鄂尔多斯盆地东部上古生界储层敏感性实验研究

2013-09-05石小虎安文宏王少飞孙素芳

石油化工应用 2013年1期

石小虎，安文宏，王少飞，孙素芳

（1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021）

研究区位于鄂尔多斯盆地中央古隆起东侧的伊陕斜坡上，范围西起榆林，东至佳县-吴堡地区，北抵大堡当，南达子长-清涧地区，面积约30 000 km2。储层岩性以灰色岩屑砂岩为主，岩石成分成熟度变化大，结构成熟度较高，储层平均渗透率0.184 mD，平均孔隙度6.10%，为典型的低孔低渗储层。储层孔隙类型以石英加大后的残余粒间孔和纤维状绿泥石环边胶结后的原生粒间孔隙为主，微裂缝较发育，喉道类型以片状或弯曲的片状喉道为主,最大孔喉半径在0.404～6.14之间，平均1.67，中值孔喉半径平均0.267，孔喉较细小。地层水为高矿化度的氯化钙水型，平均总矿化度为178.8 mg/L。

1 储层敏感性实验分析

1.1 应力敏感性

应力敏感是指岩石渗透率随有效应力（或称净围压）的增加而下降的现象，应力敏感有双重意义:常规条件下储层物性与原地条件下物性测定值之间的差异；井下条件物性随有效应力变化而变化的特性[1]，有效应力的增加导致渗透率下降有两种方式:（1）岩石表面细小颗粒脱落堵塞孔隙；（2）压缩孔隙喉道及裂缝而使储层渗透率降低。

本次实验分析了14个样品，实验数据显示当有效应力从2 MPa增加至40 MPa时，储层渗透率损害率在82.6%～97.9%，平均为91.37%，储层应力敏感性强。

该区致密砂岩储层以片状喉道为主，喉道细小，喉道间接触面积宽而易于接触，且微裂缝较发育，故其应力敏感性较强，而岩石骨架颗粒在有效应力增加的情况下，在有效弹性范围内亦有变小的趋势，导致岩石渗透率下降，研究层段应力敏感性强弱与石英颗粒含量高低呈明显的负相关关系（见图1），石英颗粒含量越高，储层抗压作用越强，应力敏感性就越弱，此外，从粘土矿物微结构方面分析表明:扫描电镜下自然断面上可观察到的形态精致的粘土，岩石断面断开处恰是粘土断口接触点，伊利石丝缕状网状结构并不能充分抵抗应力的增加，可能会弯曲变形甚至断折，导致应力敏感性增加[2]。

1.2 水锁效应

当储层中存在两种不相混流体时，一种流体对另一种流体的渗流能力的影响，使其渗流能力降低，当这种流体是水时，称这种现象叫水锁。

在上古生界气层中，天然气与水对岩石表面的润湿性差异很大，若岩石中石英含量较高，储层的亲水性增强。由于润湿性差异引起了毛管力的不同作用，水作为润湿相极易占据小孔道以及分布在大孔道的颗粒周界附近，而作为非润湿相的气体只能占据大孔道的中间部分，水作为不连续相，分散状存在于气层中；加之上古气层孔径小，喉道窄，非均质性强，当气体通过被水占据的孔喉时，毛细管力成为阻力，降低了气体的渗流能力。

据28个样品实验结果，储层水锁效应渗透率伤害率最大为88.517%，最小为80.981%，平均值83.611%，储层水锁效应强。

1.2.1 水锁伤害程度与岩性关系水锁与岩性有关，喉道细，泥质含量高的储层，水锁伤害也越大（见图2、图3）。

1.2.2 水锁伤害程度与渗透率、孔隙度关系水锁的伤害程度与渗透率，呈负相关，相关系数为0.638 1，渗透率越大，伤害程度越小（见图4）。

1.2.3 储层原始含水饱和度与水锁的关系图5为储层原始含水饱和度与水锁伤害程度关系曲线。储层原始含水饱和度与水锁伤害程度呈负相关，相关系数为0.715 8。含水饱和度越高，水锁伤害程度越小。

1.3 速度敏感性

储层的速敏性是指外来流体流速过高，使那些非胶结或胶结不好的地层微粒运移沉积，堵塞储层的孔喉通道，研究储层的速敏性的目的在于了解储层的临界流速及储层中流体流动速度的变化与渗透率的关系，找出储层发生速敏的临界流速，并评价速敏程度。

本次实验选取25个样品储层速敏渗透率伤害率为37.32%～67.46%，平均49.44%，临界流速为1.14～12.68 m/d，平均6.83 m/d，为中度敏感性。

速敏程度与储层物性的相关性呈现为，渗透率、孔隙度越小，孔隙结构越差，速敏程度越高（见图6、图7），这是因为储层孔径小，喉道窄，地层中的微粒运移就越容易堵塞。从液体渗透率恢复程度看，渗透率恢复程度都比较低，一旦发生微粒运移，这些微粒在原有的流体速度下很难被排出。速敏的临界流速与孔隙度、渗透率有一定的关系，临界流速与渗透率的相关性较好，呈正相关，相关系数为0.826 1（见图8），与孔隙度的相关性不好，相关系数为0.639 0（见图9），但为上升趋势，意即气测渗透率、孔隙度越大，速敏的临界流速就越大。

速敏也受岩石组构的控制，通常储层泥质总量增加，或伊利石类粘土增高，速敏伤害率越高（见图10）。另外，孔隙结构中喉道半径对速敏也有影响（见图11），小喉道易被迁移的微粒堵塞。

