准噶尔盆地阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层敏感性特征

李 云，祁利褀，胡作维，文华国

（1.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000）

准噶尔盆地阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层敏感性特征

李 云1，祁利褀2，胡作维1，文华国1

（1.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000）

阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层是准噶尔盆地东部油气勘探的重要目的层，但储层敏感性复杂，是制约油气开发的重要因素之一。尽管头屯河组储层黏土矿物含量较低，但各种类型的黏土矿物均有发育，其中以蒙脱石和伊/蒙混层居多。通过流动性实验分析得出，阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层以水敏性伤害最强，盐敏性和酸敏性伤害次之，这些均是造成各储层损害的主要原因。敏感性伤害程度与黏土矿物类型、孔喉大小及碎屑组分密切相关，因此在钻井、试油过程中应注重储层保护，尽量减小储层伤害。

储层敏感性；头屯河组；中侏罗统；阜东斜坡

0 引言

阜东斜坡位于准噶尔盆地东部阜康凹陷东侧的上倾部位，紧邻阜康断裂带，构造位置非常有利。中侏罗统头屯河组地层沉积时，由南部和北部提供物源［1-3］，发育湖泊及河流三角洲沉积体系［2-4］，中、下侏罗统烃源岩也已经成熟，油气资源丰富，具备良好的岩性圈闭成藏条件［5］，目前已成为准东油气勘探的重要目的层之一。头屯河组储层出油气井点多，但形成的油气藏却较少，且开采后产量迅速降低。勘探实践证明，储层中含有大量蒙脱石和伊/蒙混层等敏感性黏土矿物，是制约该地区油气开发的重要因素之一［6］，因此开展储层敏感性研究对于阜东斜坡中侏罗统头屯河组岩性油气藏的勘探开发具有重要意义。笔者在储层岩石学和流动实验分析结果的基础上，分析各种敏感性对储层造成的伤害程度及其影响因素，并为探索与该地层相配伍的流体提供依据，力求在钻井时采用合理的钻井液进行钻进，最大程度地保护油层，促进稳产开发［7］。

1 储层岩石学特征

阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层主要为一套辫状河三角洲沉积的砂、泥岩互层，纵向上可以分为3段，其中在下段J2t1沉积时期，湖面水体范围最大，主要发育辫状河三角洲前缘沉积；中段J2t2沉积时期，湖面水体范围缩小，主体仍以辫状河三角洲前缘沉积为主，为头屯河组最有利于储层发育和主要的勘探层段；上段J2t3沉积时期，辫状河三角洲前缘砂体向阜康凹陷延伸更远，而且在研究区北部出现小面积三角洲平原沉积。

通过分析研究区18口井279块样品的岩石类型（图1），其中J2t1段41块，J2t2段200块，J2t3段38块，得出头屯河组3段储层均以细粒岩屑砂岩为主，其次为细—中粒长石岩屑砂岩，颗粒支撑，碎屑颗粒呈次棱角—棱角状，分选较好，以点—线接触为主。头屯河组储层成分成熟度低，石英质量分数普遍较低，一般小于35%，平均为18.6%；长石和岩屑质量分数普遍较高，其中长石质量分数为8%～35%，平均为21.5%，岩屑质量分数为35.64%～83.00%，平均为53.86%。岩屑以凝灰岩岩屑为主，质量分数为22.99%～72.22%，平均为44.23%；其次为千枚岩岩屑，质量分数为0～27.47%，平均为5.75%；少量云母和火山岩岩屑。头屯河组储层结构成熟度较高，填隙物质量分数低，其中杂基质量分数平均为4.8%，以泥质为主；胶结物质量分数平均为2.9%，以自生黏土矿物为主，其次为方解石，胶结类型以压嵌型和孔隙型为主。据全岩及黏土矿物X射线衍射分析，虽然阜东斜坡地区黏土矿物质量分数较低，为1%～7%，平均为3.5%，但各种类型的黏土矿物均有发育，其中以蒙脱石和伊/蒙混层为主，其次为伊利石和高岭石，较少量绿泥石，极少量绿/蒙混层（表1）。黏土矿物主要有颗粒包膜和充填粒间孔隙2种赋存方式（图版Ⅰ），其中伊/蒙混层和绿泥石主要以颗粒包膜的形式发育（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-3～Ⅰ-6），高岭石主要以充填粒间孔隙的形式发育（图版Ⅰ-2），还发育少量晚期绿泥石，主要呈花朵状充填于粒间孔隙中。

图1 阜东斜坡中侏罗统头屯河组岩石类型Fig.1 The rock typesofM iddle Jurassic ToutunheForm ation in Fudong slope

