神木-双山地区盒8 致密气藏储层敏感性实验研究

2014-12-24刘学刚李永胜章志锋

石油化工应用 2014年8期

刘学刚，王娟，李永胜，章志锋

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021；3.中国石油东方地球物理公司研究院长庆分院，陕西西安 710021）

神木-双山地区位于鄂尔多斯盆地中央古隆起东侧的伊陕斜坡榆林以东，是长庆油田天然气勘探开发的重点区域。研究区盒8 气藏为低孔低渗的致密砂岩储层，储层碎屑成分、填隙物类型和孔隙结构复杂，储层易受伤害。

1 储层特征

研究区盒8 储层岩性以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主，少量石英砂岩。盒8 砂岩储层软组分如千枚岩、泥板岩、片岩等非常丰富（平均含量15.2 %），喷发岩屑含量较高（平均5.8 %），成分成熟度偏低；填隙物平均含量为14.6 %，与苏里格东部储层相比明显偏高。盆地东部盒8 储层面孔率一般不高于1.0 %；以溶孔－晶间孔为主要孔隙组合，平均孔径10～18 μm。研究区盒8 储层孔隙度主要分布在4 %～8 %，渗透率主要分布在0.1～0.5 mD，属于低孔低渗储层。

2 敏感性矿物

敏感性矿物是指储集层中与流体接触易发生物理、化学反应并导致渗透率大幅下降的一类矿物[1]。流体通过时只与颗粒之间的孔隙接触，一般地，颗粒表面及孔隙多已被粘土或碳酸盐充填。

2.1 粘土类敏感性矿物

粘土导致渗透率降低，产生储层伤害的机理有3个方面[2]：（1）在有利的胶体状态下，非膨胀性粘土，如高岭石和伊利石，能从孔隙表面上释放出来，在多孔地层中随液体的流动而发生运移。（2）膨胀性粘土，如蒙脱石和混层粘土，在有利的离子状态下先膨胀，然后分离、运移；粘土膨胀主要受粘土接触到的水溶液的组成控制。（3）附着在膨胀性粘土上的细粒在粘土膨胀过程中也可能松动，释放出来。

通过X 衍射分析，研究区粘土矿物的类型主要有伊利石、绿泥石、高岭石和少量伊/蒙间层（见表1）。

2.2 非粘土类敏感性矿物

含铁碳酸盐矿物，主要包括铁方解石、铁白云石、菱铁矿等，易形成铁的氢氧化物沉淀；土酸中的F-与Ca2+、Mg2+反应生成不溶性的CaF2、MgF2沉淀，造成储层伤害，研究区盒8 以铁方解石平均含量为3.6 %，铁白云石、菱铁矿均小于1 %。

3 储层敏感性实验分析

3.1 流速敏感性

流速敏感性是指在试油、采油、注水等作业过程中，当流体在储层中流动时，由于流体流动速度变化引起地层微粒运移、堵塞喉道，造成储层岩石渗透率发生变化的现象。

表1 研究区盒8 储层X 衍射粘土矿物相对含量分析表

表2 研究区盒8 储层速敏实验结果统计

考虑到不同作业方式下流体性质的不同，应尽量采用与实际储层流体性质相近的实验流体进行实验。本次实验研究对象是气藏储层，因此采用气体为试验流体，采用增加注入压力以提高流体速度的方法进速敏实验。实验选择8 块样品进行，储层渗透率伤害率为44.17 %～76.43 %，平均伤害率为64.65 %，为中等偏强速敏（见表2）。由于采用气体进行速敏实验，造成伤害的原因主要为滑脱效应，储层渗流能力越差，滑脱效应越强，造成的伤害也越大，压力越大，滑脱效应也越大。

3.2 水敏感性

水敏是指较低矿化度的注入水进入储层后引起粘土膨胀、分散、运移，使得渗流通道发生变化，导致储层岩石渗透率发生变化的现象[3]。水敏实验目的在于评价产生粘土膨胀或微粒运移时引起储层岩石渗透率变化的最大程度。

实验选择8 块样品进行水敏实验，随着次地层水的注入多数岩心渗透率减小，当蒸馏水的注入，引起了储层渗透率的大幅减小，水敏程度增大（见图1）。实验结果表明，盒8 段储层水敏程度以强水敏为主，水敏指数最大为0.85，最小为0.36，平均值为0.65。