1.4 水敏感性

储层中的粘土矿物在接触低盐度流体时可能产生水化膨胀，从而降低储层的渗透率。储层的水敏性是指当与储层不配伍的外来流体进入储层后引起粘土膨胀、分散运移，从而导致渗透率下降的现象，实验的目的就是要了解这一膨胀、分散、运移的过程，评价水敏程度。水敏程度和孔隙度、渗透率有一定的关系，总趋势是随渗透率、孔隙度的增大，水敏指数减小，伤害程度减弱。本次实验中当流体矿化度从地层水降低到淡水时，24个样品储层水敏渗透率伤害最大63.38%，最小21.18%，平均为35.4%，总体表现为中-弱敏感性。

分析表明喉道细、泥质多、伊利石、伊/蒙混层高的储层水敏伤害大，多硅质胶结的储层水敏弱（见图12）,中值半径越小，水敏伤害越大（见图13）。

1.5 盐敏性

盐敏实验可认为是水敏的另一种做法，当地层水盐度急剧变化时，粘土矿物表面与地层流体中的离子平衡迅速破坏，粘土层立即分离，结构的稳定性减弱，在流体流动状态下，引起渗透率伤害，这种伤害叫“盐度冲击”伤害。其实验的目的是了解储层在地层水矿化度不断下降时，液体渗透率的变化过程，从而找出渗透率明显下降的临界矿化度。

上古生界产气层为盒8、山2、太原组，经盐敏实验，这三个层的盐敏都不强，属于弱盐敏（见表1），其临界盐度盒8为无，太原组大于25 000 mg/L，山2层较高，大于50 000 mg/L，图14为上古生界气层盐敏典型曲线，从曲线上看，随着地层水矿化度的降低，渗透率下降幅度小，很平缓。这主要是因为所选的样品气体渗透率对于上古气层来说都比较大，盒8平均为1.126×10-3μm2，太原组为 6.901×10-3μm2，山 2 层的渗透率较小为 0.706×10-3μm2。

如前所述，水敏程度与渗透率成反比，渗透率越大其伤害程度越小，其次，盐敏实验是逐渐降低地层水矿化度，是按照盐度减半的规则降低盐度的，这样就避免了“盐度冲击”造成渗透率下降，反映出渗透率下降缓慢，盐敏较弱。

1.6 酸敏实验

储层的酸敏性是指酸液进入储层后与储层中酸敏性矿物作用产生凝胶，沉淀式释放微粒，致使储层渗透率下降的现象。导致储层酸敏伤害的形式主要有两种，一是产生化学沉淀式凝胶，二是破坏岩石的原有结构产生微粒，加剧速敏性。

表1 盐敏实验分析表

表2 酸敏实验分析表

实验结果（见表2），盒8、山2、太原层的酸敏实验，采用15%HCl作为注入酸液，其中盒8、山2的酸敏性比较弱，酸敏指数为0.16、0.09，属于弱酸敏，而太原组的酸敏较强，酸敏指数为0.45，属中等酸敏。从图15注酸前后地层水渗透率变化图，可见注酸后渗透率明显降低，其中盒8、山2层渗透率分别下降4%和2%，而太原组渗透率下降了11%。注酸后渗透率伤害程度（见图16）。

本次实验另外选了研究区4套样品做了土酸敏感性实验，土酸浓度分别为3%HF+12%HCl、6%HF+3%HCl，从实验结果（见表2）看，当土酸浓度为3%HF+12%HCl时，酸敏性较强，酸敏指数为0.62，属于中等偏强酸敏，当土酸浓度为6%HF+3%HCl时，酸敏性较弱，酸敏指数为0.09，属于弱酸敏。

1.7 碱敏实验

储层的碱敏性是指碱性工作液进入储层后，与储层岩石或储层液体接触，发生各种化学反应，产生化学沉淀或新生矿物，造成地层结垢，使储层的渗流能力下降的现象。其实验的目的是了解储层在碱液的pH值为多少时产生的伤害较大，找出储层临界pH值，为气层作业液的选择提供依据。主要研究碱液与储层岩石的反应，碱-岩反应的主要伤害是产生各种垢、硅质沉淀[3]，溶解地层中的胶结物，破坏结构。

实验所选的碱液为NaOH，将其配置成pH为8～9和14两种碱液，分别注入同一块岩芯。所选的样品是几个主要产气层，没有对所有上古生界气层进行实验，实验结果（见表3）。

从实验结果看，盒8、山2、太2层都存在着碱敏，盒8层当注入弱碱（pH8～9）时，碱液与储层的岩石发生反应，渗透率伤害了38.46%，强碱（pH14）注入后，渗透率也有所下降，但下降幅度不大，渗透率伤害只增加了8%，为48.15%，而山2、太2层当注入弱碱时，渗透率伤害不大，分别为1.31%、10.82%，当强碱注入后，碱液与储层岩石反应剧烈，渗透率伤害了41.05%和76.61%。渗透率随碱液pH变化曲线（见图17），注碱后渗透率伤害直方图（见图18），从这两幅图看，注不同碱后，渗透率都有所下降，但下降幅度不同，伤害程度也不同，盒8层注弱碱后碱敏指数为0.38，属于中等偏弱，注强碱后碱敏指数为0.46，属中等碱敏；山2层注弱碱后，碱敏指数为0.01，属无碱敏，注入强碱后，碱敏指数为0.41，属中等偏弱；太2层注弱碱后，碱敏指数为0.11，属弱碱敏，注入强碱后，碱敏指数为0.77，属于强碱敏。