表1 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层黏土矿物绝对质量分数和相对质量分数特征Table1 Theabsoluteand relative contentof claym ineralsof theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层孔隙较发育，储集空间类型主要为原生粒间孔（图版Ⅰ），粒内溶孔所占比例很低，粒间溶孔仅个别井可见。该储层孔隙度一般为14%左右，渗透率较低，其中J2t2段储层孔隙度平均为15.3%，渗透率平均为29.1mD，总体具有分选性较好、孔隙大小均匀、细喉及略粗歪度特征，属于中孔、中渗储集层［8］。由表2可看出，J2t2段储层储集性能明显优于J2t3段和J2t1段储层。

表2 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层孔、渗特征Table2 The porosity and permeability of theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

2 储层敏感性分析

2.1 水敏性分析

当不配伍的外来流体打破了储层的原始环境后，储层中的某些黏土矿物发生膨胀、分散、运移，从而堵塞孔隙和喉道，使得渗透率降低，这种现象称为水敏［8］。对头屯河组细粒砂岩进行水敏性评价实验［9］，按矿化度逐渐降低的顺序，依次向砂岩颗粒注入地层水、次地层水和去离子水。实验中，地层水用标准盐水代替，矿化度为3.56～14.34 g/L，次地层水的矿化度为地层水矿化度的一半。实验结果表明：J2t1段细粒砂岩储层的水敏损害率为34.62%～ 80.76%，平均为56.46%，为中等偏强的水敏伤害；J2t2段细粒砂岩储层的水敏损害率为30.38%～85.30%，平均为58.57%，为中等偏强的水敏伤害；J2t3段细粒砂岩储层的水敏损害率为40.97%～57.83%，平均为49.40%，为中等偏弱的水敏伤害（图2）。相对而言，J2t1和J2t2段细粒砂岩储层水敏相对较强。随矿化度逐渐降低，头屯河组砂岩储层渗透率也随之不断降低，损害率也不断增大（图2）。因此，在进行注水开发时，需充分考虑注入水与储集层的配伍性问题，严禁淡水和低矿化度水与储层相接触，否则将造成储层较强的水敏感性。

图2 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层水敏性评价实验Fig.2 Theevaluation ofexperimentalwater sensitivity of theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

阜东斜坡黏土矿物相对含量与水敏性的相关性分析表明，水敏损害率与伊/蒙混层相对含量呈弱正相关，与伊利石相对含量呈较强正相关，相关系数达0.66，表明水敏损害与伊利石有较大关系。由于蒙脱石的膨胀有一定限度，当喉道很大时，难以将孔隙喉道完全堵塞。虽然J2t3段储层黏土矿物绝对含量和蒙脱石相对含量都明显高于J2t2段（参见表1），但是对于分选较好、磨圆较好且孔隙喉道较小的J2t2段储层，其水敏损害程度却相对要强。

2.2 酸敏性分析

进入储层的酸液与储层中酸敏性矿物如绿泥石和高岭石发生反应，产生化学沉淀或凝胶，如碳酸盐矿物溶解时使原胶结微粒释放，从而堵塞喉道而使渗透率下降，这种现象称为酸敏［10］。取质量分数为12%的HCl与质量分数为3%的HF混合酸液进行流动实验［9］（图3）。从图3可看出，头屯河组三段储层酸敏程度变化大，从弱酸敏、中等偏弱酸敏、中等偏强酸敏至强酸敏均有发育，且酸敏最大损害率可达418.71%。总体上，头屯河组储层以中等偏弱和中等偏强酸敏为主，其次为弱酸敏，少量强酸敏；相对水敏而言，储层酸敏要弱。其中，J2t1段储层酸敏损害率为13.66%～66.67%，平均为48.82%，总体为中等偏弱酸敏；J2t2段储层酸敏损害率为9.89%～418.71%，平均为58.63%，总体为中等偏强酸敏；J2t3段酸敏损害率为30.86%～35.98%，平均为33.42%，总体为中等偏弱酸敏。

图3 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层酸敏性评价实验Fig.3 Theevaluation of experimentalacidic sensitivity of theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

酸敏损害率与绿泥石、伊/蒙混层相对含量呈正相关。阜东斜坡头屯河组储层中含有较多高岭石和绿泥石（参见表1、图版Ⅰ-2和图版Ⅰ-3），特别是J2t2段和J2t1段储层中高岭石含量较多［11］，因此酸敏性对该储层的影响较大。另外由于头屯河组储层含有大量凝灰质，胶结松散，酸液的进入使颗粒松动，分散加剧，导致大量微粒释放而堵塞孔隙。

