中的潜在损害主要包括新生沉淀物和脱落微粒2方面的可能损害。酸化过程中，储层中含有的绿泥石、方解石、白云石、铁白云石和黄铁矿等含铁矿物中的铁离子释放出来进入地层水，当系统中高氧、碱度增高时Fe3＋经过系列反应，可能形成Fe（OH）3沉淀物造成储层渗透能力的损失。

另外，大量与碳酸盐矿物混生的粘土、自生石英，黄铁矿等微粒，在酸化过程中由于碳酸盐矿物的溶解而松散脱离，这些微粒可被流体携带迁移，从而造成储层损害。

2）与地层水不配伍的流体造成的储层损害外来液体的矿化度低时引起伊蒙混层矿物中蒙脱石水化膨胀和膨胀诱导，从而使混层粘土解体，而解体的粘土微粒迁移导致喉道堵塞。从扫描电镜分析看，伊-蒙混层常呈粒表衬垫状产出，集合体大小在20～50μm，单体约5～8μm。衬垫伊／蒙混层的吸水膨胀易造成孔隙喉道的堵塞，而膨胀诱导使混层粘土解体产生的微粒运移也会造成储层渗透率降低损失[6]。此外，高碱度外来流体引起的地层水中产生部分化学沉淀物也会引起储层损害。

3）固体微体迁移对储层的损害伊利石、伊／蒙混层、高岭石、微晶石英、黄铁矿等固体微粒分布于孔隙内壁或充填于孔隙之中，上述矿物一般混生在一起，同时亦有碳酸盐矿物夹杂。伊利石集合体大小100～250μm，单体2.5～10μm；高岭石集合体大小50μm，单体1μm；石英一般在10～60μm。当迁移微粒的直径接近于孔隙的1／3到1／2时，微粒很容易形成堵塞[6]。扫描电镜观察证实，孔隙直径主要分布在75～5μm，因而固体微粒进入孔隙并使之堵塞的潜在危害极大。特别在地层酸化处理之后，与碳酸盐混生的固体微粒会因碳酸盐的溶解而散落，较大的石英微粒和较小的粘土矿物混杂在一起，在流体作用下，大的颗粒首先形成堵塞，较小粒径的微粒则充填间隙形成严重的致密堵塞带。这种微粒迁移可能会造成该研究区最大的储层损害。

此外，区内砂岩固结程度低，固体颗粒之间缺乏有效的胶结，在流体达到一定的流速时，骨架颗粒和填隙物可能会发生迁移，如果流速过大时会出现出砂现象，从而导致该研究区潜在的储层损害。