水敏指数与粘土矿物含量呈正相关关系（见图2），主要是伊利石的水化膨胀、分散运移及高岭石的微粒运移、堵塞孔喉作用造成的渗透率下降。

图1 水敏实验渗透率变化图

图2 水敏指数与粘土矿物含量相关图

3.3 盐度敏感性

盐敏是指一系列矿化度的注入水进入储层后引起粘土膨胀或分散、运移，使得储层岩石渗透率发生变化的现象[3]。盐度敏感性评价实验目的在于了解储层岩石在接触不同矿化度流体时渗透率发生变化的规律。

实验选择8 块样品进行盐敏实验，随着低矿化度水的注入岩心渗透率减小，岩石发生盐敏伤害（见图3）。实验结果表明，盒8 段储层盐敏程度以中等盐敏-弱盐敏为主，其临界盐度大于25～50 g/L。

盐敏伤害主要是蒙皂石、伊/蒙混层矿物与低矿化度流体接触时发生膨胀、高岭石在储层流体离子强度突变时会扩散运移等，使得储层岩石渗透率降低，临界盐度下渗透率伤害率与伊/蒙间层与高岭石含量之和呈正相关，相关性较好（见图4）。

图3 盐敏实验渗透率变化图

图4 渗透率伤害率与伊/蒙+高岭石含量关系图

3.4 酸敏感性

酸敏是指酸液进入储层后与储层的酸敏性矿物及储层流体发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使储层渗透率发生变化的现象。酸敏导致储层损害的形式主要有两类。一是产生化学沉淀或凝胶，储层含绿泥石（研究区绿泥石主要是三八面体富铁绿泥石）、菱铁矿等含铁矿物较多，易形成铁的氢氧化物沉淀；氟化物沉淀，土酸中的F-与Ca2+、Mg2+反应生成不溶性的CaF2、MgF2，同时石英可以和氢氟酸反应生成氟硅酸盐和水化硅凝胶。二是破坏岩石原有结构，酸化释放出的粘土颗粒发生运移，产生或加剧速敏。

研究区盒8 段储层以弱酸敏-中等偏弱为主（见图5），酸敏指数最大0.40，最小为0.04，平均值为0.26。针对产生伤害的岩心，分析酸敏指数与粘度含量之间的相关性（见图6），发现酸敏指数与粘土矿物总含量呈正相关关系，相关性好。

图5 酸化前后地层水渗透率变化图

图6 酸敏指数与粘土含量相关图

图7 注碱前后地层水渗透率变化图

图8 碱敏指数与粘土矿物含量相关图

3.5 碱敏感性

碱敏是指外来的碱性流体与储层中的矿物反应使其分散、脱落或生成新的沉淀或胶状物质，堵塞孔隙喉道，造成储层渗透率变化的现象。碱敏感性评价实验的目的在于了解各种入井的碱液对储层是否造成伤害及伤害程度的大小。碱敏伤害形式主要有两类，一是碱性工作液诱发粘土矿物分散、造成结构失稳；二是高pH值（pH＞9）的碱液可与高岭石、石英发生溶解作用生成胶体或沉淀影响储层渗透率。

研究区盒8 段储层以弱碱敏-中等偏弱为主（见图7），有1 块岩心为强碱敏伤害，碱敏指数最大0.71，最小为0.05，平均值为0.33。分析碱敏敏指数与粘度含量之间的相关性（见图8）碱敏指数与粘土矿物含量之间呈正相关关系。

3.6 应力敏感性

应力敏感性评价实验的目的在于了解岩石所受净上覆压力改变时孔喉喉道变形、裂缝闭合或张开的过程，并导致岩石渗流能力变化的程度。实验采用围压变化的方式获取净应力的变化。由于研究对象是气藏，因此采用氮气做为注入流体。

研究区盒8 储层应力敏感以强敏感为主（见图9），最大损害率为91.43 %，最小为47.48 %，平均值为76.68 %；恢复程度最大为92.32 %，最小为19.33 %，平均值为70.10 %。

应力敏感性程度与岩石组分关系密切，岩石骨架通常由多种矿物组成，不同矿物硬度不同。外力作用下，硬度高的矿物不容易发生形变或形变量很小，矿物硬度越低，越容易发生形变[4]。常见矿物中石英的硬度最高，柔性矿物（岩屑）主要包括千枚岩，云母，泥质板岩屑等，粘土矿物硬度最低。分析岩心最大伤害程度与石英含量成负相关（见图10），与粘土矿物含量呈正相关（见图11）。

另外，应力敏感与孔隙类型也存在相关关系，当岩心存在裂缝时，尤其是未充填缝对储层的应力敏感性影响最大。孔隙直径越大，应力作用下越容易发生形变，储层应力敏感性也越强，因此缩颈吼道类型的储层应力敏感性较强，片状或弯曲片状吼道类型应力敏感性次之，管状吼道类型孔隙应力敏感性最弱。