2.3 碱敏性分析

外来高pH工作液与储层中黏土和硅质矿物反应生成新的硅酸盐沉淀物和硅凝胶，或工作液中OH-与某些二价阳离子反应生成沉淀物，而使储层渗透率降低的现象称为碱敏［12］。采用pH值分别为6.30，8.96，10.31，11.27和12.46的KCl溶液进行碱敏性评价实验［9］（图4），发现碱敏程度总体中等偏弱，储层渗透率损害率平均为44.15%。从图4可以看出，渗透率在pH为6.30时就已开始降低。由于碱水驱油或碱水-聚合物驱油中化学试剂的pH值较高，所以这些试剂可以直接与大多数铝硅酸盐及石英反应，导致铝、硅溶解［12］。

图4 阜东斜坡中侏罗统头屯河组J2t2段储层碱敏性评价实验Fig.4 The evaluation of experim entalalkalisensitivity of theM iddle Jurassic J2t2in Fudong slope

碱敏损害率与伊/蒙混层相对含量呈正相关，但由于样品只有2个，所以碱敏与黏土矿物相对含量之间的关系仅供参考。

2.4 速敏性分析

外来流体在储层内流动时引起疏松的微粒迁移，从而堵塞喉道，使储层的渗透率降低，这种现象称为速敏［8］。按照0.25mL/min，0.50 mL/min，0.75 mL/min，1.00mL/min，1.50mL/min，2.00mL/min，3.00 mL/min，4.00 mL/min，5.00 mL/min，6.00mL/min的流量，依次进行流速敏感性评价实验［9］（图5）。结果表明：研究区J2t1段储层因速敏性导致的渗透率损害率为16.38%～58.63%，平均为31.81%，总体属于中等偏弱速敏，临界流速为无临界流速至80.5m/d；J2t2段储层的速敏损害率为4.59%～108.52%，平均为33.81%，总体属于中等偏弱速敏，临界流速为无临界流速至81.68m/d；J2t3段储层的速敏损害率为10.14%～28.14%，总体属于中等偏弱速敏，临界流速为无临界流速至7.82m/d。当外来流体（如注入水）流速过高（超过该储层的临界流速）时，会使胶结不好的微粒发生运移，从而堵塞储层的喉道，使渗透率急剧下降。由于油气层中流体流速的大小直接受生产压差的影响，因此，在对该储层进行开采时，应保持合理的生产压差，以免引起速敏损害而降低采收率。

图5 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层速敏性评价实验Fig.5 The evaluation of experimental velocity sensitivity of the M idd le Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

速敏损害率分别与高岭石和伊利石的相对含量呈正相关。通常，当成岩作用相近时，泥质含量越高，地层的渗透率降低程度越大，临界速度越低，速敏性就越强；当油层埋藏深度越深时，碳酸盐含量越高，地层渗透率的降低程度就越大；当岩石胶结程度越高时，伤害程度越小，速敏性就越弱［13］。阜东斜坡头屯河组储层速敏性矿物主要为高岭石，呈蠕虫状或书页状集合体充填于粒间孔内（图版Ⅰ-2），对骨架颗粒附着力差，同时各晶片间结合力也较弱，故其容易沿晶层方向裂成鳞片状的微粒并进行分散、运移，从而损害储层的渗透性［14］。虽然蒙脱石含量较高，但其一般以套膜的形式贴附于颗粒表面而不易随流体移动，因此对流速变化的敏感程度较弱。伊利石和绿泥石呈纤维状、针状在颗粒之间延伸，有时两边的黏土矿物还连接起来，像桥一样横跨孔隙空间（图版Ⅰ-6）。孔隙空间内又形成许多微孔隙，使流体在孔隙内迂回流动，严重影响了流体的渗流，因而是潜在的微粒运移物源。

图6 阜东斜坡中侏罗统头屯河组储层盐敏性评价实验Fig.6 Theevaluation ofexperimentalsalinity sensitivity of theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

2.5 盐敏性分析

矿化度较低的注入水进入储层引起黏土矿物膨胀、分散和运移而使储层渗透率发生变化的现象称为盐敏［9］。为了解储层随注入水矿化度变化而引起的渗透率变化，并确定注入水的临界矿化度，选择与地层水矿化度相同的标准盐水，对阜东斜坡头屯河组3段储层20个实验样品进行盐敏性评价［8］实验（图6）。从图6可看出，样品的临界矿化度变化很大，其中J2t1段储层的临界矿化度为5.36～11.75 g/L，为强盐敏和中等偏强盐敏；J2t2段储层的临界矿化度为0.89～13.33 g/L，以中等偏弱盐敏为主，其次为强盐敏和弱盐敏，少量样品无盐敏；J2t3段储层的临界矿化度为2.68 g/L，为中等偏弱盐敏。头屯河组储层为中孔、中渗储层，其盐敏性总体中等偏弱。

综上所述，阜东斜坡中侏罗统头屯河组J2t1和J2t2段储层主要为中等偏强水敏，J2t3段储层为中等偏弱水敏；J2t2段储层主要为中等偏强酸敏，J2t1和J2t3段储层为中等偏弱酸敏；J2t2段储层为中等偏弱碱敏；J2t1，J2t2和J2t3段储层都为中等偏弱速敏；J2t1段储层为强盐敏和中等偏强盐敏，J2t2和J2t3段储层为中等偏弱盐敏。因此，J2t2段储层敏感性伤害较强，其次为J2t1段储层，J2t3段储层敏感性伤害最弱。

3 其他敏感性影响因素

阜东斜坡头屯河组砂岩储层整体表现为颗粒支撑、点—线接触，泥岩镜质体反射率为0.400%～0.543%，伊/蒙混层比为63%～92%，整体处于早成岩阶段B期，成岩强度较低，岩石疏松。储层敏感性还受到孔喉大小的影响。敏感性实验表明：孔喉半径较大时，饱和地层水2 h后，孔喉半径基本未变；孔喉半径较小时，饱和地层水2 h后，孔喉半径明显缩小，敏感性损害较明显。

碎屑成分类型及相对含量对敏感性也有一定影响。阜东斜坡头屯河组储层碎屑组分与敏感性相关性分析表明，凝灰质成分越多时，其水敏越强，这一现象与鄂尔多斯盆地苏里格气田下二叠统—中二叠统砂岩的凝灰质杂基含量与水敏呈正相关一致［15］。速敏损害率与岩屑含量呈正相关（图7）。

图7 阜东斜坡头屯河组储层碎屑组分相对质量分数与敏感性相关性Fig.7 The relative content of clastsversus sensitivity degree of theM iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudong slope

4 结论及建议

（1）阜东斜坡中侏罗统头屯河组油气资源丰富，但勘探实践表明，储层敏感性已成为制约油气开发的因素之一。虽然头屯河组储层成岩作用较弱，黏土矿物含量较低，但其种类丰富，以蒙脱石和伊/蒙混层矿物为主。

（2）流动性实验表明，头屯河组砂岩储层敏感性伤害较普遍，以水敏最强，盐敏和酸敏次之，速敏和碱敏最弱，它们也是造成各储层损害的主要原因之一。

（3）敏感性伤害程度还与孔喉大小及碎屑组分密切相关。敏感性实验分析表明，在钻井、试油过程中应注重储层保护，尽量减小对储层的伤害。

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Reservoir sensitivity ofM idd le Jurassic Toutunhe Form ation in Fudong slope,Junggar Basin

LIYun1，QILiqi2，HU Zuowei1，WEN Huaguo1
（1.Instituteof Sedimentary Geology，Chengdu University ofTechnology，Chengdu 610059，China；2.Research Institute of Experimentand Detection，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

M iddle Jurassic Toutunhe Formation in Fudongslope isoneof the importanthydrocarbon objective layers ineastern Junggar Basin.The complex reservoirsensitivity restricted the developmentofoiland gas.Claymineralsare low in Toutunhe Formation,but themineral types are rich,and various types of clayminerals are developed.The mixed-layer smectite and illite aremost abundant.Through the liquidity experiments,the reservoir has the strongest water sensitivity,followed by salinity sensitivity and acidic sensitivity,which are themain reasons for the reservoir damage.The damage degree of the sensitivities is associated with the types of clayminerals,pore throatand clastic composition.The sensitivity analysisshows the importanceof the processof reservoirprotection in drillingand testing to reduce formation damage.

reservoirsensitivity；Toutunhe Formation；Middle Jurassic；Fudongslope

TE121.3 < class="emphasis_bold">文献标志码：A

A

1673-8926（2014）01-0052-06

2013-09-15；

2013-10-23

国家“十二五”重大科技专项“鄂尔多斯盆地重点探区碎屑岩沉积体系、储层特征与主控因素”（编号：2011ZX05002-001-001）资助

李云（1983-），女，博士，讲师，主要从事储层沉积学方面的教学与科研工作。地址：（610059）四川省成都市成华区二仙桥东三路1号。E-mail：liyun2012@cdut.cn。